CN104203442B - 螺旋管的挤制成形方法及螺旋管的挤制成形机 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于一边防止挤制成形时的螺旋管前端的转动，一边将具螺旋沟的螺旋管挤制成形。螺旋管挤制成形机2具备：心轴23，在管材挤制方向前端设有管材内周面成形用公承压部(male？bearing公轴承部)231；及模具24，在心轴23的外侧设有围绕公承压部长边方向的全部或一部分的管材外周面成形用母承压部(female？bearing母轴承部)241；且在上述公承压部231及/或母承压部241配置有成形突条25。使用该螺旋管挤制成形机2，使心轴23及模具24双方朝逆方向强制旋转，将管材朝直线前进方向进行挤制成形，而在管材内外周面的至少一面连续形成朝长边方向呈螺旋状的螺旋沟11。藉由将心轴23与模具24的强制旋转方向设成逆方向，作用在管材的扭矩即可抵销，且防止挤制成形时的管材前端转动。

Description

螺旋管的挤制成形方法及螺旋管的挤制成形机
技术领域
本发明涉及一种螺旋管的挤制成形方法及螺旋管的挤制成形机。
背景技术
以形成有螺旋沟的螺旋管的挤制成形方法而言，例如下述专利文献1中已揭示有如下述的技术。即，在孔口型模块(portholedice)的心轴(mandrel)前端，以自由旋转方式配置有插块(plug)，该插块利用螺栓(bolt)形成截头圆锥形，截头的小径侧设在胚块(billet)侧，圆锥底面的大径侧则朝向挤制方向，而侧面则设成锥形面；同时该插块表面的锥形面作为管材内周面成形之用，且配置有螺旋形的成形突条。接着，将管材在心轴和模具盖(diecap)之间朝直线前进方向挤制成形，在截头圆锥形插块的长边方向中间位置，使螺旋形的成形突条强制接触管材的内周面，且随着该管材的行进使该插块强制旋转，而藉成形突条在管材内周面连续成形朝长边方向呈螺旋状的螺旋沟。
先行技术文献
〔专利文献〕
(专利文献1)日本特开2009－220153号公报
发明内容
〔发明所欲解决的课题〕
在此情况下，即可将内周面形成有一连串螺旋沟的螺旋管进行挤制成形，以作为空气调节机或冷冻机的热交换器用传热管、地板暖气排热用配管等而言，使用例如铝制至铝合金制的管子以取代从前的铜管时，可以提供低成本且量产性优异的螺旋管。
然而，在另一方面，传统技术上，由于使用锥形面的表面形成有呈螺旋形成形突条的截头圆锥形插块，而该插块的制作却很烦琐。而且，截头圆锥形的插块中，因以其锥形面长边方向中间位置接触管材内周面，故即使可用于较大径的螺旋管，却难谓一定适用于具有例如1cm以下那样的小内径螺旋管的挤制成形。再者，由于使直线前进的管材内周面强制接触于形成插块的螺旋形的成形突条且使插块强制旋转，同时在管材内周面形成螺旋沟，管材会随着插块的旋转而受到扭矩，故使管材的螺旋沟成形部分以朝着插块旋转方向一起转动的方式进行旋转。结果，产生牵引管材挤制方向前端的牵拉器(puller)需旋转。设置有管材卷取机时，同样产生卷取机要因应管材的转动而需旋转。所以，挤制成形后的管材处理会变得很烦琐。而且，由于要因应管材的前进而使插块旋转，而导致螺旋沟的扭转角有变小的倾向，为了要加大扭转角而加快挤制速度时，会有导致管材形状崩溃的挤制不良趋势。因而，即使直径较大而扭转角较小的管材的挤制成形得以进行，仍有难谓适于直径小而扭转角大的管材的挤制成形等的问题。
本发明是有鉴于这种情形而研发，所欲解决的课题在于提供一种包含直径小而扭转角大的管材，都可以使高精度的螺旋管尽量简易地确实挤制成形，同时在螺旋沟的成形时，得以防止管材转动的螺旋管的挤制成形方法，同时提供适用于该螺旋管的挤制成形的螺旋管挤制成形机。
〔解决课题所使用手段〕
