本发明涉及异型管，具体涉及一种内螺纹异型铜管及其制备方法。
背景技术：
异型铜管是经过冷拔拉制而成的，外表形状有异于常规圆形铜管的无缝铜管。为满足建筑卫浴行业对铜管外形的需求，各类不同管径形状的铜管应运而生。由于异型管的形状较常规圆管特殊，因此其制备加工的工艺也与普通铜管有区别。常规异型铜管的生产是通过挤压法对铜管坯料进行多次拉伸、剥皮及退火后拉制而成的，流程复杂冗长，使铜管产生碰擦伤及铜沫异物压入的概率大大增加，最终经成品道拉伸后，外表面会形成较深的铜沫印和碰擦伤等影响客户使用的缺陷，且常规异型管内外表面均为光面铜管，内表面积相对较小，在换热效率方面差，无法满足建筑用铜管对高热交换效率、低成本的发展趋势。
例如，公开号为cn110373619a的专利中公开了一种合金异型管的生产方法，包括如下步骤，步骤①：领取铜管坯料；步骤②：对铜管坯料进行制头后进行第一次拉伸，第一次拉伸的延伸系数为1.32-1.40；步骤③：对经过第一道拉伸的铜管坯料进行第二次拉伸，第二次拉伸的延伸系数为1.32-1.40；步骤④：对第二次拉伸后的铜管坯料进行剥皮；步骤⑤：对剥皮后的铜管坯料进行第三次拉伸，第三次拉伸的延伸系数为1.32-1.40；步骤⑥：对第三次拉伸后的铜管坯料进行变型挤压；步骤⑦：变型挤压后的铜管坯料进行切断退火；步骤⑧：对退火后的铜管坯料进行第四次拉伸形成异型管成品。这种加工方式存在加工道次多、复杂，效率低的问题，而且无法实现连续拉拔生产。
公开号为cn107900132a公开了一种异型管的制作方法，该方法包括如下步骤：步骤1：熔铸；将成品铜板材料用高温装置由固体状融化成液状，经过模具挤压和成型铜管坯，对其氧化表面进行氧化洗练处理；步骤2：压缩、拉伸、盘拉和切割成型；将空心铜管原料进行压缩成空心铜管半成品，管壁直径由厚到薄，压缩后利用拉伸机对铜管半成品进行拉伸处理，拉伸的力度为300-400kn，拉伸速度为120-180m/min，管壁直径变薄，拉伸为可活动式铜圆管结构，将铜圆管输送至盘拉设备内进行二次拉伸，拉伸速度为1000-1300m/min，拉伸力为6.0-17.8kn，拉伸铜管重量为300-600公斤，根据需求将铜管拉伸为不同直径大小，根据分类将不同直径的铜管切割；步骤3：管口扩径和胀管；将铜管设置于自动液压装置上，液压装置两端设有直径比铜管直径大的推杆，推杆上设有锥形芯头，启动液压装置，分别将推杆穿过铜管，将铜管两端直径变大，形成主管和接管，锥形芯头扩充形成变径管结构，接管和主管通过变径管过渡缩小，主管壁厚大于接管的壁厚，胀管的长度根据客户需求设定；步骤4：异型成型；利用异型管成型机将胀管后的接管进行加工，加工成为异型管；步骤5：管端缩口；利用无缝钢管缩口机对接管一端进行热旋压缩口处理，形成管端，管端直径与主管直径一致。它是将铜管坯料压缩、拉伸、切割、管口扩径、然后再成型的工艺，此工艺不能连续成型生产异型管，且过程中需要对拉伸后硬态铜管进行扩径、胀管，加工难度大，不易工业化生产。
因此，针对现有的异型铜管及其制备工艺需要进一步改进。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种内表面面积增大且能够满足连续化生产的内螺纹异型铜管的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将铜液经过水平连铸制成管坯；
2)将管坯轧制、拉伸；
3)将拉伸后的管坯在盘拉机上进行多道次连续拉伸，最后一道次拉伸时使用带外螺纹的游动芯头在铜管内表面形成内螺纹；
4)经过椭圆管外模空拉形成呈椭圆状的内螺纹异型铜管。
