关于ф7×0.25+0.18规格内螺纹铜管工艺设计讨论
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关于ф7×0.25+0.18 规格内螺纹铜管工艺设计讨论
张锋清 摘要：针对最近在拉制ф7×0.25+0.18 规格内螺纹铜管经常出现断管问题，拟设计以下工艺 与现有工艺进行对比、讨论与分析。 关键词：内螺纹 工艺设计 断管
1，参数设计流程
假设要开发的螺纹管规格为ф Do×So+Ho(外径×底壁厚+齿高)，根据图2，必 须要设计出管坯、减径模、游动芯头、滚压 环、钢球、螺纹芯头、定径模的参数。在设 计以上各个参数时，首先要根据设计思路编 制一个参数设计流程图，然后根据流程图逐 步确定各个参数。根据实践经验，编制出如 图1所示的参数设计流程图。由流程图可知， 共有17个主要参数(D1、D2、λ1、λ2…Δ1、 Δ2…)需要确定。参数确定的顺序是从定径 模开始，从后向前，依次确定钢球、滚压环、 螺纹芯头、减径模、管坯的参数值，称为逆
从加工率方面考虑原工艺λ 1=7.86/7=1.123,λ2=9.52/8.3=1.147,其差 值 Δ λ 1=1.123-1.113=0.01 ， Δ λ 2=1.147-1.155=-0.008，从理论上讲它们的 总 加 工 率 是 一 样 的 ， 也 就 是 说 Δ λ 1- Δ λ 2=0.002≈0，如果单拿定径加工率来看相差 0.01，而且我们发现在拉制经常断管的位置 恰恰是在刚过定径模的时候，加工率大，相 应的拉拔应力与阻力也变大，在管子抗拉强 度相同的情况下，拉拔应力越大，阻力越大 断管的几率也就越大。 参考文献：
f) 在使用前,确认模具旋转状况良好; g) 更换旋压环或内螺纹芯头; h) 确认润滑设备运转良好,润滑油充足且干 净; I) 更换游动拉伸外模和游动拉伸芯头。
7 讨论分析：
从工艺角度上分析，原有工艺的螺纹芯 头尺寸偏大，但旋压环也相应偏大，其差值 都是0.07MM,所以从螺纹芯头与旋压环的 配合来讲两种工艺是一样的。
量。
6、D4：滚压环内径。如图3所示，可以推出
D4=D3·(1+sinα)／sinα
(2)
为了使钢球在滚压环内旋转灵活，D4的实际
值一般比理论值大0.01～0.03 mm。
7、D5：内螺纹芯头直径(D5=D2-2So)。钢球
包络圆фD2与螺纹芯头фD5之间的间隙即为
螺纹管的底壁厚S0
8、H：螺纹芯头的齿槽深(H=H0)，H的实际值
一般比理论值大0～0.015
9、D6：减径模内径(D6=D2+Δ1)。 10、D7：游动芯头大头直径(D7=D-2S-Δ3)。 必须在管坯参数确定后，才能根据管坯的外
径及壁厚确定游动芯头大头的直径。
2.1．3 管坯参数
1、D：管坯外径(D=D6·λ2)。 2、S：管坯壁厚(S=S0+Δ2)。在保证齿型饱
mm、ф9.52 mm、 ф12 mm、 ф12.7 mm等。
另外，在生产瘦高齿型的螺纹管时，螺纹芯
头的齿根设计成一定的圆弧过渡，可以使成
齿变得更容易，齿型更饱满。
=7.7×sinα36o／(1-sinα36o) =10.98(mm)。 钢球规格фD3的优化：查国标，没有10.98mm的 钢球，从英制钢球中选最接近10.98mm的钢 球，查出最接近的规格为D3=11.1125mm。优 化фD3后，根据公式(3)对 进行验证： λ1=D3(1-sinα)／(D1sinα) =11.1125×(1-sin36º)／(7.0×sin36º)
拟设计工艺： 母管 ф9.52×0.38 减径模 ф8.24×26º
