CN103331318A - 基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,包括支架、固定在支架内部的拉拔腔、设置于拉拔腔内的密封圈、模具组和润滑室组、以及固定在支架上的盖板;模具组为超光滑纳米金刚石复合涂层模具;拉拔腔润滑剂入口与支架润滑剂入口的中心线对齐;密封圈、润滑室组和模具组沿着管线材拉拔方向依次放置在拉拔腔内,润滑室开口方向与拉拔腔润滑剂出入口对齐。本发明能够使管线材与模具组接触区在拉拔过程中完全浸入在润滑剂中,使金刚石薄膜优异的水润滑性能得到发挥,拉拔区域得到有效的润滑和冷却,从而延长模具使用寿命,提高加工表面质量以及表面光洁度、清洁度;同时水基润滑剂安全、无污染的特点也使得加工环境得到极大改善。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属、不锈钢等棒材、管材、线材加工技术领域的润滑拉拔装置,具体是一种基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置。
背景技术
在现代制造领域,金属冷拔加工是应用最普遍的加工工艺。拉拔模具已成为金属制品、电线电缆等行业最常用的关键器件,应用范围广,市场容量大。在金属拉拔加工过程中,油基润滑剂被广泛应用于减小模具和管线材之间的摩擦系数,降低拉拔模具的磨损,从而达到延长模具使用寿命,提高加工质量和生产效率等目的。
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石薄膜在水润滑条件下具有优异的摩擦学性能,如极低的摩擦系数和磨损率,以及良好的自润滑性。一方面,CVD金刚石薄膜稳定的表面化学性能保证了其表面在水润滑摩擦的过程中不易发生腐蚀、氧化等化学反应;另一方面,CVD金刚石薄膜的表面一般为疏水性表面,这有利于提高水润滑膜的成膜性,从而减少配副表面之间的直接接触及机械作用,有效降低了摩擦副的摩擦力及配副表面的磨损。沈彬等人在期刊《Transactionsof nonferrous metals society of china》23卷第1期的"Application ofultra-smooth composite diamond film coated WC一Co drawing dies underwater-lubricating conditions"一文中用拉拔实验阐述了CVD金刚石涂层模具在水润滑条件下的优异性能。实验结果表明,超光滑金刚石复合涂层拉拔模具在水润滑条件下加工低碳钢管比传统硬质合金模具在油基润滑条件下的加工产量提高20倍左右。结果表明,CVD金刚石薄膜与水润滑技术相匹配能有效改善拉拔模具的摩擦学性能,提高模具的使用寿命、加工精度、生产效率及拉制产品的质量和光洁度,提升产品档次。
传统的润滑油粘附在管材上从而被带入到模具的拉拔区域进行润滑。然而,水基润滑剂的粘度较低,无法很好地粘附在管材上,若使用传统的拉拔装置会导致水基润滑剂无法进入拉拔工作区域从而达不到润滑效果,传统的拉拔模具支撑装置无法满足水基润滑剂拉拔加工的要求。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足,提供了一种基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,包括支架2、固定在支架2内部的拉拔腔3、设置于拉拔腔3内部的模具组8、密封圈4和润滑室组5、以及固定在支架上2的盖板9,所述拉拔腔3与支架2相连通,拉拔过程中润滑室组5中充满润滑剂10,从而使管线材1与模具组8接触区域始终浸入润滑剂10中,进而得到有效的润滑和冷却。
优选地,所述支架2上设有若干个支架润滑剂入口6和支架润滑剂出口7,所述拉拔腔3通过螺栓固定在支架2内部,拉拔腔3上有若干组相互对应的拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口,其中,若干个拉拔腔润滑剂入口与支架润滑剂入口6的中心线一一对齐;所述相对应的一组拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口之间的中心线夹角为40°。
优选地,所述模具组8包括第一道次模具、第二道次模具和最后道次模具,所述润滑室组5包括第一润滑室、第二润滑室和第三润滑室,所述拉拔腔3内部沿着管线材1拉拔方向依次放置密封圈4,第一润滑室,第一道次模具,第二润滑室,第二道次模具,第三润滑室,最后道次模具,其中,所述密封圈4的内径略大于管线材1的进线直径,所述第一润滑室、第二润滑室和第三润滑室上均设有与拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口相对齐的开口,所述盖板9的端面与最后道次模具的端面压紧并固定在支架2上。
优选地,所述第一道次模具、第二道次模具和最后道次模具均包括模套和模芯,所述模套为不锈钢套,所述模芯为具有优异水润滑性能的纳米金刚石涂层拉拔模具,所述模套和模芯之间采用热镶套配合。
优选地,沉积在拉拔模具内孔表面的纳米金刚石涂层的厚度为8~10μm,晶粒尺寸为60~80nm,表面粗糙度为80nm。
优选地,所述第一润滑室、第二润滑室和第三润滑室上的开口均为60°。
优选地,所述润滑剂为水基润滑剂。
优选地,支架2的端面上和拉拔腔3的端面上均设有相连通的管线材入口,所述管线材入口的中心线在同一条直线上。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、本发明的装置结构简单,设计合理。
2、将管线材与模具接触区域完全浸入水基润滑剂中,使得纳米金刚石涂层优异的水润滑摩擦学性能得到发挥,达到很好的润滑和冷却效果。
3、将CVD纳米金刚石涂层与水润滑技术有效结合,有助于延长模具使用寿命,提高管线材的表面质量、表面光洁度及清洁度,使得产品既优质又美观;同时改善加工环境,节约石油资源,实现绿色制造。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明正视剖视结构示意图;
图2为本发明在A-A位置的剖视结构示意图;
图中:1为管线材,2为支架,3为拉拔腔,4为密封圈,5为润滑室组,6为支架润滑剂入口,7为支架润滑剂出口,8为模具组,9为盖板,10为润滑剂。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
本实施例提供了一种基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,包括支架2、固定在支架2内部的拉拔腔3、设置于拉拔腔3内部的模具组8、密封圈4和润滑室组5、以及固定在支架上2的盖板9,所述拉拔腔3与支架2相连通,拉拔过程中润滑室组5中充满润滑剂10,从而使管线材1与模具组8接触区域始终浸入润滑剂10中,进而得到有效的润滑和冷却。
进一步地,所述支架2上设有若干个支架润滑剂入口6和支架润滑剂出口7,所述拉拔腔3通过螺栓固定在支架2内部,拉拔腔3上有若干组相互对应的拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口,其中,若干个拉拔腔润滑剂入口与支架润滑剂入口6的中心线一一对齐;所述相对应的一组拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口之间的中心线夹角为40°。
进一步地,所述模具组8包括第一道次模具、第二道次模具和最后道次模具,所述润滑室组5包括第一润滑室、第二润滑室和第二润滑室,所述拉拔腔3内部沿着管线材1拉拔方向依次放置密封圈4,第一润滑室,第一道次模具,第二润滑室,第二道次模具,第三润滑室,最后道次模具,其中,所述密封圈4的内径略大于管线材1的进线直径,所述第一润滑室、第二润滑室和第三润滑室上均设有与拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口相对齐的开口,所述盖板9的端面与最后道次模具的端面压紧并固定在支架2上。
进一步地,所述第一道次模具、第二道次模具和最后道次模具均包括模套和模芯,所述模套为不锈钢套,所述模芯为具有优异水润滑性能的纳米金刚石涂层拉拔模具,所述模套和模芯之间采用热镶套配合。
