CN110227730B - 一种生产变断面无缝管的挤压装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产变断面无缝管的挤压装置与方法，属于金属挤压技术领域。该挤压装置由挤压针、挤压模、挤压外筒、辅助筒、第一挤压垫、第二挤压垫、第一挤压轴和第二挤压轴组成。通过本发明提供的生产变断面无缝管的挤压装置与方法，解决传统变断面无缝管移动针挤压法在挤压过程中所需挤压力过大、挤压成形的变断面无缝管的质量和性能的稳定性与均匀性较差等问题，恒挤压比、省力、低能耗地生产出组织、性能和质量一致性、稳定性与均匀性好的变断面无缝管。

Description

一种生产变断面无缝管的挤压装置与方法

技术领域

本发明属于金属挤压技术领域，具体涉及一种生产变断面无缝管的挤压装置与方法。

背景技术

变断面无缝管是一种横断面形状沿轴向阶段性变化的异型无缝管，根据断面形状的不同，有端部内加厚、端部外加厚、端部内加厚且中部加厚、端部外加厚且中部加厚四种典型类型。变断面无缝管在航空航天、交通运输、机械制造、石油勘探、能源开采和深海钻井等领域应用广泛。

变断面无缝管一般采用传统的移动针挤压法成形。其成形工艺是：将经过预穿孔处理和均质化退火处理的金属坯料放入挤压筒，然后将横断面形状沿轴向变化的挤压针穿过金属坯料，在挤压过程中挤压针将根据拟成形变断面无缝管的横断面形状的变化而发生相应移动，与挤压模共同组成孔型，在挤压轴的作用下通过挤压垫传力不断将金属挤入形状根据需要变化的孔型中发生变形，最终成形得到变断面无缝管。

但是，采用传统的移动针挤压法挤压变断面无缝管时存在以下问题：

在采用传统的移动针挤压法挤压变断面无缝管的过程中，金属坯料的横断面积恒定但变断面无缝管的横断面积沿长度方向是有变化的，当变断面无缝管的管身某一部位的横断面积小于加厚部位的横断面积时，将导致挤压小横断面积管身时的挤压比会突然增大，需要挤压装置提供额外的挤压力才能使挤压过程顺利进行，因此对挤压装置的能力提出了更高要求，同时也会增大能耗。特别是，当进行难变形金属的变断面无缝管挤压时，由于金属坯料的变形抗力较大，需要的挤压力常常会超出一般挤压装置的能力，往往导致难以采用移动针挤压法进行成形。另外，由于移动针挤压法挤压过程中挤压比的变化，导致挤压过程中的变形条件在变断面无缝管横断面积变化时产生明显改变，挤压成形的变断面无缝管的微观组织不一致，其质量和性能的稳定性和均匀性也较差。

因此，结合变断面无缝管横断面形状沿轴向阶段性变化的特点，开发一种挤压比恒定的低载荷变断面无缝管挤压装置与方法，有助于降低挤压装置的能力门槛，减少挤压生产过程中的能耗，获得组织、性能和质量一致性、稳定性与均匀性好的变断面无缝管，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对传统变断面无缝管移动针挤压法的不足，在移动针挤压法的基础上，通过采用变断面坯料以及由辅助筒和挤压外筒组合成的变断面挤压筒，使挤压全过程的挤压比保持恒定，消除挤压过程中由于挤压比增大导致的额外挤压力，保持挤压过程中的变形条件不随变断面无缝管横断面积变化而产生明显改变，实现变断面无缝管的低挤压力、高稳定性挤压成形。本发明的目的在于提供一种生产变断面无缝管的挤压装置与方法，解决传统变断面无缝管移动针挤压法在挤压过程中所需挤压力过大、挤压成形的变断面无缝管的质量和性能的稳定性与均匀性较差等问题，恒挤压比、省力、低能耗地生产出组织、性能和质量一致性、稳定性与均匀性好的变断面无缝管。

根据本发明的第一方面，提供一种生产变断面无缝管的挤压装置，由挤压针、挤压模、挤压外筒、辅助筒、第一挤压垫、第二挤压垫、第一挤压轴和第二挤压轴组成。

所述挤压针位于所述挤压模与所述辅助筒的内部，用于控制变断面无缝管的内表面的形状尺寸；所述挤压模位于所述挤压外筒的前方，用于控制所述变断面无缝管的外表面的形状尺寸；所述辅助筒位于所述挤压外筒的内部，用于控制挤压过程中的挤压比；所述第二挤压垫位于所述辅助筒的尾部的内部，并紧贴所述辅助筒的内壁，用于隔离所述第二挤压轴与外部带阶梯且预先穿孔的金属坯料；所述第一挤压垫位于所述辅助筒的前方，用于隔离所述辅助筒与所述金属坯料；所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别位于所述第二挤压垫与所述辅助筒的后方，用于传递推力，推动所述第二挤压垫与所述辅助筒向前移动，使所述金属坯料从所述挤压针与所述挤压模组成的孔型中通过，实现所述变断面无缝管的挤压成形；所述金属坯料由金属坯料大断面段和金属坯料小断面段构成，所述金属坯料大断面段靠近所述挤压模，所述金属坯料小断面段的端部紧贴所述第二挤压垫；所述辅助筒的内径与所述金属坯料小断面段的外径相等，所述辅助筒的外径比所述挤压外筒的内径小2～10mm，所述辅助筒的长度与所述第一挤压垫的厚度之和等于所述金属坯料小断面段的长度与所述第二挤压垫的厚度之和；所述第二挤压垫的内径与所述挤压针的直径相等，所述第二挤压垫的外径与所述金属坯料小断面段的外径相等；所述第一挤压垫的内径与所述第二挤压垫的外径相等，所述第一挤压垫的外径与所述挤压外筒的内径相等；所述挤压针、所述第二挤压轴与所述第一挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰。

