Η Λειτουργική Αρχή του Ψυχρού Σχεδίου
Το ψυχρό σχέδιο μειώνει τη διατομή ενός σωλήνα τραβώντας τον μέσα από μια μήτρα ενώ το μέταλλο βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου. Η μήτρα καθορίζει την εξωτερική διάμετρο και ένας άξονας μέσα στον σωλήνα καθορίζει την εσωτερική διάμετρο, έτσι ώστε οι δύο διαστάσεις και το πάχος του τοιχώματος μεταξύ τους να ελέγχονται όλα με εργαλεία και όχι με κυλιόμενο πέρασμα. Επειδή η παραμόρφωση συμβαίνει κάτω από τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης, το μεταλλικό έργο σκληραίνει καθώς μειώνεται, γεγονός που αυξάνει την αντοχή και τη σκληρότητά του και βελτιώνει ταυτόχρονα το φινίρισμα της επιφάνειας.
Δύο συνέπειες απορρέουν άμεσα από την αρχή. Το πρώτο είναι η ακρίβεια: ένας συνδυασμός μήτρας και μανδρελιού παράγει τις ίδιες διαστάσεις σε κάθε κομμάτι, επομένως η ζώνη ανοχής είναι πολύ στενότερη από ό,τι στη θερμή έλαση. Το δεύτερο είναι ένα όριο για το πόσο μπορεί να γίνει με ένα πέρασμα, επειδή ένας σκληρυμένος σωλήνας με μεγάλη εργασία χάνει την ολκιμότητα και θα ραγίσει πριν φτάσει στο επόμενο καλούπι. Η ενδιάμεση ανόπτηση παρεμβάλλεται κάθε φορά που η συσσωρευμένη μείωση πλησιάζει αυτό το όριο, γι' αυτό και ένα προϊόν ψυχρής έλξης περιγράφεται από το πρόγραμμα σχεδίασής του.
Ακολουθία διαδικασίας
Επιλογή και επιθεώρηση μητρικού σωλήνα: επιλέγεται ένα κοίλο άνευ ραφής θερμής έλασης κατάλληλου μεγέθους, ποιότητας και τοιχώματος έτσι ώστε να είναι εφικτή η απαιτούμενη μείωση.
Θερμική επεξεργασία και αφαλάτωση: το κοίλο μπορεί να ανόπτεται για να μαλακώσει και τα λέπια της επιφάνειάς του αφαιρούνται με αποξίδωση σε οξύ ή με αμμοβολή.
Χημική επεξεργασία επιφανειών: εφαρμόζεται μια επίστρωση μετατροπής φωσφορικών αλάτων και μια μεμβράνη λιπαντικού ή σαπουνιού, έτσι ώστε ο σωλήνας να μεταφέρει λιπαντικό στη μήτρα και το μέταλλο να μην κολλάει πάνω στο εργαλείο.
Ψυχρό σχέδιο: το μυτερό άκρο του σωλήνα πιάνεται και τραβιέται μέσα από τη μήτρα πάνω από ένα μανδρέλι σε έναν πάγκο έλξης ή ο σωλήνας τυλίγεται ψυχρής σε ένα μύλο έλξης για πιο βαριές μειώσεις.
Ενδιάμεση ανόπτηση: εφαρμόζεται όπου η συνολική μείωση πρέπει να χωριστεί σε πολλά περάσματα, αποκαθιστώντας την ολκιμότητα πριν από την επόμενη κλήρωση.
Τελική θερμική επεξεργασία: χρησιμοποιείται φωτεινή ανόπτηση σε προστατευτική ατμόσφαιρα όπου απαιτείται επιφάνεια χωρίς οξείδια και χρησιμοποιείται επεξεργασία ανακούφισης από το στρες όπου έχει σημασία η σταθερότητα των διαστάσεων.
Ίσιωμα, κοπή και φινίρισμα: ο σωλήνας ισιώνεται, κόβεται σε σταθερό μήκος και τα άκρα είναι στραμμένα ή λοξοτομημένα στο σχέδιο.
Τελική επιθεώρηση: έλεγχος διαστάσεων, δοκιμή δινορευμάτων ή υπερήχων, δοκιμή υδροστατικής πίεσης ή πίεσης αέρα και οπτική επιθεώρηση της οπής, ακολουθούμενη από σήμανση και προστασία.
Μέθοδοι σχεδίασης και τι αλλάζουν
| Μέθοδος | Επίδραση στο σωλήνα |
|---|---|
| Βύθιση χωρίς μανδρέλι | Μειώνει την εξωτερική διάμετρο ενώ ο τοίχος πυκνώνει. χρησιμοποιείται για ενδιάμεσο μέγεθος παρά για τελική ακρίβεια |
| Σχέδιο πάνω από ένα σταθερό βύσμα ή μανδρέλι | Ελέγχει την εσωτερική διάμετρο καθώς μειώνεται το εξωτερικό, το οποίο δίνει τον καλύτερο έλεγχο του τοίχου και αποτελεί τη βάση της παραγωγής σωλήνων ακριβείας |
| Σχέδιο πάνω από ένα πλωτό βύσμα | Πιο απλό εργαλείο με καλό έλεγχο εσωτερικής διαμέτρου, που χρησιμοποιείται ευρέως για μικρά και μεσαία μεγέθη |
| Σχέδιο κινούμενου μανδρελιού | Ο άξονας ταξιδεύει με το σωλήνα, μειώνοντας την τριβή και επιτρέποντας μεγαλύτερες μειώσεις ανά πέρασμα |
| Ψυχρός προσκυνητής | Κυλάει αντί να τραβάει τον σωλήνα, δίνοντας πολύ μεγάλες μειώσεις με καλή επιφάνεια και σφιχτό έλεγχο του τοίχου |
Αλλαγές ιδιοκτησίας που παράγονται από την Cold Work
Το ψυχρό τράβηγμα αυξάνει την απόδοση και την αντοχή σε εφελκυσμό, μειώνει την επιμήκυνση και αυξάνει το επίπεδο εσωτερικής τάσης του σωλήνα. Το μέγεθος της αλλαγής εξαρτάται από τη μείωση και από τον βαθμό, επομένως ένας τραβηγμένος σωλήνας και το αντίστοιχο του ίδιου βαθμού ανόπτησης δεν είναι εναλλάξιμα σε έναν υπολογισμό αντοχής. Ο σωλήνας παρέχεται κανονικά σε καθορισμένη κατάσταση παράδοσης: ψυχρή έλξη και ανόπτηση, ψυχρή έλξη και ανακούφιση από την πίεση, ή κρύα έλξη όπως παρέχεται. Ο όρος παράδοσης λοιπόν πρέπει να αναφέρεται στην έρευνα, γιατί καθορίζει τις μηχανικές ιδιότητες που θα πιστοποιηθούν.
Η λειτουργία σχεδίασης βελτιώνει επίσης την οπή. Η μήτρα και ο άξονας παράγουν μια λεία επιφάνεια με ελεγχόμενη τραχύτητα, μειώνουν την εκκεντρικότητα του τοιχώματος που κληρονομείται από τον μητρικό σωλήνα και βελτιώνουν την ευθύτητα. Αυτές είναι οι ιδιότητες που καθιστούν έναν ψυχρή έλξη σωλήνα χωρίς ραφή κατάλληλο για υδραυλικά βαρέλια, γραμμές οργάνων και σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας, όπου η οπή είναι μια λειτουργική επιφάνεια.
Σημεία ποιοτικού ελέγχου και κοινά ελαττώματα
Εκκεντρότητα τοιχώματος και διακύμανση εσωτερικής διαμέτρου, που απορρέουν από την ποιότητα του μητρικού σωλήνα και από την ευθυγράμμιση της μήτρας και του μανδρελιού.
Εσωτερικές γρατσουνιές, γύρους και σημάδια-που προκαλούνται από ανεπαρκή λίπανση ή φθαρμένο μανδρέλι.
Εγκάρσια ρωγμή στο τραβηγμένο άκρο, που δείχνει ότι η μείωση ανά πέρασμα υπερέβη τη διαθέσιμη ολκιμότητα.
Υπολειμματική καταπόνηση και απώλεια ευθύτητας μετά την κοπή, ελεγχόμενη από θεραπεία ανακούφισης από το στρες και με σωστή πρακτική ανόρθωσης.
Επιφανειακή απανθρακοποίηση ή οξείδιο, ελεγχόμενη από την ατμόσφαιρα του κλιβάνου ανόπτησης.
Η επιθεώρηση για αυτά τα ελαττώματα πραγματοποιείται με μετρητές διαστάσεων, μετρητές go and no go plug, δοκιμές δινορευμάτων ή υπερήχων για ανίχνευση τοίχου και ελαττωμάτων και δοκιμή υδροστατικής πίεσης ή πίεσης αέρα όπου η ακεραιότητα της πίεσης είναι μέρος της απαίτησης. Οι εγγραφές μπορούν να ανιχνευθούν στον αριθμό θερμότητας του μητρικού σωλήνα και στο χρονοδιάγραμμα σχεδίασης που χρησιμοποιείται, έτσι ώστε οι μηχανικές ιδιότητες που πιστοποιήθηκαν για τον τελικό σωλήνα να μπορούν να εντοπιστούν πίσω κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.
FAQ
Ε: Το κρύο σχέδιο κάνει τον χάλυβα ισχυρότερο;
Ναι, με τη σκλήρυνση. Η απόδοση και η αντοχή σε εφελκυσμό αυξάνονται με την πτώση της μείωσης και της επιμήκυνσης, γι' αυτό πρέπει να καθοριστεί και να πιστοποιηθεί η συνθήκη παράδοσης.
Ε: Γιατί απαιτείται η ανόπτηση μεταξύ των καρτών σχεδίασης;
Κάθε πέρασμα καταναλώνει ολκιμότητα. Όταν η συσσωρευμένη μείωση αφήνει τον σωλήνα πολύ σκληρό ή πολύ εύθραυστο για το επόμενο πέρασμα, η ανόπτηση αποκαθιστά την ολκιμότητα και επιτρέπει περαιτέρω μείωση.
Ε: Ποιο είναι το πλεονέκτημα ενός σωλήνα ψυχρής έλξης έναντι ενός θερμής έλασης;
Πιο σφιχτές ανοχές διαμέτρου και τοιχώματος, καλύτερη ομοκεντρικότητα, πιο λεία οπή και καλύτερο φινίρισμα επιφάνειας, όλα αυτά μειώνουν τη μηχανική κατεργασία και βελτιώνουν την απόδοση του σωλήνα ως στοιχείου μηχανής.
Ε: Ένας ψυχρής έλξης σωλήνας χωρίς ραφή ανόπτεται πάντα στο τέλος;
Όχι. Η τελική συνθήκη παράδοσης εξαρτάται από την εφαρμογή και παρέχονται τόσο οι ανόπτες όσο και οι συρμένες συνθήκες. Μια κατάσταση ανακούφισης από την πίεση χρησιμοποιείται επίσης όπου η σταθερότητα των διαστάσεων είναι κρίσιμη.
Ε: Ποια πρότυπα ισχύουν για σωλήνες άνευ ραφής ψυχρής έλξης;
GB/T 3639 για χαλύβδινους σωλήνες ακριβείας ψυχρής έλξης ή ψυχρής έλασης, EN 10305-1 για σωλήνες ψυχρής έλξης χωρίς ραφή και ASTM A519 για μηχανικούς σωλήνες, με ποιότητες χωρίς ραφή που καλύπτουν επίσης A179, A192 και A213 για εναλλάκτες θερμότητας και σέρβις λέβητα.
Ε: Τι προκαλεί ρωγμές στο άκρο ενός τραβηγμένου σωλήνα;
Υπερβολική μείωση ανά πέρασμα σε σχέση με την ολκιμότητα του υλικού ή ατελής ανόπτηση. Η μείωση της μείωσης της διέλευσης ή η προσθήκη ανόπτησης αφαιρεί το πρόβλημα.