作为优选，所述步骤2)中将管坯轧制至外径φ45～55mm、壁厚2.5～4.0mm的软态管坯，然后拉伸至外径φ28～35mm、壁厚1.4～2.5mm的硬态管坯。
作为优选，所述步骤3)中将拉伸后的管坯在盘拉机上进行2～8道次连续拉伸，拉伸至外径为φ10mm～φ25mm，壁厚为0.2mm～1.0mm的硬态内螺纹铜管。
为有效减少拉伸过程中的摩擦力，确保内壁齿型平稳的形成，且能稳定内孔尺寸，作为优选，所述步骤3)中游动芯头包括位于前端的带外螺纹的螺纹端和位于后端且外径大于螺纹端的固定端，两者之间通过锥状体过渡连接；所述螺纹端的直径8mm≤d＜25mm、长度l为10～16mm，锥状体的锥角a为18～24°。
作为优选，所述步骤4)中椭圆外模的底端其内径尺寸固定，底端往上其内径逐渐增大，椭圆外模的长轴锥角β为6°～10°，短轴锥角γ为12°～20°，底端的高度h0为3～5mm。将锥角控制在该范围内能避免对短轴的剧烈压缩，引起空拉产生的内表面麻面、粗糙。
所述步骤4)中椭圆管外模空拉加工率为10％～20％。异型管成型采用的是空拉即拉伸过程中，只有椭圆管外模，无游动芯头，拉伸过程中小的加工率有助于铜管内外表面质量，减少尺寸偏差。
将所述步骤4)中得到的内螺纹异型铜管退火，退火工艺为380℃～510℃，保温时间为15～60min，内螺纹异型管出炉温度要求不超过38℃。对内螺纹异型铜管退火能提高异型管强度，满足客户后续胀管、扩口等加工需求。
作为优选，所述内螺纹异型铜管的平均晶粒度为0.010～0.015mm。小晶粒的异型管能在不降低强度的同时提高铜管塑性，性能更加优异。
作为优选，所述步骤4)中内螺纹异型铜管的长轴直径为φ15mm～φ30mm，短轴直径为φ5mm～φ20mm；所述内螺纹的齿形参数为：铜管横截面上的齿数为30～100个，齿顶角n为30～90°，底壁厚0.2～0.9mm，齿高h为0.05～0.10mm，螺旋角m为0～20°。该参数范围内的异型铜管符合拉伸力学要求，且能够实现换热面积增加及满足工业化生产需求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过轧制、拉伸、盘拉、椭圆管外模空拉的连续化生产工艺制备椭圆状的内螺纹异型铜管，工艺简单且材料成材率高，提高了整体的生产效率；
(2)本发明提供的内螺纹异型管呈椭圆状，铜管的长轴直径为φ15mm～φ30mm，短轴直径为φ5mm～φ20mm，较普通圆管，能减少50％的气流阻力，铜管横截面上的齿数为30～100个，齿顶角n为30～90°，底壁厚0.2～0.9mm，齿高h为0.05～0.10mm，螺旋角m为0～20°，力学性能符合要求的同时能增加换热面积和紊流效果，传热性能提高10～15％，提高异型管换热器的热交换效率。
附图说明
图1为本发明实施例的带外螺纹的游动芯头；其中d为螺纹端的直径，1为外螺纹，a为锥状体的锥角，l为螺纹端的长度。
图2为本发明实施例的椭圆外模正视图；其中φd1为椭圆外模的长轴直径，β为长轴锥角，h0为底端的高度。
图3为本发明实施例的椭圆外模侧视图；其中φd2为椭圆外模的短轴直径，γ为短轴锥角，h0为底端的高度。
图4为本发明实施例的椭圆外模俯视图；
图5为本发明实施例的内螺纹异型铜管的端面图；
图6为图5中的局部放大图；其中tw为底壁厚，n为齿顶角，h为齿高。
图7为本发明实施例的内螺纹异型铜管的局部剖面图，其中m为螺旋角。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1至实施例5采用本发明的制备方法，包括以下步骤：