游芯大头 ф8.42 旋压环 ф30.10 钢球 ф11.1125 螺纹芯头 ф7.36 定径模 ф7.06
游芯大头 ф8.56 旋压环 ф30.03 钢球 ф11.1125 螺纹芯头 ф7.29 定径模 ф7.04
与现有的工艺对比的主要不同点有螺纹芯 头的外径与，游芯大头外径与旋压环偏差较 大。
第二次优化，是通过试生产对参数Δ1、Δ2
及Δ3进行适当调整。在实际生产中，如果断
管较多，应考虑减小管坯的外径фD或壁
厚．S(即减小λ1或Δ2)，或考虑Δ1的取值
是否合适。如果齿型不饱满，应适当增加管
坯壁厚．S(即加大Δ2)。另外，为保持产品
的通用性，在满足拉伸及成齿的条件下，管
坯的外径
D尽可能地优化为常用规格的外径值，如ф8
5、D3：钢球直径。如图3所示，以推出
D3 =D2·sinα／(1-sinα)
(1)
3 参数的优化
3．1 第一次优化
第一次优化，是使钢球规格标准化(符合国
标GB308-84，一般多采用英制钢球)，便于
采购，节约成本。根据公式计算出 D3的理
论值后，若计算出来的фD3不是标准钢球 应
选取国标中最接近фD3的钢球。同时应验证
【1】于克桂，内螺纹铜管成型的工艺设计，湖南 有色金属，第24卷第2期 2008年4月 【2】聂 勇 冯建平 铜管内螺纹成型与装置，海 亮集团 铜加工，2005年第3期 【3】李耀群，易茵菲．现代铜盘管生产术[M]．北 京：冶金工业出版社，2005．
=1.113
λ1符合工艺要求，与λ1相关联的D2做出相 应调整：D2=D1·λ1=7.0×1.113=7.79(mm)。 5、D4=D3(1+sinα)／sinα=11．112 5×(1+
sin36º)／sin36º=30.02(mm)。
6、D5= D2- 2So= 7.79- 2×0.25=7.29(mm)。 7、H=H0+0.01=0.19(mm)。 8、D6=D2+Δ1=7.79+0.45=8.24(mm) 4．3 管坯及游芯参数的确定 1、D=D6·λ2=8.3×1.12=9.30(mm)。 管坯外径D的优化：ф9.30 mm不是常用规格， 可以将管坯外径优化为常用规格的外径值 D=9.52 mm。与D相关联的参数λ2做出相应调 整：λ2=D／D6=9.52／8.24=1.155。 2、S=So+Δ2=0.25+0.13=0.38(mm)。 3、D7=D-2S-Δ3=9.52-2×0.38-0.2=8.56(mm)
4.4 工艺定型
定型后的基本工艺参数： λ1=1.113，λ2= 1.155，Δ1= 0.45 mm ，Δ2= 0.13mm ，Δ3=0.20mm，N=5，其余参数见图4
4 实际工艺举例
下面我就以ф7×0.25+0.18的内螺纹铜管进 行设计举例。
4．1 基本工艺参数的确定
根据表1，首先确定几个基本的工艺参数： λ 1=1.1 ， λ 2= 1.12 ， Δ 1= 0.45 mm ， Δ 2= 0.13mm ，Δ3=0.20mm。
λ2、Δ1、Δ2、Δ3。在设计成型工艺时，首 会粗糙不平。λ1偏大时，加工量增大，可能
先要根据经验确定这5个基本参数的数值， 会导致断管， 一般为1.08～1.20。
2、λ2：管坯减径系数( λ2=D／D6)。一定 的减径量才能保持游动芯头在变形区内的 平衡，λ2一般为1.08～1.20。 3、Δ1：滚压量(Δ1=D6-D2)，Δ1是滚压成型的 关键参数，其值为滚压前与滚压后铜管外径 的差值。Δ1过大或过小都会使成齿困难，导 致滚压断管或乱齿。根据查找文献资料的实 践经验，Δ1一般为0.35～0.55mm。 4、Δ2：壁厚补偿量(Δ2=S-S0)。Δ2用来补 偿成齿所消耗的壁厚，空调用螺纹管的齿高 一般在0.12～0.20mm之间，对应Δ2的范围一 般为0.10～0.14mm 5、Δ3：游动芯头大头与管坯内壁的问隙(Δ 2=D- 2S-D7)。
