CN110405091B - 一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法 - Google Patents
一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110405091B CN110405091B CN201910717880.7A CN201910717880A CN110405091B CN 110405091 B CN110405091 B CN 110405091B CN 201910717880 A CN201910717880 A CN 201910717880A CN 110405091 B CN110405091 B CN 110405091B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- section
- wall thickness
- core rod
- steel pipe
- delta
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
- B21D39/08—Tube expanders
- B21D39/20—Tube expanders with mandrels, e.g. expandable
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Metal Extraction Processes (AREA)
Abstract
本发明公开一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，芯棒包括沿热扩径方向依次设置的导入段、变形段、定径段、平整段和矫直段，根据变形段所受外压P计算出变形段的壁厚δ2，所述导入段的壁厚δ1＝δ2，所述定径段的壁厚δ3比变形段的壁厚δ2小5mm～10mm，矫直段的壁厚δ5比变形段的壁厚δ2小10mm～20mm。通过采用本发明的方法设计的芯棒可比常规按经验设计的芯棒降低一半的重量，当扩制径厚比大于50的薄壁钢管或者扩制超大口径的钢管时，可有效地降低由于芯棒重量过大导致的壁厚不均匀度，提高钢管热扩的加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及钢管热扩径技术领域，尤其涉及一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法。
背景技术
中频热扩工艺是生产大口径薄壁无缝钢管普遍采用的一种方式，它是一种利用热轧工艺加工的母管，经中频感应加热后在内置锥形芯棒的作用下完成扩径并减小壁厚的加工过程。中频热扩机组所用的热扩芯棒是保证钢管制造精度的重要部件。根据在热扩加工过程中所起的作用，芯棒可划分成导入段、变形段、定径段、平整段和矫直段等几部分。在热扩加工过程中，芯棒受到主油缸的液压推制压力和热扩母管的挤压作用，为了保证芯棒的强度和刚性，现有技术中将芯棒设计成实心结构或者是壁厚较厚的中空结构，芯棒中空结构的设计壁厚完全根据经验确定，导致芯棒的重量较重，当扩制径厚比大于50的薄壁钢管时，或者扩制超大口径的钢管时，由于钢管的壁厚较小，而芯棒的尺寸较大，重量较重，整个芯棒的重量压在热扩钢管的底部一侧，钢管底部一侧受到挤压力与芯棒重力的合力大于钢管上面一侧所受到的力，导致在热扩温度下产生壁厚不均匀，影响了热扩钢管的制造精度；由此，急需解决。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，以解决现有芯棒的壁厚较大，芯棒重量较重，钢管热扩径时受力不均匀，造成钢管壁厚不均匀，影响热扩钢管制造精度的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，芯棒包括沿热扩径方向依次设置的导入段、变形段、定径段、平整段和矫直段，根据母管材料并结合母管的厚度以确定热扩温度及推制压力F，根据成品管材料选择相应材料的芯棒，进而确定成品管材料、芯棒材料在热扩温度下的线性膨胀系数，且以此确定成品管材料与芯棒材料在热扩温度下的膨胀量差值ΔD，并确定芯棒材料在热扩温度、推制压力下的变形量ε；
定义成品管外径为D，成品管壁厚为S，定义母管外径为D0，母管壁厚为S0，所述导入段的外径为D1，D1＝D0-2S0-X，其中，X＝20mm～30mm，所述定径段的外径为D2，D2＝D-2S+ΔD+ε，所述平整段的外径与所述定径段的外径相同；
所述变形段的外壁与所述芯棒的中心轴线之间的夹角为α，α＝3°～10°，所述变形段的长度为L2，L2＝(D2-D1)/(2tanα)，且L2≥300mm；
定义垂直作用于变形段外壁上的推制压力F的分力为Fy，Fy＝F×sinα，变形段所受外压P＝Fy/(0.5(D1+D2)×L2)，根据变形段所受外压P计算出变形段的壁厚δ2，所述导入段的壁厚δ1＝δ2，所述定径段的壁厚δ3比变形段的壁厚δ2小5mm～10mm，所述平整段的壁厚δ4比变形段的壁厚δ2小5mm～10mm，所述矫直段的壁厚δ5比变形段的壁厚δ2小10mm～20mm。
作为本发明的一种优选方案，所述成品管为碳钢管，芯棒的材料选用1Cr18Ni9Ti。
作为本发明的一种优选方案，所述成品管为低合金钢管，芯棒的材料选用06Cr23Ni13。
作为本发明的一种优选方案，所述成品管为中高合金钢管，芯棒的材料选用06Cr25Ni20。
作为本发明的一种优选方案，所述导入段的长度为L1，L1＝300mm～500mm。