进一步的，所述第一挤压轴可用双向液压卡盘替代，所述双向液压卡盘位于所述辅助筒的后方，并使所述第二挤压轴穿过所述双向液压卡盘的中心，所述双向液压卡盘沿中心向内收缩夹紧时可固定在所述第二挤压轴的外壁上，向外扩张夹紧时可固定在所述挤压外筒的内壁上；所述挤压针与所述第二挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰。

进一步的，所述第一挤压轴与所述第二挤压轴可用阶梯式挤压轴替代，同时使用与所述挤压外筒的内径等径的大挤压垫和与所述辅助筒的内径等径的小挤压垫作为辅助工具，所述阶梯式挤压轴位于所述辅助筒的后方，所述阶梯式挤压轴由阶梯式挤压轴大断面段和阶梯式挤压轴小断面段构成，所述阶梯式挤压轴大断面段的外径比所述挤压外筒的内径小2～10mm，所述阶梯式挤压轴小断面段的外径比所述辅助筒的内径小2～10mm，所述阶梯式挤压轴小断面段的长度与所述小挤压垫的厚度之和等于所述辅助筒的长度与所述第一挤压垫的厚度之和；所述挤压针与所述阶梯式挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰。

进一步的，所述第一挤压垫与所述第二挤压垫可用阶梯式挤压垫替代，同时使用与所述挤压外筒的内径等径的大挤压垫作为辅助工具，所述阶梯式挤压垫由阶梯式挤压垫大断面段和阶梯式挤压垫小断面段构成，所述阶梯式挤压轴垫大断面段的外径与所述挤压外筒的内径相同，所述阶梯式挤压垫小断面段的外径与所述辅助筒的内径相同，所述阶梯式挤压垫小断面段的长度等于所述辅助筒的长度与所述第一挤压垫的厚度之和；所述挤压针与挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰。

根据本发明的第二方面，提供一种生产变断面无缝管的挤压方法，挤压装置中的所述挤压针、所述第二挤压轴与所述第一挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰，其成形工艺为：

将所述挤压针、所述挤压模、所述挤压外筒和所述辅助筒进行预热，对所述挤压针、所述挤压外筒的内壁、所述挤压模的内壁和所述辅助筒的内壁进行充分润滑；

将第一金属坯料预热，然后装入所述挤压外筒；

将所述挤压针穿过所述第一金属坯料的内孔，使所述挤压针位于加厚端工位，所述挤压针与所述挤压模组成加厚端的断面孔型，所述第二挤压轴将所述第二挤压垫推入所述挤压外筒，所述第一挤压轴将所述第一挤压垫与辅助筒推入所述挤压外筒，使所述第二挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的小断面段端面，所述第一挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的大断面段端面，所述第二挤压轴的头部端面紧贴所述第二挤压垫的尾部端面，所述第一挤压轴的头部端面紧贴所述辅助筒的尾部端面；

将所述挤压针保持在加厚端工位不动，所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时以相同的速度向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针与所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管前加厚端的成形；

当变断面无缝管前加厚端挤压长度达到设计长度后，所述挤压针向管身工位逐渐移动，同时所述第一挤压轴停止运动，仅所述第二挤压轴继续向前推动所述第二挤压垫，将所述第一金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，进行变断面无缝管管身和过渡段的成形；

当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，将所述挤压针停止在加厚端工位并保持不动，所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时以相同的速度向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管后加厚端的成形，直至变断面无缝管后加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根变断面无缝管的挤压成形；

进一步的，当变断面无缝管设计有中部加厚段，在前半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计长度后，将所述第一挤压垫、所述第二挤压垫、所述辅助筒与所述挤压针向后移动，取出所述辅助筒，将其套在另一块经过预热处理的第二金属坯料上，一起装入所述挤压外筒，将所述挤压针穿过所述第二金属坯料的内孔，所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时推入所述挤压外筒，所述挤压针向中部加厚段工位逐渐移动，所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时向前推动，将所述第二金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的中部加厚段的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚段的成形，当变断面无缝管中部加厚段挤压长度达到设计长度后，所述挤压针开始向管身工位逐渐移动，同时所述第一挤压轴停止运动，仅所述第二挤压轴继续向前推动所述第二挤压垫，将所述第二金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，继续后半段变断面无缝管管身的成形。

进一步的，使用双向液压卡盘替代所述第一挤压轴，挤压装置中的所述挤压针与所述第二挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰，其成形工艺为：

将所述挤压针、所述挤压模、所述挤压外筒和所述辅助筒进行预热，对所述挤压针、所述挤压外筒的内壁、所述挤压模的内壁和所述辅助筒的内壁充分润滑；

将第一金属坯料预热，然后装入所述挤压外筒；

将所述挤压针穿过所述第一金属坯料的内孔，使所述挤压针位于加厚端工位，所述挤压针与所述挤压模组成加厚端的断面孔型，所述第二挤压轴穿过所述双向液压卡盘中心，所述双向液压卡盘沿中心收缩夹紧固定在所述第二挤压轴的外壁，所述第二挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的小断面段端面，所述第一挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的大断面段端面，所述辅助筒的头部端面紧贴所述第一挤压垫的尾部端面；

将所述挤压针保持在加厚端工位不动，所述第二挤压轴和所述双向液压卡盘分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时以相同的速度向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针与所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管前加厚端的成形；

当变断面无缝管前加厚端挤压长度达到设计长度后，所述挤压针向管身工位逐渐移动，同时所述双向液压卡盘松开所述第二挤压轴并向外扩展卡紧在所述挤压外筒的内壁保持固定不动，仅所述第二挤压轴继续向前推动所述第二挤压垫，将所述第一金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，进行变断面无缝管管身和过渡段的成形；