满的前提下，应尽量减小管坯的壁厚(即减
小Δ2)，避免拉伸时因壁厚偏厚导致断管。
3．2 参数列表
以上参数的确定过程可以设计成一个参数
表(见表1)，参数表的建立使参数的确定更
直观简单。
表1 成型工艺参数表
图3 D3、D2及D4关系图
3、D1：定径模内径(D1=D0)。因空拉后铜管 有缩径，实际生产中D1比D0大0～0.5mm。 4、D2：钢球包络圆内径(D2=D1·λ1)。包络 圆内径也就是滚压后铜管的外径(见图3)。
是否在要求的范围内，验证公式：λ1=D2／
D1，将公式(1)代入，可以推出与钢球
规格фD3相关的验证公式：
λ1=D3(1-sinα)／(D1sinα)
(3)
如果验证发现 超过工艺要求的范围，应考
虑调整钢球数量N，重复以上过程，直到ф
D3在符合国标的同时， λ1的大小也满足工
艺要求。
3．2 第二次优化
推法。
图1 参数设计流程图
图2 内螺纹成型工艺图
源自文库
2，参数的确定
然后才能计算其它的 工艺参数。
2．1 计算过程
1、λ1：成品减径系数( λ1=D2／D1)。通过
2．1．1 基本工艺参数
减径拉伸对滚压后的表面进行修复，使铜管
内螺纹成型工艺有5个基本的工艺参数：λ1、 外表面光滑平整。λ1偏小时，成品表面可能
一-
2．1．2 模具参数
1、N：成型时采用的钢球数量。N一般为4、 5或6，称为4球工艺、5球工艺或6球工艺。 常用的是5球工艺或6球工艺，钢球在滚压环 中排满(不需要保持架来固定钢球)，形成一 个包络圆(见图3)。 2、α：钢球等分圆周的半角(α=(360º／ 2N)=180º／N，见图3)。
式中a=180º／N，N为成型时使用钢球的数
4．2 模具参数的确定
1．成型采用5球工艺生产，即N=5；α=180o ／5=36o。 2．D1=D0=7.0(mm)。 3．D2=D1·λ1=7.0×1.1=7.7(mm)。 4．D3=D2·sinα／(1-sinα)
5 与现有的工艺对比
现有工艺： 母管 ф9.52×0.38 减径模 ф8.3×26º
6 在拉制开始和中间出现断管有以
下几种原因：
a) 母管壁厚太厚,导致游动拉伸模处拉力太 大。同时,管子拉过游动拉伸模后,润滑油膜 破裂。这样,在后面旋压和空拉过程中,管子 内壁润滑油膜可能太薄或根本没有润滑,从 而不能连续拉制; b) 母管内壁有油污; c) 母管的凹痕处或压平处太多,导致芯杆和 管子内壁贴在一起; d) 由于芯杆弯曲或间隙太小导致芯杆、游动 芯头和内螺纹芯头不能转动; e) 母管质量太差; f) 由于工模具不正确,导致球体不转动; g) 在旋压过程中减壁量太大导致壁厚太小; h) 润滑油流量太小,设备配置不正确; i) 内螺纹芯头外径和游动芯头的外径相比 太大,导致内螺纹芯头和管子内壁贴在 一起不能转动。 措施: a) 保持游动芯头处的缩减量为8 ～12% ,保证壁厚和外径的公差范围(最好 为±0. 02,最大为±0. 03) ; b) 在把料筐放上开卷机前,检查母管,如果上 面油污太多则要放慢拉制速度或干脆拒绝 拉制; c) 切掉母管有凹痕或扁平的部分,或拉制时 遇到这些地方请放慢拉制速度; d) 在抛光了滑动部分后,检查芯杆与游动芯 头和内螺纹芯头的间隙; e) 在购买或者使用母管前,一定要确认其质 量。特别要确认:母管内壁没有油污,料上没 有凹痕、没有裂缝、没有划痕、没有折叠、 没有破裂和没有起层等缺陷;
