CN111014329B - 一种铝合金无缝管无间隙挤压方法 - Google Patents

一种铝合金无缝管无间隙挤压方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铝合金无缝管无间隙挤压方法，所述挤压方法中的挤压筒内衬的入口段加工成锥形扩口，且扩口段往里的挤压段的内径稍小于挤压锭外径。本发明的创新点主要是采用了外径稍大于挤压筒内衬内径的挤压锭坯，为了将这种挤压锭顺利推入挤压筒，将挤压筒内衬入口端加工成锥形“喇叭口”，挤压开始时，通过挤压杆和挤压垫施加一定压力，将加热后的挤压锭坯从锥形入口推入挤压筒直至底部。由于挤压锭坯外径稍大于挤压筒内径，推入过程中锭坯将发生一定的塑性变形，并将挤压筒内的空气全部挤出，且完全填充挤压筒，不留任何间隙。因此，其后无需进行镦挤，直接进行穿孔和挤压成形。

Description

一种铝合金无缝管无间隙挤压方法
技术领域
本发明属于有色金属材料制造技术领域，具体涉及一种铝合金无缝管无间隙挤压方法。
背景技术
目前石油钻探、海洋工程、军工装备、船舶、核电等多种领域均大量需求高性能铝合金无缝管。铝合金无缝管一般都是采用挤压方法而成形。对于高强铝合金无缝管，通常采用空心锭坯挤压成形，对于中、低强度铝合金，通常采用实心挤压锭坯经穿孔挤压成形。铝合金无缝管产品挤压成形的主要缺陷之一就是挤出管壁厚不均，也就是工程领域常说的偏心缺陷。造成管壁厚度不均的主要原因包括：设备精度较低、工艺操作不当、锭坯温度不均、挤压模具设计不合理等方面。但在卧式挤压机上进行无缝管挤压时，为了使挤压锭坯能够很容易地被推入挤压筒，通常采用外径小于挤压筒内径的挤压锭坯，这样，挤压锭坯被推入挤压筒后，必然在挤压筒内产生间隙，且间隙主要在锭坯上侧，最大处可达10mm以上。挤压开始的第一阶段，对锭坯进行镦挤，以便使挤压锭坯材料充满挤压筒，将间隙中的空气挤出，如图1所示。镦挤过程中，锭坯发生塑性变形，必然向上侧流动，以填充上侧的间隙。如果采用空心锭坯，穿孔针已穿入锭坯内孔，镦挤时必然会随金属塑性流动往上侧弯曲，从而使穿孔针偏离中心位置，导致后续挤出管坯产生偏心问题。如果采用实心锭进行穿孔挤压，当镦挤不充分时，挤压筒上侧仍留有一定间隙，穿孔过程中挤压锭坯发生塑性变形，还将继续往上侧流动，由此也会带动穿孔针偏离中心，引起偏心缺陷。由图可见，这种带间隙的挤压方法，必然在挤压模与挤压筒之间的角部死区产生封闭气体；当挤压锭过长时，镦挤过程中锭坯发生弯曲，中间部位也可能封闭空气。这些封闭的空气在强大的压力下将被压入挤压锭坯表层金属中，从而造成挤出管坯表面产生气泡、起皮缺陷。
实际生产过程中，经常采用不完全镦挤操作方法，以减小穿孔料头损失，提高挤压成材率，由此导致镦挤不充分和挤出管壁厚不均问题。管壁厚度不均的问题不仅会造成后续加工困难，严重时只能直接将偏心管报废。此类难题困扰了行业技术人员多年，一直未找到有效解决办法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决目前行业内无缝铝合金挤压管壁厚不均的难题，提出一种无需镦挤的无间隙挤压方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种铝合金无缝管无间隙挤压方法，其特征在于：所述挤压方法中的挤压筒内衬的入口段加工成锥形扩口，且扩口段往里的挤压段的内径稍小于挤压锭外径。
可优选的，所述挤压筒内衬的挤压段的内径小于挤压锭外径1～2mm。
可优选的，所述锥形扩口的锥角为3～5°。
可优选的，所述锥形扩口段的长度为40～50mm。
可优选的，所述挤压筒内衬的入口端加工成半径为5mm圆弧倒角。
本发明的创新点主要是采用了外径稍大于挤压筒内衬内径的挤压锭坯，为了将这种挤压锭顺利推入挤压筒，将挤压筒内衬入口端加工成锥形“喇叭口”，挤压开始时，通过挤压杆和挤压垫施加一定压力，将加热后的挤压锭坯从锥形入口推入挤压筒直至底部。由于挤压锭坯外径稍大于挤压筒内径，推入过程中锭坯将发生一定的塑性变形，并将挤压筒内的空气全部挤出，且完全填充挤压筒，不留任何间隙。因此，其后无需进行镦挤，直接进行穿孔和挤压成形。
采用本发明所带来的有益效果：(1)挤出管壁厚均匀性好。通常，采用常规的带间隙挤压方法，挤压成形的无缝管坯，偏心率一般大于3％；而采用本发明的无间隙挤压方法，挤出管的偏心率可稳定控制在1％以下。(2)生产效率和成材率提高。采用本发明的无间隙挤压方法，因为无需镦挤过程，直接进行穿孔和挤压成形，省去常规挤压的排气过程，提高了操作效率。同时，因为无镦挤过程，穿孔时料头体积减小，几何废料损失降低，由此提高了成材率。(3)管坯偏心、气泡缺陷减少。采用本发明的无间隙挤压方法，通过强力推入挤压锭坯，将挤压筒内的空气几乎完全挤出，因此有效减少了挤出管的气泡、起皮缺陷，提高了产品表面质量。
附图说明
图1为采用实心锭无间隙挤压铝合金无缝管的原理图，其中图a为锭坯推入，图b为锭坯推至底部且开始穿孔，图c为穿孔结束，图d为稳态挤压；
图2为采用空心锭无间隙挤压铝合金无缝管的原理图，其中图a为锭坯推入，图b为锭坯推至底部，图c为开始挤压，图d为稳态挤压。
具体实施方式
以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。需要说明的是，以下实施例和对比例仅用于解释本发明，而不应视为对本发明的权利要求的范围的限制。
实施例1
如图1所示，采用
Figure BDA0002316305760000037
的实心铸锭挤压
Figure BDA0002316305760000038
的6061铝合金无缝管。首先将
Figure BDA0002316305760000039
的铸锭采用机加工方法将其外径加工到
Figure BDA00023163057600000311
将内径为
Figure BDA00023163057600000310
的挤压筒内衬的入口段加工成锥形扩口，锥角控制在3～5°，锥形段长度控制在50mm；入口圆角控制在R5mm；将加工好的带锥形入口的挤压筒内衬，采用常规热装法与挤压筒外套装配到一起，并采用常规方法预热至440℃；采用常规方法将挤压锭坯加热至470℃；将加热的挤压锭坯采用常规方法从加热炉转移至卧式挤压机上，通过挤压杆和挤压垫施加压力，将挤压锭坯从锥形入口推入挤压筒直至底部，无需镦挤，直接进行穿孔和挤压成形；挤出管坯经锯切、矫直、热处理等后续常规操作，获得所述产品。其后对挤压管进行几何精度测量和表面质量检查。
实施例2
如图2所示，采用外径为
Figure BDA0002316305760000031
的空心铸锭挤压
Figure BDA0002316305760000032
的7005铝合金无缝管。首先对
Figure BDA0002316305760000033
的实心铸锭采用机加工方法将其外径加工到外径
Figure BDA0002316305760000034
并在铸锭中心加工一个直径为
Figure BDA0002316305760000035
的圆孔；将内径为
Figure BDA0002316305760000036
的挤压筒内衬的入口段加工成锥形扩口，锥角控制在5°，锥形段长度控制在45mm；入口圆角控制在R5mm；将加工好的带锥形入口的挤压筒内衬，采用常规热装法与挤压筒外套装配到一起，并采用常规方法预热至440℃；采用常规方法将挤压锭坯加热至475℃；将加热的挤压锭坯采用常规方法从加热炉转移至卧式挤压机上，然后用挤压杆隔着挤压垫将挤压锭坯和直径为
Figure BDA0002316305760000041
的穿孔针一起推入挤压筒底部，且穿孔针前端穿过挤压模工作带2mm；无需镦挤，直接开始挤压成形；然后对挤出管坯进行锯切、矫直、热处理等后续常规操作，获得所述产品。其后对挤压管进行几何精度测量和表面质量检查。
对比例1
采用
Figure BDA0002316305760000042
的实心铸锭挤压
Figure BDA0002316305760000043
的6061铝合金无缝管。首先将
Figure BDA0002316305760000044
的铸锭采用机加工方法将其外径加工到
Figure BDA0002316305760000045
采用内径为
Figure BDA0002316305760000046
不带锥形入口的挤压筒内衬；挤压筒入口圆角控制在R5mm；将加工好的不带锥形入口的挤压筒内衬，采用常规热装法与挤压筒外套装配到一起，并采用常规方法预热至440℃；采用常规方法将挤压锭坯加热至470℃；将加热的挤压锭坯采用常规方法从加热炉转移至卧式挤压机上，然后用挤压垫将挤压锭坯从入口推入挤压筒直至底部，先进行镦挤，然后开始穿孔和挤压成形；对挤出管坯进行锯切、矫直、热处理等后续常规操作，获得所述产品。其后对挤压管进行几何精度测量和表面质量检查。
对比例2
采用外径为
Figure BDA0002316305760000047
的空心铸锭挤压
Figure BDA0002316305760000048
的7005铝合金无缝管。首先对
Figure BDA0002316305760000049
的实心铸锭采用机加工方法将其外径加工到
Figure BDA00023163057600000410
并在铸锭中心加工一个直径为
Figure BDA00023163057600000411
的圆孔；采用内径为
Figure BDA00023163057600000412
不带锥形入口的挤压筒内衬，入口圆角控制在R5mm；将加工好的不带锥形入口的挤压筒内衬，采用常规热装法与挤压筒外套装配到一起，并采用常规方法预热至440℃；采用常规方法将挤压锭坯加热至475℃；将加热的挤压锭坯采用常规方法从加热炉转移至卧式挤压机上，然后用挤压垫将挤压锭坯和直径为
Figure BDA00023163057600000413
的穿孔针一起推入挤压筒底部，且穿孔针前端穿过挤压模工作带2mm；先进行镦挤，然后开始挤压成形；然后对挤出管坯进行锯切、矫直、热处理等后续常规操作，获得所述产品。其后对挤压管进行几何精度测量和表面质量检查。
按如下公式计算挤压管的壁厚偏心率：
Figure BDA0002316305760000051
其中tmax和tmin分别为挤压铝管管壁的最大壁厚和最小壁厚。
将实施例和对比例的检测结果列入表1。
由表1检测结果可见，采用本发明的无间隙挤压方法，无论是用实心锭穿孔挤压(实施例1)还是用空心锭定芯挤压(实施例2)，都可以获得表面质量好、壁厚均匀的无缝管；相比而言，采用常规的带间隙挤压方法，无论是用实心锭穿孔挤压(对比例1)还是用空心锭定芯挤压(对比例2)，尽管挤压比相同，挤压工艺参数也一致，但所制备的无缝管偏心率均达到3％以上，远大于本发明方法制备的无缝管偏心率。而且，采用本发明的方法制备的铝合金无缝管，经热处理后其表面气泡和起皮缺陷明显减少。表明，本发明的技术方法有效，具有推广应用价值。
表1实施例和对比例检测结果
Figure BDA0002316305760000052

Claims (5)

1.一种铝合金无缝管无间隙挤压方法，其特征在于：所述挤压方法中的挤压筒内衬的入口段加工成锥形扩口，且扩口段往里的挤压段的内径稍小于挤压锭外径。
2.根据权利要求1所述的铝合金无缝管无间隙挤压方法，其特征在于：所述挤压筒内衬的挤压段的内径小于挤压锭外径1～2mm。
3.根据权利要求1所述的铝合金无缝管无间隙挤压方法，其特征在于：所述锥形扩口的锥角为3～5°。
4.根据权利要求1所述的铝合金无缝管无间隙挤压方法，其特征在于：所述锥形扩口段的长度为40～50mm。
5.根据权利要求1所述的铝合金无缝管无间隙挤压方法，其特征在于：所述挤压筒内衬的入口端加工成半径为5mm圆弧倒角。
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Inventor after: Pan Weishen

Inventor after: Wu Weishe

Inventor after: Zhou Mingjun

Inventor before: Pan Weishen

Inventor before: Tang Xingyu

Inventor before: Wu Weishe

Inventor before: Zhou Mingjun

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Address after: 528225 No. 3, Hongling 4th Road, changhongling Industrial Park (phase II), Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province (residence declaration)

Applicant after: Guangdong Huachang Group Co.,Ltd.

Address before: 528225 No. 3, Hongling 4th Road, changhongling Industrial Park, Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province

Applicant before: GUANGDONG HUACHANG ALUMINUM FACTORY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
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