專利名稱：管材拉伸中施加后張力的裝置及帶后張力的拉伸工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬管材拉伸成型的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及管材在拉伸過程施加后張力的設備及帶后張力的拉伸工藝。
在現(xiàn)有管材拉伸技術(shù)中尚無有意識地施加后張力的拉伸工藝，對于大量的各種金屬管材的直管拉伸或是某些特定的例如圓盤狀鋼管拉伸，世界各國的工程技術(shù)人員都只是循著一種傳統(tǒng)的方式即在要求變形的管材前端施加一定的拉伸力，讓坯料通過拉伸模變形以獲得所需的產(chǎn)品。對于某種拉伸形式，也存在著事實上的后張力。例如采用二?；蚨嗄＿B拉，即讓變形管材連續(xù)通過前后二個模子，第一套模子造成一定的變形，緊跟著的第二套模子在此基礎(chǔ)上又產(chǎn)生一定的變形，這種拉伸方式，第一套模子的變形力就成了第二套模子事實上的后張力。這種拉伸方式并不是為了到得后張力而采用二?；蚨嗄＿B拉，而且后張力不可調(diào)節(jié)，對于前道變形模來說也不存在后張力，所以不是一種帶后張力的拉伸工藝。再如引進的倒立式圓盤拉伸機，在拉伸盤管時讓坯料管通過一組校置輪校直后進入拉伸模變形，要讓圓盤狀的管子通過一組校直輪變成直管是需要一定的變形力的。對于通過模子變形的管材而言，這一組校直輪施加的變形力就構(gòu)成事實上的后張力。但一則無意識的施加該張力，二則該力大小不可調(diào)或是僅調(diào)正到將盤管校直為止，三則對稍細的管材校直已不起作用即張力無從加上，所以傳統(tǒng)的盤管拉伸機不能以施加后張力調(diào)整正拉伸工藝獲得更好的拉伸產(chǎn)品。
現(xiàn)有的管材拉伸的工藝為先將坯管制頭，再將制好頭的坯管送入鉗口，經(jīng)鉗口氣缸推動壓緊板咬料，然后啟動拉伸盤轉(zhuǎn)動，使坯管通過模子芯頭，產(chǎn)生塑性變形，并使坯管外徑逐漸減小，壁厚逐漸變薄，最后拉伸至成品，以游動芯頭拉伸為例，芯頭分為三個部分1、定徑圓柱部分；2、圓錐部分；3、后圓柱部分。拉伸變形區(qū)可分成四段減徑段，在此段內(nèi)由于管內(nèi)壁和芯頭不接觸，管材只實現(xiàn)減徑，其壁厚一般皆增加；減壁段，在此段管材內(nèi)壁與芯頭錐面接觸而使其壁厚又減薄到原始厚度；定徑段，在此段內(nèi)管材完成減徑和減壁；精整段，在此段完成定徑和定壁厚。在此典型過程中，當坯料管接觸到外模，而內(nèi)壁和芯頭不接觸時處于一彈性變形階段。此變形結(jié)果使管壁增厚，也即當芯頭和內(nèi)壁接觸進入塑性變形時，毛坯管的實際壁厚已超過進口時的尺寸，由此相應的實際延伸系數(shù)也大于計算的拉伸前后斷面積之比。
本發(fā)明的目的在于提供一種在管材拉伸中施加后張力的裝置及帶后張力的拉伸工藝，采用該后張力裝置的拉伸工藝可獲得更好的拉伸產(chǎn)品。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的管材拉伸變形中施加后張力的裝置，其特征在于箱體內(nèi)裝有前、后二框架，各框架中裝有二組張力輪，在箱體的前框架內(nèi)可安裝6-10個張力輪，在箱體的后框架內(nèi)可安裝5-9個張力輪，張力輪分2-5個為一組；各框架中固裝有二組拉桿，二組拉桿間裝有連接板，連接板與浮動油缸一端相連，該浮動油缸與油缸滑套為滑動連接，油缸活塞桿前端與框架固聯(lián)；兩框架通過連接銷軸相聯(lián)，各連接銷軸在上端和下端各裝有二導向連接桿，連接銷軸、導向銷軸均安裝在箱體的滑移槽內(nèi)，由導向連接桿、導向軸銷、連接軸銷在框架上、下端各構(gòu)成一組四連桿機構(gòu)。
