冷制頭工藝技術的應用

河南江河機械有限責任公司 （平頂山 467337） 楊 利 張 琦 王丹冰

在管、棒材類產(chǎn)品拉拔生產(chǎn)工藝中，為了拉制管、棒材，必須先將管、棒坯料的一端斷面減小，以順利地穿過拉拔模孔，其制造加工方法稱為制頭。制頭分為熱制頭和冷制頭。

一般地，熱制頭生產(chǎn)工藝是利用鍛錘，采用自由鍛形式進行熱制頭。自由鍛是利用通用性工具來生產(chǎn)鍛件的一種鍛造方法，熱制頭前需要對管、棒坯一端進行加熱，再以逐段變形方式來達到鍛件成形的目的。熱制頭后再以酸洗的方法去除表面氧化皮，其具有工序多、流程長、酸霧重、能耗大、制頭強度差等缺點。

由于熱制頭是將管坯加熱后，在鍛錘上進行制頭，因其不受管、棒坯料形狀與尺寸規(guī)格的限制，則其具有適用性廣、通用性強的特點。長期以來，公司生產(chǎn)中一直沿用熱制頭工藝，使得擠壓、拉拔生產(chǎn)線存在著工藝陳舊、生產(chǎn)設備落后、生產(chǎn)效率低、能耗大、污染大、工作環(huán)境差等問題，這些問題一直得不到很好的解決。

對于冷制頭工藝技術的開發(fā)，使這些問題的解決取得了根本性的突破。該工藝技術不但可應用于拉拔管材生產(chǎn)工藝，在種類繁多的擠壓、拉拔制品中，棒材和非圓截面的異形材均可以應用。

1.冷制頭技術的發(fā)展

冷制頭技術是管、棒、異形材制造工藝技術的發(fā)展方向。金屬冷制頭是近十年來研制開發(fā)的工藝技術，是一種在常溫狀態(tài)下采用擠壓原理完成制頭過程的技術，該制頭技術克服了傳統(tǒng)舊工藝的缺點，使拉拔制頭工藝的技術有了重大的突破，其突出特點是：坯料在常溫下擠壓變形、節(jié)能、省時、低耗、環(huán)境無污染、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，且成材率較高。

目前國內(nèi)研制的冷制頭機，大致可分為3個類別：液壓壓頭機、管（棒）材動?？s頭機和管材旋壓制頭機。液壓壓頭機是由液壓自動完成制頭工藝的，適應于大中小幾乎所有拉拔規(guī)格的冷拔管。

對于直徑小于φ55mm的產(chǎn)品，設備噸位為800～1000kN之間，所用設備為滑塊雙缸式，該機可直接安裝在拉拔機旁，床身可水平180°，適用于銅、鋁等有色金屬管材的盤拉制頭。

對于管徑小于φ160mm的中小型冷拔管，設備噸位為1200～2400kN，則用框架三缸式壓頭機，其適用于中等壁厚的金屬管材，其制頭端面為“8”字形，便于后序工序的清洗等。

對于外徑為φ360mm的管材，設備噸位為5000kN大型框架四缸式壓頭機。對于非圓截面各種常見的異形材，設備為異形材制頭機。異形材用機械式軋輥冷制頭機的優(yōu)點為：軋輥為組合形式，更換方便；由于軋輥采用冷作模具鋼，則軋輥壽命高；且該機低耗能、噪聲小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、運行可靠，是其他陳舊工藝的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

2.在異形銅母線生產(chǎn)工藝中的應用

如我公司為某外資企業(yè)生產(chǎn)的高強度、高導電異形銅母線，該產(chǎn)品橫截面形狀為非圓異形、且中空的結(jié)構(gòu)形式。其主要應用在高壓配電設備上，過去主要依靠國外進口。目前，經(jīng)過公司技術人員的科研開發(fā)，該產(chǎn)品已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，占領了國內(nèi)銷售市場的全部份額。

（1）原熱制頭生產(chǎn)中存在的缺點 原生產(chǎn)工藝是利用鍛錘，采用自由鍛形式進行熱制頭。由于自由鍛需要加熱后，再以逐段變形方式使鍛件成形，因而其生產(chǎn)過程存在制頭質(zhì)量精度低、勞動強度大和生產(chǎn)效率低的缺點。其主要體現(xiàn)為以下幾方面，首先，在拉拔過程中易出現(xiàn)斷頭等問題，如某一尺寸規(guī)格的產(chǎn)品，在拉拔過程中的斷頭現(xiàn)象，最嚴重時可達80%以上，平均在45%左右。故為了繼續(xù)生產(chǎn)，需要再次加熱頭部，再次熱制頭、酸洗等工序，其既浪費了原材料，也不利于提高勞動生產(chǎn)率，也增加了產(chǎn)品制造成本。

