專利名稱：一種大尺寸無縫精密管材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大尺寸無縫精密管材的制備方法。
背景技術(shù)：
大尺寸無縫精密管材的制備方法，通?？紤]的生產(chǎn)方法是旋壓、軋制和拉拔方法。旋壓方法為點(diǎn)接觸式加工，材料加工過程中受力狀態(tài)不好，加工部位應(yīng)力集中，對精密管材的加工不適用。
軋制方法多用于黑色金屬管材的大批量生產(chǎn)，對有色金屬大直徑管材的小批量加工多不采用。
拉拔方法時(shí)，將制封閉式夾頭的管坯的前端穿過模具，伸入到拔管機(jī)鉗口中夾緊，然后拔管機(jī)拉動(dòng)管坯通過模孔，完成管材的一道次加工。同時(shí)，在管坯與成品管之間必須有足夠的直徑差，以保證每道次的減徑量。以上兩點(diǎn)對大直徑管都不易做到在制作夾頭方面，由于管坯直徑大，壁厚，直接在管坯上夾頭的變形量大，抗力強(qiáng)，因而極易開裂；而為使其不開裂，就必須使夾頭很長，材料損失較多，對焊接性能不好的材料又不適合采用焊接的方式制作夾頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以中小批量生產(chǎn)，高精度無縫精密大直徑管材的加工方法。
本發(fā)明方法提供了一種大尺寸無縫精密管材的制備方法，在拔管機(jī)上，采用拉制方式制備，其特征在于所述管坯前端為開式結(jié)構(gòu)，即管坯前端只減徑，不閉住，以便將工模具從管坯前端送入；采用減徑、擴(kuò)徑結(jié)合的管材制備工藝。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法中，可以將管坯先進(jìn)行擴(kuò)徑，再進(jìn)行減壁減徑；以達(dá)到小減徑、大減壁的效果，實(shí)現(xiàn)小規(guī)格管坯制備大直徑管材的目的。。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法中，當(dāng)減徑時(shí)所述管坯前端與拉頭1機(jī)械式連接，拉頭1伸入拔管機(jī)鉗口中夾緊，由拔管機(jī)通過拉頭1使管坯移動(dòng)。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法中，所述管坯前端制有孔，用銷子2與拉頭1連接，使管坯與拉頭1固為一體。孔徑按如下尺寸計(jì)算(如圖1)d3(mm):P4s2[σP]+2≤d3≤13(D2+d2)s2-2Pπ[σs]+2;]]>式中d3為機(jī)械連接孔直徑，P為工藝最大拉拔力，可按手冊上推薦公式估算；[σP]為按抗拉強(qiáng)度計(jì)算的鋁合金擠壓強(qiáng)度；[σS]為鋁合金的屈服強(qiáng)度；D2為管坯小端的外徑；d2為管坯小端的內(nèi)徑；S2為管坯壁厚。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法中，當(dāng)管坯較厚時(shí)，所述管坯前端通過錐段過渡制成小直徑，形成圖1所示的階梯形，與拉頭1相配合(如圖3所示)。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法中，當(dāng)管坯較薄時(shí)，所述管坯前端切兩個(gè)或兩個(gè)以上三角形開口，直接壓縮成圖2所示的錐形，與錐形拉頭1相配合(如圖4所示)，錐形拉頭1備有鎖緊套11，以免管坯前端錐形松開。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法中，擴(kuò)徑時(shí)所述管坯前端置有擋板6(如圖5和6所示)，以固定管坯的位置。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法中，所述管坯中間有擴(kuò)徑模7，擴(kuò)徑模7裝在穿過管坯前端的拉桿5上，擴(kuò)徑模7通過拉桿5與拔管機(jī)連接，使拉桿5移動(dòng)。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法中，所述擴(kuò)徑模7后也備有拉桿5(如圖7和8所示)，以便擴(kuò)徑模退出管坯。
本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明方法的坯料適應(yīng)范圍寬，能夠滿足中小批量大尺寸高精度管材的加工要求，對設(shè)備要求低、投入少、適應(yīng)性強(qiáng)。


圖1為厚壁管坯前端制成階梯形(小直徑)的樣式圖；圖2為薄壁管坯前端制成錐形的樣式圖；圖3為階梯形管坯與拉頭等工具組的連接示意圖；圖4為錐形管坯與拉頭等工具組的連接示意圖；圖5為用階梯形管坯進(jìn)行減徑的示意圖；圖6為用錐形管坯進(jìn)行減徑的示意圖；
