CN111715831A - 一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋锻机领域，公开了一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模装置，该装置包括插入管材内孔的芯棒、用于固定管材并将其送进旋锻机工作区域的送进机、用于对送进的管材进行含芯棒旋锻加工的旋锻机，以及，固设于芯棒的非锻压端的超声激励器，超声激励器用于在旋锻过程中对芯棒施加轴向振动激励，以使芯棒与管材的内壁产生相对滑动。本发明方案中超声激励器产生的激励信号传递到芯棒上，使芯棒产生轴向振动，从而使得芯棒与管材内壁之间产生相对滑动趋势，芯棒与管材的内壁不易发生粘连，便于旋锻结束后将芯棒从管材内取出。

Description

一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模装置和方法

技术领域

本发明涉及旋锻领域，具体涉及一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模装置和方法。

背景技术

旋锻即旋转锻造，也叫径向锻造，通常采用两个或两个以上的模具在使其环绕坯料(棒材、线材或管材)外径旋转的同时，也向坯料轴心施加高频率的径向力，使坯料径向压缩而按模具型线成形和沿轴向延伸的过程，旋锻是一种局部而连续、无屑且精密的金属成形加工工艺。管型件是一种典型的旋锻制品，管料的旋锻加工包括含芯棒的等截面等壁厚缩径、减壁厚的拉拔成形过程，以及无芯棒的变截面变壁厚、缩径增壁厚的径向流动过程。

其中，含芯棒旋锻过程中由于芯棒的支持使得管材内外受压，旋锻圆度容易保证，可有效控制管材的内外表面尺寸精度和质量，但是，在旋锻过程中加工变形量使得管材内部抱紧芯棒，芯棒与管材很容易发生粘连，管材成形后芯棒难以从管材内取出。

发明内容

本发明为了克服现有技术中芯棒与管材在旋锻过程中容易发生粘连，管材成形后芯棒难以从管材内取出的技术问题，提供了一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模装置和方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模装置，该装置包括：

芯棒，用于插入管材的内孔；

送进机，用于固定所述管材并将所述管材送进旋锻机的工作区域；

旋锻机，用于对送进的管材进行含芯棒旋锻加工，以将所述管材锻压成形；

超声激励器，设置于所述芯棒的非锻压端，旋锻过程中用于对所述芯棒施加轴向振动激励，以使所述芯棒与所述管材的内壁发生相对滑动。

优选地，所述送进机包括机架，其中，所述机架上设置有：

夹持装置，包括至少一个能够张、合移动的夹持爪，以用于夹持所述管材；

锁定装置，用于对所述管材进行轴向旋转约束；

驱动装置，与所述夹持装置连接，用于以预定速度驱动所述夹持装置从所述机架的第一位置移动到第二位置。

优选地，当所述管材移动到所述机架上的第二装置上时，所述管材的锻压部分位于所述旋锻机的工作区域中。

优选地，所述旋锻机包括旋锻模具，所述管材从所述旋锻模具的入料端送进工作区域，经所述旋锻模具进行径向锻压后从所述旋锻模具的产品端取出。

优选地，所述超声激励器包括超声波发生器、换能器、变幅杆和连接头；

其中，所述超声波发生器用于产生超声频率的振动脉冲信号；

所述换能器用于将所述振动脉冲信号转换为高频机械振动；

所述变幅杆用于将所述高频机械振动的振幅放大，并将产生的超声振动传递到所述连接头上；

所述连接头与所述芯棒连接，用于将所述超声振动传递到所述芯棒上。

优选地，所述超声波发生器的输出频率为80-120KHZ。

优选地，所述振动脉冲信号的振荡方向与所述芯棒的轴向方向一致。

优选地，所述振动脉冲信号的幅值小于所述管材的单道次减径量。

优选地，响应于所述振动脉冲信号，所述芯棒沿其轴向方向作往复运动。

本发明第二方面提供一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模方法，应用于上述装置，该方法包括：

将芯棒插入管材的内孔；

固定所述管材并将其送进旋锻机的工作区域；

对送进的管材进行含芯棒旋锻加工，且在旋锻过程中从所述芯棒的非锻压端对芯棒施加轴向振动激励，以使所述芯棒与管材的内壁产生相对滑动；

在管材锻压成形后，分离所述芯棒与所述管材。

本发明方案中通过在芯棒的非锻压端设置超声激励器，旋锻过程中利用该超声激励器产生超声频率的激励信号并传递到芯棒上，使芯棒产生轴向振动，从而使得芯棒与管材的内壁之间不断发生相对滑动，芯棒与管材的内壁不易发生粘连，旋锻结束后可以很方便地将芯棒与管材分离。

附图说明

图1是芯棒不粘模装置的结构示意图；

图2是芯棒不粘模方法的流程示意图。

附图标记说明

超声激励器1；芯棒2；送进机3；管材4；旋锻模具5。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明提供了一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模装置，如图1所示，该装置包括：

芯棒2，用于插入管材4的内孔。

送进机3，用于固定管材4并将管材4送进旋锻机的工作区域。

旋锻机，用于对送进的管材4进行含芯棒旋锻加工，以将管材4锻压成形。

超声激励器1，设置于芯棒2的非锻压端，旋锻过程中用于对芯棒2施加轴向振动激励，以使芯棒2与管材4的内壁发生相对滑动。芯棒2的非锻压端是相对芯棒2上处于旋锻机工作区域的锻压端而言的，且芯棒2的非锻压端穿出管材4。

在含芯棒旋锻工艺中，芯棒2的直径小于管材4内孔的直径，通过在管材4的内孔中放置合适的芯棒2以组成旋锻坯料。管材4可以为高温合金、铝合金、不锈钢、钛合金等金属管材，例如，管材4采用TC4钛合金材料，其屈服强度为850MPa，管材4的外径为7mm，内径为5mm，芯棒2的直径为4mm。旋锻机能够缩减管材4外径，还能使管材4壁厚减薄，芯棒2主要用于控制管材4内部的尺寸和表面精度，芯棒2的支撑使得管材4内壁的光滑度好，同时，芯棒2的强度和刚度应大于管材4的强度和刚度，耐磨性好，芯棒2表面需进行抛光研磨处理，保持光洁。

本发明方案中通过在芯棒的非锻压端设置超声激励器，旋锻时启动该超声激励器，超声激励器产生的激励信号传递到芯棒上，使芯棒产生轴向振动，从而使得芯棒与管材内壁之间不断发生相对滑动，从而避免芯棒与管材的内壁在旋锻过程中发生粘连，旋锻结束后可以很方便地将芯棒从管材内取出。

根据本发明一个优选的实施方式，所述送进机3包括机架和设置在所述机架上的夹持装置、锁定装置和驱动装置。

其中，该夹持装置包括至少一个能够张、合移动的夹持爪，以用于夹持所述管材4。该锁定装置用于对所述管材4进行轴向旋转约束。该驱动装置与夹持装置连接，用于驱动所述夹持装置以预定速度从所述机架的第一位置移动到第二位置。

并且，当所述管材4移动到所述机架上的第二装置上时，所述管材4的锻压部分位于所述旋锻机的工作区域中。

在本发明实施例中，初始时管材4通过夹持装置的夹持爪固定在机架上的第一位置，当管材4处于该第一位置时，其锻压部分尚未进入旋锻模具5的工作区域；该锁定装置通过对所述管材4进行轴向旋转约束，从而完全限制管材的轴向旋转运动；驱动装置提供动力并驱动夹持装置从机架的第一位置移动到第二位置，较佳地，驱动装置驱动夹持装置以预定速度移动，从而使得管材4以该预定速度匀速送进，当管材4处于该第二位置时，其锻压部分完全进入旋锻模具5的工作区域。

进一步地，所述旋锻机包括旋锻模具5，如图1所示，旋锻机利用4个旋锻模具5环绕管材4旋转并向管材4施加高频径向力，使管材4沿径向方向压缩而沿轴向方向延伸。其中，所述管材4从所述旋锻模具5的入料端送进工作区域，经所述旋锻模具5径向锻压后从所述旋锻模具5的产品端取出。

当管材4的锻压部分进入到旋锻模具5的工作区域时，由于管材4的轴向旋转趋势被锁定装置限制，管材4在旋锻模具5的锻压作用下不会发生轴向旋转运动，从而保证了旋锻模具5对管材4外部的锻打效果，避免局部产生棱角，影响成形质量。

根据本发明实施例一个优选的实施方式，所述超声激励器1包括超声波发生器、换能器、变幅杆和连接头，所述超声激励器1通过所述连接头与所述芯棒2连接。其中，所述超声波发生器用于产生超声频率的振动脉冲信号。所述换能器用于将所述超声频率的振动脉冲信号转换为高频机械振动。所述变幅杆用于将所述高频机械振动的振幅放大，并将产生的超声振动传递到所述连接头上。所述连接头与所述芯棒2连接，用于将所述超声振动传递到所述芯棒2上。该连接头实际上与芯棒2的非锻压端连接。

根据本发明一个具体的实施方式，所述超声波发生器的输出频率为80-120KHZ，优选为100KHZ。

需要说明的是，所述超声波发生器产生的振动脉冲信号的振荡方向与芯棒的轴向方向一致。同时，所述超声波发生器产生的振动脉冲信号的幅值小于管材的单道次减径量。响应于所述振动脉冲信号，所述芯棒沿其轴向方向作往复运动。

在本发明实施方式中，启动超声波发生器，超声波发生器将220V、50Hz的交流电转换成一定功率输出的超声频率的振动脉冲信号，以提供机械振动中的振动能量，本发明实施例采用的超声波发生器的输出频率为100KHz。超声波发生器产生的超声频率的振动脉冲信号传递给超声换能器，并由超声换能器转化为机械振动后，通过变幅杆对该振动的振幅进行放大，从而将一维超声振动传递到连接头上，该连接头将一维超声振动传递至芯棒2，使得该芯棒2产生沿轴向方向的振动。