作为本发明的一种优选方案，所述定径段的长度为L3，L3＝200mm～300mm。
作为本发明的一种优选方案，所述平整段的长度为L4，L4＝300mm～400mm。
作为本发明的一种优选方案，所述矫直段的长度为L5，L5＝1000mm～1500mm，所述矫直段的外径为D3，D3＝D2-Y，其中，Y＝3mm～5mm。
本发明中，根据变形段所受外压P计算出变形段的壁厚δ2属于公知常识，例如，在GB150.3-2011《压力容器》第4节“外压圆筒和外压球壳体”计算变形段在最小壁厚δe时的许用外压力[P]中，就记载了详细计算方式，在此不再赘述。
本发明的有益效果为，通过采用本发明的方法设计的芯棒可比常规按经验设计的芯棒降低一半的重量，当扩制径厚比大于50的薄壁钢管或者扩制超大口径的钢管时，可有效地降低由于芯棒重量过大导致的壁厚不均匀度，提高钢管热扩的加工精度。
附图说明
图1为本发明一种钢管热扩径用芯棒的结构示意图；
图2为本发明芯棒变形段的受力分析图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
请参照图1及图2所示，图1为本发明一种钢管热扩径用芯棒的结构示意图；图2为本发明芯棒变形段的受力分析图。
于本实施例中，钢管的材质为12Cr2MoG合金管，属于中高合金钢管，母管的外径D0为820mm，母管的壁厚S0为30mm，成品管的外径D为1219.2mm，成品管的壁厚S为28mm。
12Cr2MoG合金管的下临界温度Ac1为805℃，结合母管的厚度，确定中频加热温度为780℃，并确定钢管热扩径时的推制压力F＝6.9×106N。
选择芯棒的材质为06Cr25Ni20，该材料的芯棒在20℃～780℃区间内的线性膨胀系数为18.4×10-6/℃，12Cr2MoG合金管在20℃～780℃区间内的线性膨胀系数为14.0×10-6/℃，由于成品管的内径为1163.2mm，则钢管材料与芯棒材料在热扩温度下膨胀量差值为ΔD＝-3.93mm，且芯棒材料在热扩温度和推制压力下的径向变形量为ε＝0.3mm。
本实施例中，导入段1的长度L1为450mm，定径段3的长度L3为300mm，平整段4的长度L4为390mm，矫直段5的长度L5为1500mm，导入段1的外径D1＝D0-2S0-X，其中，X＝20mm～30mm，本实施例中，X为25mm，则D1为735mm，定径段3的外径D2＝D-2S+ΔD+ε，则D2为1159.6mm，所述矫直段5的外径D3＝D2-Y，其中，Y＝3mm，则D3为1156.6mm，所述变形段2的外壁与所述芯棒的中心轴线之间的夹角α＝3°～10°，本实施例中，α为9°，则根据L2＝(D2-D1)/(2tanα)，计算出变形段2的长度L2为1340mm。
推制压力F为6.9×106N，垂直作用于变形段2外壁上的推制压力F的分力为Fy，Fy＝F×sinα＝6.9×106×sin9°＝1.08×106N，Fy对芯棒变形段2形成的外压P为：
P＝Fy/(0.5(D1+D2)×L2)＝1.08×106/(0.5(735+1159.6)×1340)＝0.851MPa
按GB150.3-2011《压力容器》第4节“外压圆筒和外压球壳体”计算变形段2在最小壁厚δe时的许用外压力[P]：
[P]＝B/(D2/δe)……(1)
B是外压应力系数，计算得到的许用外压力[P]应大于或等于实际的外压P。
假设D2/δe≥20，取D2/δe＝25(即假设δe＝46.4mm)，L2/D2＝1340/1159.6＝1.15，查GB150.3-2011《压力容器》表4.2得外压应变系数A＝9.02E-03，对于06Cr25Ni20材料，查GB150.3-2011《压力容器》表4.9得到外压应力系数B＝55MPa。代入式(1)得：
[P]＝B/(D2/δe)＝55/25＝2.2MPa。
计算得到的许用外压力[P]远远地大于实际的外压P，由此说明假设的δe＝46.4mm过于保守。所以取D2/δe＝45(即假设δe＝25.8mm)，重复上述步骤得到[P]＝B/(D2/δe)＝37/45＝0.822MPa，大于实际的外压P，考虑到芯棒的磨损裕度和安全裕度，所以圆整后取变形段2壁厚δ2＝30mm。
导入段1壁厚δ1与变形段2的壁厚δ2相同，即δ1＝30mm，定径段3和平整段4不承受推制压力形成的外压，因此，定径段3的壁厚δ3比δ2小5mm～10mm，本实施例中，δ3＝δ2-5＝25mm，平整段4的壁厚δ4比变形段2的壁厚δ2小5mm～10mm，本实施例中，δ4＝δ2-5＝25mm，平整段4的壁厚与定径段3的壁厚相同，矫直段5也不承受推制压力形成的外压，且长度较长，因此矫直段5的厚度可以进一步减小，以降低芯棒整体重量，矫直段5的壁厚δ5比δ2小10mm～20mm，本实施例中，δ5＝δ2-10＝15mm。
值得一提的是，本实施例中，为了降低成本，矫直段5可采用20号钢或45号钢加工而成，然后与平整段4焊接连接；而导入段1、变形段2、定径段3、平整段4的材质均为06Cr25Ni20，为一体加工而成。
值得一提的是，本实施例中，钢管的材质为12Cr2MoG合金管，属于中高合金钢管，对应的，芯棒的材质选择为06Cr25Ni20，若钢管的材质为低合金钢管，则芯棒的材质选择为06Cr23Ni13，若钢管的材质为碳钢管，则芯棒的材质为1Cr18Ni9Ti。
上述一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法按外压失稳条件对热扩径用芯棒进行壁厚设计，既保证芯棒具有足够刚性和强度，又可以有效地降低芯棒的重量。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。