依照上述课题，本发明中，在挤制成形管材时，具备：在挤制方向前端固定有管材内周面成形用公承压部的心轴；及以围绕该公承压部的方式配置有管材外周面成形用母承压部的模具。接着，使这些心轴及模具双方强制旋转，在该强制旋转下，将管材朝直线前进方向挤制成形，而在管材内外周面的一面或双面连续形成朝管材长边方向的螺旋沟。藉此方式，包含直径小而扭转角大的管材，亦可使高精度的螺旋管尽量简易地确实挤制成形。
即，权利要求1所述的发明中，涉及一种螺旋管挤制成形方法，其特征在于：利用所具备的心轴及模具以及所配置的成形突条，在上述心轴及模具双方的强制旋转下，使管材朝直线前进方向挤制成形，而在上述管材内外周面的一面或双面连续形成朝管材长边方向呈螺旋状的螺旋沟，其中上述心轴在管材挤制方向前端设有管材内周面成形用公承压部，且配置成可自由旋转；上述模具在该公承压部的管材挤制方向外侧设有围绕公承压部长边方向的全部或一部分的管材外周面成形用母承压部，且同样配置成可自由旋转，而上述成形突条为配置在上述公承压部及/或母承压部。
权利要求2所述的发明，除了上述之外，又在上述权利要求1所述的螺旋管挤制成形方法中，为了使公承压部及/或母承压部的形成螺旋沟的成形突条藉由朝挤制方向平行的多数直线式突条而构成，俾得以尽量简易且确实地进行该成形突条的形成，而使配置在上述公承压部及/或母承压部的成形突条藉由朝管材挤制方向平行的多数直线突条来形成。
权利要求3所述的发明，同样除了上述之外，又在权利要求1或2所述的螺旋管挤制成形方法中，为了藉由上述心轴与模具的强制旋转朝相同速度或者异速的逆方向进行，使产生于心轴和模具的扭矩抵销，以确实保持管材的直线前进性，同时使螺旋沟随着成形突条旋转的扭转角相较于不旋转者尽量扩大的大扭转角(即，高密度配置)螺旋沟得以优异效率形成，而使上述心轴和模具的强制旋转朝彼此相同速度或者异速的逆方向进行。
权利要求4所述的发明，同样除了上述之外，又在权利要求3所述的螺旋管挤制成形方法中，藉由使心轴与模具逆方向的强制旋转以相同速度进行，使伴随着上述成形突条旋转的螺旋沟的扭转角相较于不旋转者加倍扩大，并将螺旋沟的配置密度尽量加大，而使上述心轴与模具的逆方向强制旋转以相同速度进行。
权利要求5所述的发明，同样除了上述之外，又在权利要求1、2、3或4所述的螺旋管挤制成形方法中，为了简易且确实地获得可使螺旋管适用于作为空气调节机、冷冻机的热交换器用传热管或者地板暖气排热用配管等的具内面螺旋沟的热交换用管材，而藉由将成形突条配置在上述心轴的公承压部的外周，使管材作为具内面螺旋沟的热交换用管材。
权利要求6所述的发明，提供一种适用于将上述螺旋管挤制成形的螺旋管挤制成形机，其特征在于该螺旋管挤制成形机具备：心轴，在管材挤制方向前端设有管材内周面成形用公承压部，且配置成可自由旋转；模具，在该公承压部的管材挤制方向外侧设有围绕公承压部长边方向的全部或一部分的管材外周面成形用母承压部，且同样配置成自由旋转；成形突条，配置于上述公承压部及/或母承压部；及驱动手段，使上述心轴及模具双方强制旋转。
本发明以上述内容作为各个发明的要旨，并作为上述课题的解决手段。
〔发明的效果〕
本发明由于以上述方式所构成，所以，权利要求1所述的发明提供一种螺旋管挤制成形方法，其特征在于，利用所具备的心轴及模具以及所配置的成形突条，在上述心轴及模具双方的强制旋转下，使管材朝直线前进方向挤制成形，而在上述管材内外周面的一面或双面连续形成朝管材长边方向呈螺旋状的螺旋沟，其中上述心轴在管材挤制方向前端设有管材内周面成形用公承压部，且配置成可自由旋转；上述模具在该公承压部的管材挤制方向外侧设有围绕公承压部长边方向的全部或一部分的管材外周面成形用母承压部,且同样配置成可自由旋转，而上述成形突条为配置在上述公承压部及/或母承压部，而得以尽量简易的将包含直径小而扭转角大的管材的高精度螺旋管确实挤制成形。
权利要求2所述的发明，除了上述之外，将公承压部及/或母承压部的形成螺旋沟的成形突条设成朝挤制方向平行的多数直线式突条，使该成形突条的形成得以尽量简易且确实的进行。
