CN1107275A - 管材的精密剪断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供管材的精密剪断方法及装 置，可以得到凹凸不平小而且没有擦伤和烧斑的高精 度切口面。

本发明的特征在于，在对管材施加轴向拉力的状 态下高速剪断管材。该轴向拉力不小于管材屈服应 力的1.5％，但小于该应力的100％。剪断速度约在 1m/s以上。

本发明的装置包括固定刀具(3)、浮动芯棒(13)、 可动刀具(4)和卡盘(4a)；上述固定刀具(3)固定在剪断 装置框架(2)上并在规定位置设置穿过管材(W)的孔 (30)；上述浮动芯棒(13)插在管材(W)的孔中；上述可 动刀具(4)具有管材(W)插入孔(40)和与该孔同心的 固定芯棒(14)；上述卡盘(4a)用于固定可动刀具(4)并 由压头(R)移动。该装置中，在上述卡盘4a上设置夹 紧机构(6)，用于约束套在固定芯棒(14)上的管材(W) 的前端部分。另外，在固定刀具(3)后面的剪断装置框 架(2)内安装牵引机构(7)，该牵引机构用于夹紧管材 (W)并在其轴向施加牵引力，它可以扩缩自如并在轴 向移动自如。

Description

技术领域

本发明涉及剪断管材的方法及装置，用于得到高精度的管材切口面，切口面不但凹凸不平极小，而且没有擦伤和烧斑。

背景技术

以S45C、S20C、S15C等型号为代表的钢材已被广泛用作为塑性加工用材料。但是，近年来，为减少加工次数和适应加工制品形状复杂化的问题，常要求用短管材代替实心材作锻造用材料。用作锻造材料的短管材要求具有高精度的切口面，不但要求形变（压陷）极小，而且要求没有二次剪断面和大的凹凸不平。

作为切断管材的方法已知有切断法和利用旋转刀具的切断法，但是这些方法的生产效率低。切口面的精度差。与此相反，利用压力机的剪断法，虽然生产效率高，但有管材压陷的问题。为防止这种压陷，已知有使用芯棒的精密剪断加工方法，特公昭56-45727号公报中已经提出了使用浮动芯棒的方法，可以作为这种方法的代表。

按照这种方法，在冲头一侧设置可套上待切管材的固定芯棒，再在管材中放入对着该固定芯棒的芯棒，然后沿固定芯棒和浮动芯棒的相接面进行切断。实施这种先有技术时，虽然可以消除压陷的问题，但不能期待改善切口面的性质。

作为具体示例，本发明人等对各种壁厚的管材（材料：S45C型钢，φ22mm恒定的外径D，内径d分别为φ4、φ6、φ10和φ14mm），利用浮动芯棒法，在恒定的刀具间隙C为0.1mm、剪断速度V为20mm（0.02m）/s的低速度条件下进行了剪断实验。在这些实验中，移动刀具和固定刀具的内径均为φ22.1mm，芯棒的外径比管材的内径小0.4mm，使芯棒和材料（管材）之间的间隙为0.2mm。

结果不管d（管内径）/D（管外径）的数值大小，在余料侧的切口面下部区域均发生擦伤。另外，在切下侧的切口面上部区域发生剪切面，而且随着d/D的增加凹凸不平增加，同时还有擦伤。而且在余料侧的下部区域也发生相同程度的擦伤。图1示意示出d/D=10/22时的切口面，图2示意示出d/D=14/22时的切口面。在图1和图2中（a）是切下侧，（b）是余料侧，A表示凹凸不平，B表示擦伤。

因为这种凹凸不平和擦伤是不可避免的，所以不能应用先有技术的浮动芯棒法来剪断适合于作锻造材料的短管材。

为解决上述问题提出本发明，本发明的第一目的在于提供一种管材剪断方法，不仅能够消除压陷形变，而且还能够得到没有凹凸或擦伤的高精度切口面。

本发明的第二目的在于提供一种适合于实施上述剪断方法的结构比较简单和紧凑的剪断装置。

发明的公开

为达到第一目的，本发明提出使用芯棒的剪断管材的方法，方法的特征在于，在沿管材轴向施加拉伸力的状态下进行高速剪断。

更详细地讲，将管内插入浮动芯棒的管材穿过固定刀具，然后将要切去长度的距离插入可动刀具内，使其套在固定芯棒上，随后沿固定芯棒和浮动芯棒的相接面移动可动刀具将管材剪断。另外，在固定芯棒和浮动芯棒相接的状况下夹紧可动刀具内的管材的前端区域，并沿管材轴向拉伸管材。这种沿轴向的拉伸状态从剪断操作开始一直继续到切下部分被剪断分开。