1)将铜液(cu ag≥99.9％，p：0.000～0.040％)通过牵引杆连续铸造成外径为φ92mm、壁厚为25mm的水平连铸管坯，水平连铸拉速为180～480mm/min，重量为1吨左右。
2)管坯表面进行铣面处理，单边铣削量0.3～0.8mm，再进行轧制形成软态管坯，然后通过一联拉拉伸，二联拉拉伸形成硬态管坯；
3)联拉管坯在盘拉机上经过多道次连续拉伸，最后一道次拉伸时使用带外螺纹的游动芯头在铜管内表面形成内螺纹；
4)用kt-821型号内膜油进行内壁清洗后，在精整机上使用椭圆外模空拉成型、外壁清洗、矫直、涡流探伤、锯切，打毛刺、内壁吹扫后，得到硬态内螺纹异型管；
5)硬态内螺纹异型管在容克辊底炉中静置退火处理得到成品软态内螺纹异型管。
对比例1
生产标称尺寸为26.75*13.7*0.85mm(长轴*短轴*壁厚)的异型管，其具体步骤如下所述。
步骤s1：水平连铸，将铜液(cu ag≥99.9％，p：0.000～0.040％)通过牵引杆连续铸造成标称尺寸为φ92*25mm的水平连铸管坯，水平连铸拉速在380mm/min；
步骤s2：对经过步骤s1得到的铸坯表面进行铣面处理，单边铣削量为0.5mm，再进行轧制处理，轧制至直径φ40mm、壁厚2.3mm软态轧制管坯；
步骤s3：对轧制管坯进行第一次拉伸，延伸系数为1.3～1.6；本次对比实施例中经过第一次拉伸后的铜管坯料外径变为32mm，壁厚变为2.0mm，相应第一次拉伸的延伸系数为1.44；
步骤s4：对经过第一道拉伸的铜管坯料进行剥皮处理，剥皮后外径为31.5mm，壁厚为1.75mm；
步骤s5：对经过剥皮后的管坯进行第二次拉伸，第二次拉伸的延伸系数为1.3～1.6；其中对比实施例中经过第二次拉伸后的铜管坯料外径变为27.5mm，壁厚变为1.51mm，相应第二次拉伸的延伸系数为1.33；
步骤s6：对铜管进行第三次拉伸，第三次拉伸的延伸系数为1.2～1.4；其中对比实施例中经过第三次拉伸后的铜管坯料外径变为25.5mm，壁厚变为1.32mm，相应第三次拉伸的延伸系数为1.23；
步骤s7：对第三次拉伸后的管坯进行第四次拉伸，第四次次拉伸的延伸系数为1.2～1.4；其中对比实施例中经过第四次拉伸后的铜管坯料外径变为24mm，壁厚变为1.08mm，相应第四次拉伸的延伸系数为1.29；
步骤s8：对第四次拉伸后的管坯进行第五次拉伸，第五次次拉伸的延伸系数为1.2～1.4；其中对比实施例中经过第五次拉伸后的铜管坯料外径变为22.3mm，壁厚变为0.84mm，相应第五次拉伸的延伸系数为1.31；
步骤s9：对第五次拉伸后的铜管坯料进行异型管成型，异型管成型模具尺寸为26.78*13.72，最终得到标称尺寸为26.75*13.72*0.85的硬态异型管。
生产结果：连续生产24小时，共计生产11吨尺寸为26.75*13.72*0.85的硬态异型管，平均每小时生产重量为0.458吨，整体成材率达到76.8％。
对比例2
生产标称尺寸为26.75*13.7*0.85mm(长轴*短轴*壁厚)的异型管，其具体步骤如下所述。
步骤s1：用挤压法生产标称尺寸为φ50*3.0mm的管坯；
步骤s2：对经过步骤s1得到的管坯用直拉小车拉伸至标称尺寸为φ30*2.0mm的管坯；
步骤s3：对经过步骤s2得到的管坯剥皮至尺寸为φ29.5*2.0mm的管坯；
步骤s4：经过步骤s3得到的管坯用直拉小车经过3次拉伸，最终得到尺寸为φ22.3*0.84mm的管坯；
步骤s5：对经过步骤s4得到的管坯进行异型管成型，异型管成型模具尺寸为26.78*13.72，最终得到标称尺寸为26.75*13.72*0.85的硬态异型管。