进一步地,沉积在拉拔模具内孔表面的纳米金刚石涂层的厚度为8~10μm,晶粒尺寸为60~8Onm,表面粗糙度为8Onm。
进一步地,所述第一润滑室、第二润滑室和第三润滑室上的开口均为60°。
进一步地,所述润滑剂为水基润滑剂。
进一步地,支架2的端面上和拉拔腔3的端面上均设有相连通的管线材入口,所述管线材入口的中心线在同一条直线上。
具体为,
一、以铝塑复合管为例对本实施例进行如下具体说明。
铅材和塑料管分别从对应的入料口进入双槽连续挤压包覆机,通过包覆机将铝材包覆在塑料管表面,形成的铝塑复合管经过导轮进入水基润滑剂多道次拉拔装置。复合管进线尺寸为16mm,成品标准尺寸为8.1±10μm,三个道次的模具定径带直径分别为12.8mm,10.3mm,8.1mm。下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式如各构件的形状、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用等作进一步详细说明。
如附图1和2所示,拉拔腔3上分别设有有一排拉拔腔排润滑剂入口和一排拉拔腔润滑剂出口,其中相对应的一组拉拔腔排润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口之间的中心线夹角为40°。拉拔腔3用螺栓固定在支架2内部,拉拔腔润滑剂入口与支架上的支架润滑剂入口6的中心线一一对齐。在拉拔腔3内,沿着管线材1拉拔方向先放入内径为18mm的密封圈4,再依次放入第一润滑室,第一道次模具,第二润滑室,第二道次模具,第三润滑室,第三道次模具。所有润滑室均为开口60°的圆环,放入拉拔腔3时令其开口方向与拉拔腔润滑剂出口和拉拔腔润滑剂入口对齐。最后将盖板9端面与最后道次模具端面压紧并用螺栓固定在支架2上。所有模具均包括不锈钢模套和硬质合金模具模芯,硬质合金模具内孔表面纳米金刚石涂层的厚度约为8~1Oμm,晶粒尺寸约为60~8Onm,表面粗糙度为8Onm。
铅塑复合管从支架2上管线材入口进入拉拔装置,支架2和拉拔腔3上管线材入口直径均为25mm,比进线尺寸的16mm大,能防止管材的震颤划伤管材表面。润滑剂从支架2上的支架润滑剂入口6通过拉拔腔润滑剂入口流入拉拔腔3中的润滑室5,充满润滑室5后从拉拔腔润滑剂出口流入支架2;支架2内部台阶上的小孔使得支架内部完全连通,从而各个润滑室5流出的润滑剂均能够从润滑剂出口7流出。内径与管线材1直径相近的密封圈4能防止润滑剂从拉拔腔3上的管线材入口处大量流出,从而保证第一润滑室内的润滑剂液面高于铅塑复合管。拉拔过程中,铅塑复合管与模具组接触区域始终浸泡在润滑剂中得到良好的润滑和冷却。
本实施例中采用所述装置生产的铝塑复合管成品直径8.1±5μm,满足尺寸精度要求,管材表面光洁度和清洁度较高,表面温度显著低于油润滑拉拔产品。拉拔模具的使用寿命也得到大幅提高,换模时间大量减少,使加工效率得到极大提升。
二、以不锈钢管为例对本实施例进行如下具体说明。
不锈钢管的拉拔外径17.1mm,壁厚3.2mm。其成品尺寸要求为外径6.6±1Oμm,三个道次的模具定径带直径分别为12.0mm,8.4mm,6.6mm。
如附图1和2所示,拉拔腔3上分别有一排拉拔腔润滑剂入口和一排拉拔腔润滑剂出口,出入口中心线夹角为40°。令拉拔腔润滑剂入口与支架润滑剂入口6的中心线一一对齐,并用螺栓将拉拔腔3固定在支架2内部。在拉拔腔3内,沿着管线材1拉拔方向先放入密封圈4,再依次交替放入三个润滑室和三个道次的模具。所有润滑室的开口均为60°,放置时开口对准拉拔腔润滑剂出入口。盖板9用螺栓固定在支架2上,其端面与第二道次模具端面压紧。模具由不锈钢套和硬质合金模芯组合而成,模芯内孔表面纳米金刚石涂层的厚度约为10~12μm,晶粒尺寸约为50~1OOnm,表面粗糙度为5Onm。
