CN1796017A - 一种大尺寸无缝精密管材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明方法提供了一种大尺寸无缝精密管材的制备方法，在拔管机上，采用拉制方式制备，其特征在于：所述管坯前端为开式结构，采用减径、扩径结合的管材制备工艺；以便从管坯前端送入工模具。本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法的优点在于：本发明方法的坯料适应范围宽，能够满足中小批量大尺寸高精度管材的加工要求，对设备要求低、投入少、适应性强。

Description

一种大尺寸无缝精密管材的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种大尺寸无缝精密管材的制备方法。

背景技术：

大尺寸无缝精密管材的制备方法，通常考虑的生产方法是旋压、轧制和拉拔方法。旋压方法为点接触式加工，材料加工过程中受力状态不好，加工部位应力集中，对精密管材的加工不适用。

轧制方法多用于黑色金属管材的大批量生产，对有色金属大直径管材的小批量加工多不采用。

拉拔方法时，将制封闭式夹头的管坯的前端穿过模具，伸入到拔管机钳口中夹紧，然后拔管机拉动管坯通过模孔，完成管材的一道次加工。同时，在管坯与成品管之间必须有足够的直径差，以保证每道次的减径量。以上两点对大直径管都不易做到：在制作夹头方面，由于管坯直径大，壁厚，直接在管坯上夹头的变形量大，抗力强，因而极易开裂；而为使其不开裂，就必须使夹头很长，材料损失较多，对焊接性能不好的材料又不适合采用焊接的方式制作夹头。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种可以中小批量生产，高精度无缝精密大直径管材的加工方法。

本发明方法提供了一种大尺寸无缝精密管材的制备方法，在拔管机上，采用拉制方式制备，其特征在于：所述管坯前端为开式结构，即管坯前端只减径，不闭住，以便将工模具从管坯前端送入；采用减径、扩径结合的管材制备工艺。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法中，可以将管坯先进行扩径，再进行减壁减径；以达到小减径、大减壁的效果，实现小规格管坯制备大直径管材的目的。。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法中，当减径时所述管坯前端与拉头1机械式连接，拉头1伸入拔管机钳口中夹紧，由拔管机通过拉头1使管坯移动。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法中，所述管坯前端制有孔，用销子2与拉头1连接，使管坯与拉头1固为一体。孔径按如下尺寸计算(如图1)：

$d_3\left(\mathrm{mm}\right):\frac{P}{{4s}_2\left[{\mathrm{\σ}}_P\right]}+2\≤d_3\≤\frac{1}{\sqrt{3}}\sqrt{(D_2+d_2)s_2-\frac{2P}{\mathrm{\π}\left[{\mathrm{\σ}}_s\right]}}+2;$

式中：d₃为机械连接孔直径，

P为工艺最大拉拔力，可按手册上推荐公式估算；

[σ_P]为按抗拉强度计算的铝合金挤压强度；

[σ_S]为铝合金的屈服强度；

D₂为管坯小端的外径；

d₂为管坯小端的内径；

S₂为管坯壁厚。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法中，当管坯较厚时，所述管坯前端通过锥段过渡制成小直径，形成图1所示的阶梯形，与拉头1相配合(如图3所示)。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法中，当管坯较薄时，所述管坯前端切两个或两个以上三角形开口，直接压缩成图2所示的锥形，与锥形拉头1相配合(如图4所示)，锥形拉头1备有锁紧套11，以免管坯前端锥形松开。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法中，扩径时所述管坯前端置有挡板6(如图5和6所示)，以固定管坯的位置。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法中，所述管坯中间有扩径模7，扩径模7装在穿过管坯前端的拉杆5上，扩径模7通过拉杆5与拔管机连接，使拉杆5移动。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法中，所述扩径模7后也备有拉杆5(如图7和8所示)，以便扩径模退出管坯。

本发明提供的大尺寸无缝精密管材的制备方法的优点在于：本发明方法的坯料适应范围宽，能够满足中小批量大尺寸高精度管材的加工要求，对设备要求低、投入少、适应性强。

附图说明：

图1为厚壁管坯前端制成阶梯形(小直径)的样式图；

图2为薄壁管坯前端制成锥形的样式图；

图3为阶梯形管坯与拉头等工具组的连接示意图；

图4为锥形管坯与拉头等工具组的连接示意图；

图5为用阶梯形管坯进行减径的示意图；

图6为用锥形管坯进行减径的示意图；

图7为阶梯形前端的管坯进行扩径的示意图；

图8为锥形前端的管坯进行扩径的示意图。

具体实施方式：

实施例1

生产方法为：

①毛管下料及机械加工。经冶炼、锻造、热挤压等工序后的毛管，下料加工成管坯，毛管加工成由短锥段过度的阶梯形管坯，尾部D₁×d₁(L长段)，前端D₂×d₂(L1长段)和过度段(M长段)α角，并沿周钻均布4-d₃孔。制成阶梯形的目的，是为在拔制时，模具可将由管坯前端穿入孔内。