生产结果：连续生产24小时，共计生产8.6吨尺寸为26.75*13.72*0.85*0.05的硬态内螺纹异型管，平均每小时生产重量为0.358吨，整体成材率达到74.2％。
与对比例相比，实施例减少了多次直拉拉伸道次，且过程无需剥皮处理，极大减少了坯料碰擦伤和铜沫等异物压入的概率，连续生产24小时，共计生产25～30吨的软态内螺纹异型管，平均每小时生产重量为1.04～1.25吨，整体成材率达到90.5％，且成品软态内螺纹异型管抗拉强度高、延伸率高，具有较强的韧性，得到的异型管内存在内螺纹，能明显增加异型管传热效率。
表1本发明实施例步骤2)、步骤3)的工艺参数
表2本发明实施例步骤3)、步骤4)的工艺参数
表3本发明实施例的步骤3)的内螺纹异型管的工艺参数
表4本发明实施例的步骤4)的内螺纹异型管的工艺参数
表5本发明实施例的步骤5)的内螺纹异型管的工艺参数以及性能
1.一种内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将铜液水平连铸制成管坯；
2)将管坯轧制、拉伸；
3)将拉伸后的管坯在盘拉机上进行多道次连续拉伸，最后一道次拉伸时使用带外螺纹的游动芯头在铜管内表面形成内螺纹；
4)经过椭圆管外模空拉形成呈椭圆状的内螺纹异型铜管。
2.根据权利要求1所述的内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中将管坯轧制至外径
3.根据权利要求1所述的内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中将拉伸后的管坯在盘拉机上进行2～8道次连续拉伸，拉伸至外径为
4.根据权利要求1所述的内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中游动芯头包括位于前端的带外螺纹的螺纹端和位于后端且外径大于螺纹端的固定端，两者之间通过锥状体过渡连接；所述螺纹端的直径8mm≤d＜25mm、长度l为10～16mm，锥状体的锥角a为18～24°。
5.根据权利要求1所述的内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中椭圆外模的底端其内径尺寸固定，底端往上其内径逐渐增大，椭圆外模的长轴锥角β为6°～10°，短轴锥角γ为12°～20°，底端的高度h0为3～5mm。
6.根据权利要求2所述的内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中椭圆管外模空拉加工率为10％～20％。
7.根据权利要求1所述的内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：将所述步骤4)中得到的内螺纹异型铜管退火，退火工艺为380℃～510℃，保温时间为15～60min，内螺纹异型管出炉温度要求不超过38℃。
8.根据权利要求1所述的内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：所述内螺纹异型铜管的平均晶粒度为0.010～0.015mm。
9.根据权利要求1所述的内螺纹异型铜管的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中内螺纹异型铜管的长轴直径为φ15mm～φ30mm，短轴直径为φ5mm～φ20mm；所述内螺纹的齿形参数为：铜管横截面上的齿数为30～100个，齿顶角n为30～90°，底壁厚0.2～0.9mm，齿高h为0.05～0.10mm，螺旋角m为0～20°。
技术总结