在本发明实施例中，超声激励器的激振频率高，振动脉冲定向性好，对装置中其他部件的干扰性较小。响应于所述振动脉冲信号，所述芯棒2沿其轴向方向作小幅值往复运动，从而使得芯棒2与管材4的内壁之间不断发生相对滑动，芯棒2与管材4的内壁不易发生粘连。

优选地，所述超声激励器1还包括与所述超声波发生器电连接的超声波调节装置，可通过该超声波调节装置对振动脉冲信号的频率及振幅等参数进行调整，从而调节芯棒2的振动频率和强度，提高芯棒2与管材4的脱离效率。

本发明第二实施例还提供了一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模方法，应用于上述装置中，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S1、将芯棒插入管材的内孔；

S2、固定管材并将其送进旋锻机的工作区域；

S3、对送进的管材进行含芯棒旋锻加工，且在旋锻过程中从芯棒的非锻压端对芯棒施加轴向振动激励，以使芯棒与管材的内壁产生相对滑动；

S4、在管材锻压成形后，分离芯棒与管材。

在本发明实施例中，准备好需要锻压的金属管材和与之匹配的芯棒，芯棒的直径略小于管材的内径；将管材固定在送进机上并将其在轴向旋转方向锁死；在芯棒的非锻压端连接超声激励器，启动超声激励器，并调整超声激励器的振动脉冲信号与芯棒的轴向方向保持一致，振动幅值小于管材单道次减径量；将芯棒的锻压端插入管材的内孔组成旋锻坯料；启动送进机，将管材匀速送进旋锻机的工作区域；启动旋锻机，利用旋锻模具对管材的外部进行旋锻缩加工，并使得管材沿其轴向流动。

该超声激励器包括超声波发生器、换能器、变幅杆和连接头，该连接头与芯棒连接，其工作原理是：超声波发生器将220V、50Hz的交流电转换成一定功率输出的超声频率的振动脉冲信号，以提供机械振动中的振动能量，例如，超声波发生器的输出频率为80-120KHZ，优选100KHz，超声波发生器产生的超声频率的振动脉冲信号传递给超声换能器，并由超声换能器转化为机械振动后，通过变幅杆对该振动的振幅进行放大，从而将一维超声振动传递到连接头上，该连接头将一维超声振动传递至芯棒，使得该芯棒沿其轴向方向作小幅值往复运动。

因此，在旋锻过程中芯棒与管材的内壁不断发生相对滑动，芯棒与管材的内壁不易发生粘连，旋锻结束后可以很方便地将芯棒从管材中拔出，将芯棒与管材分离。然后，将送进机与管材解锁并使送进机复位，最后从旋锻机的产品端取出锻压成型的管材，关闭旋锻机，完成管材旋锻。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模装置，其特征在于，该装置包括：

芯棒，用于插入管材的内孔；

送进机，用于固定所述管材并将所述管材送进旋锻机的工作区域；

旋锻机，用于对送进的管材进行含芯棒旋锻加工，以将所述管材锻压成形；

超声激励器，设置于所述芯棒的非锻压端，用于在旋锻过程中对所述芯棒施加轴向振动激励，以使所述芯棒与所述管材的内壁发生相对滑动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述送进机包括机架，其中，所述机架上设置有：

夹持装置，包括至少一个能够张、合移动的夹持爪，以用于夹持所述管材；

锁定装置，用于对所述管材进行轴向旋转约束；

驱动装置，与所述夹持装置连接，用于以预定速度驱动所述夹持装置从所述机架的第一位置移动到第二位置。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述管材移动到所述机架上的第二装置上时，所述管材的锻压部分位于所述旋锻机的工作区域中。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋锻机包括旋锻模具，所述管材从所述旋锻模具的入料端送进工作区域，经所述旋锻模具径向锻压后从所述旋锻模具的产品端取出。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声激励器包括超声波发生器、换能器、变幅杆和连接头；

其中，所述超声波发生器用于产生超声频率的振动脉冲信号；

所述换能器用于将所述振动脉冲信号转换为高频机械振动；

所述变幅杆用于将所述高频机械振动的振幅放大，并将产生的超声振动传递到所述连接头上；

所述连接头与所述芯棒连接，用于将所述超声振动传递到所述芯棒上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述超声波发生器的输出频率为80-120KHZ。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述振动脉冲信号的振荡方向与所述芯棒的轴向方向一致。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述振动脉冲信号的幅值小于所述管材的单道次减径量。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，响应于所述振动脉冲信号，所述芯棒沿其轴向方向作往复运动。

10.一种含芯棒旋锻工艺中的芯棒不粘模方法，应用于上述权利要求1至9任意一项所述的装置，其特征在于，该方法包括：

将芯棒插入管材的内孔；

固定所述管材并将其送进旋锻机的工作区域；

对送进的管材进行含芯棒旋锻加工，且在旋锻过程中从所述芯棒的非锻压端对芯棒施加轴向振动激励，以使所述芯棒与管材的内壁产生相对滑动；

在管材锻压成形后，分离所述芯棒与所述管材。

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