权利要求3所述的发明，同样除了上述之外，藉由使上述心轴和模具的强制旋转朝彼此相同速度或者异速的逆方向进行，使产生于心轴和模具的扭矩抵销，以确实保持管材的直线前进性，同时，使螺旋沟随着成形突条旋转的扭转角相较于不旋转者尽量扩大的大扭转角(即，高密度配置)螺旋沟得以优异效率形成。
权利要求4所述的发明，同样除了上述之外，藉由使心轴和模具的逆方向强制旋转以相同速度进行，将上述扭矩抵销，且使螺旋沟随着成形突条旋转的扭转角相较于不旋转者加倍扩大，而将螺旋沟的配置密度尽量加大。
权利要求5所述的发明，同样除了上述之外，可简易且确实地获得螺旋管可适用于作为空气调节机、冷冻机的热交换器用传热管或者地板暖气排热用配管等的具内面螺旋沟热交换用管材。
权利要求6所述的发明，可提供适用于将上述螺旋管挤制成形的螺旋管挤制成形机。
附图说明
图1为显示螺旋管挤制成形机的概要构成的侧面图。
图2为显示利用心轴和模具形成螺旋沟的状态的部分放大图。
图3为显示具内面螺旋沟管材例的纵剖面图。
图4为显示具外面螺旋沟管材例的纵剖面图。
图5为显示具内外两面螺旋沟管材例的纵剖面图。
图6为具内外两面螺旋沟管材的其它例子的纵剖面图。
具体实施方式
〔发明的实施形态〕
以下依照附图的例子更具体地说明本发明。图中的符号1为内周面形成有螺旋沟11而呈具内面螺旋沟管材的螺旋管。图中的符号2为挤制成形该螺旋管1的螺旋管挤制成形机，其具备：心轴(mandrel)23，在管材挤制方向前端设有管材内周面成形用公承压部231，且配置成可自由旋转；及模具(die)24，在该公承压部231的管材挤制方向外侧设有围绕公承压部长边方向的全部或一部分的管材外周面成形用母承压部241，且同样配置成自由旋转。再者，上述公承压部231及/或母承压部241配置有成形突条25。此外，螺旋管1藉由使用螺旋管挤制成形机2在上述心轴23及模具24双方的强制旋转下将管材朝直线前进方向挤制成形，并在管材内外周面一面或双面连续形成朝管材长边方向呈螺旋状的螺旋沟11的挤制成形方法，而得以量产制造。
在本例中，上述具内面螺旋沟管材1(螺旋管1)，例如图3所示，将螺旋管1作为热交换用管来使用，该螺旋管1为在螺旋管挤制成形机2的上述心轴23的公承压部231外周配置成形突条25进行挤制成形而制成。即，本例的螺旋管1藉由螺旋管挤制成形机2挤制成形，而该螺旋管挤制成形机2使上述成形突条25配置在心轴23的公承压部231与模具24的母承压部241之中的前者心轴23的公承压部231，另一方面在模具24的母承压部241则未配置该成形突条25而属于平滑面，而在剖面呈中空圆形的管材的内周面形成上述螺旋沟11，且使外周面形成平滑的圆筒面。
上述成形突条25由朝管材挤制方向平行的多数直线突条所形成。藉该直线突条朝上述管材长边方向形成呈螺旋状的螺旋沟11的步骤，藉由使具备该成形突条25的心轴23强制旋转来进行。即，使该心轴23旋转时，朝直线前进方向挤制成形的管材会在其内周面于成形突条位置受到伴随心轴旋转而产生的扭矩，使管材朝着心轴23的旋转方向而旋转。而且，该管材挤制成形时，使管材外周面成形的模具24与上述心轴23双方一起强制旋转，借着该强制旋转下的挤制成形，心轴23旋转的扭矩会受到模具24的旋转相抵而失去，使朝直线前进方向行进的管材的直线前进性获得确保。藉此方式，挤制成形的管材得以直线前进状态进行挤制成形作业，而不会朝螺旋管挤制成形机2的前方(挤制方向前端侧)旋转。
上述逆方向的强制旋转朝相同速度或者异速的逆方向进行，可执行上述扭矩的有效抵销及确实保持藉扭矩抵销所获致的管材直线前进性。在本例中，该逆方向的强制旋转可藉由设成相同速度进行，而在扭矩抵销及确保管材直线前进性之外，又可随着上述成形突条25的旋转，使螺旋沟11的扭转角比不旋转者更为扩大，而将螺旋沟11的配置密度尽量加大。藉此特点，对本例的作为热交换用具内面螺旋沟管材的螺旋管1而言，其热交换效率得以尽量提升。