张锋清 摘要：针对最近在拉制ф7×0.25+0.18 规格内螺纹铜管经常出现断管问题，拟设计以下工艺 与现有工艺进行对比、讨论与分析。 关键词：内螺纹 工艺设计 断管
1，参数设计流程
假设要开发的螺纹管规格为ф Do×So+Ho(外径×底壁厚+齿高)，根据图2，必 须要设计出管坯、减径模、游动芯头、滚压 环、钢球、螺纹芯头、定径模的参数。在设 计以上各个参数时，首先要根据设计思路编 制一个参数设计流程图，然后根据流程图逐 步确定各个参数。根据实践经验，编制出如 图1所示的参数设计流程图。由流程图可知， 共有17个主要参数(D1、D2、λ1、λ2…Δ1、 Δ2…)需要确定。参数确定的顺序是从定径 模开始，从后向前，依次确定钢球、滚压环、 螺纹芯头、减径模、管坯的参数值，称为逆
从加工率方面考虑原工艺λ 1=7.86/7=1.123,λ2=9.52/8.3=1.147,其差 值 Δ λ 1=1.123-1.113=0.01 ， Δ λ 2=1.147-1.155=-0.008，从理论上讲它们的 总 加 工 率 是 一 样 的 ， 也 就 是 说 Δ λ 1- Δ λ 2=0.002≈0，如果单拿定径加工率来看相差 0.01，而且我们发现在拉制经常断管的位置 恰恰是在刚过定径模的时候，加工率大，相 应的拉拔应力与阻力也变大，在管子抗拉强 度相同的情况下，拉拔应力越大，阻力越大 断管的几率也就越大。 参考文献：
f) 在使用前,确认模具旋转状况良好; g) 更换旋压环或内螺纹芯头; h) 确认润滑设备运转良好,润滑油充足且干 净; I) 更换游动拉伸外模和游动拉伸芯头。
7 讨论分析：
从工艺角度上分析，原有工艺的螺纹芯 头尺寸偏大，但旋压环也相应偏大，其差值 都是0.07MM,所以从螺纹芯头与旋压环的 配合来讲两种工艺是一样的。
量。
6、D4：滚压环内径。如图3所示，可以推出
D4=D3·(1+sinα)／sinα
(2)
为了使钢球在滚压环内旋转灵活，D4的实际
值一般比理论值大0.01～0.03 mm。
7、D5：内螺纹芯头直径(D5=D2-2So)。钢球
包络圆фD2与螺纹芯头фD5之间的间隙即为
螺纹管的底壁厚S0
8、H：螺纹芯头的齿槽深(H=H0)，H的实际值
一般比理论值大0～0.015
9、D6：减径模内径(D6=D2+Δ1)。 10、D7：游动芯头大头直径(D7=D-2S-Δ3)。 必须在管坯参数确定后，才能根据管坯的外
径及壁厚确定游动芯头大头的直径。
2.1．3 管坯参数
1、D：管坯外径(D=D6·λ2)。 2、S：管坯壁厚(S=S0+Δ2)。在保证齿型饱
mm、ф9.52 mm、 ф12 mm、 ф12.7 mm等。
另外，在生产瘦高齿型的螺纹管时，螺纹芯
头的齿根设计成一定的圆弧过渡，可以使成
齿变得更容易，齿型更饱满。
=7.7×sinα36o／(1-sinα36o) =10.98(mm)。 钢球规格фD3的优化：查国标，没有10.98mm的 钢球，从英制钢球中选最接近10.98mm的钢 球，查出最接近的规格为D3=11.1125mm。优 化фD3后，根据公式(3)对 进行验证： λ1=D3(1-sinα)／(D1sinα) =11.1125×(1-sin36º)／(7.0×sin36º)
拟设计工艺： 母管 ф9.52×0.38 减径模 ф8.24×26º
游芯大头 ф8.42 旋压环 ф30.10 钢球 ф11.1125 螺纹芯头 ф7.36 定径模 ф7.06