②管坯上四孔内穿销子2与拉头1连接：销子2主体为圆柱形，下端为螺纹，上端面开“一”字槽。销子2与孔间为间隙配合，便于安装；拉头1为阶梯轴，细端的两侧面铣平面并制成锯齿形，为拔管机钳口夹持用，粗端外径稍小于管坯内径d₂，并沿周加工均布四孔，孔上部为圆柱形、底部为螺纹，用来与销子2配合。在拔制时，拉头1受力，通过销子2将力传递给管坯的孔壁，从而带动管坯运动，完成拔制过程。

③减径。管坯的机械夹头穿过外模具内孔，拉头1伸入拔管机钳口内夹紧。拔管机通过夹头带动管坯运动，完成减径(空拔)。

④减径减壁(短芯头)拔制。将内模具(短芯头)4穿入管坯尾部，之后管坯的机械夹头穿过外模具3内孔，引入拔管机钳口内夹紧。拔管机通过夹头带动管坯运动，即完成减径减壁拔制。

⑤扩径拔制。将管坯前端顶在挡板6上，由尾部穿入拉杆5和扩径头7，拉杆5伸入拔管机钳口内并夹紧。拔管机通过拉杆5带动扩径模7运动，到达管坯前端(图1所示的M段)位置时停止，即完成扩径拔制。扩径模7直径大于前序内模具(短芯头)4直径。

⑥退扩径模。反向安装管坯，管坯尾部顶在挡板6上，将扩径模7另一侧的拉杆5伸入钳口内夹紧。以管坯尾端止推，开动拔管机即可退出扩径模7。扩径模7两端都连接拉杆5，一端为拉拔扩径模7用，另一端为退扩径模7用。

对毛管壁厚较小或经前工序加工至壁厚较小的情况，可进行如下工序：

⑦管坯切口。在管坯前端(L₂段)，切四个三角形开口，宽度b、长度L₂符合后工序要求。

⑧管坯在开口处压下，制成锥形(L₃段)，锥口尺寸d₄，锥角β。

⑨管坯上四孔内穿销子2连接拉头1。连接后，由锁紧套11紧固。拉头1为阶梯轴，其细端的两侧面铣成平面并制成锯齿形，为拔管机钳口夹持用；中间为螺纹段，为拧锁紧套11用，粗端为锥形段，锥角为β，并沿周钻四个均布孔，孔上部为圆柱形、底部为螺纹，用来与销子2配合。在拔制时，拉头1受力，通过销子2将力传递给管坯的孔壁，从而带动管坯运动，完成拔制过程。锁紧套11的作用是压住管坯前端(L₃段)四爪，防止其因受力张开。其后的减径、短芯头拔制方法与前述相同。

⑩扩径拔制。将管坯前端(L₃段)伸入锥形挡板6内定位，由尾部穿入拉杆5和扩径模7，拉杆5伸入拔管机钳口内并夹紧。拔管机带动扩径模7运动，到达管坯前端锥段位置时停止，即完成扩径拔制。扩径模7直径比前序内模具(短芯头)4直径大。其后的退扩径模与前述的相同。最后，切去管坯前端，经后处理等工序即为成品。

如图1所示，首先将待加工的管坯车削加工成阶梯状，S₂及D₁和D₂依需要确定，并在阶梯段言周钻四个均布孔，各尺寸设计计算如下：

$d_3\left(\mathrm{mm}\right):\frac{P}{{4s}_2\left[{\mathrm{\σ}}_P\right]}+2\≤d_3\≤\frac{1}{\sqrt{3}}\sqrt{(D_2+d_2)s_2-\frac{2P}{\mathrm{\π}\left[{\mathrm{\σ}}_s\right]}}+2;$

$l\left(\mathrm{mm}\right):l\≥\frac{P}{{8s}_2\left[\mathrm{\τ}\right]}+\frac{d_3}{2};$

式中：[τ]为铝合金的剪切强度；

α：α角应稍大于模具入口锥角，此处取15度。

拉拔前，将管坯与制造好的工具组连接。之后，按减径(空拔)及减径减壁(短芯头拔制)方法进行拔制。扩径时，拆卸下工具组，由管坯尾端穿入拉杆5和扩径模7，并由管坯前端引出拉杆，夹入拔机钳口中。管坯前端端面顶住挡板6，作为止推面进行扩径。扩径后，调转管坯，以尾部端面止推面拔出扩径模。

如图2所示，制锥形的管坯前端。首先，在管坯阶梯段四孔间隔处开四个三角形口，并做相应的压下，而使前端呈锥形，然后与机械夹头连接。其开口的长度为L₂，宽度b可依下式计算：

$b\left(\mathrm{mm}\right):b\≥1.1~1.2\left(\frac{\mathrm{\π}{L}_1\tan \mathrm{\β}}{2}\right)$

用此组夹具来完成后续的减径减壁(短芯头拔制)及扩径工序，与前面不同点在于：扩径时，其止推面为管坯的锥形部。

加工到规定尺寸后，切去阶梯或锥形部，进行适当的校直、成品热处理和表面处理等，即完成全部工序。

此方法，结合适当的中间退火和成品热处理工序，可以达到良好的尺寸精度和力学性能。

进行了铝合金大尺寸薄壁精密铝合金管材的加工。具体情况如下：

管子：(管坯)φ112×φ90×11—→(成品管)φ93×φ87×3

设备：20吨双链式拔机

工、模具准备：模具10件、短芯头(兼扩径头)3件、拉杆销钉组件2组及辅助板、杆件若干。

管坯各部分尺寸(mm)：D₁＝112，d₁＝90，D₂＝103，d₂＝83，d₃＝22，L₁＝83，l＝40，α＝15，β＝10°，b＝32。

试验精密铝合金管材加工工艺卡见表1。

试验精密铝合金管材性能见表2。

             表1试验精密铝合金管材加工工艺卡(单位：mm)

序	加工方法	外径	内径	壁厚	模具	短芯头	备注
								管		112	90	11
1	减径	110	88	11	110	——
								2	减径减壁	108	87.7	10.15	108	87.7
3	减径减壁	106	87.4	9.3	106	87.4	退火
								4	减径减壁	104	87	8.5	104	87
5	扩径	104.4	87.4	8.5	——		退火
								6	减径减壁	102	87	7.5	102		更换工具
7	扩径	102.4	87.4	7.5	——
								8	减径减壁	100	87	6.5	100
9	扩径	100.4	87.4	6.5	——		退火
								10	减径减壁	98	87	5.5	98
11	扩径	98.4	87.4	5.5	——		退火
								12	减径减壁	96	87	4.5	96
13	扩径	96.4	87.4	4.5	——		退火
								14	减径减壁	94.7	87	3.85	94.7
15	扩径	95	87.4	3.8	——		退火
								16	减径减壁	93	87	3	93

注：实验件成品长度为1.8米。

                       表2试验精密铝合金管材性能

项目

屈服强度б0.2(MPa)

抗拉强度бb(MPa)

延伸率A(％)

硬度HB

表面粗糙度Ra

圆度

直线度

384

508

20.8

120

Ra0.8

0.08

0.10mm/m

Claims (10)

1、一种大尺寸无缝精密管材的制备方法，在拔管机上，采用拉制方式制备，其特征在于：所述管坯前端为开式结构，采用减径、扩径结合的管材制备工艺。

2、按照权利要求1所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：管坯先进行扩径，再进行减壁减径。

3、按照权利要求1或2所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：减径时所述管坯前端通过拉头与拔管机机械式连接。

4、按照权利要求3所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：所述管坯前端制有孔，用销子与拉头连接。

5、按照权利要求4所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：所述销子和孔的数量优选为4个，销子的前部有螺纹，与拉头配合。

6、按照权利要求3所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：当管坯较厚时，所述管坯前端通过锥段过渡制成小直径。

7、按照权利要求3所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：当管坯较薄时，所述管坯前端切两个或两个以上三角形开口，直接压缩成锥形，与锥形拉头相配合，锥形拉头备有锁紧套。

8、按照权利要求1或2所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：扩径时所述管坯前端置有挡板。

9、按照权利要求8所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：所述管坯中间穿有拉杆，拉杆上装有扩径模，拉杆与拔管机连接。

10、按照权利要求9所述的大尺寸无缝精密管材的制备方法，其特征在于：所述扩径模后也备有拉杆。

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