当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，将所述挤压针停止在加厚端工位并保持不动，所述双向液压卡盘再次沿中心收缩夹紧固定在所述第二挤压轴的外壁，所述第二挤压轴和所述双向液压卡盘分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时以相同的速度向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针与所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管后加厚端的成形，直至变断面无缝管后加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根变断面无缝管的挤压成形。

当变断面无缝管设计有中部加厚段，在前半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计要求长度后，所述双向液压卡盘松开所述挤压外筒，沿中心收缩夹紧固定在所述第二挤压轴的外壁，将所述第二挤压轴、所述第一挤压垫、所述第二挤压垫、所述辅助筒与所述挤压针向后移动，将另一块经过预热处理的第二金属坯料装入所述挤压外筒，将所述挤压针穿过所述第二金属坯料的内孔，所述第二挤压轴将所述第二挤压垫、所述第一挤压垫与所述辅助筒同时推入所述挤压外筒，所述挤压针向中部加厚段工位逐渐移动，所述第二挤压轴将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时向前推动，将所述第二金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的中部加厚段的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚段的成形，当变断面无缝管中部加厚段挤压长度达到设计要求长度后，所述挤压针开始向管身工位逐渐移动，同时所述双向液压卡盘松开所述第二挤压轴并向外扩展，卡紧在所述挤压外筒的内壁保持固定不动，仅所述第二挤压轴继续向前推动所述第二挤压垫，将所述第二金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，继续后半段变断面无缝管管身的成形。

进一步的，当使用阶梯式挤压轴替代所述第一挤压轴与所述第二挤压轴，挤压装置中的所述挤压针与所述阶梯式挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰，其成形工艺为：

将所述挤压针、所述挤压模、所述挤压外筒和所述辅助筒进行预热，对所述挤压针、所述挤压外筒的内壁、所述挤压模的内壁和所述辅助筒的内壁充分润滑；

将第一金属坯料预热，然后装入所述挤压外筒；

将所述挤压针穿过所述第一金属坯料的内孔，使所述挤压针位于加厚端工位，所述挤压针与所述挤压模组成加厚端的断面孔型，将与所述挤压外筒的内径等径的所述挤压垫固定在所述阶梯式挤压轴的小断面段端面，所述阶梯式挤压轴将所述挤压垫推入所述挤压外筒，使所述挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的小断面段端面和所述辅助筒的尾部端面；

将所述挤压针保持在加厚端工位不动，所述阶梯式挤压轴将所述挤压垫向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针与所述挤压模组成的加厚端断面孔型，进行变断面无缝管前加厚端的成形；

当变断面无缝管前加厚端挤压长度达到设计长度后，所述挤压针停止运动，所述阶梯式挤压轴向后移动，直至所述挤压垫离开所述挤压外筒的尾部端面，将与所述挤压外筒的内径等径的所述挤压垫拆下，将与所述辅助筒的内径等径的所述挤压垫固定在所述阶梯式挤压轴的小断面段端面，之后所述阶梯式挤压轴将所述挤压垫向前推动直至所述挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料小断面段端面，此时所述挤压针向管身工位逐渐移动，所述阶梯式挤压轴继续向前推动所述挤压垫，将所述第一金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，进行变断面无缝管管身和过渡段的成形；

当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，所述阶梯式挤压轴的大断面段端面刚好紧贴所述挤压外筒的尾部端面，将所述挤压针停止在加厚端工位并保持不动，所述阶梯式挤压轴继续将所述挤压垫向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管后加厚端的成形，直至变断面无缝管后加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根变断面无缝管的挤压成形。

当变断面无缝管设计有中部加厚段，在前半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计要求长度后，将所述阶梯式挤压轴、所述小挤压垫、所述辅助筒与所述挤压针向后移动，将另一块经过预热处理的第二金属坯料装入所述挤压外筒，将所述挤压针穿过所述第二金属坯料的内孔，将所述小挤压垫拆下，将所述大挤压垫固定在所述阶梯式挤压轴的小断面段端面，所述阶梯式挤压轴将所述大挤压垫、所述第一挤压垫与所述辅助筒同时推入所述挤压外筒，所述挤压针向中部加厚段工位逐渐移动，所述阶梯式挤压轴将所述大挤压垫向前推动，将所述第二金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的中部加厚段的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚段的成形，当变断面无缝管中部加厚段挤压长度达到设计要求长度后，所述挤压针停止运动，所述阶梯式挤压轴向后移动，直至所述大挤压垫离开所述挤压外筒的尾部端面，将所述大挤压垫拆下，将所述小挤压垫固定在所述阶梯式挤压轴的小断面段端面，之后所述阶梯式挤压轴将所述小挤压垫向前推动直至所述小挤压垫的头部端面紧贴所述第二金属坯料小断面段端面，此时所述挤压针向管身工位逐渐移动，所述阶梯式挤压轴继续向前推动所述小挤压垫，将所述第二金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，继续后半段变断面无缝管管身的成形。

进一步的，当使用阶梯式挤压垫替代所述第二挤压垫与所述第一挤压垫，挤压装置中的所述挤压针和所述挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰，其成形工艺为：

将所述挤压针、所述挤压模、所述挤压外筒和所述辅助筒进行预热，对所述挤压针、所述挤压外筒的内壁、所述挤压模的内壁和所述辅助筒的内壁充分润滑；

将第一金属坯料预热，然后装入所述挤压外筒；

将所述挤压针穿过所述第一金属坯料的内孔，使所述挤压针位于加厚端工位，所述挤压针与所述挤压模组成加厚端的断面孔型，将与所述挤压外筒的内径等径的所述挤压垫固定在所述挤压轴的前部端面，所述挤压轴将所述挤压垫推入所述挤压外筒，使所述挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的小断面段端面和所述辅助筒的尾部端面；

将所述挤压针保持在加厚端工位不动，所述挤压轴将所述挤压垫向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针与所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管前加厚端的成形；

当变断面无缝管前加厚端挤压长度达到设计长度后，所述挤压针停止运动，所述挤压轴向后移动，直至所述挤压垫离开所述挤压外筒的尾部端面，将所述挤压垫拆下，将所述阶梯式挤压垫的大断面段端面固定在所述挤压轴的端面，之后所述挤压轴向前推动所述阶梯式挤压垫直至所述阶梯式挤压垫的头部小断面段端面紧贴所述第一金属坯料的小断面段端面，此时所述挤压针向管身工位逐渐移动，所述挤压轴继续向前推动所述阶梯式挤压垫，将所述第一金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，进行变断面无缝管管身和过渡段的成形；

当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，所述阶梯式挤压垫的大断面段端面刚好紧贴所述挤压外筒的尾部端面，将所述挤压针停止在加厚端工位并保持不动，所述挤压轴继续将所述阶梯式挤压垫向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管后加厚端的成形，直至变断面无缝管后加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根变断面无缝管的挤压成形。

当变断面无缝管设计有中部加厚段，在前半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计要求长度后，将所述挤压轴、所述第一挤压垫、所述阶梯式挤压垫、所述辅助筒与所述挤压针向后移动，将另一块经过预热处理的第二金属坯料装入所述挤压外筒，将所述挤压针穿过所述第二金属坯料的内孔，将所述阶梯式挤压垫拆下，将所述大挤压垫固定在所述挤压轴的前部端面，所述挤压轴将所述大挤压垫、所述第一挤压垫与所述辅助筒同时推入所述挤压外筒，所述挤压针向中部加厚段工位逐渐移动，所述挤压轴将所述大挤压垫向前推动，将所述第二金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的中部加厚段的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚段的成形，当变断面无缝管中部加厚段挤压长度达到设计要求长度后，所述挤压针停止运动，所述挤压轴向后移动，直至所述大挤压垫离开所述挤压外筒的尾部端面，将所述大挤压垫拆下，将所述阶梯式挤压垫的大断面段端面固定在所述挤压轴的端面，之后所述挤压轴向前推动所述阶梯式挤压垫直至所述阶梯式挤压垫的头部小断面段端面紧贴所述第二金属坯料的小断面段端面，此时所述挤压针向管身工位逐渐移动，所述挤压轴继续向前推动所述阶梯式挤压垫，将所述第二金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，继续后半段变断面无缝管管身的成形。

所述第一金属坯料和第二金属坯料是预先穿孔的带阶梯的变断面金属坯料，其大断面段横断面积与加厚端横断面积的比值和小断面段横断面积与管身横断面积的比值相同，各断面段长度由挤压制品设计长度决定。

本发明的主要优点在于：

1.生产变断面无缝管的挤压装置使用灵活性高、适用范围广，可以仅通过改变挤压轴与挤压垫的结构，就能分别在使用两套动力装置的系统或三套动力装置的系统的条件下实现完整的变断面无缝管的成形过程；可以仅通过改变挤压针与挤压模的结构，就能分别实现四种典型类型的变断面无缝管的成形过程。

2.生产变断面无缝管的挤压方法能使挤压过程中的挤压比保持恒定，消除了传统变断面无缝管移动针挤压法挤压过程中由于挤压比增大导致的额外挤压力，降低了挤压变断面无缝管对于挤压装置的能力门槛要求，特别适用于难变形材质变断面无缝管的挤压成形。

3.生产变断面无缝管的挤压方法使挤压过程中的变形条件不随变断面无缝管横断面积的变化而产生明显改变，制备的变断面无缝管的微观组织的均匀性和一致性好，变断面无缝管的质量和性能的稳定性与均匀性佳。

附图说明

图1a至图1f示出根据本发明的生产变断面无缝管的挤压装置示意图；

图2a至图2e示出根据本发明一个实施例的生产端部内加厚变断面无缝管的挤压方法示意图；

图3a至图3e示出根据本发明一个实施例的生产端部外加厚变断面无缝管的挤压方法示意图；

图4a至图4i示出根据本发明一个实施例的生产端部内加厚且中部加厚的变断面无缝管的挤压方法示意图；

图5a至图5i示出根据本发明一个实施例的生产端部外加厚且中部加厚的变断面无缝管的挤压方法示意图。

其中，1为挤压针，2为挤压模，3为挤压外筒，4为第一挤压垫，5为第二挤压垫，6为辅助筒，7为第二挤压轴，8为第一挤压轴，9为金属坯料。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

本发明涉及一种生产变断面无缝管的挤压装置与方法。本发明的挤压装置由挤压针、挤压模、挤压外筒、辅助筒、第一挤压垫、第二挤压垫、第一挤压轴和第二挤压轴组成，将外部带阶梯且含内孔的金属坯料放入挤压外筒和辅助筒中，再将横断面形状沿轴向变化的挤压针穿过金属坯料内孔，在挤压过程中挤压针将根据需要发生相应移动，与挤压模共同组成孔型，同时第一挤压轴和第二挤压轴通过第一挤压垫和第二挤压垫分别传力实现恒挤压比，不断将金属挤入形状根据需要变化的孔型中发生变形，最终成形得到变断面无缝管。

在实际应用中，第一挤压垫例如为外挤压垫，第二挤压垫例如为内挤压垫，第一挤压轴例如为外挤压轴，第二挤压轴例如为内挤压轴。

结合附图1对本发明的生产变断面无缝管的挤压装置具体说明如下：

如图1a所示，生产变断面无缝管的挤压装置由挤压针1、挤压模2、挤压外筒3、第一挤压垫4、第二挤压垫5、辅助筒6、第二挤压轴7和第一挤压轴8组成。

图1b为挤压端部内加厚的变断面无缝管时使用的挤压针1结构，图1c为挤压端部外加厚的变断面无缝管和端部外加厚且中部加厚的变断面无缝管时使用的挤压针1结构，图1d为挤压端部内加厚且中部加厚的变断面无缝管的挤压针1结构。

