CN102728650A - 一种金属管材的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属管材的加工方法，包括如下步骤：1)将金属管从环境温度加热至工作温度；2)在所述工作温度下，对所述金属管进行热压力加工；3)将所述金属管快速冷却至环境温度。采用上述加工方法仅通过对金属管加热-热加工-快速冷却这三个简单的步骤即实现了金属管材的加工，与现有技术中金属管材的冷加工方法相比，这种热加工方法避免了金属管材产生加工硬化，进而提高了金属管材的生产效率、降低了生产成本，并且整个金属管材的加工方法具有加工工艺简单、操作方便的特点。

Description

一种金属管材的加工方法

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及一种金属管材的加工方法。

背景技术

金属管材的应用范围非常广泛。现有技术中，制造金属管材的方法主要有软态管成形法和带材成形焊接法两种。

软态管成形法是目前普遍使用的方法，该方法首先将挤压或拉拔后的硬态盘管送入连续炉或井式退火炉进行光亮退火，然后将退火后的软态盘管导入成形机再进行管材压力加工。但是，经过这种方法加工获得的管材会产生严重的加工硬化，使后道次加工无法进行。因此，为完成产品加工，就必须反复的进行管材的离线退火及压力加工，导致生产金属管材的工序多、成本高、占地大，且生产效率较低。

带材成形焊接法是将带材进行滚压刻纹处理后，按焊管工艺成形焊接而成。这种方法工艺简单，生产效率高。但由于它采用精制带材为原料，造成生产成本较高。此外，由于有缝金属管材固有的缺陷，很多工业应用一般不选用有缝金属管材，因此这种方法在工业生产的使用中受到很大的限制。

有鉴于此，亟待针对上述技术问题，另辟蹊径地设计一种金属管材的加工方法，既避免加工过程中产生加工硬化，又提高生产效率、降低生产成本，并且减少加工工序。

发明内容

本发明的目的为提供一种金属管材的加工方法，其能够通过简单的加工工艺、便捷的操作实现金属管材的加工，并且能避免加工过程中金属管材产生加工硬化，提高金属管材的生产效率、降低其生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属管材的加工方法，包括如下步骤：

1)将金属管从环境温度加热至工作温度；

2)在所述工作温度下，对所述金属管进行热压力加工；

3)将所述金属管快速冷却至环境温度。

优选地，所述步骤2)中热压力加工具体为旋压或轧制或拉拔。

优选地，所述步骤1)之前还包括步骤：

0)将金属管矫直。

优选地，所述步骤0)至步骤3)为在线连续完成的步骤。

优选地，所述步骤1)中的所述工作温度的范围为150℃至950℃。

优选地，所述步骤1)中的升温速度范围为400℃/秒至1100℃/秒。

优选地，所述步骤1)采用卡电电阻加热，或者采用电路加热，或者采用电感应线圈加热。

优选地，所述步骤3)中快速冷却的降温速度范围为50℃/秒至570℃/秒。

优选地，所述步骤3)中采用冷却介质浴槽快速冷却，或者采用冷却介质喷淋快速冷却。

优选地，所述步骤0)至步骤3)在一台设备上完成。

本发明提供一种金属管材的加工方法，其首先将金属管从环境温度加热至工作温度，然后在工作温度下对金属管进行热压力加工，最后将金属管快速冷却至环境温度。

采用上述加工方法仅通过对金属管加热-热加工-快速冷却这三个简单的步骤即实现了金属管材的加工，与现有技术中金属管材的冷加工方法相比，这种热加工方法避免了金属管材产生加工硬化，进而提高了金属管材的生产效率、降低了生产成本，并且整个金属管材的加工方法具有加工工艺简单、操作方便的特点。

附图说明

图1为本发明所提供金属管材的加工方法的一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种金属管材的加工方法，该方法加工工艺简单、操作方便，既能够避免加工过程中金属管材产生加工硬化，又能提高生产效率、降低生产成本。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供金属管材的加工方法的一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明提供一种金属管材的加工方法，该方法具体包括如下步骤：

S11：将金属管从环境温度加热至工作温度。

具体的方案中，该工作温度可以是高于金属管材的再结晶温度，并且低于金属管材的熔点。这样，能够使金属管材在后续热压力加工过程中产生再结晶，同时又能避免金属管在热压力加工时熔化。当然，工作温度也可以略低于再结晶温度。

S12：在工作温度下对金属管进行热压力加工。

在工作温度下进行热压力加工是对金属管材进行热加工，热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会造成加工硬化。加工硬化是金属在变形过程中阻碍变形的变形抗力的关键因素之一，消除了加工硬化，就极大地降低了变形抗力，使金属管材的变形难度大大减小。