上述沿轴向的拉伸力不小于材料屈服应力的1.5%，但小于该应力的100%，剪断速度一般不小于1m/s。

本发明由于使用芯棒剪断管材，所以可以防止压陷形变。而且由于在沿轴方向存在拉力应力的状态下剪断管材，所以在材料刚有裂纹的瞬间，余料侧和切下侧沿轴的方向分开，因而有助于材料的断开，在裂纹连通的瞬间，余料侧稍为沿轴线方向脱开。因此切下侧的切口面上部区域不会与余料侧的切口面下部区域接触而被切下，因此不会产生擦伤或由摩擦热产生的烧斑。

为达到第二目的，本发明提供一种剪断装置，该装置包括固定刀具、浮动芯棒、可动刀具和卡盘。上述固定刀具固定在剪断装置的框架上并在规定位置加工有穿过管材的孔；上述浮动芯棒插入管材内；上述可动刀具具有插入管材的孔和与该孔同心的固定芯棒；上述卡盘用于固定可动刀具并用压头移动；在该装置的上述卡盘上设置了夹紧机构，该机构用于约束套在固定芯棒上的管材的前端部分。另外，在该装置固定刀具后面的剪断装置框架内装有扩缩自如并且在轴向移动自如的牵引机构，该牵引机构用于夹紧管材并在轴向施加牵引力。

上述夹紧机构包括管夹紧件和流体压力缸，管夹紧件具有配合管材轮廓的夹紧表面，流体压力缸具有移动上述管夹紧件的活塞。

上述牵引机构具有有底孔、筒形主体、若干管夹具、沿管材传送方向的反方向弹性作用上述筒形主体的弹性部件、沿管材传送方向的反方向弹性作用管夹具的弹性部件和驱动器。上述有底孔与管材的传送线同心，设置在剪断装置的框架内；上述筒形主体可滑动自如地嵌合在上述有底孔中；上述若干管夹具可相对滑动地插入该筒形主体中；上述驱动器用于反抗弹性部件的弹力使管夹具沿管材传送方向移动。另外，在筒形主体的内侧形成倾斜面，使得沿管材传送方向的反方向横截面积减小。每个管夹具的内表面具有对应于管材轮廓的凹部，其外表面为倾斜面，其角度对应于上述筒形主体倾斜面。

按照这种装置，可以在邻近剪断部位在剪断装置框架内在轴向拉伸管材，而不需要在剪断装置框架外部用特殊的轴向拉伸装置，所以利用紧凑的结构便可以实现精密的剪断。

附图的简要说明

图1是切口端面图，示意示出利用常规浮动芯棒法低速剪断时的管材切口面，（a）表示切下侧，（b）表示余料侧。

图2是切口端面图，示意出利用常规浮动芯棒法低速剪断时的管材切口面，（a）表示切下侧，（b）表示余料侧。

图3是说明图，示出在剪断过程中管材横断面的状态。

图4是刀具切入初期阶段时的图3各部分的放大截面图。

图5是刀具进一步切入时的图3各部分的放大截面图。

图6是管材剪断时的剪断负荷-行程曲线图。

图7是切口端面图，示意示出在施加轴向压缩力时高速切断的切口面，（a）表示切下侧，（b）表示余料侧。

图8是切口端面图，示意示出在施加轴向压缩力时高速切断的切口面，（a）表示切下侧，（b）表示余料侧。

图9是说明图，示意示出本发明的方法。

图10是纵向截面侧视图，示出适合于实施本发明的剪断装置的一个实施例。

图11是图10中牵引机构部分的纵向截面正视图。

图12是图10剪断装置中管材输送阶段时的纵向截面侧视图。

图13是在管材上施加轴向拉伸力时的纵向截面侧视图。

图14是剪断完成时的纵向截面侧视图。

图15是曲线图，示出在管材上施加大小为管材屈服应力的0-10%的轴向拉伸力进行剪断操作时烧斑面积和轴向拉伸力的关系。

发明的详细说明

以下根据附图详细说明本发明。

为了查明切口面发生上述凹凸不平和擦伤的原因，本发明人首先观察了在剪断过程中管材的状态。图3至图5示出了在剪断过程中管材（d/D=14/22）的横截面。图4和图5的C部、E部和F部相应于图3所示的区域。