圖7為階梯形前端的管坯進(jìn)行擴(kuò)徑的示意圖；圖8為錐形前端的管坯進(jìn)行擴(kuò)徑的示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1生產(chǎn)方法為①毛管下料及機(jī)械加工。經(jīng)冶煉、鍛造、熱擠壓等工序后的毛管，下料加工成管坯，毛管加工成由短錐段過度的階梯形管坯，尾部D1×d1(L長段)，前端D2×d2(L1長段)和過度段(M長段)α角，并沿周鉆均布4-d3孔。制成階梯形的目的，是為在拔制時(shí)，模具可將由管坯前端穿入孔內(nèi)。
②管坯上四孔內(nèi)穿銷子2與拉頭1連接銷子2主體為圓柱形，下端為螺紋，上端面開“一”字槽。銷子2與孔間為間隙配合，便于安裝；拉頭1為階梯軸，細(xì)端的兩側(cè)面銑平面并制成鋸齒形，為拔管機(jī)鉗口夾持用，粗端外徑稍小于管坯內(nèi)徑d2，并沿周加工均布四孔，孔上部為圓柱形、底部為螺紋，用來與銷子2配合。在拔制時(shí)，拉頭1受力，通過銷子2將力傳遞給管坯的孔壁，從而帶動(dòng)管坯運(yùn)動(dòng)，完成拔制過程。
③減徑。管坯的機(jī)械夾頭穿過外模具內(nèi)孔，拉頭1伸入拔管機(jī)鉗口內(nèi)夾緊。拔管機(jī)通過夾頭帶動(dòng)管坯運(yùn)動(dòng)，完成減徑(空拔)。
④減徑減壁(短芯頭)拔制。將內(nèi)模具(短芯頭)4穿入管坯尾部，之后管坯的機(jī)械夾頭穿過外模具3內(nèi)孔，引入拔管機(jī)鉗口內(nèi)夾緊。拔管機(jī)通過夾頭帶動(dòng)管坯運(yùn)動(dòng)，即完成減徑減壁拔制。
⑤擴(kuò)徑拔制。將管坯前端頂在擋板6上，由尾部穿入拉桿5和擴(kuò)徑頭7，拉桿5伸入拔管機(jī)鉗口內(nèi)并夾緊。拔管機(jī)通過拉桿5帶動(dòng)擴(kuò)徑模7運(yùn)動(dòng)，到達(dá)管坯前端(圖1所示的M段)位置時(shí)停止，即完成擴(kuò)徑拔制。擴(kuò)徑模7直徑大于前序內(nèi)模具(短芯頭)4直徑。
⑥退擴(kuò)徑模。反向安裝管坯，管坯尾部頂在擋板6上，將擴(kuò)徑模7另一側(cè)的拉桿5伸入鉗口內(nèi)夾緊。以管坯尾端止推，開動(dòng)拔管機(jī)即可退出擴(kuò)徑模7。擴(kuò)徑模7兩端都連接拉桿5，一端為拉拔擴(kuò)徑模7用，另一端為退擴(kuò)徑模7用。
對毛管壁厚較小或經(jīng)前工序加工至壁厚較小的情況，可進(jìn)行如下工序⑦管坯切口。在管坯前端(L2段)，切四個(gè)三角形開口，寬度b、長度L2符合后工序要求。
⑧管坯在開口處壓下，制成錐形(L3段)，錐口尺寸d4，錐角β。
⑨管坯上四孔內(nèi)穿銷子2連接拉頭1。連接后，由鎖緊套11緊固。拉頭1為階梯軸，其細(xì)端的兩側(cè)面銑成平面并制成鋸齒形，為拔管機(jī)鉗口夾持用；中間為螺紋段，為擰鎖緊套11用，粗端為錐形段，錐角為β，并沿周鉆四個(gè)均布孔，孔上部為圓柱形、底部為螺紋，用來與銷子2配合。在拔制時(shí)，拉頭1受力，通過銷子2將力傳遞給管坯的孔壁，從而帶動(dòng)管坯運(yùn)動(dòng)，完成拔制過程。鎖緊套11的作用是壓住管坯前端(L3段)四爪，防止其因受力張開。其后的減徑、短芯頭拔制方法與前述相同。
⑩擴(kuò)徑拔制。將管坯前端(L3段)伸入錐形擋板6內(nèi)定位，由尾部穿入拉桿5和擴(kuò)徑模7，拉桿5伸入拔管機(jī)鉗口內(nèi)并夾緊。拔管機(jī)帶動(dòng)擴(kuò)徑模7運(yùn)動(dòng)，到達(dá)管坯前端錐段位置時(shí)停止，即完成擴(kuò)徑拔制。擴(kuò)徑模7直徑比前序內(nèi)模具(短芯頭)4直徑大。其后的退擴(kuò)徑模與前述的相同。最后，切去管坯前端，經(jīng)后處理等工序即為成品。
如圖1所示，首先將待加工的管坯車削加工成階梯狀，S2及D1和D2依需要確定，并在階梯段言周鉆四個(gè)均布孔，各尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算如下d3(mm):P4s2[σP]+2≤d3≤13(D2+d2)s2-2Pπ[σs]+2;]]>l(mm):l≥P8s2[τ]+d32;]]>式中[τ]為鋁合金的剪切強(qiáng)度；αα角應(yīng)稍大于模具入口錐角，此處取15度。
拉拔前，將管坯與制造好的工具組連接。之后，按減徑(空拔)及減徑減壁(短芯頭拔制)方法進(jìn)行拔制。擴(kuò)徑時(shí)，拆卸下工具組，由管坯尾端穿入拉桿5和擴(kuò)徑模7，并由管坯前端引出拉桿，夾入拔機(jī)鉗口中。管坯前端端面頂住擋板6，作為止推面進(jìn)行擴(kuò)徑。擴(kuò)徑后，調(diào)轉(zhuǎn)管坯，以尾部端面止推面拔出擴(kuò)徑模。