图1e为挤压端部内加厚的变断面无缝管时使用的挤压模2结构，图1f为挤压端部外加厚的变断面无缝管、端部外加厚且中部加厚的变断面无缝管和端部内加厚且中部加厚的变断面无缝管时使用的挤压模2结构。

挤压针1位于挤压模2与辅助筒6的内部，用于控制变断面无缝管的内表面的形状尺寸；挤压模2位于挤压外筒3的前方，用于控制变断面无缝管的外表面的形状尺寸；辅助筒6位于挤压外筒3的内部，用于控制挤压过程中的挤压比；第二挤压垫5位于辅助筒6的尾部的内部，并紧贴辅助筒6的内壁，用于隔离第二挤压轴7与外部带阶梯且预先穿孔的金属坯料9；第一挤压垫4位于辅助筒6的前方，用于隔离辅助筒6与金属坯料9；第二挤压轴7与第一挤压轴8分别位于第二挤压垫5与辅助筒6的后方，用于传递推力，推动第二挤压垫5与辅助筒6向前移动，使金属坯料9从挤压针1与挤压模2组成的孔型中通过，实现变断面无缝管的挤压成形；金属坯料9由金属坯料大断面段和金属坯料小断面段构成，金属坯料大断面段靠近挤压模2，金属坯料小断面段的端部紧贴第二挤压垫5；辅助筒6的内径与金属坯料小断面段的外径相等，辅助筒6的外径比挤压外筒3的内径小2～10mm，辅助筒6的长度与第一挤压垫4的厚度之和等于金属坯料小断面段的长度与第二挤压垫5的厚度之和；第二挤压垫5的内径与挤压针1的直径相等，第二挤压垫5的外径与金属坯料小断面段的外径相等；第一挤压垫4的内径与第二挤压垫5的外径相等，第一挤压垫4的外径与挤压外筒3的内径相等；挤压针1、第二挤压轴7与第一挤压轴8各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰。

进一步的，第一挤压轴8可用双向液压卡盘替代，双向液压卡盘位于辅助筒6的后方，并使第二挤压轴7穿过双向液压卡盘的中心，双向液压卡盘沿中心向内收缩夹紧时可固定在第二挤压轴7的外壁上，向外扩张夹紧时可固定在挤压外筒3的内壁上。

进一步的，第一挤压轴8与第二挤压轴7可用阶梯式挤压轴替代，同时使用与挤压外筒3的内径等径的大挤压垫和与辅助筒6的内径等径的小挤压垫作为辅助工具，阶梯式挤压轴位于辅助筒6的后方，阶梯式挤压轴由阶梯式挤压轴大断面段和阶梯式挤压轴小断面段构成，阶梯式挤压轴大断面段的外径比挤压外筒3的内径小2～10mm，阶梯式挤压轴小断面段的外径比辅助筒6的内径小2～10mm，阶梯式挤压轴小断面段的长度与小挤压垫的厚度之和等于辅助筒6的长度与第一挤压垫4的厚度之和；挤压针1与阶梯式挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰。

进一步的，第一挤压垫4与第二挤压垫5可用阶梯式挤压垫替代，同时使用与挤压外筒3的内径等径的大挤压垫作为辅助工具，阶梯式挤压垫由阶梯式挤压垫大断面段和阶梯式挤压垫小断面段构成，阶梯式挤压轴垫大断面段的外径与挤压外筒3的内径相同，阶梯式挤压垫小断面段的外径与辅助筒6的内径相同，阶梯式挤压垫小断面段的长度等于辅助筒6的长度与第一挤压垫4的厚度之和；挤压针1与挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰。

实施例1：

端部内加厚的7075铝合金变断面无缝管的挤压成形。

结合附图2对端部内加厚的7075铝合金变断面无缝管挤压方法具体说明如下：

将挤压针1、挤压模2、挤压外筒3和辅助筒6预热至430℃。使用65％的52号汽缸油、25％的rAK-1蓄电池用石墨粉和10％锡油酯盐配成的润滑剂对挤压针1、挤压外筒3内壁、挤压模2内壁和辅助筒6内壁充分润滑。

将外部带阶梯的7075铝合金坯料9通过机加工预先穿孔，预热至450℃后装入挤压外筒3，将挤压针1穿过7075铝合金坯料9预先加工好的内孔，使挤压针1位于内加厚端工位，挤压针1与挤压模2组成内加厚端断面孔型；

如图2a所示，挤压针1保持在内加厚端工位不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以5mm/s的速度向前运动，将7075铝合金坯料9挤入挤压针1与挤压模2组成的内加厚端断面孔型，进行变断面无缝管前内加厚端的成形；

如图2b所示，当变断面无缝管前内加厚端挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以5mm/s的速度向管身工位逐渐移动，同时第一挤压轴8停止运动，仅第二挤压轴7推动第二挤压垫5以5mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管前过渡段的成形；

如图2c所示，当变断面无缝管前过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在管身工位并保持不动，第二挤压轴7推动第二挤压垫5以5mm/s的速度继续向前移动，将7075铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的管身断面孔型，进行变断面无缝管管身的成形；

如图2d所示，当变断面无缝管管身挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以5mm/s的速度向内加厚端工位逐渐移动，同时第二挤压轴7推动第二挤压垫5以5mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管后过渡段的成形；