图4示出刀具切入量K小到外径的5%时的各个部分。在这一阶段，C部，即沿剪断方向，上侧部分被裂纹Cr已经穿透，材料被分离，但在剪断方向下侧部分E仅在可动刀具的刃部处发现小裂纹Cr，材料还处于未分离的状态。另外，F部即和剪断方向垂直相交的左右部分则处于完全没有发现裂纹的状态。

图5示出刀具切入量K增加到外径的9%时的各个部分，虽然在C部和E部裂纹Cr已穿透，材料被分离，但在F部仅在靠近可动刀具和固定刀具的两刀刃处发现小裂纹Cr，材料还处于未完全分离的状态。

图6示出剪断负荷-行程关系的测量结果，与材料分离有密切的关系。由图6可知，对于d/D=0/22的实心材料，剪断负荷从越过最大负荷的行程位置急剧降低，但对于管材，即使越过最大负荷位置，剪断负荷仍有继续作用的现象，而且d/D越大，这种现象越显著。从以上的叙述可以看到，管材切断时的材料的分离机理具有独特性。即对于实心材料。在固定刀具和可动刀具的两个刀刃处开始产生的裂纹在很短的行程内很快彼此会合。与此相反，对于管材，在固定刀具和可动刀具的两个刀刃处开始产生的裂纹则需要较长的行程断续增长。因此可以推断，管材是以这样的机理进行材料分离，即管材的C部分首先分离，随后E部分分离，最后F部分分离。

在管孔左右部分的F部分的厚度比上侧部分的C部分厚，所以在剪断过程中，要对于该厚度的间隙在F部分急剧减小，为此，从图5（c）和5（d）可以看到，最新产生的裂纹Cr不向着相对的刀具刃部扩展，即裂纹的方向互相不对着，不能在直线上连通，这种状态继续到最后的分离。结果使管孔左右的切口面部分产生凹凸A，如图1和2所示。

另外，可以认为，擦伤的产生是由剪断后切口面的摩擦引起的，即余料侧的下部分和切下侧的上部分之间的摩擦引起的。

作为对策，本发明不仅采用浮动芯棒进行剪断，而且还采用高速切断。由于采用这种高速切断可以使裂纹的方向向着相对的刀具刃部，使裂纹大致沿直线开裂，所以能够得到直角度很好的切口面。切断速度还依赖于管材的材质和尺寸，但一般来说，越是高速，其效果越大。对于钢材，切断速度在约1m/s以上时，可以得到这种速度效果。

但是，根据本发明人的实验，在刀具间隙C是0.1mm，剪断速度V为7m/s的条件下剪断上述不同直径比d/D的管材时，和以前的低速剪断相比，凹凸不平显著减少了，但仍然有擦伤。因此仅用高速剪断，还不能得到精度很好的切口面。

作为对策，下一个可能的想法是采用施加轴向压缩力的方法，这种方法是周知的，在剪断实心材料时用它可以得到高精度的切口。因此在进行上述的高速剪断操作时，从管材的后方施加150N/mm²的轴向压缩应力而进行剪断操作。

图7和图8示意示出了利用这种施加轴向压缩力的方法得到的切口面。图7的d/D=6/22，而图8的d/D=14/22，在两个图中，（a）表示切下侧，（b）表示余料侧。从图7和图8可以看到，切口面的凹凸与不加轴向压缩力的高速剪断一样，基本上消失了，但是产生了比较大的擦伤和烧斑B。

由此可以看到，在剪断管材时，施加轴向压缩力时，切口面的状况反而变坏了。因为产生烧斑的部分比母材硬，所以作锻造材料使用时可能会出现严重的问题，例如产生不均匀的形变，或者在锻造后在烧斑部分产生裂纹。