如圖2所示，制錐形的管坯前端。首先，在管坯階梯段四孔間隔處開四個(gè)三角形口，并做相應(yīng)的壓下，而使前端呈錐形，然后與機(jī)械夾頭連接。其開口的長度為L2，寬度b可依下式計(jì)算b(mm):b≥1.1~1.2(πL1tanβ2)]]>用此組夾具來完成后續(xù)的減徑減壁(短芯頭拔制)及擴(kuò)徑工序，與前面不同點(diǎn)在于擴(kuò)徑時(shí)，其止推面為管坯的錐形部。
加工到規(guī)定尺寸后，切去階梯或錐形部，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｖ薄⒊善窡崽幚砗捅砻嫣幚淼?，即完成全部工序?br> 此方法，結(jié)合適當(dāng)?shù)闹虚g退火和成品熱處理工序，可以達(dá)到良好的尺寸精度和力學(xué)性能。
進(jìn)行了鋁合金大尺寸薄壁精密鋁合金管材的加工。具體情況如下管子(管坯)φ112×φ90×11—→(成品管)φ93×φ87×3設(shè)備20噸雙鏈?zhǔn)桨螜C(jī)工、模具準(zhǔn)備模具10件、短芯頭(兼擴(kuò)徑頭)3件、拉桿銷釘組件2組及輔助板、桿件若干。
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。
試驗(yàn)精密鋁合金管材加工工藝卡見表1。
試驗(yàn)精密鋁合金管材性能見表2。
表1試驗(yàn)精密鋁合金管材加工工藝卡(單位mm)

注實(shí)驗(yàn)件成品長度為1.8米。
表2試驗(yàn)精密鋁合金管材性能


權(quán)利要求
1.一種大尺寸無縫精密管材的制備方法，在拔管機(jī)上，采用拉制方式制備，其特征在于所述管坯前端為開式結(jié)構(gòu)，采用減徑、擴(kuò)徑結(jié)合的管材制備工藝。
2.按照權(quán)利要求1所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于管坯先進(jìn)行擴(kuò)徑，再進(jìn)行減壁減徑。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于減徑時(shí)所述管坯前端通過拉頭與拔管機(jī)機(jī)械式連接。
4.按照權(quán)利要求3所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于所述管坯前端制有孔，用銷子與拉頭連接。
5.按照權(quán)利要求4所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于所述銷子和孔的數(shù)量優(yōu)選為4個(gè)，銷子的前部有螺紋，與拉頭配合。
6.按照權(quán)利要求3所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于當(dāng)管坯較厚時(shí)，所述管坯前端通過錐段過渡制成小直徑。
7.按照權(quán)利要求3所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于當(dāng)管坯較薄時(shí)，所述管坯前端切兩個(gè)或兩個(gè)以上三角形開口，直接壓縮成錐形，與錐形拉頭相配合，錐形拉頭備有鎖緊套。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于擴(kuò)徑時(shí)所述管坯前端置有擋板。
9.按照權(quán)利要求8所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于所述管坯中間穿有拉桿，拉桿上裝有擴(kuò)徑模，拉桿與拔管機(jī)連接。
10.按照權(quán)利要求9所述的大尺寸無縫精密管材的制備方法，其特征在于所述擴(kuò)徑模后也備有拉桿。
全文摘要
本發(fā)明方法提供了一種大尺寸無縫精密管材的制備方法，在拔管機(jī)上，采用拉制方式制備，其特征在于所述管坯前端為開式結(jié)構(gòu)，采用減徑、擴(kuò)徑結(jié)合的管材制備工藝；以便從管坯前端送入工模具。本發(fā)明提供的大尺寸無縫精密管材的制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明方法的坯料適應(yīng)范圍寬，能夠滿足中小批量大尺寸高精度管材的加工要求，對設(shè)備要求低、投入少、適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號B21C1/22GK1796017SQ20041010045
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者張振, 蘇國躍 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所