Claims (8)
1.一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，芯棒包括沿热扩径方向依次设置的导入段、变形段、定径段、平整段和矫直段，根据母管材料并结合母管的厚度以确定热扩温度及推制压力F，其特征在于：根据成品管材料选择相应材料的芯棒，进而确定成品管材料、芯棒材料在热扩温度下的线性膨胀系数，且以此确定成品管材料与芯棒材料在热扩温度下的膨胀量差值ΔD，并确定芯棒材料在热扩温度、推制压力下的变形量ε；
定义成品管外径为D，成品管壁厚为S，定义母管外径为D0，母管壁厚为S0，所述导入段的外径为D1，D1＝D0-2S0-X，其中，X＝20mm～30mm，所述定径段的外径为D2，D2＝D-2S+ΔD+ε，所述平整段的外径与所述定径段的外径相同；
所述变形段的外壁与所述芯棒的中心轴线之间的夹角为α，α＝3°～10°，所述变形段的长度为L2，L2＝(D2-D1)/(2tanα)，且L2≥300mm；
定义垂直作用于变形段外壁上的推制压力F的分力为Fy，Fy＝F×sinα，变形段所受外压P＝Fy/(0.5(D1+D2)×L2)，根据变形段所受外压P计算出变形段的壁厚δ2，所述导入段的壁厚δ1＝δ2，所述定径段的壁厚δ3比变形段的壁厚δ2小5mm～10mm，所述平整段的壁厚δ4比变形段的壁厚δ2小5mm～10mm，所述矫直段的壁厚δ5比变形段的壁厚δ2小10mm～20mm。
2.根据权利要求1所述的一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，其特征在于：所述成品管为碳钢管，芯棒的材料选用1Cr18Ni9Ti。
3.根据权利要求1所述的一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，其特征在于：所述成品管为低合金钢管，芯棒的材料选用06Cr23Ni13。
4.根据权利要求1所述的一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，其特征在于：所述成品管为中高合金钢管，芯棒的材料选用06Cr25Ni20。
5.根据权利要求2至4任一项所述的一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，其特征在于：所述导入段的长度为L1，L1＝300mm～500mm。
6.根据权利要求5所述的一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，其特征在于：所述定径段的长度为L3，L3＝200mm～300mm。
7.根据权利要求6所述的一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，其特征在于：所述平整段的长度为L4，L4＝300mm～400mm。
8.根据权利要求7所述的一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法，其特征在于：所述矫直段的长度为L5，L5＝1000mm～1500mm，所述矫直段的外径为D3，D3＝D2-Y，其中，Y＝3mm～5mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910717880.7A CN110405091B (zh) | 2019-08-05 | 2019-08-05 | 一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910717880.7A CN110405091B (zh) | 2019-08-05 | 2019-08-05 | 一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110405091A CN110405091A (zh) | 2019-11-05 |
| CN110405091B true CN110405091B (zh) | 2021-05-07 |
Family
ID=68365923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910717880.7A Active CN110405091B (zh) | 2019-08-05 | 2019-08-05 | 一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110405091B (zh) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1761352A1 (ru) * | 1990-08-17 | 1992-09-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности | Способ изготовлени конических труб с посто нным внутренним диаметром |
| CN101468364A (zh) * | 2007-12-29 | 2009-07-01 | 付朋 | 不锈钢管热扩径制管机 |
| CN102189187A (zh) * | 2011-03-22 | 2011-09-21 | 德新钢管（中国）有限公司 | 一种热扩大直径双相无缝不锈钢管的制造工艺 |
| CN202461331U (zh) * | 2012-03-14 | 2012-10-03 | 天津腾飞钢管有限公司 | 一种热扩钢管用芯棒 |