为此本发明改变想法，使管材被施加轴向拉力的状态下进行剪断操作。

图9示出本发明剪断方法的原理。W是管材，2是剪断装置的框架，3是固定在该剪断装置框架2上的固定刀具，4是由压头R高速移动的可动刀具，在固定刀具3和可动刀具4上分别具有插入管材W用的孔30和40。

在上述管材W中插入浮动芯棒13，该浮动芯棒13的外周上装有O形环等摩擦件130，使该芯棒不能随便移动。在可动刀具4的孔40内配置与上述浮动芯棒13相接的固定芯棒14。

将插入浮动芯棒13的管材W的切下长度插入可动刀具4的孔40中，使其套在固定芯棒14上。浮动芯棒13与固定芯棒14相接。在这种状态下利用压头R使可动刀具4下降，使其沿浮动芯棒13和固定芯棒14的相互接触面剪断管材W。

按照本发明，在进行这种剪断操作时，管材W的待切下部分的前端部w从与管轴线成直角的方向用夹紧机构6牢牢固定。在这种状态下，如箭头所示，向后牵引管材W，即在离开固定刀具的方向，换言之在管材传送方向的反方向牵引管材。这种牵引从剪断操作开始一直持续到切下部分被剪断分开。

轴向拉力的大小根据管材的材质、壁厚和机械特性等决定，但要求的应力一般是管材屈服应力的1.5%或更高。其理由是低于此值的应力在剪断分离的瞬间不能充分分开切下侧和余料侧的两个切口面，从而不能可靠地防止切口面之间产生的擦伤或烧斑。

但是，如果将轴拉力增加到屈服应力（屈服点）以上，则在剪断前管材便产生塑性形变，因此轴向拉力必须小于屈服应力。另外，如将轴向拉力增加到大于屈服应力，则必须相应增大切下侧的紧固力，这样管材也会产生压陷等形变。因此拉力的上限应小于100%的屈服应力，使得管材不发生压陷等形变。轴向拉力具体的数值最好根据待剪断管材的材质、厚度和机械特性适当选择。

图10是适合实施本发明的精密剪断装置的一个实施例。

附图标记1是固定在压力机座或垫板上的基板，2是固定在基板1上的剪断装置框架。在长度方向中央部分具有实体部分2a，在靠近该实体部分2a的前部区域形成空腔2b。

在上述实体部分2a上在所要求高度的位置设置沿轴向延伸的管材插入孔20，同时还设置了与管材插入孔20同心的有底孔21。该有底孔21的开口侧由后壁2d封闭，支承壁2c整体固定在该后壁上。在支承壁2c和后壁2d上设置和上述管材插入孔20同心的管材插入孔20。

在剪断装置框架1的外边，在对应于管材插入孔20高度的位置配置所要求型式的传送装置10，例如传送辊等。将预先插入浮动芯棒13的管材W插入上述管材插入孔20、20，然后利用传送装置10将其向前推。

附图标记3是在上述实体部分2a的前端部用螺栓等固定的固定刀具。该固定刀具上具有和上述管材插入孔20同心的贯穿孔30，在贯穿孔30的下方具有排出切下管用的凹部31。固定刀具3当然是可以更换的。

与上述固定刀具3相隔一微小间隙并可相对于该固定刀具3进行移动的是可动刀具4，该可动刀具4固定在配置于空腔2b内的块状卡盘4a内。卡盘4a具有凸出于剪断装置框架2的被加压部47。该卡盘4a由配置在基板1上或配置在该基板孔中的缓冲垫4b向上顶推。在被加压部47的上方配置压头R，利用压力机滑块自身或加在该滑块上的加速装置可使压头R进行高速下降运动。

可动刀具4具有直径与固定刀具3的贯穿孔30直径相同的贯穿孔40，当卡盘4a处于上死点位置时，该贯穿孔40与上述固定刀具3上的贯穿孔30同轴。在上述贯穿孔40内同心地设置固定芯棒14。该固定芯棒14的前端部与可动刀具4的端面对齐，使得它可以和浮动芯棒13相接。

在与可动刀具4相反的一侧，卡盘4a具有与上述贯穿孔40同心的空腔41，该空腔41的开口由端壁43封闭。端壁43利用未图示的螺栓等连接在卡盘4a上。

上述固定芯棒14的底部穿过端壁43伸到后方，然后用螺母140固定在端壁43上。在上述固定芯棒14的外周上套有可以在该芯棒上滑动的套筒形的卸管器15。该卸管器15在空腔内具有法兰150。在该法兰150的后部与上述端壁43之间配置用压缩弹簧代表的弹性部件16，卸管器15由该弹性部件16推向固定刀具3的方向，所以在通常状态下卸管器15的前端保持与可动刀具4的端面齐平。弹性部件16的弹力被设计得比传送装置10的传送力小。

在端壁43上在与法兰150相对的位置安装传感器4d。该传感器4d是例如接触型的开关等，它与未图示的外部控制器电气连接。当上述传送装置10传送的管材W的前端与卸管器15的前端相接使卸管器15克服弹性部件16的压力后退时，传感器4d便与法兰150的后部相接，因而传感器接通，信号送入控制器。

为了根据预定的程序控制传送装置10、压头R、下述的夹紧机构6和牵引机构7，控制器的输出端与各个驱动源或驱动控制元件（如电磁转换阀）电气连接。

附图标记5是在管材W上施加轴向拉力的装置，它由夹紧管材W前端的夹紧机构6和向后方（即离开固定刀具的方向或管材传送方向的反方向）拉伸管材W的牵引机构7构成。

更详细地讲，夹紧机构6在剪断位置前方沿与轴线成直角的方向对管材的前端部分加压，制止管材移动。夹紧机构6可以安装在上述可动刀具4内，但最好装在可动刀具4下面的卡盘部分中。

夹紧机构6由可滑动地嵌入与贯穿孔40成直角相交的孔63中的管夹紧件60和驱动它的驱动器组成。在此实施例中驱动器采用气压缸等流体压力缸。即驱动器包括活塞61和复位弹簧62，活塞61配置在截面积比上述孔63大的孔64中并与上述管夹紧件60连结，复位弹簧62配置在孔64中，平时向开放侧弹压活塞61。在活塞61下面的孔64中连接输送流体的管道。管夹紧件60的上端具有与管材W的轮廓一致的凹形压紧面。

牵引机构7包括筒形主体8和若干楔形的管夹具9、9，该筒形主体8可滑动地嵌合在于有底孔21里面形成的导向孔210中，管夹具9、9可相对滑动地装在该筒形主体8中。

筒形主体8的截面最好是如图11所示的矩形的盒状，在常态下，该筒形主体8被弹性部件12弹向后方，即弹向传送方向的反方向。在此实施例中，弹性部件12用拉伸弹簧，该拉伸弹簧连接在筒形主体后端面和支承壁2c之间。当然也可使用压缩弹簧来代替拉伸弹簧，此时压缩弹簧也可放置在筒形主体8的前端面和有底孔的底部之间。筒形主体8的内表面形成倾斜面81，使得向着轴线方向的后方，截面积逐渐变小，该筒形主体8的前端具有向内突出的凸缘状止动件80。

在此实施例中有两个管夹具9、9，该夹具有预定的长度，使得在夹紧时管材不会产生局部形变。每个管夹具9、9的内面分别具有对应于管材W轮廓的凹部90，其外表面形成倾斜面，以对应于上述倾斜面81倾斜角的角度倾斜。

另外，管夹具9、9由配置在有底孔21底壁上的弹性部件9a例如压缩弹簧推向紧固侧，即推向筒形主体8的截面积减小侧。由该弹簧施加屈服应力的1.5%以上的拉力。因此选择所用弹性部件9a的弹簧常数便可以形成任意的拉力。

在此实施例中对每个管夹具9、9使用数个弹性部件9a，但是也可以只用一个螺旋螺簧或碟形弹簧来作用所有的管夹具9、9。

在上述筒形主体8的倾斜面上或管夹具9、9的倾斜面上最好设置一个由金属或低摩擦系数的板构成的支承部件92，以便形成顺畅的相对滑动。

在上述支承壁2c上设置驱动器11，以便使管夹具9、9张开。该驱动器11可以是例如流体压力缸，该驱动器11的驱动杆110、110与管夹具9、9的后端连结或者相接。在此实施例中驱动器11作成环形件，以便由管夹具9、9共用，但是也不一定限于环形件，也可以分开处理。

因为在此实施例中，管夹具9、9是两个而且上下配置，所以在管夹具9、9之间可以设置使它们分开的弹簧93、93，如图11所示。但是管夹具9、9如果相对于图示的位置转动90°配置即左右配置，则不一定要设置弹簧93、93。

另外，上述各弹性部件9a、12、16可以使用聚氨酯橡胶等可缩材料或具有缓冲性的流体压力缸例如气压缸等。

下面说明应用本发明装置的剪断方法。图10和图12至图14示出了剪断过程。

在进行剪断操作时，首先将浮动芯棒13插入管材W中，然后在此状态下，将管材W插入管材插入孔20、20，并穿过管夹具9、9。此时的状态如图10所示。因为卸管器15受到弹性部件16从背后的推压，所以卸管器前端处于与固定芯棒14的端面齐平的位置。因此管材W的前端与卸管器的前端相接。然后在管材W的后方向管中压入空气或者用棒等东西推一下，使浮动芯棒13和固定芯棒14相接。

此时驱动器11和夹紧机构6的驱动器都不动作，管夹具9、9由于受到弹性部件9a的推压而处于筒形主体8的截面积最小的区域。而管夹紧件60的夹紧面则仅轻微接触到卸管器15的外表面，或者还处于未接触的状态。

在这种状态下如果驱动器11动作，则如图12所示，驱动杆110、110伸出，管夹具9、9受到推压而克服弹性部件9a的弹力沿锥形面81向前方即向传送管材的方向移动，由此管夹具9、9张开，解除对管材W的约束。管夹具9、9随着移动而与筒形主体8的止动件80相接，因而筒形主体8克服弹性部件12的弹力被强制移动到与导向孔21的底端面相接。

在这种状态下如果传送装置10动作，则可使管材W前移，使得管材W的前端从可动刀具4的端面位置进入贯穿孔40。此时，和管材W的前端相接的卸管器15则克服弹性部件16的弹力而后退，因而其后端部的法兰150与传感器4d相接。由此，传感器4d接通，其信号通过控制器送到传送装置10的驱动部，使驱动停止，管材W由此处于被调定的状态。

如上所述，由于卸管器15与传感器4d相接触而被接通，因而驱动信号从控制器送到夹紧机构6的驱动系统。在此实施例中，由于驱动器采用流体压力缸，因而流体输送回路的电磁切换阀被切换到使加压流体例如压缩空气输送到孔64中。由此，如图13所示，使管夹紧件60沿孔63移动，因而在可动刀具4的贯穿孔40中的管材前端部在与轴线垂直的方向被紧固。

此时经过短时的延迟之后，驱动器11由控制器来的信号驱动。在此实施例中，作为驱动器11，采用流体压力缸，因此电磁切换阀被切换到使缸压被释放。

这样便松开了对弹性部件9a的压力，由于弹性部件9a的反作用，管夹具9、9便沿锥面81向右方即沿管材输送方向的反方向移动，因而管夹具9、9径向缩小，管材W由此从其外周被相互接近的管夹具9、9牢牢夹住。

同时，由于管夹具9、9进行上述移动，筒形主体8的位置不再受到约束，因而在弹性部件12的弹力作用下向右方即向管材传送方向的反方向移动。结果管夹具9、9又进一步沿管材传送方向的反方向移动。这样，其前端由前述夹紧机构6夹紧的管材W便在轴方向受到强制性拉伸，使得受到屈服应力的1.5%以上的轴向拉力。

上述传感器4d的接通信号通过控制器，而使信号也送入压力机的驱动部，由此压力R受到高速驱动。卡盘4a受到压头R的冲击加压而下降，因此管材W在受到轴向拉力的状态下由可动刀具4剪断。

如前所述，这种剪断是按照下述的机理进行的，即首先分离管材W的上部，随后分离下部，最后分离左右部分，但是因为切断速度大于1m/s，所以在形成压陷和剪断面后发生的裂纹在很短的行程内便连通了。而且这种裂纹是对着相对刀具的刃部直线开裂，所以切口面的不平度小。

而且在上述剪断过程中，管材W由夹紧机构6和牵引机构7在其上强制性地施加屈服应力的1.5%以上的轴向拉力。因此在压陷和剪断面形成后出现裂纹的瞬间，余料侧和切下侧便轴向分开，从而有助于该裂纹的开裂。在裂纹连通的瞬间，余料侧便沿轴线方向稍微离开。这样，切下侧切口面的上侧区域不会与余料侧切口面的下侧区域接触，所以可以防止由摩擦产生的擦伤。同时也不会产生由摩擦热引起的烧斑。

管材被分离之后，如图14所示，夹紧机构6的驱动器的动作被断开，从而松开切下侧管子。这样当可动刀具4下降使固定芯棒14下降到对应于固定刀具3的凹部31时，卸管器15利用弹性部件16的弹力向前移动，从而将切下的管材W′排到装置的外部。随后压头R上升，可动刀具4利用缓冲垫4b的推升力返回到预定位置，即返回到可动刀具4和固定刀具3的贯穿孔40、30处于同心的位置。结果回到图10的状态。

随后重复上述一系列的操作便可以得到无压陷、凹凸小和没有擦伤的高精度切口面。

实施例

以下说明本发明的实施例

实施例1

使用图10和图11所示的装置，用0.02～7m/s的剪断速度剪断外径为φ22mm、内径为φ10mm的4种牌号钢的管材，切下长度为40mm。

剪断条件是，浮动芯棒外径为9.6mm，刀具（可动刀具和固定刀具）的内径为22.1mm，固定刀具和可动刀具的间隙为0.1mm。利用夹紧机构和牵引机构在管材上施加相当于该管材屈服应力的2.5%的轴向拉力应力的条件下进行剪断。

结果示于表1。表1中，符号x表示有压陷和直角性不好；△表示无压陷，直角性好，但存在凹凸；○表示凹凸不平度小，情况良好，◎表示切口面光滑，最令人满意。另外，既未发生擦伤，也没发生烧斑。从表中可以看到，剪断速度在1m/s以上时可以达到满意的切断。

表1

实施例2

使用图10和图11所示的装置，以1.0m/s的剪断速度剪断外径为φ22mm、内径为φ10mm的S45C钢的管材，切下长度为40mm。

剪断条件是浮动芯棒的外径为9.6mm，刀具（可动刀具和固定刀具）的内径为22.1mm，固定刀具和可动刀具的间隙为0.1mm。而且在管材上施加相当于该管材屈服应力约0～10%的轴向拉力应力的条件下进行剪断。

结果示于图15。在切口面上能够用目视判断的烧斑是在1mm²以上。图15中可以看到，在管材上施加相当于该管材屈服应力的1.5%以上的轴向拉力应力可以防止由剪断操作产生的烧斑。

另外，在上述剪断条件下，在轴向拉力应力为管材的屈服应力的0.5%时可以看到少许擦伤，但是在1.5%时则没有看到擦伤。

从以上结果可以看到，除使用芯棒以外，再使用1m/s以上的剪断速度，并在管材上施加相当于该管材屈服应力的1.5%以上的轴向拉伸力的条件下进行剪断，便可以得到凹凸不平小，没有擦伤和烧斑的高精度的切口面。

产业上的利用可能性

本发明的管材精密剪断方法及装置不仅适合于切下具有需要长度的用作锻材的管子，而且还适合于要求得到高精度切口面的所有场合。对于剪断的材料，不仅适合于剪断以S45C、S20C、S15C等代表的铁系的管材，而且还适合于剪断铝及铝合金、铜及铜合金和钛及钛合金等有色金属管材以及非金属管材。

Claims (9)

1、一种管材的精密剪断方法，在使用芯棒剪断管材的方法中，在对管材施加轴向拉伸力的状态下以高速剪断管材。

2、如权利要求1所述的管材的精密剪断方法，其特征在于，上述轴向拉伸力不小于管材屈服应力的1.5%，小于屈服应力的100%，剪断速度不小于1m/s。

3、如权利要求1或2中任一项所述的管材的精密剪断方法，其特征在于，将管内插入浮动芯棒（13）的管材（W）穿过固定刀具（3），将要切去的长度插入可动刀具（4）内，使其套在固定芯棒（14）上，然后沿固定芯棒（14）和浮动芯棒（13）的相接面移动可动刀具（4）将管材剪断，在该方法中，在固定芯棒（14）和浮动芯棒（13）相接的状态下，夹紧可动刀具（4）内的管材前端区域，并在轴向拉伸管材（W），这种轴向拉伸状态从剪断开始一直持续到管材的切下部分被剪断分离。

