Quels sont les détails du processus de perçage par laminage à chaud pour les tubes en acier au carbone sans soudure

Les tubes sans soudure en acier au carbone sont des composants essentiels dans la fabrication de machines, de transmissions hydrauliques et de machines d'ingénierie. Leurs procédés de production sont principalement divisés en deux catégories : le laminage à chaud et l’étirage à froid. Parmi eux, le processus de perçage par laminage à chaud, avec ses avantages d'efficacité de formage élevée, de grande capacité, de faible coût et d'adéquation à la production de caissons de grandes spécifications, est devenu la méthode de formage courante pour les tubes en acier au carbone sans soudure de moyenne et grande taille (diamètre extérieur 80 ~ 200 mm) et est largement utilisé dans les scénarios de production de masse. Le processus de perçage par laminage à chaud utilise des lingots ronds en acier au carbone comme matières premières. Après avoir été chauffés jusqu'à l'état plastique dans un four, les lingots ronds solides sont transformés en tubes creux grâce à l'action coordonnée de composants tels que le broyeur de perçage, la plaque de guidage et le mandrin, jetant ainsi les bases des processus de finition et de traitement thermique ultérieurs. Le processus de perçage par laminage à chaud est l'étape de « mise en forme » dans la formation de tubes en acier au carbone sans soudure. Le degré de correspondance de ses paramètres clés du processus détermine directement l'uniformité de l'épaisseur de la paroi, la rondeur, la qualité de la surface et la microstructure interne du tube creux.

Tout d’abord, quel est le principe du procédé de perçage par laminage à chaud pour les tubes en acier au carbone sans soudure ?

Le principe de base de la technologie de perçage par laminage à chaud pour les tubes sans soudure en acier au carbone est d'utiliser les caractéristiques de déformation plastique du métal à haute température. Grâce à l'action coordonnée des rouleaux, des plaques de guidage et du mandrin du laminoir de perçage, un lingot d'acier rond solide est progressivement roulé dans un tube creux. L'ensemble du processus est principalement divisé en trois étapes : l'étape de morsure, l'étape de perçage et l'étape de nivellement.

1. Étape de morsure : L’étape de morsure est l’étape initiale du perçage par laminage à chaud. Le lingot rond en acier au carbone, chauffé jusqu'à l'état plastique, est introduit dans le broyeur de perçage. Grâce au frottement rotationnel des rouleaux, le lingot est mordu entre les rouleaux et le mandrin. À ce stade, le lingot commence à supporter une pression radiale et une tension axiale, et le métal de surface subit une déformation plastique initiale, jetant les bases d'un perçage ultérieur. L'exigence fondamentale de cette étape est d'assurer une morsure douce du lingot, en évitant tout glissement ou déviation ; sinon, cela entraînera un perçage excentrique dans les étapes suivantes.

2. Étape de perçage : L’étape de perçage est au cœur de l’ensemble du processus. Une fois le lingot d'acier rond mordu, sous la pression des rouleaux, la poussée du mandrin et le guidage de la plaque de guidage, le métal interne est progressivement percé, formant un tube creux. Dans cette étape, la déformation plastique du métal est la plus intense, les déformations radiale et axiale se produisant simultanément. L'épaisseur de paroi est progressivement réduite jusqu'à la taille prédéfinie, et l'uniformité de cette déformation détermine directement l'uniformité de l'épaisseur de paroi et la rondeur du tube creux.

3. Étape de dimensionnement : L’étape de dimensionnement est la dernière étape du processus de perçage. Après l’étape de perçage, le tube creux entre dans la section de dimensionnement. Grâce à une pression supplémentaire et à un découpage par les rouleaux de calibrage, les écarts d'épaisseur de paroi et de rondeur du tube creux sont corrigés, les grains métalliques sont affinés et la qualité de surface est améliorée, garantissant que la précision dimensionnelle et la qualité de surface du tube creux répondent aux exigences du traitement ultérieur.

Deuxièmement, quels sont les impacts des paramètres clés du processus de perçage à chaud des tubes sans soudure en acier au carbone sur la qualité du produit ?

En prenant les tubes sans soudure en acier au carbone 20# et 45# comme objets de recherche et en combinant les pratiques de production, cet article analyse le mécanisme d'influence des quatre paramètres clés (température de chauffage, vitesse de perçage, extension du mandrin et espacement des plaques de guidage) sur la qualité du produit, clarifie la plage de contrôle raisonnable de chaque paramètre et fournit une base théorique pour l'optimisation ultérieure des paramètres.

1. Influence de la température de chauffage : la température de chauffage est le paramètre principal du processus de perçage par laminage à chaud, déterminant directement la plasticité, la résistance à la déformation et la microstructure métallique de l'acier au carbone, et a l'impact le plus significatif sur la qualité du produit. La plasticité de l'acier au carbone augmente avec l'augmentation de la température de chauffage, tandis que sa résistance à la déformation diminue. Cependant, des températures de chauffage trop élevées ou trop basses peuvent entraîner divers défauts de qualité. Lorsque la température de chauffage est trop basse, l'acier au carbone manque de plasticité suffisante et présente une résistance élevée à la déformation, ce qui rend la déformation du métal difficile lors du perçage. Cela peut entraîner des problèmes tels qu'un glissement lors de l'insertion et une force de perçage excessive, entraînant des défauts dans le tube creux, notamment une épaisseur de paroi inégale, une excentricité et des rayures de surface. Simultanément, la concentration des contraintes est importante lors de la déformation, provoquant facilement des fissures de surface, en particulier dans l'acier au carbone moyen 45#, qui a une teneur en carbone plus élevée et une plasticité relativement plus faible ; l'incidence des fissures augmente considérablement lors du perçage à basse température. Lorsque la température de chauffage est trop élevée, l'acier au carbone surchauffe et brûle, provoquant un grossissement rapide des grains métalliques, entraînant une diminution des propriétés mécaniques du tube creux (résistance et dureté réduites, et ténacité médiocre). Simultanément, des températures trop élevées accéléreront l’oxydation de la surface métallique, formant une épaisse couche d’oxyde. Le décollement de cette calamine provoquera des défauts tels que des piqûres et des cratères à la surface du tube creux et, dans les cas graves, des fissures superficielles. De plus, une surchauffe entraînera également un relâchement de la structure métallique interne et des défauts de délaminage, affectant la capacité portante du tube.

2. L'influence de la vitesse de perçage : La vitesse de perçage fait référence à la vitesse linéaire des rouleaux, qui détermine directement la vitesse de déformation et l'efficacité de perçage du métal, affectant l'uniformité de la déformation du métal et l'état de contrainte. Des vitesses de perçage trop rapides ou trop lentes entraîneront une déformation inégale du métal et provoqueront des défauts de qualité. Lorsque la vitesse de perçage est trop lente, le métal reste trop longtemps dans la zone de perçage, subissant des cycles de compression excessifs, entraînant une surdéformation localisée et des défauts tels qu'une épaisseur de paroi plus mince et des rayures de surface. Simultanément, un temps de séjour prolongé exacerbe l'oxydation de la surface, provoquant l'adhésion du tartre d'oxyde à la surface du tube creux et affectant la qualité de la surface. De plus, des vitesses de perçage trop lentes réduisent l'efficacité de la production et augmentent les coûts de production. Lorsque la vitesse de perçage est trop rapide, le métal se déforme trop rapidement, empêchant une déformation plastique suffisante et provoquant une concentration de contraintes internes, ce qui peut facilement conduire à des fissures superficielles et à des plis internes. De plus, des vitesses excessives peuvent provoquer une morsure instable, entraînant une déviation et une excentricité, affectant l'uniformité de l'épaisseur de la paroi et la rondeur du tube creux. De plus, des vitesses de perçage trop rapides accélèrent également l’usure du mandrin, réduisant ainsi sa durée de vie et affectant indirectement la qualité du produit.

3. L'influence de l'extension vers l'avant du mandrin : L'extension vers l'avant du mandrin fait référence au décalage entre la tête du mandrin et l'axe du rouleau. Il détermine directement la position de pénétration et l'état de contrainte du métal pendant le perçage, et a l'impact le plus significatif sur l'uniformité de l'épaisseur de paroi et les défauts d'excentricité du tube creux. Une extension excessive ou insuffisante du mandrin entraînera une contrainte inégale sur le métal, provoquant des défauts tels qu'une excentricité et un écart d'épaisseur de paroi. Si l'extension du mandrin est trop petite, la force de poussée sur le métal est insuffisante, ce qui entraîne une pénétration trop importante du métal. Lors du perçage, le métal subit une déformation radiale excessive et une déformation axiale insuffisante, conduisant à un tube capillaire creux plus épais avec une paroi interne rugueuse et une tendance aux défauts de pliage interne. Simultanément, une force de poussée insuffisante peut provoquer une morsure instable, entraînant une déviation et exacerbant l’excentricité. Si l'extension du mandrin est trop grande, la force de poussée sur le métal est excessive, ce qui entraîne une pénétration trop importante du métal vers l'avant. Lors du perçage, le métal subit une déformation axiale excessive et une déformation radiale insuffisante, conduisant à un tube capillaire creux plus mince avec une mauvaise uniformité de l'épaisseur de paroi et une tendance au pliage externe et aux fissures de surface. De plus, une force de poussée excessive accélérera l’usure du mandrin et pourrait même l’endommager, interrompant ainsi le processus de production.

4. L'influence de l'espacement des plaques de guidage : L'espacement des plaques de guidage fait référence à la distance entre la plaque de guidage et les rouleaux. Sa fonction est de guider et de positionner le lingot d'acier rond et le tube creux, assurant ainsi la stabilité lors de la déformation du métal et évitant les problèmes tels que la déviation et l'excentricité. Cela affecte directement la rondeur et l’uniformité de l’épaisseur de paroi du tube creux. Un espacement excessif ou insuffisant des plaques de guidage affectera l’effet de guidage et provoquera des défauts de qualité. Si l'espacement des plaques de guidage est trop petit, la force d'extrusion excessive sur le métal entraînera des défauts tels que des rayures et des abrasions sur la surface du tube creux. Simultanément, une force d'extrusion excessive provoquera également une déformation inégale du métal, entraînant des écarts d'épaisseur de paroi et une rondeur hors tolérance. De plus, un espacement trop petit des plaques de guidage augmentera la résistance au mouvement du métal, accélérera l'usure des rouleaux et des plaques de guidage et affectera la stabilité de la production. Lorsque l'espacement entre les plaques de guidage est trop important, leurs fonctions de guidage et de positionnement sont affaiblies. Cela peut entraîner des problèmes tels qu'un désalignement et une oscillation du lingot d'acier rond et du tube creux pendant le processus de perçage, entraînant des défauts tels qu'une excentricité et une épaisseur de paroi inégale dans le tube creux. De plus, un espacement trop important entraîne un manque de contrainte lors de la déformation du métal, provoquant des défauts de surface tels que des saillies et des dépressions localisées, affectant ainsi la qualité de la surface.

Troisièmement, des mesures de sauvegarde pour le processus optimisé de perçage par laminage à chaud des tubes sans soudure en acier au carbone :

(1) Renforcer le contrôle de la température de chauffage : adopter un système de contrôle de température intelligent pour surveiller la température du four en temps réel, garantissant que les fluctuations de température sont ≤ ± 10 ℃. Calibrez régulièrement l'équipement de contrôle de la température pour éviter les écarts de température.

(2) Optimiser le contrôle de la vitesse de perçage : adopter un système de contrôle numérique pour régler avec précision la vitesse linéaire du rouleau, maintenir la stabilité de la vitesse et éviter les fluctuations.

(3) Renforcez l'entretien du mandrin et de la plaque de guidage : vérifiez régulièrement l'extension du mandrin et l'espacement des plaques de guidage, ajustez rapidement les écarts et remplacez régulièrement les mandrins et les plaques de guidage usés pour garantir un guidage et un positionnement précis.

(4) Établir un grand livre de paramètres pour enregistrer les combinaisons optimales de paramètres pour différentes nuances et spécifications d'acier. Analysez régulièrement les données de production et ajustez les paramètres si nécessaire en fonction des changements dans la qualité des matières premières et de l'état de l'équipement.

(5) Renforcer la formation des opérateurs : améliorer la compétence professionnelle des opérateurs et garantir qu'ils opèrent strictement selon les paramètres optimisés pour éviter les erreurs humaines.

Quatrièmement, conclusion.

Les quatre paramètres clés du processus de perçage par laminage à chaud (température de chauffage, vitesse de perçage, extension du mandrin et espacement des plaques de guidage) affectent de manière significative la qualité des tubes en acier au carbone sans soudure. Ces paramètres sont interconnectés et mutuellement restrictifs ; par conséquent, la définition d’une combinaison raisonnable de paramètres est cruciale pour améliorer la qualité du produit et réduire les taux de défauts. Le processus optimisé de perçage par laminage à chaud est hautement ciblé et réalisable, adapté à la production en série de tubes en acier au carbone sans soudure de moyenne à grande taille, et peut fournir un support théorique et une référence pratique aux entreprises. À l'avenir, en combinant la technologie de simulation numérique et la technologie de détection intelligente, les paramètres du processus pourront être encore optimisés pour simuler les modèles de déformation du métal pendant le perçage et obtenir un contrôle intelligent des paramètres. Simultanément, en incorporant une technologie de traitement de surface pour réduire l'oxydation des surfaces métalliques, la qualité des produits peut être encore améliorée, conduisant l'industrie des tubes sans soudure en acier au carbone vers le raffinement et l'efficacité.