同时，热加工会使金属的屈服强度等参数大大降低，例如3A21铝合金(H114状态)在25℃时的屈服强度为130MPa，而370℃时，屈服强度仅为15MPa，降为25℃时的11.5％。屈服强度也是金属在变形过程中阻碍变形的变形抗力的关键因素之一，因此，降低金属管材的屈服强度，也能够降低金属管材的变形抗力，使其变形难度减小。

此外，热加工还可以使粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化、力学性能提高，以避免裂纹或橘皮等缺陷的产生。

S13：将金属管快速冷却至环境温度。

将热压力加工后的金属管快速冷却至环境温度，能够便于后续缠绕收线等处理过程的实施。

由上述工作过程可知，上述方法仅通过对金属管加热-热加工-快速冷却这三个简单的步骤即实现了金属管材的加工，与现有技术中金属管材的冷加工方法相比，这种热加工方法既避免了金属管材产生加工硬化，保证了产品质量，并且提高了金属管材的生产效率、降低了生产成本，整个加工方法具有加工工艺简单、操作方便的特点。

还可以进一步设置上述金属管材的加工方法的具体步骤。

在另一种具体实施方式中，上述金属管材的加工方法的步骤S 12中热压力加工可以具体为旋压。

采用旋压的方法能够简单、方便地实现金属管的压力加工，当然，上述金属管材的热加工并不仅限于旋压，还可以具体为轧制、拉拔等方法。此外，上述金属管材的热加工还可以具体为旋压、轧制和拉拔三者中的两者相结合的加工过程。用户可以根据实际需要自行选择。由于压力加工的具体方法为现有技术较为成熟的技术，在此不再赘述。

在另一种具体实施方式中，上述金属管材的加工方法的步骤S11之前还可以设有步骤S10：将金属管矫直。

将金属管矫直，以使加热之前的金属管保证较高的直线度，为金属管材加工做了充分的准备工作，使经过后续加热、热加工、冷却之后直接得到高质量、高精度的成品。

在另一种具体实施方式中，上述步骤S10至步骤S13可以为在线连续完成的步骤。

在线连续作业，即是金属管在整个加工过程中只需一次放入加工流水线就能连续完成整个加工过程，中间无需离线加工的步骤。为了实现在线连续作业，上述加热装置也应当是在线加热装置，即用多台在线加热设备代替了现有技术中一台离线退火设备，相比较现有技术，使得金属管在线加热后，无需离线退火工序，而是直接进行热压力加工。在线加热装置的造价仅为离线退火设备的十几分之一，并且离线退火设备的启动费用相对很高，在线加热的启动费几乎可以忽略不计，尤其在开工率不足的情况下，可以仅开启多台在线加热设备中的一台或几台，这就避免了设备使用率低下的资源浪费，同时还节约了离线退火设备的占地、中转、配备人员等问题，提高了物料周转速度和生产效率。

因此，上述在线连续作业的加工方法大大简化了加工工序，提高了生产效率，并且还大大降低了生产成本。

在另一种具体实施方式中，上述金属管材加工方法中的步骤S11中工作温度的范围可以具体为150℃至950℃。

该工作温度由金属管材的材料本身、加工方法和产品规格等因素决定，上述工作温度的范围能够满足铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金、钛及钛合金等硬态管的加热要求。例如，加工铝光管时，可以将其加热至420℃，加工磷脱氧铜管时，可以将其加热至700℃；另外，加工厚度较大的管材时的工作温度要大于加工厚度较小的管材时的工作温度；此外，不同的热压力加工方法也需要不同的工作温度。用户可以根据实际需要自行选择。

对于金属管材的加工，金属管的加热速度和冷却速度与金属管材的生产速度密切相关，因此必须正确而合理地设定。

在另一种具体实施方式中，上述步骤S11中的升温速度范围可以为400℃/秒至1100℃/秒。另一种方案中，上述步骤S13中快速冷却的降温速度范围可以为50℃/秒至570℃/秒。

采用上述加热速度，能够快速地将金属管从环境温度加热到工作温度，以满足随后紧接着的在线热压力加工；采用上述冷却速度，能够满足随后紧接着在线缠绕收线的步骤，即对管材进行在线绕卷或定尺切断，以方便后续深加工或物流运输。当然，上述快速冷却的降温速度还可以为其他范围。

更进一步的方案中，经过反复试验，当上述升温速度范围为400℃/秒至1100℃/秒，且上述降温速度范围为50℃/秒至570℃/秒时，能够保证金属管在整个加工过程中以20m/min至150m/min的线速度在线连续通过各个步骤，即实现金属管的生产速度为20m/min至150m/min，从而保证了较大的生产效率。