强制旋转必须朝逆方向进行，而其旋转速度则以相同速度为优选。但依据要挤制成形的管材，即，螺旋管1的直径与剖面形状、螺旋管挤制成形机2中的承压部231、241的加热温度与表面状态等，螺旋管1内外的挤制成形阻力差会产生变化，所以在吸収该阻力差以确保上述的扭矩抵销及管材直线前进性上，该旋转速度有必须调整成一个较快而另一个较慢的相异速度的情形。一般而言，在内周面的螺旋沟数为数十条沟的具内周螺旋沟管材时，在螺旋管挤制成形机2的心轴23与模具24的承压部231、241长度设成同等的情况中，采用异速的旋转速度只要调整成数个％～20％程度的旋转速度差即可。此外，阻力差较小时，该旋转速度差优选为设在10％程度以下。藉由依此方式按照挤制成形的内外阻力差而将心轴23和模具24设成相异速度的作法，可以有效确保上述的扭矩抵销、管材直线前进性、扭转角等。
依据实验，使用30吨(Tons)冲压机式挤制成形机，将铝或者铝合金，例如铝纯度99.7％以上的A1070铝合金，以模具温度及胚块加热温度450～500℃的挤制条件进行挤制成形，获得了图3所示剖面形状的螺旋管1。螺旋管1具备由外径9.5mm、管厚0.5mm、沟数50、沟高0.3mm、沟宽0.27mm所成的形状。有关该螺旋管1的挤制成形方面，可获得例如下列的结果。
第一例中，撞槌速度为2mm/s，使心轴、模具以60rpm的相同速度朝逆方向旋转时，螺旋沟的扭转角为12.2°。
第二例中，撞槌速度为2mm/s，使心轴、模具以120rpm的相同速度旋转时，螺旋沟的扭转角为29.9°。
第三例中，撞槌速度为4mm/s，使心轴、模具以60rpm的相同速度旋转时，螺旋沟的扭转角为6°。
第四例中，撞槌速度为4mm/s，使心轴、模具以120rpm的相同速度旋转时，螺旋沟的扭转角为12.9°。
此时，虽经以牵拉器牵引螺旋管1的前端，但由于管材完全没有转动，所以任一管材均如图示的剖面形状那样，在长边方向上没有变形或扭曲，形状甚优美。附带说明，在上述条件下，将心轴和模具的旋转数设为50或者120rpm左右的逆旋转的方式，在确保螺旋沟具有较大扭转角方面，可认为是有效的。
如图1及图2所示，螺旋管挤制成形机2作为上述挤制成形方法用的装置，具备在管材挤制方向前端设有管材内周面成形用公承压部231且配置成可自由旋转的心轴23。再者，螺旋管挤制成形机2在该公承压部231的管材挤制方向外侧设有围绕其长边方向的全部或一部分的管材外周面成形用母承压部241，且同样配置成可自由旋转。而且，螺旋管挤制成形机2具备：模具24；配置在上述公承压部231及/或母承压部241(本例中为公承压部231)的成形突条25，同时，具备使上述心轴23及模具24双方强制旋转的驱动手段3。此外，螺旋管挤制成形机2是特别用于铝或者铝合金制品的制作。
螺旋管挤制成形机2是将经加热的铝胚块26収容在收容箱21的胚块収容部，在心轴23贯穿配置于该铝胚块26的中央穿孔的状态下，利用撞槌(ram)(也可称为杵杆(stem))22隔着垫隔块(dummyblock)221对该铝胚块26进行加压。依此方式，即可藉上述心轴23的公承压部231与模具24的母承压部241将螺旋管向省略图示的工作台在工作台上进行挤制成形。接着，已成形的螺旋管就可卷绕在卷辊(wheel)27上，该卷辊27可以在该工作台的挤制方向前端所配置的卷取机上朝与管材交叉的方向自由旋转。
在本例中，螺旋管挤制成形机2的设有上述公承压部231的心轴23及设有母承压部241的模具24，通过分别对长型钢材或者块型钢材施以放电加工而将各承压部231、241一体成形在这些心轴23、模具24上而制成者。例如，虽可将另外形成的公承压部231螺固配置在心轴23，但有时会在挤制成形时因公承压部231受到加压力而有发生变形等问题的可能性。因而，时常承受加压力的心轴23与模具24以依上述方式一体成形为优选。
