CN1191162A - 异型截面钢材局部加热挤压工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种异形截面钢材局部加热挤压工艺及其装置。工艺过程包括原料准备,对钢坯进行局部加热及通过挤压模挤压成型。其工艺装置包括由机械式或液压式挤压机构成的动力装置、支撑装置—托辊(14)、电磁感应加热线圈(8)、温度监控仪(13)以及安装在模座(10)内的挤压膜(9)。本发明工艺简单、能耗低、成材率高、产品质量好。特别适用于批量小的、难加工的、形状复杂的异形截面钢材的生产加工。

Description

异形截面钢材局部加热挤压工艺及其装置

本发明涉及一种钢材压力加工新工艺，用于异形钢管和异形型钢等异形截面钢材的局部加热挤压工艺及其装置。

目前，异形截面钢材主要通过热轧或冷拔的工艺方法来生产。热轧工艺的缺点是由坯料到成品需经一系列孔型逐步成型，每换一个品种或规格，均需成组更换轧辊并进行复杂的轧机调整，设备复杂，投资巨大，当产品批量小时，生产成本将显著上升；钢坯需整体加热，加热温度高(1000～1300℃)，加热时间长(数小时)，金属烧损大(达2～3％)，能耗多；而且，产品形状尺寸精度低，质量差，不能生产截面形状复杂的钢材。冷拔工艺虽可提高产品的形状、尺寸精度，但也存在诸多缺点。如由于加工硬化，每道次变形量很小，需经多次冷拔才能由坯料变成成品，生产效率低，辅助工序多，能耗大，金属切头损失大(达3～5％)，而且污染环境。异形钢材也可用热挤压(钢坯整体加热)的工艺生产。热挤压工艺有很多优点，如铝合金门、窗型材就是用热挤压工艺生产的。但由于常规挤压工艺需将钢坯加热后放进密闭的挤压筒中对整块钢坯进行挤压，钢坯与挤压筒之间的摩擦阻力及金属的变形抗力都很大，要求有能力很大的大型挤压机(需数百兆牛)，而且，对挤压装置的耐热性要求高，压余大(有时高达40％以上)，因而实际上很难推广应用。

本发明的目的在于提供一种能保留热挤压工艺的优点，而克服其要求有大型挤压机及压余大、成材率低等缺点的异形截面钢材局部挤压工艺及其装置，加速钢的热挤压工艺的推广应用，促进钢的挤压工艺的发展，并部分取代用热轧或冷拔工艺生产异形截面钢材的方法。以简化工序、降低对挤压机能力的要求及能耗、提高产品质量和成材率，使其成为一种全新的、最经济的异形截面钢材生产方法。

本发明利用电磁感应热效应对钢坯局部进行快速加热，在靠近挤压模入口处的加热线圈内通以感应电流，由线圈生成的交变磁场使处于线圈内的钢坯感生出电动势，产生焦耳热，并将线圈内的钢坯迅速加热到850～1000℃的高温，金属的变形抗力降低，塑性提高。在挤压机的推动下，被加热好的钢坯随即进入挤压模挤制成型。由于此时挤压机只需克服在挤压模内变形抗力降到很低的少量金属的阻力及金属与挤压模之间的摩擦力，因而用能力较小的小型挤压机即可对钢坯进行挤压，并降低能耗。挤压过程中，挤压机推动钢坯，或是在挤压机推动下，一根钢坯推动另一根钢坯，钢坯自身再推动挤压模内被加热到高温的部分，使其连续通过挤压模，实现无头挤压，完全消除了压余，成材率理论上可达到100％，由钢坯到成材，只经过一副挤压模一次成型，大大简化了工序。钢坯通过挤压模时，得到挤压模型腔所限定的形状尺寸的产品，更换挤压模，即可生产不同形状尺寸的高质量的异形截面钢材。

本发明的挤压工艺装置由动力装置、支撑装置、加热装置、成型装置组成。动力装置由通用机械式或液压式挤压机组成，提供挤压动力，并通过活动横梁、挤压垫推动钢坯进行挤压。支撑装置由送料辊道、托辊等组成，用以稳定钢坯的位置，并引导钢坯正确地进入挤压模。加热装置由感应电源、加热线圈及温度监控仪组成，用以提供感应电流，使感应电流流经加热线圈，利用电磁感应热效应，对钢坯局部进行快速加热，并通过温度监控仪调节感应电流大小，以控制加热温度和使温度维持恒定。加热线圈要尽量靠近挤压模入口，使加热好的钢坯能随即进入挤压模。成型装置由耐热钢制成的、并安装于模座内的挤压模组成，更换不同型腔的挤压模，即可获得各种形状和尺寸的异形截面钢材。挤压模应精心设计和制造，以减少金属在挤压模中的阻力。

本发明异形截面钢材局部加热挤压工艺过程包括原料准备、局部加热、挤压成型工序。原料准备是将钢坯切割成所需长度，给表面涂以润滑剂，并送装到作业线上。为保证润滑剂在高温下仍有良好的润滑效果，宜采用耐热性良好的固体润滑剂，如石墨乳、石墨粉等。局部加热是将处于加热线圈中的部分钢坯迅速加热到挤压温度，降低金属变形抗力，提高塑性，以利于挤压成型。钢管管坯采用高频感应加热，以控制适当的加热深度，型钢钢坯则采用中频或工频感应加热，以保证钢坯芯部能迅速热透，并使钢坯内外温度均匀。挤压成型是挤压机推动钢坯，依靠钢坯自身再推动进入挤压模内被加热到高温的部分，使其连续通过挤压模，获得挤压模型腔所限定的形状尺寸的产品。由于加热后的金属在进入挤压模之前处于一种无约束的自由状态，必须保证其强度(金属自身的推力)大于金属在挤压模中的阻力，才能使金属顺利地通过挤压模，否则将在挤压模入口处挤堆。为防止这一现象的产生，应尽量使加热线圈靠近挤压模，以减少处于无约束的自由状态金属的长度；应精心设计、制造挤压模，改善润滑条件，以降低金属在挤压模中的阻力；此外应正确选择各种工艺参数，如加热温度、变形率等。

附图1：用于异形钢管局部加热挤压装置示意图。

图中：  1-卡板，2-固定支架，3-管坯，4-活动横梁，5-挤压垫，6-正在挤压过程中的管坯，7-芯棒，8-加热线圈，9-挤压模，10-模座，11-产品，12-输出辊道，13-温度监控仪，14-托辊。

现结合异形钢管局部加热挤压的实施例及附图1对本发明作进一步说明。

原料准备：根据产品11截面形状、尺寸及长度的要求，选择管坯3的尺寸，并锯切成所需长度，将管坯3送至料架，在管坯内外表面均匀地涂一层石墨乳润滑剂，然后套装到芯棒7上。合上对开式的卡板1，将芯棒7的左端固定在支座2上。将管坯向前推，使其前端置于高频感应加热线圈内。装在芯棒上的管坯由托辊14支撑。

局部加热：利用加热装置给加热线圈8内通以高频感应电流，利用电磁感应热效应即可对管坯进行加热，加热温度以850～1000℃为宜。安置在一侧的温度监控仪13可以调节感应电流的大小，从而达到控制加热温度的目的，当加热温度设定后，在整个挤压过程中温度保持恒定。

挤压成型：当钢坯被加热到所需的挤压温度(850～1000℃)时，启动挤压机，挤压机上的活动横梁4通过挤压垫5推动管坯6在芯棒7上稳定地移动，从而推动在高频感应加热线圈8内已加热至良好塑性状态的部分钢坯，使其连续通过由挤压模9与芯棒7头部组成的成型装置挤压为产品11。当第一根钢坯尚未完全挤出时，从芯棒7的尾部装入第二根钢坯，取下挤压垫5，挤压机上的活动横梁4迅速退至第二根钢坯尾部，重新装上挤压垫5，挤压机上的活动横梁4通过挤压垫5则推动第二根钢坯，第二根钢坯头部顶住第一根钢坯尾部继续进行挤压。由于一根一根的钢坯首尾相接连续挤压成型，故称无头挤压，并保证钢坯全部挤压成产品，成材率达到100％。

按照本发明的工艺及其装置可以生产的产品极其广泛，特别是用于生产批量小的各种不同截面形状的异形钢管和异形型钢，将更有意义并有更大的经济效益。异形钢管如各种方形管、椭圆形管、五角梅花形管、柠檬形管等，也可生产船用锅炉管(麻花管)等有一定旋转结构的钢管。异形型钢如仿铝合金门窗型材、汽车车轮轮辋型钢、矿用U型钢等。还可以经济地生产直径76mm以下的小直径无缝钢管和直径在630mm以上的大直径无缝钢管。

Claims (7)

1、一种包括原料准备的异形截面钢材局部加热挤压工艺，其特征在于钢坯在挤压成型前被局部加热。

2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的局部加热，为电磁感应加热，钢管钢坯采用高频感应加热，型钢钢坯采用中频或工频感应加热。

3、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述挤压成型是挤压机推动钢坯，或在挤压机推动下，一根钢坯推动另一根钢坯，钢坯首尾相连并推动进入挤压模内被加热到高温的部分，使其连续通过挤压模，获得挤压模型腔所限定的形状尺寸的产品。

4、根据权利要求1所述工艺的挤压装置，包括由机械式或液压式挤压机组成的动力装置，其特征在于还有支撑装置、加热装置、成型装置。

5、根据权利要求4所述的挤压装置，其特征在于所述支撑装置为托辊(14)。

6、根据权利要求4所述的挤压装置，其特征在于所述加热装置由感应电源、加热线圈8及温度监控仪13组成。

7、根据权利要求4所述的挤压装置，其特征在于所述成型装置由安装在模座10内的挤压模9组成。

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