游芯大头 ф8.56 旋压环 ф30.03 钢球 ф11.1125 螺纹芯头 ф7.29 定径模 ф7.04
与现有的工艺对比的主要不同点有螺纹芯 头的外径与，游芯大头外径与旋压环偏差较 大。
第二次优化，是通过试生产对参数Δ1、Δ2
及Δ3进行适当调整。在实际生产中，如果断
管较多，应考虑减小管坯的外径фD或壁
厚．S(即减小λ1或Δ2)，或考虑Δ1的取值
是否合适。如果齿型不饱满，应适当增加管
坯壁厚．S(即加大Δ2)。另外，为保持产品
的通用性，在满足拉伸及成齿的条件下，管
坯的外径
D尽可能地优化为常用规格的外径值，如ф8
5、D3：钢球直径。如图3所示，以推出
D3 =D2·sinα／(1-sinα)
(1)
3 参数的优化
3．1 第一次优化
第一次优化，是使钢球规格标准化(符合国
标GB308-84，一般多采用英制钢球)，便于
采购，节约成本。根据公式计算出 D3的理
论值后，若计算出来的фD3不是标准钢球 应
选取国标中最接近фD3的钢球。同时应验证
【1】于克桂，内螺纹铜管成型的工艺设计，湖南 有色金属，第24卷第2期 2008年4月 【2】聂 勇 冯建平 铜管内螺纹成型与装置，海 亮集团 铜加工，2005年第3期 【3】李耀群，易茵菲．现代铜盘管生产术[M]．北 京：冶金工业出版社，2005．
=1.113
λ1符合工艺要求，与λ1相关联的D2做出相 应调整：D2=D1·λ1=7.0×1.113=7.79(mm)。 5、D4=D3(1+sinα)／sinα=11．112 5×(1+
sin36º)／sin36º=30.02(mm)。
6、D5= D2- 2So= 7.79- 2×0.25=7.29(mm)。 7、H=H0+0.01=0.19(mm)。 8、D6=D2+Δ1=7.79+0.45=8.24(mm) 4．3 管坯及游芯参数的确定 1、D=D6·λ2=8.3×1.12=9.30(mm)。 管坯外径D的优化：ф9.30 mm不是常用规格， 可以将管坯外径优化为常用规格的外径值 D=9.52 mm。与D相关联的参数λ2做出相应调 整：λ2=D／D6=9.52／8.24=1.155。 2、S=So+Δ2=0.25+0.13=0.38(mm)。 3、D7=D-2S-Δ3=9.52-2×0.38-0.2=8.56(mm)
4.4 工艺定型
定型后的基本工艺参数： λ1=1.113，λ2= 1.155，Δ1= 0.45 mm ，Δ2= 0.13mm ，Δ3=0.20mm，N=5，其余参数见图4
4 实际工艺举例
下面我就以ф7×0.25+0.18的内螺纹铜管进 行设计举例。
4．1 基本工艺参数的确定
根据表1，首先确定几个基本的工艺参数： λ 1=1.1 ， λ 2= 1.12 ， Δ 1= 0.45 mm ， Δ 2= 0.13mm ，Δ3=0.20mm。
λ2、Δ1、Δ2、Δ3。在设计成型工艺时，首 会粗糙不平。λ1偏大时，加工量增大，可能
先要根据经验确定这5个基本参数的数值， 会导致断管， 一般为1.08～1.20。
2、λ2：管坯减径系数( λ2=D／D6)。一定 的减径量才能保持游动芯头在变形区内的 平衡，λ2一般为1.08～1.20。 3、Δ1：滚压量(Δ1=D6-D2)，Δ1是滚压成型的 关键参数，其值为滚压前与滚压后铜管外径 的差值。Δ1过大或过小都会使成齿困难，导 致滚压断管或乱齿。根据查找文献资料的实 践经验，Δ1一般为0.35～0.55mm。 4、Δ2：壁厚补偿量(Δ2=S-S0)。Δ2用来补 偿成齿所消耗的壁厚，空调用螺纹管的齿高 一般在0.12～0.20mm之间，对应Δ2的范围一 般为0.10～0.14mm 5、Δ3：游动芯头大头与管坯内壁的问隙(Δ 2=D- 2S-D7)。
