¿Cuáles son los detalles del proceso de perforación por laminación en caliente para tubos de acero al carbono sin costura?

Los tubos de acero al carbono sin costura son componentes centrales en la fabricación de maquinaria, transmisión hidráulica y maquinaria de ingeniería. Sus procesos de producción se dividen principalmente en dos categorías: laminación en caliente y trefilado en frío. Entre ellos, el proceso de perforación por laminación en caliente, con sus ventajas de alta eficiencia de conformado, gran capacidad, bajo costo e idoneidad para la producción de carcasas de grandes especificaciones, se ha convertido en el método de conformado principal para tubos de acero al carbono sin costura de tamaño mediano y grande (diámetro exterior 80~200 mm) y se usa ampliamente en escenarios de producción en masa. El proceso de perforación por laminación en caliente utiliza lingotes redondos de acero al carbono como materia prima. Después de calentarlos a un estado plástico en un horno, los lingotes redondos sólidos se procesan en tubos huecos mediante la acción coordinada de componentes como el molino perforador, la placa guía y el mandril, sentando las bases para los procesos posteriores de acabado y tratamiento térmico. El proceso de perforación y laminación en caliente es la etapa de 'conformación' en la formación de tubos de acero al carbono sin costura. El grado de coincidencia de sus parámetros clave de proceso determina directamente la uniformidad del espesor de la pared, la redondez, la calidad de la superficie y la microestructura interna del tubo hueco.

Primero, ¿cuál es el principio del proceso de perforación y laminación en caliente para tubos de acero al carbono sin costura?

El principio básico de la tecnología de perforación por laminación en caliente para tubos de acero al carbono sin costura es utilizar las características de deformación plástica del metal a altas temperaturas. Mediante la acción coordinada de los rodillos, las placas guía y el mandril del molino perforador, un lingote de acero redondo y sólido se lamina gradualmente hasta formar un tubo hueco. Todo el proceso se divide principalmente en tres etapas: la etapa de morder, la etapa de perforación y la etapa de nivelación.

1. Etapa de mordida: La etapa de mordida es la etapa inicial de la perforación por laminación en caliente. El lingote redondo de acero al carbono, calentado hasta alcanzar un estado plástico, se introduce en el molino de perforación. A través de la fricción rotacional de los rodillos, el lingote es mordido entre los rodillos y el mandril. En este punto, el lingote comienza a soportar presión radial y tensión axial, y la superficie metálica sufre una deformación plástica inicial, sentando las bases para la perforación posterior. El requisito central de esta etapa es asegurar una mordida suave del lingote, evitando deslizamientos o desviaciones; de lo contrario, se producirá una perforación excéntrica en las etapas posteriores.

2. Etapa de perforación: La etapa de perforación es el núcleo de todo el proceso. Después de morder el lingote redondo de acero, bajo la presión de los rodillos, el empuje del mandril y la guía de la placa guía, el metal interno se perfora gradualmente, formando un tubo hueco. En esta etapa, la deformación plástica del metal es más intensa, produciéndose simultáneamente deformación radial y axial. El espesor de la pared se reduce gradualmente al tamaño preestablecido y la uniformidad de esta deformación determina directamente la uniformidad del espesor de la pared y la redondez del tubo hueco.

3. Etapa de dimensionamiento: La etapa de dimensionamiento es la etapa final del proceso de perforación. Después de la etapa de perforación, el tubo hueco ingresa a la sección de dimensionamiento. A través de una mayor presión y recorte por parte de los rodillos calibradores, se corrigen el espesor de la pared y las desviaciones de redondez del tubo hueco, se refinan los granos de metal y se mejora la calidad de la superficie, asegurando que la precisión dimensional y la calidad de la superficie del tubo hueco cumplan con los requisitos del procesamiento posterior.

En segundo lugar, ¿cuáles son los impactos de los parámetros clave en el proceso de perforación y laminación en caliente de tubos sin costura de acero al carbono en la calidad del producto?

Tomando tubos sin costura de acero al carbono de 20# y 45# como objetos de investigación y combinando la práctica de producción, este artículo analiza el mecanismo de influencia de los cuatro parámetros clave (temperatura de calentamiento, velocidad de perforación, extensión del mandril y espaciado de la placa guía) en la calidad del producto, aclara el rango de control razonable de cada parámetro y proporciona una base teórica para la optimización posterior de los parámetros.

1. Influencia de la temperatura de calentamiento: La temperatura de calentamiento es el parámetro principal en el proceso de perforación por laminación en caliente, determina directamente la plasticidad, la resistencia a la deformación y la microestructura metálica del acero al carbono, y tiene el impacto más significativo en la calidad del producto. La plasticidad del acero al carbono aumenta al aumentar la temperatura de calentamiento, mientras que su resistencia a la deformación disminuye. Sin embargo, temperaturas de calentamiento excesivamente altas o bajas pueden provocar diversos defectos de calidad. Cuando la temperatura de calentamiento es demasiado baja, el acero al carbono carece de suficiente plasticidad y tiene una alta resistencia a la deformación, lo que dificulta la deformación del metal durante la perforación. Esto puede provocar problemas como deslizamiento durante la inserción y una fuerza de perforación excesiva, lo que provoca defectos en el tubo hueco, incluidos espesores de pared desiguales, excentricidad y rayones en la superficie. Al mismo tiempo, la concentración de tensiones es significativa durante la deformación, lo que provoca fácilmente grietas en la superficie, especialmente en el acero de medio carbono 45#, que tiene un mayor contenido de carbono y una plasticidad relativamente pobre; La incidencia de defectos por grietas aumenta significativamente durante la perforación a baja temperatura. Cuando la temperatura de calentamiento es demasiado alta, el acero al carbono se sobrecalentará y quemará, lo que provocará que los granos de metal se vuelvan más gruesos rápidamente, lo que provocará una disminución de las propiedades mecánicas del tubo hueco (reducción de la resistencia y dureza y poca tenacidad). Al mismo tiempo, temperaturas excesivamente altas acelerarán la oxidación en la superficie del metal, formando una gruesa capa de óxido. El desprendimiento de esta escala provocará defectos como picaduras y cráteres en la superficie del tubo hueco y, en casos graves, grietas en la superficie. Además, el sobrecalentamiento también provocará una estructura metálica interna suelta y defectos de delaminación, lo que afectará la capacidad de carga del tubo.

2. La influencia de la velocidad de perforación: La velocidad de perforación se refiere a la velocidad lineal de los rodillos, que determina directamente la velocidad de deformación y la eficiencia de perforación del metal, afectando la uniformidad de la deformación del metal y el estado de tensión. Las velocidades de perforación demasiado rápidas o demasiado lentas provocarán una deformación desigual del metal y provocarán defectos de calidad. Cuando la velocidad de perforación es demasiado lenta, el metal permanece en el área de perforación durante demasiado tiempo, sufriendo ciclos de compresión excesivos, lo que provoca una sobredeformación localizada y defectos como un espesor de pared más delgado y rayones en la superficie. Al mismo tiempo, el tiempo de residencia prolongado exacerba la oxidación de la superficie, lo que hace que las incrustaciones de óxido se adhieran a la superficie del tubo hueco y afecten la calidad de la superficie. Además, las velocidades de perforación excesivamente lentas reducen la eficiencia de la producción y aumentan los costos de producción. Cuando la velocidad de perforación es demasiado rápida, el metal se deforma demasiado rápido, lo que impide una deformación plástica suficiente y provoca una concentración de tensión interna, que puede provocar fácilmente grietas superficiales y pliegues internos. Además, las velocidades excesivas pueden provocar una mordida inestable, lo que produce desviación y excentricidad, lo que afecta la uniformidad del espesor de la pared y la redondez del tubo hueco. Además, las velocidades de perforación excesivamente rápidas también aceleran el desgaste del mandril, acortando su vida útil y afectando indirectamente la calidad del producto.

3. La influencia de la extensión hacia adelante del mandril: La extensión hacia adelante del mandril se refiere al desplazamiento entre el cabezal del mandril y la línea central del rodillo. Determina directamente la posición de penetración y el estado de tensión del metal durante la perforación y tiene el impacto más significativo en la uniformidad del espesor de la pared y los defectos de excentricidad del tubo hueco. Una extensión excesiva o insuficiente del mandril provocará una tensión desigual en el metal, provocando defectos como excentricidad y desviación del espesor de la pared. Si la extensión del mandril es demasiado pequeña, la fuerza de empuje sobre el metal será insuficiente y el metal penetrará demasiado hacia atrás. Durante la perforación, el metal sufre una deformación radial excesiva y una deformación axial insuficiente, lo que da lugar a un tubo capilar hueco más grueso con una pared interior rugosa y tendencia a defectos de plegado interno. Al mismo tiempo, una fuerza de empuje insuficiente puede causar una mordida inestable, lo que resulta en una desviación y exacerba la excentricidad. Si la extensión del mandril es demasiado grande, la fuerza de empuje sobre el metal es excesiva, lo que hace que el metal penetre demasiado hacia adelante. Durante la perforación, el metal sufre una deformación axial excesiva y una deformación radial insuficiente, lo que da lugar a un tubo capilar hueco más delgado con una escasa uniformidad del espesor de la pared y una tendencia a plegarse externamente y agrietarse en la superficie. Además, una fuerza de empuje excesiva acelerará el desgaste del mandril e incluso puede dañarlo, interrumpiendo el proceso de producción.

4. La influencia del espaciado de la placa guía: El espaciado de la placa guía se refiere a la distancia entre la placa guía y los rodillos. Su función es guiar y posicionar el lingote redondo de acero y el tubo hueco, asegurando la estabilidad durante la deformación del metal y previniendo problemas como desviación y excentricidad. Afecta directamente la redondez y la uniformidad del espesor de la pared del tubo hueco. Un espacio excesivo o insuficiente entre las placas guía afectará el efecto de guía y provocará defectos de calidad. Si el espacio entre las placas guía es demasiado pequeño, la fuerza de extrusión excesiva sobre el metal provocará defectos como rayones y abrasiones en la superficie del tubo hueco. Al mismo tiempo, una fuerza de extrusión excesiva también provocará una deformación desigual del metal, lo que provocará desviaciones en el espesor de la pared y una redondez fuera de tolerancia. Además, una separación excesivamente pequeña entre las placas guía aumentará la resistencia al movimiento del metal, acelerará el desgaste de los rodillos y las placas guía y afectará a la estabilidad de la producción. Cuando la separación entre las placas de guía es demasiado grande, sus funciones de guía y posicionamiento se debilitan. Esto puede provocar problemas como desalineación y oscilación del lingote redondo de acero y el tubo hueco durante el proceso de perforación, lo que da como resultado defectos como excentricidad y espesor de pared desigual en el tubo hueco. Además, una separación excesivamente grande conduce a una falta de restricción durante la deformación del metal, provocando defectos superficiales tales como protuberancias y depresiones localizadas, afectando así a la calidad de la superficie.

En tercer lugar, medidas de salvaguardia para el proceso optimizado de perforación y laminación en caliente de tubos sin costura de acero al carbono:

(1) Fortalecer el control de la temperatura de calefacción: Adoptar un sistema de control de temperatura inteligente para monitorear la temperatura del horno en tiempo real, asegurando que las fluctuaciones de temperatura sean ≤±10℃. Calibre periódicamente el equipo de control de temperatura para evitar desviaciones de temperatura.

(2) Optimice el control de la velocidad de perforación: adopte un sistema de control digital para establecer con precisión la velocidad lineal del rollo, manteniendo la estabilidad de la velocidad y evitando fluctuaciones.

(3) Fortalecer el mantenimiento del mandril y la placa guía: verifique periódicamente la extensión del mandril y el espaciado de la placa guía, ajuste las desviaciones rápidamente y reemplace periódicamente los mandriles y las placas guía desgastados para garantizar una guía y un posicionamiento precisos.

(4) Establecer un libro de parámetros para registrar las combinaciones óptimas de parámetros para diferentes grados y especificaciones de acero. Analice periódicamente los datos de producción y ajuste los parámetros según sea necesario en función de los cambios en la calidad de la materia prima y el estado del equipo.

(5) Fortalecer la capacitación de los operadores: mejorar la competencia profesional de los operadores y garantizar que operen estrictamente de acuerdo con los parámetros optimizados para evitar errores humanos.

Cuarto, Conclusión.

Los cuatro parámetros clave del proceso de perforación por laminación en caliente (temperatura de calentamiento, velocidad de perforación, extensión del mandril y espaciado de la placa guía) afectan significativamente la calidad de los tubos de acero al carbono sin costura. Estos parámetros están interconectados y son mutuamente restrictivos; por lo tanto, establecer una combinación razonable de parámetros es crucial para mejorar la calidad del producto y reducir las tasas de defectos. El proceso optimizado de perforación por laminación en caliente es muy específico y factible, adecuado para la producción en masa de tubos de acero al carbono sin costura de tamaño mediano y grande y puede proporcionar apoyo teórico y referencia práctica para las empresas. En el futuro, al combinar la tecnología de simulación digital y la tecnología de detección inteligente, los parámetros del proceso se podrán optimizar aún más para simular los patrones de deformación del metal durante la perforación y lograr un control inteligente de los parámetros. Al mismo tiempo, al incorporar tecnología de tratamiento de superficies para reducir la oxidación de la superficie del metal, se puede mejorar aún más la calidad del producto, impulsando a la industria de tubos sin costura de acero al carbono hacia el refinamiento y la eficiencia.