其次，由于熱制頭需要對異形銅母線坯料頭部加熱及酸洗，故工藝設備需放置在一個獨立的工房進行生產(chǎn)操作，坯料制品需周轉(zhuǎn)，拉拔工序需待料作業(yè)，因此生產(chǎn)周期相對較長，且存在工作環(huán)境差和生產(chǎn)效率低等缺點。此外，由于酸洗后沖洗不凈，內(nèi)外表面有殘酸等，而造成產(chǎn)品表面質(zhì)量不符合要求。

優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品有賴于優(yōu)良制造的可靠性保證，而優(yōu)良制造取決于合理的加工工藝?；诖?，針對異形銅母線存在的制頭質(zhì)量低、生產(chǎn)效率低等問題，決定改進制頭工藝，取消加熱、酸洗等工序，以達到改善異形銅母線制頭質(zhì)量、降低制造成本之目的。

（2）模具結(jié)構(gòu)及工作過程 基于橫截面為非圓異形、且中空的異形銅母線形狀的特殊結(jié)構(gòu)，目前還無很理想的專用制頭設備。因而針對異形銅母線的形狀特點，運用冷擠壓塑性變形原理，設計了專用制頭模具（模具結(jié)構(gòu)見附圖），在常溫下進行制頭。

異形銅母線坯料制頭模具結(jié)構(gòu)

工作過程：冷制頭設備采用的是4000kN國產(chǎn)框架三缸式液壓機，其在機頭主體內(nèi)的左右及上部設置有三個液壓缸，并且柱塞分別相聯(lián)上壓模11、左右壓模12三個模塊，在機頭主體內(nèi)的下部設置一個固定模座塊，其上固定有下壓模2。制頭時，首先，液壓缸驅(qū)使左右壓模12水平向中心運動擠壓管坯，使管坯達到預期的寬度；其次，上液壓缸驅(qū)使上壓模11向下運動擠壓管坯，與下壓模2共同作用，使管坯達到預期的高度，進而完成異形銅母線的管坯制頭工作過程。

（3）應用效果 經(jīng)過不同尺寸規(guī)格的批量試驗，異形銅母線制頭的質(zhì)量與要求達到了預期的目的、效果，具體體現(xiàn)在以幾點：①由于冷制頭采用的是在常溫下通過模具的擠壓進行制頭，則冷制頭工序可同拉拔工序設置在同一工房, 冷制頭后可以直接進行拉拔工序，無待料時間，保證了工序間生產(chǎn)的連續(xù)性。同時也減少了坯料頭部加熱、酸洗、半制品周轉(zhuǎn)等工序，減輕了勞動強度，改善了工作環(huán)境、無污染等。②冷制頭工藝是我公司首次在異形銅母線制造工藝中采用。通過采用拉拔冷制頭工藝，增強了異形銅母線拉拔前的坯料制頭強度質(zhì)量，完全消除了斷頭現(xiàn)象。同時，減少坯料頭部加熱、酸洗、半制品周轉(zhuǎn)等工序，減少了二次加熱、二次制頭工序，減輕勞動者工作量，提高產(chǎn)品經(jīng)濟效益。冷制頭工藝同鍛造熱制頭工藝相比較，可降低產(chǎn)品制造成本15%左右。③通過對異形銅母線常溫制頭工藝技術的試制和應用，已經(jīng)較全面掌握此項工藝技術。同時，已推廣應用于中小尺寸規(guī)格銅管的制頭工藝中，對大規(guī)格銅管的制頭已開始試制，進而推廣應用于其他非圓截面的異形材制頭生產(chǎn)工藝中。

3.結(jié)語

隨著科學技術發(fā)展，各種橫截面形狀為非圓異形且中空的異形銅母線用制頭機會向著低耗能、噪聲小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，運行可靠，壽命高的方向發(fā)展。且會越來越成熟和完善，最終完全取代陳舊的工藝設備，達到產(chǎn)品更新?lián)Q代的目標。因此，在擠壓制品中，對于其高標準的技術要求，只有采用新技術新工藝才能提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，才能使效果最優(yōu)化，才能做到節(jié)能、省時、低耗、環(huán)保。（20130928）