管材拉伸中帶后張力拉伸的工藝，其特征在于先將坯管制頭，再將制好頭的坯管從張力裝置箱體內(nèi)的二組張力輪間穿過送入鉗口，經(jīng)鉗口氣缸推動壓緊板咬料，然后啟動拉伸盤轉(zhuǎn)動，鉗口隨拉伸盤轉(zhuǎn)動，迫使坯管通過模子芯頭產(chǎn)生塑性變形，當坯管拉出2-8米緊貼在旋轉(zhuǎn)拉伸盤上時，若管徑大于φ20mm，由后組張力輪通過浮動油缸進油上壓、頂推，一框架向拉制中心線前進，另一框架通過拉桿連接板反向朝拉制中心前進，后組張力輪均勻地將坯管壓緊并持續(xù)施以1-6MPa的壓力，坯管被張力輪施加的后張力產(chǎn)生彈性變形，并通過模子芯頭產(chǎn)生塑性變形，使坯管外徑逐漸減小，壁厚逐漸變薄，最后拉伸至成品；若管徑小于φ20mm，由后組張力輪通過浮動油缸的推動，向拉伸中心靠攏，將坯管輕輕壓住，不施加壓力，前組張力輪通過相應的浮動油缸將二組框架朝拉制中心前進，均勻地將坯料壓緊并持續(xù)施以0.5-3MPa的壓力，坯管被前張力輪施加后張力產(chǎn)生彈性變形，通過模子芯頭產(chǎn)生塑性變形，使坯管外徑逐漸減小，壁厚逐漸變薄，最后拉伸至成品。
本拉伸工藝與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、在坯管尾端施加一反向拉力也即給予一定的后張力，則坯管變形將遵循一種新的模式，在施加的后張力小于坯料彈性極限時，現(xiàn)有工藝中的彈性變形區(qū)減小，再加大后張力，超過坯料的彈性極限后，入口端彈性變形區(qū)完全消失。同時徑向應力和摩擦應力減小。也即一定大小的后張力可使坯料作用于模壁上的壓力減小，也使模座的反作用力減小，坯管與拉模變形區(qū)接觸表面的摩擦力取決于模壁壓力(正壓力)，隨著后張力加大，模壁壓力下降，故摩擦力也減小，模壁壓力減小也使拉模的彈性變形減小，同時拉模的溫升和熱膨漲減小；2、合理的后張力使拉制力軸線與?？字行木€重合。消除了拉模的非對稱性不均勻磨損，摩擦力減小也有利于減輕拉模入口環(huán)形溝槽和平均磨損，增加拉模使用壽命；合理的后張力使產(chǎn)品表面層與中心層的變形程度差值減小，組織和性能較均勻，因而殘余應力??；合理的后張力還將改善管材內(nèi)潤滑狀況；3、在直管拉伸變形過程中，有無后張力的區(qū)別主要如上述。對盤管拉伸，當坯料管以原有的彎曲形態(tài)進入?？跁r，坯料管將對外模施加一定的壓力，其方向指向曲率中心，由于該附加應力存在將造成變形過程不均勻以及芯頭及外模磨損不均勻，在較好的盤拉設備中，借助于一組校直輥將此彎管基本較直以避免不必要的徑向力帶入模口變形區(qū)，但對于不可調(diào)節(jié)的校直輥只能調(diào)節(jié)開口度大小不能沿拉伸中心調(diào)整校直力而上一道的彎曲變形蓄留的變形能仍將會在校直后或多或少保留下來并進入?？谧冃螀^(qū)，這也是在同樣的條件下盤管拉伸不如直管拉伸的壁厚公差好的原因。而當施加一可圍繞拉制中心調(diào)節(jié)的后張力時，由于張力始終按拉制中心均勻的施加在坯料管上，確保坯料管在被迫釋放彎曲的勢能后平穩(wěn)地進入?？谧冃?，這樣就可以更大的變形量更優(yōu)的壁厚公差生產(chǎn)出高質(zhì)量的各種金屬管材。


圖1為本發(fā)明的施加后張力裝置的結(jié)構(gòu)示意2為圖1中的A-A向視3為圖2中的B向視圖中張力輪松開時四連桿機構(gòu)所處的位置示意4為圖2中的B向視圖中張力輪壓緊時四連桿機構(gòu)的位置示意5為圖1加裝拉伸裝置的示意6為在盤管拉伸機上加裝施加后張力裝置的示意圖下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述并給出實施例本施加后張力裝置與現(xiàn)有的拉伸裝置相配合，拉伸模12裝在拉伸模座9中，拉伸模座9由模座擺動銷11和模座回轉(zhuǎn)支架10連接，模座回轉(zhuǎn)支架10由可水平回轉(zhuǎn)的立軸支承，該立軸通過軸承和提升模架18固定聯(lián)接，提升模架18為倒立式盤管拉伸機的基本運動部件，拉伸模座既可繞立軸在水平方向回轉(zhuǎn)一定角度，又可繞擺動銷在垂直范圍內(nèi)前傾，以確保拉伸變形的順利進行，本裝置區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)為張力裝置的結(jié)構(gòu)為箱體8固聯(lián)在提升模架上，箱體8內(nèi)裝有前后二框架2，各框架2中裝有二組張力輪6，在箱體的前框架內(nèi)可安裝6-10個張力輪6，在箱體的后框架內(nèi)可安裝5-9個張力輪，張力輪分2-5個為一組。本實施例在箱體的前框架內(nèi)上安裝8個張力輪，分為二組、每組4個張力輪；在箱體的后框架內(nèi)共安裝5個張力輪，也分為二組，一組為3個，另一組為2個呈交叉排列狀；各框架中固裝有二拉桿1，二拉桿1間裝有連接板3，在連接板3上裝有浮動油缸5，該浮動油缸5與油缸滑套4為滑動連接，浮動油缸活塞桿前端與框架固聯(lián)；兩框架通過連接銷軸15固聯(lián)，各連接銷軸15在上端和下端各裝有二導向連接桿13，連接銷軸15、導向銷軸14均安裝在箱體的滑移槽內(nèi)，即在框架上部和下部各有一組導向銷軸，連接銷軸的兩端由軸承定位在箱體的滑移槽中，導向銷軸安裝在沿拉制中心線布置的箱體滑移槽內(nèi)，由導向連接桿13、導向銷軸14、連接銷軸15在框架上、下端各構(gòu)成一組四連桿機構(gòu)。本張力裝置中的后框架內(nèi)安裝的5個張力輪相當于一般的校正輪，輪接觸面為一圓弧槽，半徑一般以工藝規(guī)定的允許最大拉伸坯管半徑的1-1.2倍定，圓弧太大，接觸面太小，對小規(guī)格的坯料難控制；圓弧太小，大坯料管無法夾，也可用V型槽的張力輪，但張力較難控制，交叉的5個張力輪在可相對升降的可操作空間顯得很緊湊。如用7輪或9輪也可，但安裝空間太大，影響機構(gòu)的制造、安裝及操作，用3輪難以控制后張力。
當坯管在φ20-φ50之間時可利用這一組張力輪施加一定的后張力進行拉伸，當管坯繼續(xù)減徑到φ20以下時，用此方式已難以繼續(xù)得到適當?shù)暮髲埩?，因為此時管坯可被交叉排列的張力輥壓得變形太大，對一定大的管徑旋加的后張力可由坯管的變形抗力來決定，超過一定的彎曲變形時就要按另一種方式施加后張力，也即本實施例的框架前端部分，前端張力輪共8個，輪表面圓弧槽的曲率半徑可保證讓φ20-φ10的坯管緊緊地被壓的槽內(nèi)而不至于產(chǎn)生過大變形，兩兩相對的張力輪，相對拉伸中心移位時將細管壓緊并產(chǎn)生一定的橢圓變形，由此產(chǎn)生一反向拉力。前端中的張力輪的動作原理及控制方式同上述的后框架中的張力輪相同。本實用新型中前端張力輪用了4對共8個，也可用3-5對，即6-10個輪，再多則安裝制造都很困難，也無工藝上的必要。
前后框架中的二組張力輪分別由二組浮動油缸控制，壓力油取自液壓系統(tǒng)，經(jīng)比例減壓伐按不同的拉伸道次調(diào)節(jié)壓力，整套施加后張力的裝置通過四連桿機構(gòu)確保張力沿拉模中心線施加。因模座在不同管徑時擺動造成的微小中心偏移可不作考慮。
實施例按以上所述的管材拉伸變形中施加張力的裝置及帶后張力的拉伸工藝，在1.8M倒立式盤管拉伸機上加裝了一套施加后張力的裝置，如圖5拉伸盤19由主電機7驅(qū)動回轉(zhuