一种不锈钢管成型方法

技术领域

本发明涉及管材加工技术领域，具体涉及一种不锈钢管成型方法。

背景技术

对于大口径的不锈钢管来说，通常是采用如下方法制造成型的：首先将不锈钢板裁切成片状的钢带，然后对钢带进行加热软化，再对经过加热后的钢带进行连续多次轧制辊压，以制得管坯，接着对所述管坯的线状拼接缝进行焊接，从而制得钢管。

然而现有的不锈钢管成型方法仍然存在如下技术缺陷：第一，由于生产步骤较多，造成其生产效率较低；第二，由于焊接工艺容易影响钢管的密封性和抗震等机械强度，因此，在制成钢管后，还需要对焊缝进行打磨、测试耐压强度等，继而不利于制管效率的提升。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种不锈钢管成型方法，既可有效提升不锈钢管的生产效率，又可确保不锈钢管的密封性和机械强度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种不锈钢管成型方法，包括如下步骤：

a. 加工用于成型钢管的柱形坯料，坯料的一端为夹持端；

b. 钢管成型装置的夹持装置夹持坯料的夹持端，然后对坯料加热，使其软化；

c. 用凸模挤压坯料的中心部位并拉伸坯料，使坯料的中心部位下凹；

d. 再次对坯料加热，使其软化，并用凸模挤压坯料的中心部位并拉伸坯料，使坯料的中心部位逐渐形成钢管的内孔形状，直至形成粗制钢管；

e. 切割粗制钢管的两端至设定的长度，即可得到精制钢管。

如前所述，现有的大口径厚壁不锈钢管通常是先制作不锈钢板坯料，坯料的长度即为钢管的长度，坯料的宽度即为钢管的周长，先将坯料弯曲成具有拼接缝的管状，然后通过焊接拼接缝形成最终的钢管产品。而本发明创造性地先制作柱形的坯料，然后对坯料加热，使其软化，再用凸模挤压坯料的中心部位并拉伸坯料，经过多次的加热、挤压、拉伸后，最终将坯料制成在周向上封闭的“正宗”不锈钢管，一方面可省去最后焊接、以及焊接后的耐压测试等工序，，另一方面可显著提升钢管的强度和防渗漏等性能。此外，相对于长方形的不锈钢板坯料而言，本发明的柱形坯料可极大地简化其加工制作。

可以理解的是，最后制成的不锈钢管的管径一方面和坯料的形状尺寸相关联，另一方面和凸模的形状尺寸相关联。因此，通过更换不同类型、尺寸的凸模，即可方便地加工不同类型、管径的不锈钢管。

特别是，现有的不锈钢管加工方法只能制造成型横截面呈圆形的“纯正”钢管，对于一些横截面为非圆形的不锈钢管则无能为力，通过调整坯料的形状并更换凸模，理论上，本发明可加工成型横截面为任意形状的非标钢管。

作为优选，所述坯料中间设有拉伸通孔，从而使坯料呈管状，所述凸模包括若干由连接线串接在一起的成型块，成型块的横截面与钢管的内孔横截面相似，从远离夹持装置的第一个成型块至靠近夹持装置的最后一个成型块形状逐渐增大，所述钢管成型装置包括与第一个成型块可拆卸连接的拉伸机构，在步骤b中，先使连接第一个成型块的连接线穿过坯料的拉伸通孔，并与拉伸机构相连接，然后用夹持装置夹持坯料的夹持端：在步骤c中，拉伸机构通过连接线拉动成型块，直至第一个成型块穿出坯料，从而在坯料的中心部位形成与第一个成型块的外形匹配的内孔；在步骤d中，坯料被重复加热软化，拉伸机构重复拉动成型块，使后续的成型块依次穿出批坯料，直至最后一个成型块穿出坯料，从而在坯料的中心部位形成与最后一个成型块的外形匹配的内孔，此时的内孔形成钢管的内孔形状。

在本方案中，我们将坯料制成管状，而凸模则包括若干由连接线串接在一起的成型块，从而使凸模呈柔性的“糖葫芦”状，这样，当我们使凸模的各成型块由小至大地依次穿过坯料时，即可使坯料的拉伸通孔与钢管的内孔形状相匹配，从而构成所需要的钢管。

特别是，在本方案中，我们只需夹持坯料的一端，而另一端呈悬空状态，当凸模的各成型块由小至大地依次穿过坯料的拉伸通孔时，即可自然地使坯料与凸模保持同轴“绷紧”状态，从而极大地简化整套钢管成型装置的结构和加工步骤

作为优选，所述坯料的外径等于钢管外径的70%-80%，所述拉伸通孔为自夹持端至悬空端逐渐减小的锥孔，相应地，成型块为与拉伸通孔的锥度匹配的锥形，拉伸通孔的内侧壁设有若干沿轴向延伸的筋条，所述筋条在拉伸通孔的周向上均匀分布，筋条的横截面为三角形，从而使拉伸通孔的横截面呈锯齿状，当成型块穿过拉伸通孔时挤压筋条；当最后一个成型块穿出坯料时，所述筋条被全部压平，此时的拉伸通孔壁厚即为钢管的壁厚。

在本方案中，拉伸通孔被制成锥孔，相应地，成型块被制成锥形。这样，便于成型块进入拉伸通孔内，并对拉伸通孔形成径向的挤压。可以理解的是，我们可通过调整锥孔、锥形的锥度，从而方便地调节拉伸成型块时对拉伸通孔的径向挤压作用，以适应不同管径、长度、甚至材质的钢管的加工制造。

此外，本发明将坯料的外径控制在钢管外径的70%-80%，这样，随着成型块对坯料拉伸通孔的逐渐挤压，坯料的拉伸通孔孔径会逐渐增大，相应地，坯料的外径也会逐渐增大，直至最后形成所需的不锈钢管。当坯料的外径小于钢管外径的70%时，会造成坯料的“过度”径向拉伸和膨胀，坯料容易发生胀裂现象；当坯料的外径大于钢管外径的80%时，容易使最终形成的钢管外径大于所需要的尺寸。

作为优选，所述钢管成型装置还包括若干组在轴向上依次布置的支撑套管，所述支撑套管包括可相对移动的二个移动座、可弹性移动地设置在移动座上并相对布置的第一半管和第二半管，所述第一半管和第二半管内设有高频加热线圈，在步骤b中，当夹持装置夹持坯料的夹持端后，第一组第一半管和第二半管相对移动拼接成支撑套管，此时的坯料悬空端位于该支撑套管内，然后第一半管和第二半管内的高频加热线圈对坯料加热，使其软化；在步骤d中，当全部的第一半管和第二半管相对移动拼接成支撑套管时，被拉伸的坯料悬空端位于各组支撑套管内，然后第一半管和第二半管内的高频加热线圈对坯料加热，使其软化。

在本方案中，钢管成型装置还包括若干组在轴向上依次布置的支撑套管。需要加工坯料时，我们可用夹持装置夹持坯料的尾端，用支撑套管夹持定位并支撑坯料的悬空端，从而可避免坯料的悬空端因径向位移而产生弯曲。当然，支撑套管的第一半管和第二半管优选地应上下相对设置，以便对坯料形成良好的支撑，避免其在重力作用下向下弯曲。

此外，支撑套管包括可相对移动的第一半管和第二半管，以便于坯料的悬空端进入到支撑套管内。

特别是，在第一半管和第二半管内设有高频加热线圈。这样，当坯料悬空端位于支撑套管内时，第一半管和第二半管内的高频加热线圈可对坯料进行加热，使其软化。也就是说，在本方案中，支撑套管一方面起到对坯料的支撑定位作用，另一方面起到对坯料的加热作用。可以理解的是，支撑套管还可对坯料起到类似“抱箍”的作用，避免坯料在拉伸成型时出现胀裂现象。

当然，第一半管和第二半管半内孔的孔径应不小于钢管的外径，这样，当第一组支撑套管移动时，第一半管和第二半管半内孔之间的距离应等于此时坯料的外径，从而使第一半管和第二半管的半内孔抵压坯料的外侧。以此类推，当成型块穿出坯料的拉伸通孔时，坯料的长度和外径均会有所增大，为此，本发明的第一半管和第二半管是可弹性移动地设置在移动座上的，这样，当坯料的外径增大时，第一半管和第二半管可自动弹性后腿，从而确保第一半管和第二半管与坯料始终紧密贴靠，有利于对坯料的加热。

当需要对外径和长度均已有所增加的坯料再次加热时，可同时移动2个甚至多个支撑套管，直至第一半管和第二半管抵压坯料。

如前所述，坯料的外径可控制在钢管外径的70%-80%之间，也就是说，坯料外径的增大幅度有限，因此可确保起步阶段坯料的外侧面与第一半管和第二半管两侧之间形成尽量小的空隙，有利于第一半管和第二半管对坯料的加热。

作为一种替代方案，所述钢管成型装置还包括若干采用燃气的环形喷火加热装置，所述环形喷火加热装置在轴向上依次分布，需要对坯料加热时，根据坯料的长度启动相应数量的环形喷火加热装置。

在本方案中，用采用燃气的环形喷火加热装置替代前述的支撑套管，以有利于对不同形状和尺寸的坯料的加热。

作为优选，所述坯料为悬空端封闭的套管状，所述钢管成型装置包括凸模驱动机构，所述凸模呈杆状，凸模的尾端与凸模驱动机构相连接，在凸模的前端面上设有可转动的抵压块，当凸模需要挤压坯料的中心部位并拉伸坯料时，凸模驱动机构驱动凸模一边旋转一边轴向前移，当抵压块抵压坯料时，凸模相对抵压块以及坯料产生转动。

在本方案中，我们将坯料的拉伸通孔制成盲孔，从而使坯料为悬空端封闭的套管状，相应地，凸模呈杆状。凸模驱动机构则可驱动杆状的凸模一边旋转一边轴向前移，当凸模前端的抵压块抵压坯料时，凸模相对抵压块以及坯料产生转动，从而便于凸模从坯料的拉伸通孔内脱出。

作为优选，所述凸模驱动机构包括螺套、用以驱动凸模的油缸，所述凸模的尾部一体的设有与螺套螺接的螺杆，螺杆的尾端与油缸的活塞杆转动连接，当油缸通过活塞杆驱动螺杆前移时，螺杆连同凸模一起转动。

油缸可对凸模产生极大地轴向推力，此时的凸模即可在螺套的作用下产生转动，当然，我们应使螺套固定，以便于凸模相对螺套产生转动。

作为优选，所述螺杆的螺旋角在75°-85°之间。

我们可通过合理地设计螺杆的螺旋角，在确保凸模轴向推力的基础上，还可形成足够的旋转力。当螺杆的螺旋角小于75°时，对凸模形成的旋转力过小，容易产生卡死现象。当螺杆的螺旋角大于85°时，会造成凸模的转动角度过小，不利于凸模从坯料中脱出。

因此，本发明具有如下有益效果：既可有效提升不锈钢管的生产效率，又可确保不锈钢管的密封性和机械强度。

附图说明

图1是不锈钢管的一种成型结构示意图。

图2是凸模的一种结构示意图。

图3是坯料的一种结构示意图。

图4是支撑套管的一种结构示意图。

图5是环形喷火加热装置的一种结构示意图。

图6是凸模驱动机构与凸模的连接结构示意图。

图中：1、坯料 11、夹持端 12、拉伸通孔 13、筋条 2、夹持装置 3、凸模 31、成型块32、连接线 33、抵压块 34、螺杆 4、拉伸机构 5、支撑套管 51、移动座 511、滑槽 512、弹簧52、第一半管 53、第二半管 6、环形喷火加热装置 7、螺套 8、凸模驱动机构。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种不锈钢管成型方法，包括如下步骤：

a. 加工用于成型钢管的柱形坯料1，坯料的一端为夹持端11；

b. 钢管成型装置的夹持装置2夹持坯料的夹持端，然后对坯料加热，使其软化；

c. 用凸模3挤压坯料的中心部位并拉伸坯料，使坯料的中心部位下凹；

d. 再次对坯料加热，使其软化，并用凸模挤压坯料的中心部位并拉伸坯料，使坯料的中心部位逐渐形成钢管的内孔形状，直至形成粗制钢管；

e. 切割粗制钢管的两端至设定的长度，即可得到精制钢管。

如前所述，现有的大口径厚壁不锈钢管通常是先制作不锈钢板坯料，皮料的长度即为钢管的长度，坯料的宽度即为钢管的周长，先将坯料弯曲成具有拼接缝的管状，然后通过焊接拼接缝形成最终的钢管产品。而本发明创造性地先制作柱形的坯料，然后对坯料加热，使其软化，再用凸模挤压坯料的中心部位并拉伸坯料，经过多次的加热、挤压、拉伸后，最终将坯料制成在周向上封闭的“正宗”不锈钢管，一方面可省去最后焊接、以及焊接后的耐压测试等工序，，另一方面可显著提升钢管的强度和防渗漏等性能。此外，相对于长方形的不锈钢板坯料而言，本发明的柱形坯料可极大地简化其加工制作。

可以理解的是，最后制成的不锈钢管的管径一方面和坯料的形状尺寸相关联，另一方面和凸模的形状尺寸相关联。因此，通过更换不同类型、尺寸的凸模，即可方便地加工不同类型、管径的不下钢管。

特别是，现有的不锈钢管加工方法只能制造成型横截面呈圆形的“纯正”钢管，对于一些横截面为非圆形的不锈钢管则无能为力，通过调整坯料的形状并更换凸模，理论上，本发明可加工成型横截面为任意形状的非标钢管。

作为一种优选方案，所述坯料中间设有拉伸通孔12，从而使坯料呈管状，如图2所示，所述凸模包括若干由连接线32串接在一起的成型块31，成型块的横截面与钢管的内孔横截面相似，从远离夹持装置的第一个成型块至靠近夹持装置的最后一个成型块形状逐渐增大，所述钢管成型装置包括与第一个成型块可拆卸连接的拉伸机构4，在步骤b中，先使连接第一个成型块的连接线穿过坯料的拉伸通孔，并与拉伸机构相连接，然后用夹持装置夹持坯料的夹持端：在步骤c中，拉伸机构通过连接线拉动成型块，直至第一个成型块穿出坯料，从而在坯料的中心部位形成与第一个成型块的外形匹配的内孔；在步骤d中，坯料被重复加热软化，拉伸机构重复拉动成型块，使后续的成型块依次穿出坯料，直至最后一个成型块穿出坯料，从而在坯料的中心部位形成与最后一个成型块的外形匹配的内孔，此时的内孔形成钢管的内孔形状。也就是说，成型块将坯料原有的拉伸通孔拉升扩张成钢管所需的内孔形状和尺寸。

可以理解的是，我们只需夹持坯料的后端，而前端呈悬空状态，当凸模的各成型块由小至大地依次穿过坯料的拉伸通孔时，即可自然地使坯料与凸模保持同轴“绷紧”状态，避免对坯料的前端进行夹持定位，从而极大地简化整套钢管成型装置的结构和加工步骤

进一步地，我们可将坯料的外径控制在钢管外径的70%-80%之间，而拉伸通孔制成为自夹持端至悬空端逐渐减小的锥孔，相应地，成型块为与拉伸通孔的锥度匹配的锥形，从而便于成型块进入拉伸通孔内，并对拉伸通孔形成径向的挤压。此外，如图3所示，我们还可在拉伸通孔的内侧壁设有若干沿轴向延伸的筋条13，所述筋条在拉伸通孔的周向上均匀分布，筋条的横截面大致为三角形，从而使拉伸通孔的横截面呈锯齿状。

这样，当成型块依次穿过拉伸通孔时可挤压筋条；当最后一个成型块穿出坯料时，所述筋条被全部压平，从而使坯料制成粗制钢管，此时的拉伸通孔壁厚即为钢管的壁厚。当然，此时坯料的外径相应地扩胀至钢管所需的外径。

特别地，在本方案中，成型块主要是通过挤压筋条使坯料拉伸形成粗制钢管的，也就是说，在此过程中，坯料的壁厚只有较小的扩胀，既有利于将坯料制成粗制钢管，又可避免因坯料的壁厚过度扩胀、拉伸导致的胀裂现象。需要说明的是，筋条顶部的的夹角应维持在60°以上，从而避免成型块挤压时筋条出现“倒塌”，继而使相邻的筋条相互搭接在一起。

作为另一种优选方案，如图4所示，所述钢管成型装置还包括若干组在轴向上依次布置的支撑套管5，所述支撑套管包括可相对移动的二个移动座51、可弹性移动地设置在移动座上并相对布置的第一半管52和第二半管53，当然，第一半管和第二半管的横截面为相对一侧开口的半环形，当移动座带动第一半管和第二半管相对移动时，即可拼接成环形的支撑套管。

此外，所述第一半管和第二半管内设有高频加热线圈（图中未示出），这样，在步骤b中，当夹持装置夹持坯料的夹持端后，靠近夹持端的第一组第一半管和第二半管相对移动拼接成支撑套管，此时的坯料悬空端位于该支撑套管内，然后第一半管和第二半管内的高频加热线圈对坯料加热，使其软化；在步骤d中，当全部的第一半管和第二半管相对移动拼接成支撑套管时，被拉伸的坯料悬空端位于各组支撑套管内，然后第一半管和第二半管内的高频加热线圈对坯料加热，使其软化。也就是说，全部的第一半管和第二半管相对移动拼接成支撑套管时，其总长度与不锈钢管的长度匹配。

需要说明的是，本方案的第一半管和第二半管既可适应的不锈钢圆管，也可适应非圆管的不锈钢管。当然，支撑套管的第一半管和第二半管优选地应上下相对设置，以便对坯料形成良好的支撑，避免其在重力作用下向下弯曲。

特别是，在第一半管和第二半管内设有高频加热线圈。这样，当坯料悬空端位于支撑套管内时，第一半管和第二半管内的高频加热线圈可对坯料进行加热，使其软化。也就是说，在本方案中，支撑套管一方面起到对坯料的支撑定位作用，另一方面起到对坯料的加热作用。可以理解的是，支撑套管还可对坯料起到类似“抱箍”的作用，避免坯料在拉伸成型时出现胀裂现象。

当然，第一半管和第二半管半内孔的孔径应不小于钢管的外径，从而使第一半管和第二半管的半内孔可抵压坯料的外侧，避免出现“腾空”现象。由于成型块穿出坯料的拉伸通孔时，坯料的长度和外径均会有所增大，为此，本发明的第一半管和第二半管是可弹性移动地设置在移动座上的，这样，当坯料的外径增大时，第一半管和第二半管可自动弹性后腿，从而确保第一半管和第二半管与坯料始终紧密贴靠，有利于对坯料的加热。

具体地，我们可在移动座上设置滑槽511，第一半管和第二半管可移动地设置在滑槽内，在移动座上设置抵压第一半管和第二半管外侧的弹簧512，当第一半管和第二半管相对移动拼接成支撑套管、并挤压位于该支撑套管内的坯料悬空端时，第一半管和第二半管可在滑槽内弹性后退。也就是说，当第一半管和第二半管处于滑槽的前端时，其距离等于坯料刚开始时的最大径向尺寸；当第一半管和第二半管后退至滑槽的后端时，其距离等于粗制钢管的最大径向尺寸。当然，我们还可在滑槽的后端设置一个调整块，通过更换不同的调整块，可方便地调整第一半管和第二半管后退至滑槽的后端时的距离，继而适应不同尺寸钢管的加工制造。

作为一种替代方案，如图5所示，所述钢管成型装置也可包括若干采用燃气的环形喷火加热装置6，所述环形喷火加热装置在轴向上依次分布，需要对坯料加热时，根据坯料的长度启动相应数量的环形喷火加热装置。

在本方案中，用采用燃气的环形喷火加热装置替代前述的支撑套管，以有利于对不同形状和尺寸的坯料的加热。

为了便于凸模从坯料的拉伸通孔内脱出，如图6所示，我们可将坯料制成悬空端封闭的套管状，所述钢管成型装置包括凸模驱动机构8，所述凸模呈杆状，凸模的尾端与凸模驱动机构相连接，在凸模的前端面上设有可转动的抵压块33，当凸模需要挤压坯料的中心部位并拉伸坯料时，凸模驱动机构驱动凸模一边旋转一边轴向前移，当抵压块抵压坯料时，凸模相对抵压块以及坯料产生转动，从而有利于凸模从坯料的拉伸通孔内脱出。

进一步地，所述凸模驱动机构包括螺套7、用以驱动凸模的油缸，所述凸模的尾部一体的设有与螺套螺接的螺杆34，螺杆的尾端与油缸的活塞杆转动连接，当油缸通过活塞杆驱动螺杆前移时，螺杆连同凸模一起转动。

油缸可对凸模产生极大地轴向推力，此时的凸模即可在螺套的作用下产生转动，当然，我们应使螺套固定，以便于凸模相对螺套产生转动。

优选地，所述螺杆的螺旋角可控制在75°-85°之间，在确保凸模轴向推力的基础上，还可形成足够的旋转力，以利于凸模从坯料中脱出。