模具24的母承压部241配置成在心轴23的公承压部231的外侧围绕其(公承压部)全部或一部分的方式，作为其配置的位置关系。公承压部231与母承压部241也可设成同一长度，且设成围绕配置，使其位置关系形成彼此面对的全部围绕状态。而且，公承压部231与母承压部241设成不同长度时，以公承压部231的前端长度较母承压部241短为优选，即，围绕配置方式以位在撞槌22侧形成部分围绕状态为优选。另一方面，设成不同长度的部分围绕状态方面，若配置成公承压部231的前端较母承压部241朝挤制方向突出时，因会导致已挤制成形管材的螺旋沟11朝长边方向的扭转角变小的倾向，故这种围绕配置最好避免。
设有公承压部231的心轴23及设有母承压部241的模具24朝逆方向的强制旋转在本例中利用电动机3来执行。本例的电动机3在螺旋管挤制成形机2中配置有一对，分别设置在该心轴23及模具24，使该心轴23及模具24得以单独自由旋转驱动。而且，藉由控制各电动机3的各旋转速度，可以进行心轴23及模具24的相同速度或者异速的旋转。此外，藉由以机械方式变换一个电动机3的旋转方向，使双方朝逆方向旋转，且以上述的相同速度或者异速朝逆方向进行强制旋转。
图4至图6显示其它例子的管材，即，显示螺旋管1的其它例子。图4为具外面螺旋沟的管材的例子，在外周面配置数十条，特别是50条的多数条螺旋沟11来替代上述内周面的螺旋沟。图5为具螺旋沟的管材例，除了上述内周面的螺旋沟之外，又在外周面90度的角度位置配置少数螺旋沟11，特别是4条的例子。图6为除了上述内面螺旋沟11之外，又在外周面配置了多数螺旋沟11的内外两面具螺旋沟的管材例子。要在外周面形成螺旋沟11时，只要按照上述方式，在模具的母承压部241同样配置成形突条25，特别是朝管材挤制方向配置平行的多数直线突条即可。不在内周面形成螺旋沟时，只要使心轴23的公承压部231设成平滑面即可。此外，图4及图5的挤制成形，只要按照上述图3的方式进行即可。
图示的例子虽揭示成如上的形态，但在实施本发明时，对以下所述，在不违反上述发明要旨的范围内，可采用各种形态的设计，即:螺旋管、其管材、螺旋沟、心轴、公承压部、模具、母承压部、成形突条、依需要而使用的直线突条、驱动手段等各个具体的形状、构造、材质、彼此的关系、对这些条件的附加等。
其中，附图标记说明如下：
1螺旋管
11螺旋沟
2螺旋管挤制成形机
21收容箱
22撞槌
221垫隔块
23心轴
231公承压部
24模具
241母承压部
25成形突条
26铝胚块
27卷辊
3电动机(驱动手段)

Claims (4)

1.一种螺旋管挤制成形方法，其特征在于:
利用所具备的心轴及模具以及所配置的成形突条，在上述心轴及模具双方以相同速度或者异速朝逆方向进行的强制旋转下，使金属管材朝直线前进方向挤制成形，而在上述金属管材内外周面的一面或双面连续形成朝金属管材长边方向呈螺旋状的螺旋沟，其中上述心轴在金属管材挤制方向前端设有金属管材内周面成形用公承压部，且配置成可自由旋转；上述模具在该公承压部的金属管材挤制方向外侧设有围绕公承压部长边方向的全部或一部分的金属管材外周面成形用母承压部，且同样配置成可自由旋转，而上述成形突条为配置在上述公承压部或母承压部的任一个。
2.根据权利要求1所述的螺旋管挤制成形方法，其特征在于，配置于上述公承压部或母承压部的任一个的成形突条由朝金属管材挤制方向平行的多数直线突条所形成。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋管挤制成形方法，其特征在于，藉由在上述心轴的公承压部外周配置成形突条，将金属管材成形为热交换用具内面螺旋沟的金属管材。
4.一种螺旋管挤制成形机，其特征在于，具备：心轴，在金属管材挤制方向前端设有金属管材内周面成形用公承压部，且配置成可自由旋转；模具，在该公承压部的金属管材挤制方向外侧设有围绕公承压部长边方向的全部或一部分的金属管材外周面成形用母承压部，且同样配置成可自由旋转；成形突条，配置在上述公承压部或母承压部的任一个；及驱动手段，使上述心轴及模具双方以相同速度或者异速朝逆方向进行强制旋转。
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