如图2e所示，当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在内加厚端工位并保持不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以5mm/s的速度向前运动将7075铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的内加厚端断面孔型，进行变断面无缝管后内加厚端的成形，直至变断面无缝管后内加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根端部内加厚的7075铝合金变断面无缝管的挤压成形。

实施例2：

端部外加厚的AZ91镁合金变断面无缝管的挤压成形。

结合附图3对端部外加厚的AZ91镁合金变断面无缝管挤压方法具体说明如下：

将挤压针1、挤压模2、挤压外筒3和辅助筒6预热至250℃。使用50％的52号汽缸油和50％的rAK-1蓄电池用石墨粉配成的润滑剂对挤压针1、挤压外筒3内壁、挤压模2内壁和辅助筒6内壁充分润滑。

将外部带阶梯的AZ91镁合金坯料9通过机加工预先穿孔，预热至380℃后装入挤压外筒3，将挤压针1穿过AZ91镁合金坯料9预先加工好的内孔，使挤压针1位于外加厚端工位，挤压针1与挤压模2组成外加厚端断面孔型；

如图3a所示，挤压针1保持在外加厚端工位不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以10mm/s的速度向前运动，将AZ91镁合金坯料9挤入挤压针1与挤压模2组成的外加厚端断面孔型，进行变断面无缝管前外加厚端的成形；

如图3b所示，当变断面无缝管前外加厚端挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以10mm/s的速度向管身工位逐渐移动，同时第一挤压轴8停止运动，仅第二挤压轴7推动第二挤压垫5以10mm/s向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管前过渡段的成形；

如图3c所示，当变断面无缝管前过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在管身工位并保持不动，第二挤压轴7推动第二挤压垫5以10mm/s的速度继续向前移动，将AZ91镁合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的管身断面孔型，进行变断面无缝管管身的成形；

如图3d所示，当变断面无缝管管身挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以10mm/s向外加厚端工位逐渐移动，同时第二挤压轴7推动第二挤压垫5以10mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管后过渡段的成形；

如图3e所示，当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在外加厚端工位并保持不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以10mm/s的速度向前运动将AZ91镁合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的外加厚端断面孔型，进行变断面无缝管后外加厚端的成形，直至变断面无缝管后外加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根端部外加厚的AZ91镁合金变断面无缝管的挤压成形。

实施例3：

端部内加厚且中部加厚的2A12铝合金变断面无缝管的挤压成形。

结合附图4对端部内加厚且中部加厚的2A12铝合金变断面无缝管挤压方法具体说明如下：

将挤压针1、挤压模2、挤压外筒3和辅助筒6预热至380℃。使用65％的52号汽缸油、25％的rAK-1蓄电池用石墨粉和10％锡油酯盐配成的润滑剂对挤压针1、挤压外筒3内壁、挤压模2内壁和辅助筒6内壁充分润滑。

将外部带阶梯的2A12铝合金坯料9通过机加工预先穿孔，预热至400℃后装入挤压外筒3，将挤压针1穿过2A12铝合金坯料9预先加工好的内孔，使挤压针1位于内加厚端工位，挤压针1与挤压模2组成内加厚端断面孔型；

如图4a所示，挤压针1保持在内加厚端工位不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以8mm/s的速度向前运动，将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1与挤压模2组成的内加厚端断面孔型，进行变断面无缝管前内加厚端的成形；

如图4b所示，当变断面无缝管前内加厚端挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以8mm/s的速度向管身工位逐渐移动，同时第一挤压轴8停止运动，仅第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管前过渡段的成形；

如图4c与图4d所示，当变断面无缝管前过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在管身工位并保持不动，第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度继续向前移动，将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的管身断面孔型，进行变断面无缝管管身的成形；

如图4e所示，当前半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计长度后，填入新的2A12铝合金坯料9并重新装配挤压工具，挤压针1开始以8mm/s的速度向中部加厚段工位逐渐移动，同时第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚过渡段的成形；

如图4f所示，当变断面无缝管中部加厚过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在中部加厚段并保持不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以8mm/s的速度向前运动将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的中部加厚段断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚段的成形；

当变断面无缝管中部加厚段挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以8mm/s的速度向管身工位逐渐移动，同时第一挤压轴8停止运动，仅第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚过渡段的成形；

如图4g所示，当变断面无缝管中部加厚过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在管身工位并保持不动，第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度继续向前移动，将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的管身断面孔型，进行变断面无缝管管身的成形；

如图4h所示，当后半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以8mm/s的速度向内加厚端工位逐渐移动，同时第二挤压轴7第二挤压垫5以8mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管后过渡段的成形；

如图4i所示，当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在内加厚端工位并保持不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以8mm/s的速度向前运动将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的内加厚端断面孔型，进行变断面无缝管后内加厚端的成形，直至变断面无缝管后内加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根端部内加厚且中部加厚的2A12铝合金变断面无缝管的挤压成形。

实施例4：

端部外加厚且中部加厚的2A12铝合金变断面无缝管的挤压成形。

结合附图5对端部外加厚且中部加厚的2A12铝合金变断面无缝管挤压方法具体说明如下：

将挤压针1、挤压模2、挤压外筒3和辅助筒6预热至380℃。使用65％的52号汽缸油、25％的rAK-1蓄电池用石墨粉和10％锡油酯盐配成的润滑剂对挤压针1、挤压外筒3内壁、挤压模2内壁和辅助筒6内壁充分润滑。

将外部带阶梯的2A12铝合金坯料9通过机加工预先穿孔，预热至400℃后装入挤压外筒3，将挤压针1穿过2A12铝合金坯料9预先加工好的内孔，使挤压针1位于内加厚端工位，挤压针1与挤压模2组成内加厚端断面孔型；

如图5a所示，挤压针1保持在外加厚端工位不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以8mm/s的速度向前运动，将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1与挤压模2组成的外加厚端断面孔型，进行变断面无缝管前外加厚端的成形；