| CN104259331B (zh) * | 2014-07-31 | 2016-02-10 | 天津钢管集团股份有限公司 | Φ512mm×37mm高钢级接箍坯料的制造方法 |
| CN204430033U (zh) * | 2015-01-21 | 2015-07-01 | 衡阳鸿大特种钢管股份有限公司 | 采用插销连接的热扩管机芯棒与拉杆连接结构 |
-
2019
- 2019-08-05 CN CN201910717880.7A patent/CN110405091B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110405091A (zh) | 2019-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101579804B (zh) | 一种大尺寸薄壁无焊缝钛合金筒形件整体成形方法 | |
| CA2580420C (en) | Plug, method of expanding inside diameter of metal pipe or tube using such plug, method of manufacturing metal pipe or tube, and metal pipe or tube | |
| JP4798674B1 (ja) | ラックバー及びその製造方法 | |
| US20080072647A1 (en) | Die, method of manufacturing stepped metal pipe or tube, and stepped metal pipe or tube | |
| EP2857119B1 (en) | Tube expanding method for manufacturing metal tube | |
| CN102489952A (zh) | 一种钛合金厚壁耐压筒体的制造方法 | |
| US20200130035A1 (en) | Method for producing a high-pressure pipe | |
| Wong et al. | Cold rotary forming of thin-wall component from flat-disc blank | |
| CN105568195A (zh) | 一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法 | |
| CN105436232B (zh) | 一种高质量铪棒材的制备方法 | |
| EP1787052B1 (en) | Male element for a sealed threaded tubular connection | |
| CN104259331B (zh) | Φ512mm×37mm高钢级接箍坯料的制造方法 | |
| CN103752707A (zh) | 一种成形直筒-扩张段复合的钛合金等壁厚曲母线薄壁回转体构件的模具和方法 | |
| CN110405091B (zh) | 一种钢管热扩径用芯棒壁厚的确定方法 | |
| KR20090052233A (ko) | 후판 용접형 예비성형체를 이용한 유동성형 압력 용기제작 방법 | |
| CN210498016U (zh) | 一种钢管热扩径用芯棒 | |
| WO2011093055A1 (ja) | 小径薄肉管の製造方法 | |
| CN110405090B (zh) | 一种大口径无缝钢管热扩径用加热线圈外径的确定方法 | |
| JP4998086B2 (ja) | クラッド管用ビレットおよびクラッド管の製造方法 | |
| CN116000571A (zh) | 薄壁圆筒一次热胀型方法 | |
| CN220862342U (zh) | 一种轧制特薄壁管专用锥形芯棒及连轧机 | |
| RU2723494C1 (ru) | Способ раскатки полой заготовки на оправке в трехвалковом стане винтовой прокатки и рабочий валок для его осуществления | |
| CN113953431B (zh) | 超高径比大型合金钢锭自由锻压机镦粗方法 | |
| RU2391162C2 (ru) | Способ изготовления тонкостенных труб | |
| CN117463894A (zh) | 一种长薄壁筒体的缩口成形方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210413 Address after: 214177 Wuxi Huishan Economic Development Zone Industrial Park, Wuxi City, Jiangsu Province Applicant after: DEXIN STEEL TUBE (CHINA) Co.,Ltd. Address before: 580 Jinhui Road, Huishan Economic Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Applicant before: WUXI DETAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |