MS  >> Vol. 8 No. 9 (September 2018)

    钽铌管棒线制品加工尺寸公差的控制
    Control of Dimensional Tolerances in Tantalum Niobium Tube Bar and Wire Products Processing

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作者:  

张志宙,张亚军,谢新普:宁夏东方钽业股份有限公司,宁夏 石嘴山

关键词:
反复锻造旋锻轧制三脚架原理尺寸精度可区分类别数Principle of Repeated Forging Rotary Forging Rolling Three Tripod Principle Dimensional Accuracy Area Classification Number

摘要:

通过反复旋锻的方法钽铌制品的加工精度能够控制在标准公差范围之内,旋锻机的进给速度和成品反复锻造次数决定了其成品的尺寸精度,进给速度越慢锻造次数越多,直径的椭圆度及标准差越小,反之则越大,采用旋锻 + 轧制的加工方式可以实现大直径薄壁厚到小直径厚壁管材的加工,一般普通管材的壁厚公差能够控制在±10%,采用点、线面修料及轧机三角架原理的方法高精度管材的壁厚公差能够控制在±8%。通过量具的Gage-R运行图数据统计后发现铌锆丝外径的可区分类别数 = 5,其测量系统是可接受的。

The machining precision of tantalum-niobium products can be controlled within the range of standard tolerance by means of repeated rotary forging. The feed speed of rotary forging machine and the number of repeated forgings determine the dimensional accuracy of the finished products. The more forging times are, the smaller the ellipticity and standard deviation of the diameter are. On the contrary, the larger the rotary forging + rolling is adopted. In general, the wall thickness tolerance of common pipe can be controlled at +10%. The wall thickness tolerance of high precision pipe can be controlled at +8% by using the principle of point, line surface trimming and mill tripod. The Gage-R diagram data of the gauge show that the number of distinguishable categories of Nb-Zr wire diameter is 5, and the measuring system is acceptable.

1. 引言

相比较传统的拉拔、切削加工的方式,钽铌棒的旋锻具有较好的表面光洁度、较高的材料利用率、和效率,旋锻时变形区的主应力状态是三向压应力,主变形状态是三向压缩一向延伸,这种变形状态有利于提高锻坯的塑性 [1] [2] 。

我分厂有型号DH7-4、DH50-4旋锻机各一台(如表1所示),由于该设备采用手动送料的方式,所以不能保证棒材匀速送进,进而造成成品尺寸波动较大,在成品的尺寸的精确度控制方面很差,通过适当调节该设备垫片的厚度,采用多道次旋锻的方式经minitab数据统计后发现成品管棒材旋锻直径公差能控制在标准偏差范围,其长度公差能控制在 + 6.35 mm。

而钽铌普通管采用旋锻+轧制的方式材成品轧制后的壁厚能够控制在±10%,通过手工点、线、面修料、三角架原理的调试,高精度管材的加工精度能够控制在±8%。

2. 实验及讨论

2.1. f10 mm、f20 mm铌锆棒实验

两次旋锻后(图1)的f10 mm铌锆棒成品锻造后的直径公差可以控制在±0.10 mm范围之内,f20 mm铌锆棒按照第一次成品锻造外径如图1所示,第二次锻造如图2所示,经过二次锻造后成品外径的标准差较小,外径值波动的上下限较窄,直径椭圆度较好,其长度公差能控制在±6.35 mm,满足供货要求。

2.2. 管材旋锻实验

对于外径大、壁厚小的管材,可以通过旋锻增壁后再进行成品轧制 [3] ,可以用两辊或三辊轧制后的f19 × 1.2 mm的管材旋锻加轧制生产规格为f10 × 1.5 mm的铌锆管,采用旋锻工艺旋锻5个道次,减径量为1 mm,当外径为f12 mm时候,测量壁厚为1.7~1.8 mm。后续矫直后采用f7 mm规格的芯棒三辊成品轧制,成品的壁厚公差能够达到±7% (即±0.10 mm) (如图3所示)。

Table 1. Rotary forging machine performance

表1. 旋锻机性能

2.3. f16 × 2.5钽管公差控制实验

为了保证多辊轧机滑道的运动速度V1与轧辊V2速度间的一定速比关系,可通过调整滑块在摇杆导槽中的上下位置调整连杆的长度和高度。满足BD//AC,ΔOBD相似ΔOAC,AC/BD = AO/BO = V1/V2 = L1/L2的关系,(L1为轧辊的行程,L为滑道的行程,L2滑道相对轧辊移动的距离)一般情况下,由于模具的开口度大小不同,滑块在摇杆导槽中的上下位置不同,轧辊与管材的接触点最佳位置为B点,轧辊与管材的接触点在B1时,轧辊给予管材一个作用力,向前带料,反之则向后作料(图4所示) ( [4] , 17.2.4),通过三角架原理的调试使f16 × 2.5 mm钽管壁厚公差能够控制在±10%以下,加工过程中常常会出现壁厚沿着某一个平面、某一条线呈现增大、减小的趋势,通过对成品管材的局部修料的方式,进而消除异常

Figure 1. Single value control chart of niobium zirconium rod with diameter of 10 mm based on 6 delta distribution

图1. 基于6δ分布的直径为10 mm的铌锆棒单值控制

Figure 2. Rotary forging of 20 mm niobium zirconium rod

图2. 直径20 mm铌锆棒旋锻时期的单值控制

偏高、偏低的点,在具体调轧的过程中,我们要尽可能使壁厚值趋于公差中心2.50,这样就能够缩小壁厚值的波动范围,进而提高过程能力指数(如图5)。

2.4. 铌锆丝直径Gage-R分析

选取成品规格为f1.50 mm铌锆丝,随即抽取5组样品,生产编号为1#、2#、3#、4#、5#。测量系统

Figure 3. Process capability control chart of niobium and zirconium tube diameter

图3. 铌锆管壁厚的过程能力控制图

Figure 4. Mill commissioning diagram

图4. 轧机调试

Figure 5. Single value control chart of tantalum tube diameter

图5. 钽管直径的单值控制

Figure 6. Gage-R operation diagram of niobium zirconium wire diameter

图6. 铌锆丝直径Gage-R运行

人员为:寇周宁(编号1)、李艳(编号2)、邱宝宁(编号3),寇周宁将5组样品测量一遍,并记录数据;李艳将5组样品测量一遍,并记录数据;张梅将5组样品测量一遍,并记录数据;三个操作人员都测量完一遍后,在重复第一遍测量的操作流程,共30个数据,测量系统分析使用Minitab6进行测量系统分析。测量使用仪器为机械外径千分尺,量程:0~25 mm,测量精度0.001 mm。

由以上六合一图所示(图6表2),可区分类别数 = 5、合计量具R&R 24.71%、重复性23.86%、再现性6.4%,测量人6.4%,部件间:96.90%,Gage-R值在10%~30%之间,测量系统可接受并具有良好的

Table 2. Gauge R&R analysis

表2. 量具R&R分析

分辨力,可以满足对客户产品的测量要求。可区分的类别数 = 5,部件中某些部件的差异较大,可以被测量系统识别,不需要更精确的量具,重复性数据表明测量人基本没有差异性,测量系统数据变异主要由于部件间偏差造成,与操作者、测量人员、量具无关 [5] 。

3. 结论

旋锻机的进给速度和成品反复锻造次数决定了其成品的尺寸精度,进给速度越慢锻造次数越多,直径的椭圆度及标准差越小,反之则越大。一般普通管材的壁厚公差能够控制在±10%,高精度管材的壁厚公差能够控制在±7%。对铌锆丝直径Gage-R分析发现其测量系统可接受,测量系统数据变异主要由于部件间偏差造成,与操作者、测量人员、量具等无关。

文章引用:
张志宙, 张亚军, 谢新普. 钽铌管棒线制品加工尺寸公差的控制[J]. 材料科学, 2018, 8(9): 954-959. https://doi.org/10.12677/MS.2018.89111

参考文献

[1] 邱向东, 何季林, 王向东. 1998年8月钽铌冶金学. 稀有金属冶金学会钽铌冶金专业委员会.
[2] 熊及兹. 压力加工设备[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2007.
[3] 王彦, 齐克敏. 金属塑性加工学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2007.
[4] 马怀宪, 主编. 金属塑性加工学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2008.
[5] 谭穗懿, 谭穗研, 段文军, 等. Minitab软件在仪器分析实验数据分析处理过程中的应用[J]. 西北医学教育, 2008, 16(1): 71-72, 90.