如图5b所示，当变断面无缝管前外加厚端挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以8mm/s的速度向管身工位逐渐移动，同时第一挤压轴8停止运动，仅第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管前过渡段的成形；

如图5c与图5d，当变断面无缝管前过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在管身工位并保持不动，第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度继续向前移动，将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的管身断面孔型，进行变断面无缝管管身的成形；

如图5e所示，当前半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计长度后，填入新的2A12铝合金坯料9并重新装配挤压工具，挤压针1开始以8mm/s的速度向中部加厚段工位逐渐移动，同时第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚过渡段的成形；

如图5f所示，当变断面无缝管中部加厚过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在中部加厚段并保持不动，第二挤压轴7与第一挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以8mm/s的速度向前运动将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的中部加厚段断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚段的成形；

当变断面无缝管中部加厚段挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以8mm/s的速度向管身工位逐渐移动，同时第一挤压轴8停止运动，仅第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚过渡段的成形；

如图5g所示，当变断面无缝管中部加厚过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在管身工位并保持不动，第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度继续向前移动，将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的管身断面孔型，进行变断面无缝管管身的成形；

如图5h所示，当后半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计长度后，挤压针1开始以8mm/s的速度向外加厚端工位逐渐移动，同时第二挤压轴7推动第二挤压垫5以8mm/s的速度向前移动将坯料挤入移动的挤压针1和挤压模2组成的断面孔型，进行变断面无缝管后过渡段的成形；

如图5i所示，当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，挤压针1停止在外加厚端工位并保持不动，第二挤压轴7与第二挤压轴8推动第一挤压垫4与第二挤压垫5同时以8mm/s的速度向前运动将2A12铝合金坯料9挤入挤压针1和挤压模2组成的外加厚端断面孔型，进行变断面无缝管后外加厚端的成形，直至变断面无缝管后外加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根端部外加厚且中部加厚的2A12铝合金变断面无缝管的挤压成形。

本发明技术方案有助于降低挤压装置的能力门槛，减少挤压生产过程中的能耗，获得组织、性能和质量一致性、稳定性与均匀性好的变断面无缝管。

Claims (6)

1.一种生产变断面无缝管的挤压装置，其特征在于，所述挤压装置由挤压针、挤压模、挤压外筒、辅助筒、第一挤压垫、第二挤压垫、第一挤压轴和第二挤压轴组成，

其中，所述挤压针位于所述挤压模与所述辅助筒的内部，用于控制变断面无缝管的内表面的形状尺寸；

所述挤压模位于所述挤压外筒的前方，用于控制所述变断面无缝管的外表面的形状尺寸；

所述辅助筒位于所述挤压外筒的内部，用于控制挤压过程中的挤压比；

所述第二挤压垫位于所述辅助筒的尾部的内部，并紧贴所述辅助筒的内壁，用于隔离所述第二挤压轴与外部带阶梯且预先穿孔的金属坯料；

所述第一挤压垫位于所述辅助筒的前方，用于隔离所述辅助筒与所述金属坯料；

所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别位于所述第二挤压垫与所述辅助筒的后方，用于推动所述第二挤压垫与所述辅助筒向前移动，使所述金属坯料从所述挤压针与所述挤压模组成的孔型中通过，实现所述变断面无缝管的挤压成形，

其中，所述金属坯料由金属坯料大断面段和金属坯料小断面段构成，所述金属坯料大断面段靠近所述挤压模，所述金属坯料小断面段的端部紧贴所述第二挤压垫。

2.根据权利要求1所述的挤压装置，其特征在于，

所述辅助筒的内径与所述金属坯料小断面段的外径相等，所述辅助筒的外径比所述挤压外筒的内径小2~10 mm，所述辅助筒的长度与所述第一挤压垫的厚度之和等于所述金属坯料小断面段的长度与所述第二挤压垫的厚度之和；

所述第二挤压垫的内径与所述挤压针的直径相等，所述第二挤压垫的外径与所述金属坯料小断面段的外径相等；所述第一挤压垫的内径与所述第二挤压垫的外径相等，所述第一挤压垫的外径与所述挤压外筒的内径相等。

3.一种生产变断面无缝管的挤压方法，其特征在于，所述挤压方法使用根据权利要求1或2所述的挤压装置进行操作，挤压装置中的所述挤压针、所述第二挤压轴与所述第一挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰，所述挤压方法包括以下步骤：

步骤1：将所述挤压针、所述挤压模、所述挤压外筒和所述辅助筒进行预热，对所述挤压针、所述挤压外筒的内壁、所述挤压模的内壁和所述辅助筒的内壁进行充分润滑；将第一金属坯料预热，装入所述挤压外筒；

步骤2：将所述挤压针穿过所述第一金属坯料的内孔，使所述挤压针位于加厚端工位，所述挤压针与所述挤压模组成加厚端的断面孔型，所述第二挤压轴将所述第二挤压垫推入所述挤压外筒，所述第一挤压轴将所述第一挤压垫与辅助筒推入所述挤压外筒，使所述第二挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的小断面段端面，所述第一挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的大断面段端面，所述第二挤压轴的头部端面紧贴所述第二挤压垫的尾部端面，所述第一挤压轴的头部端面紧贴所述辅助筒的尾部端面；

步骤3：将所述挤压针保持在加厚端工位不动，所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时以相同的速度向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针与所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管前加厚端的成形；

步骤4：当变断面无缝管前加厚端挤压长度达到设计长度后，所述挤压针向管身工位逐渐移动，同时所述第一挤压轴停止运动，仅所述第二挤压轴继续向前推动所述第二挤压垫，将所述第一金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，进行变断面无缝管管身和过渡段的成形；