满的前提下，应尽量减小管坯的壁厚(即减
小Δ2)，避免拉伸时因壁厚偏厚导致断管。
3．2 参数列表
以上参数的确定过程可以设计成一个参数
表(见表1)，参数表的建立使参数的确定更
直观简单。
表1 成型工艺参数表
图3 D3、D2及D4关系图
3、D1：定径模内径(D1=D0)。因空拉后铜管 有缩径，实际生产中D1比D0大0～0.5mm。 4、D2：钢球包络圆内径(D2=D1·λ1)。包络 圆内径也就是滚压后铜管的外径(见图3)。
是否在要求的范围内，验证公式：λ1=D2／
D1，将公式(1)代入，可以推出与钢球
规格фD3相关的验证公式：
λ1=D3(1-sinα)／(D1sinα)
(3)
如果验证发现 超过工艺要求的范围，应考
虑调整钢球数量N，重复以上过程，直到ф
D3在符合国标的同时， λ1的大小也满足工
艺要求。
3．2 第二次优化
推法。
图1 参数设计流程图
图2 内螺纹成型工艺图
源自文库
2，参数的确定
然后才能计算其它的 工艺参数。
2．1 计算过程
1、λ1：成品减径系数( λ1=D2／D1)。通过
2．1．1 基本工艺参数
减径拉伸对滚压后的表面进行修复，使铜管
内螺纹成型工艺有5个基本的工艺参数：λ1、 外表面光滑平整。λ1偏小时，成品表面可能
一-
2．1．2 模具参数
1、N：成型时采用的钢球数量。N一般为4、 5或6，称为4球工艺、5球工艺或6球工艺。 常用的是5球工艺或6球工艺，钢球在滚压环 中排满(不需要保持架来固定钢球)，形成一 个包络圆(见图3)。 2、α：钢球等分圆周的半角(α=(360º／ 2N)=180º／N，见图3)。
式中a=180º／N，N为成型时使用钢球的数
4．2 模具参数的确定
1．成型采用5球工艺生产，即N=5；α=180o ／5=36o。 2．D1=D0=7.0(mm)。 3．D2=D1·λ1=7.0×1.1=7.7(mm)。 4．D3=D2·sinα／(1-sinα)
5 与现有的工艺对比
现有工艺： 母管 ф9.52×0.38 减径模 ф8.3×26º
6 在拉制开始和中间出现断管有以
下几种原因：
a) 母管壁厚太厚,导致游动拉伸模处拉力太 大。同时,管子拉过游动拉伸模后,润滑油膜 破裂。这样,在后面旋压和空拉过程中,管子 内壁润滑油膜可能太薄或根本没有润滑,从 而不能连续拉制; b) 母管内壁有油污; c) 母管的凹痕处或压平处太多,导致芯杆和 管子内壁贴在一起; d) 由于芯杆弯曲或间隙太小导致芯杆、游动 芯头和内螺纹芯头不能转动; e) 母管质量太差; f) 由于工模具不正确,导致球体不转动; g) 在旋压过程中减壁量太大导致壁厚太小; h) 润滑油流量太小,设备配置不正确; i) 内螺纹芯头外径和游动芯头的外径相比 太大,导致内螺纹芯头和管子内壁贴在 一起不能转动。 措施: a) 保持游动芯头处的缩减量为8 ～12% ,保证壁厚和外径的公差范围(最好 为±0. 02,最大为±0. 03) ; b) 在把料筐放上开卷机前,检查母管,如果上 面油污太多则要放慢拉制速度或干脆拒绝 拉制; c) 切掉母管有凹痕或扁平的部分,或拉制时 遇到这些地方请放慢拉制速度; d) 在抛光了滑动部分后,检查芯杆与游动芯 头和内螺纹芯头的间隙; e) 在购买或者使用母管前,一定要确认其质 量。特别要确认:母管内壁没有油污,料上没 有凹痕、没有裂缝、没有划痕、没有折叠、 没有破裂和没有起层等缺陷;