不锈钢管1从支架2入口进入拉拔装置,依次穿过密封圈4,三个润滑室和三个道次的模具。支架2和拉拔腔3管材入口直径均为25mm,比进线尺寸的17.1mm大,能防止管材因刚刚进入拉拔装置时较大的震颤而划伤表面。密封圈4内径为19mm,与不锈钢管1直径相近,能够有效防止润滑剂从拉拔腔3管材入口大量流出。水基润滑剂10穿过支架2进入拉拔腔3内的润滑室,充满润滑室后从拉拔腔3的润滑剂出口流入支架2,润滑室组5内不锈钢管1与模具组8接触区域始终浸泡在润滑剂中,不断循环的水基润滑剂使不锈钢管与模具得到良好的冷却和润滑。支架2内部挡板上开有小孔,使得支架2内的润滑剂能够流通并从润滑剂出口7排出。
本实施例中不锈钢管成品直径6.6±6μm,满足尺寸精度要求,表面清洁度高,光洁度好,温度较油润滑拉拔加工的产品低得多。拉拔模具的使用寿命得到大幅提高,从而减少换模时间,使加工效率得到极大提升。
上述两个具体实例中,所述密封圈4内径略大于管线材1的进线直径,有助于防止润滑剂从垃拔腔上的管材入口大量流出,从而保证拉拔过程中第一润滑室中润滑剂液面高于管材1。所述盖板9端面与最后道次模具8端面压紧并用螺栓固定在支架2上。拉拔过程中润滑剂从支架2上的润滑剂入口6流入拉拔装置,从润滑剂出口7流出;所有润滑室5中均充满润滑剂从而使管线材1与模具8接触区域始终浸泡在润滑剂中;支架2内部台阶上的小孔使得支架内部完全连通,使得从各个润滑室5中流出的润滑剂均能从支架上的润滑剂出口7流出拉拔装置。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,包括支架(2)、固定在支架(2)内部的拉拔腔(3)、设置于拉拔腔(3)内部的模具组(8)、密封圈(4)和润滑室组(5)、以及固定在支架上(2)的盖板(9),其特征在于,所述拉拔腔(3)与支架(2)相连通,拉拔过程中润滑室组(5)中充满润滑剂(10),从而使管线材(1)与模具组(8)接触区域始终浸入润滑剂(10)中。
2.根据权利要求1所述的基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,其特征在于,所述支架(2)上设有若千个支架润滑剂入口(6)和支架润滑剂出口(7),所述拉拔腔(3)通过螺栓固定在支架(2)内部,拉拔腔(3)上有若干组相互对应的拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口,其中,若干个拉拔腔润滑剂入口与支架润滑剂入口(6)的中心线一一对齐;所述相对应的一组拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口之间的中心线夹角为40。
3.根据权利要求2所述的基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,其特征在于,所述模具组(8)包括第一道次模具、第二道次模具和最后道次模具,所述润滑室组(D包括第一润滑室、第二润滑室和第三润滑室,所述拉拔腔(3)内部沿右管线材(1)拉拔方向依次放置密封圈(4),第一润滑室,第一道次模具,第二润滑室,第二道次模具,第三润滑室,最后道次模具,其中,所述密封圈(4)的内径略大于管线材(1)的进线直径,所述第一润滑室、第二润滑室和第三润滑室上均设有与拉拔腔润滑剂入口和拉拔腔润滑剂出口相对齐的开口,所述盖板(9)的端面与最后道次模具的端面压紧并固定在支架(2)上。
4.根据权利要求3所述的基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,其特征在于,所述第一道次模具、第二道次模具和最后道次模具均包括模套和模芯,所述模套为不锈钢套,所述模芯为具有优异水润滑性能的纳米金刚石涂层拉拔模具,所述模套和模芯之间采用热镶套配合。
5.根据权利要求4所述的基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,其特征在于,沉积在拉拔模具内孔表面的纳米金刚石涂层的厚度为8~10μm,晶粒尺寸为60~80nm,表面粗糙度为8Onm。
6.根据权利要求3所述的基于水润滑拉拔的多道次金属拉拔装置,其特征在于,所述第一润滑室、第二润滑室和第三润滑室上的开口均为60°。
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