步骤5：当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，将所述挤压针停止在加厚端工位并保持不动，所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时以相同的速度向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管后加厚端的成形，直至变断面无缝管后加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根变断面无缝管的挤压成形，

其中，所述第一金属坯料是预先穿孔的带阶梯的变断面金属坯料，其大断面段横断面积与加厚端横断面积的比值和小断面段横断面积与管身横断面积的比值相同，各断面段长度由挤压制品设计长度决定。

4.根据权利要求3所述的挤压方法，其特征在于，当变断面无缝管设计有中部加厚段，在前半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计长度后，将所述第一挤压垫、所述第二挤压垫、所述辅助筒与所述挤压针向后移动，取出所述辅助筒，将其套在经过预热处理的第二金属坯料上，一起装入所述挤压外筒，将所述挤压针穿过所述第二金属坯料的内孔，所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时推入所述挤压外筒，所述挤压针向中部加厚段工位逐渐移动，所述第二挤压轴与所述第一挤压轴分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时向前推动，将所述第二金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的中部加厚段的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚段的成形，当变断面无缝管中部加厚段挤压长度达到设计长度后，所述挤压针开始向管身工位逐渐移动，同时所述第一挤压轴停止运动，仅所述第二挤压轴继续向前推动所述第二挤压垫，将所述第二金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，继续后半段变断面无缝管管身的成形，

其中，所述第二金属坯料是预先穿孔的带阶梯的变断面金属坯料，其大断面段横断面积与加厚端横断面积的比值和小断面段横断面积与管身横断面积的比值相同，各断面段长度由挤压制品设计长度决定。

5.一种生产变断面无缝管的挤压方法，其特征在于，所述挤压方法使用根据权利要求1或2所述的挤压装置进行操作，且使用双向液压卡盘替代所述第一挤压轴，挤压装置中的所述挤压针与所述第二挤压轴各自使用一套控制装置与动力系统，互不干扰，所述挤压方法具体包括：

步骤1：将所述挤压针、所述挤压模、所述挤压外筒和所述辅助筒进行预热，对所述挤压针、所述挤压外筒的内壁、所述挤压模的内壁和所述辅助筒的内壁充分润滑；将第一金属坯料预热，然后装入所述挤压外筒；

步骤2：将所述挤压针穿过所述第一金属坯料的内孔，使所述挤压针位于加厚端工位，所述挤压针与所述挤压模组成加厚端的断面孔型，所述第二挤压轴穿过所述双向液压卡盘中心，所述双向液压卡盘沿中心收缩夹紧固定在所述第二挤压轴的外壁，所述第二挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的小断面段端面，所述第一挤压垫的头部端面紧贴所述第一金属坯料的大断面段端面，所述辅助筒的头部端面紧贴所述第一挤压垫的尾部端面；

步骤3：将所述挤压针保持在加厚端工位不动，所述第二挤压轴和所述双向液压卡盘分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时以相同的速度向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针与所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管前加厚端的成形；

步骤4：当变断面无缝管前加厚端挤压长度达到设计长度后，所述挤压针向管身工位逐渐移动，同时所述双向液压卡盘松开所述第二挤压轴并向外扩展卡紧在所述挤压外筒的内壁保持固定不动，仅所述第二挤压轴继续向前推动所述第二挤压垫，将所述第一金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，进行变断面无缝管管身和过渡段的成形；

步骤5：当变断面无缝管后过渡段挤压长度达到设计长度后，将所述挤压针停止在加厚端工位并保持不动，所述双向液压卡盘再次沿中心收缩夹紧固定在所述第二挤压轴的外壁，所述第二挤压轴和所述双向液压卡盘分别将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时以相同的速度向前推动，将所述第一金属坯料挤入所述挤压针与所述挤压模组成的加厚端的断面孔型，进行变断面无缝管后加厚端的成形，直至变断面无缝管后加厚端挤压长度达到设计长度后，完成整根变断面无缝管的挤压成形，

其中，所述第一金属坯料是预先穿孔的带阶梯的变断面金属坯料，其大断面段横断面积与加厚端横断面积的比值和小断面段横断面积与管身横断面积的比值相同，各断面段长度由挤压制品设计长度决定。

6.根据权利要求5所述的挤压方法，其特征在于，当变断面无缝管设计有中部加厚段，在前半段变断面无缝管管身挤压长度达到设计要求长度后，所述双向液压卡盘松开所述挤压外筒，沿中心收缩夹紧固定在所述第二挤压轴的外壁，将所述第二挤压轴、所述第一挤压垫、所述第二挤压垫、所述辅助筒与所述挤压针向后移动，将经过预热处理的第二金属坯料装入所述挤压外筒，将所述挤压针穿过所述第二金属坯料的内孔，所述第二挤压轴将所述第二挤压垫、所述第一挤压垫与所述辅助筒同时推入所述挤压外筒，所述挤压针向中部加厚段工位逐渐移动，所述第二挤压轴将所述第二挤压垫与所述第一挤压垫同时向前推动，将所述第二金属坯料挤入所述挤压针和所述挤压模组成的中部加厚段的断面孔型，进行变断面无缝管中部加厚段的成形，当变断面无缝管中部加厚段挤压长度达到设计要求长度后，所述挤压针开始向管身工位逐渐移动，同时所述双向液压卡盘松开所述第二挤压轴并向外扩展，卡紧在所述挤压外筒的内壁保持固定不动，仅所述第二挤压轴继续向前推动所述第二挤压垫，将所述第二金属坯料挤入移动的所述挤压针和所述挤压模组成的断面孔型，继续后半段变断面无缝管管身的成形，

其中，所述第二金属坯料是预先穿孔的带阶梯的变断面金属坯料，其大断面段横断面积与加厚端横断面积的比值和小断面段横断面积与管身横断面积的比值相同，各断面段长度由挤压制品设计长度决定。

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