4、一种管材的精密剪断装置，该装置包括固定刀具（3）、浮动芯棒（13）、可动刀具（4）和卡盘（4a），上述固定刀具（3）固定在剪断装置框架（2）上并在其规定位置设置穿过管材（W）的孔（30）；上述浮动芯棒（13）插入到管材（W）内；上述可动刀具（4）具有插入管材W的孔（40）和与该孔同心的固定芯棒（14）；上述卡盘（4a）用于固定可动刀具（4）并由压头（R）移动，其特征在于，在该装置中，设置夹紧机构（6），该机构用于约束在上述卡盘（4a）中套在固定芯棒（14）上的管材（W）的前端部分，该装置中还具有牵引机构（7），该机构可在固定刀具（3）后方的剪断装置框架（2）内扩缩自如和沿轴向移动自如，以便夹紧管材（W）并施加轴向牵引力。

5、一种如权利要求4所述的管材的精密剪断装置，其特征在于，在该装置中，夹紧机构（6）包括管夹紧件（60）和移动上述管夹紧件（60）的驱动器，该管夹紧件具有与管材轮廓一致的夹紧表面，牵引机构（7）包括有底孔（21）、筒形主体（8）、若干管夹具（9）、弹性部件（12）、弹性部件（9a）和驱动器（11），上述有底孔（21）与管材传送线同心并设置在剪断装置框架（2）内；上述筒形主体（8）可滑动地嵌在上述有底孔（21）内；上述管夹具（9）可相对滑动地插入上述筒形主体（8）中；上述弹性部件（12）沿管材传送方向的反方向弹性作用上述筒形主体（8）；上述弹性部件（9a）沿传送方向的反方向弹性作用管夹具（9）；上述驱动器（11）反抗上述弹性部件（9a）的弹力使管夹具（9）沿管材传送方向移动并使管夹具（9）张开，筒形主体（8）的内侧设有倾斜面（81），该倾斜面沿管材传送方向的反方向截面积减小，每个管夹具（9）的内表面具有对应于管材轮廓的凹部，而其外表面为对应于上述筒形主体（8）的倾斜面（81）的角度的倾斜面。

6、一种如权利要求5所述的管材的精密剪断装置，其特征在于，沿管材传送方向的反方向弹性作用管夹具（9）的弹性部件（9a）是拉伸弹簧。

7、一种如权利要求5所述的管材的精密剪断装置，其特征在于，夹紧机构（6）的驱动器是流体压力缸。

8、一种如权利要求4或5中任一项所述的管材的精密剪断装置，其特征在于，卡盘（4a）在可动刀具的相对侧具有由端壁（43）封闭的空腔（41），固定芯棒（14）的底端部固定在该端壁（43）上，在上述固定芯棒（14）的外周上套有可滑动的套筒形的卸管器（15），该卸管器（15）位于空腔（41）内的部分具有法兰（150），在上述法兰（150）和端壁（43）之间配置弹性部件（16），卸管器（15）的前端面在通常状态下被该弹性部件（16）弹性作用而突出到与可动刀具（4）的端面齐平的位置。

9、一种如权利要求4或5中任一项所述的管材的精密剪断装置，其特征在于，在可动刀具的相对侧卡盘（4a）具有由端壁（43）封闭的空腔（41），固定芯棒（14）的底端固定在该端壁（43）上，在上述固定芯棒（14）的外周上套有可滑动的套筒形卸管器（15），该卸管器（15）在空腔（41）内的部分具有法兰（150），在上述法兰（150）和端壁（43）之间设置弹性部件（16），在通常情况下卸管器（15）的前端面被该弹性部件（16）弹性作用而突出到与可动刀具（4）的端面齐平的位置，而且在端壁（43）上设置传感器（4d），伴随着管材（W）的传送，卸管器（15）后退时，该传感器（4d）至少将驱动信号传送到夹紧机构（6）和牵引机构（7）。

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