还可以进一步设置上述加工方法对金属管的加热方法和冷却方法。

进一步的方案中，上述金属管材的加工方法中的步骤S11可以采用卡电电阻加热，或者采用电路加热，或者采用电感应线圈加热。采用上述加热方法能够快速、高效地将金属管加热到工作温度，整个过程简单、方便。当然，也可以采用其他方法加热。

进一步的方案中，上述步骤S13可以采用冷却介质浴槽快速冷却，或者采用冷却介质喷淋快速冷却。具体地，上述冷却介质可以采用水，或者乳化液，或者油等等。采用上述快速冷却方法充分考虑了在线连续作业和金属热加工的因素，能够连续、快速有效地实现热加工金属管的冷却。当然，也可以采用液氮快速冷却等其他方法冷却，当采用液氮快速冷却时，其冷却降温速度最小为550℃/秒，其降温速度的最大值非常大，这样能够进一步提高生产效率，但是这种冷却方式风险较大、成本较高，用户可以根据实际需要自行选择。

在另一种具体实施方式中，上述步骤S10至步骤S13可以在一台设备上完成。

这样，在同一台设备上完成所有加工步骤能够更进一步提高金属管材的生产效率，降低生产成本。当然，并非所有型号的管材都能够在一台设备上完成，这种方法适合于规格较小的管材搭配较大的加工设备的情况。

下面列举两个具体实例来描述上述金属管材的加工方法。

铝管的加工：将在盘拉机上拉拔到φ10.15×0.72mm的3003铝光管，送入已集成在线加热和快速冷却装置的硬态管成形机，一道次连续完成以下步骤：由电感应线圈加热至420℃，并紧接着进行高速旋压成形，成型线速度为40m/min，制品为齿高为0.18mm的φ7×0.6mm内螺纹铝管，然后导入筒状水喷淋快速降温装置，完成降温至环境温度，进行在线绕卷。经试验证明上述过程是成功的。而采用普通硬态管成型机进行冷加工同样规格的光管，生产同样规格的内螺纹铝管时，成型线速度仅为23m/min。两种方式生产的内螺纹铝管经过测试，证实各项主要性能并无明显区别。可见，采用热加工的内螺纹铝管，生产效率提高78％，并且无需离线退火，加工工序简单。

铜管的加工：将在盘拉机上拉拔到φ12.7×0.39mm的TP2磷脱氧铜管送入已集成在线加热和快速冷却装置的硬态管成形机，一道次连续完成以下步骤：由电感应线圈加热至700℃，并紧接着进行高速旋压成形，成型线速度为55m/min，制品为齿高为0.29mm的φ9.52内螺纹铜管，然后导入筒状水喷淋快速降温装置，完成降温至环境温度，进行在线绕卷。经试验证明上述过程是成功的。而采用普通硬态管成型机进行冷加工同样规格的光管，生产同样规格的内螺纹铜管时，在成型线速度也是55m/min时，齿高仅为0.17mm；即使在成型线速度降低至40m/min时，齿高仅仅增高至0.20mm，并且易发生裂纹、齿高不足、模具芯头崩齿、芯头压裂等问题。采用集成加热和冷却的成型机和普通成型机生产的产品进行测试，证实各项主要性能并无明显区别。可见，采用热加工的内螺纹铝管，齿高提高70％，该产品在略降低成本的前提下，极大地提高了换热效率，此外，在盘拉机拉拔后无需进行离线退火，可直接进行成形生产，加工工序简单。

以上对本发明所提供的一种金属管材的加工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属管材的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将金属管从环境温度加热至工作温度；

2)在所述工作温度下，对所述金属管进行热压力加工；

3)将所述金属管快速冷却至环境温度。

2.根据权利要求1所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤2)中热压力加工具体为旋压或轧制或拉拔。

3.根据权利要求2所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤1)之前还包括步骤：

0)将金属管矫直。

4.根据权利要求3所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤0)至步骤3)为在线连续完成的步骤。

5.根据权利要求1-4任一项所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤1)中的所述工作温度的范围为150℃至950℃。

6.根据权利要求5所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤1)中的升温速度范围为400℃/秒至1100℃/秒。

7.根据权利要求6所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤1)采用卡电电阻加热，或者采用电路加热，或者采用电感应线圈加热。

8.根据权利要求1-4任一项所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤3)中快速冷却的降温速度范围为50℃/秒至570℃/秒。

9.根据权利要求8所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤3)中采用冷却介质浴槽快速冷却，或者采用冷却介质喷淋快速冷却。

10.根据权利要求1-4任一项所述的金属管材的加工方法，其特征在于，所述步骤0)至步骤3)在一台设备上完成。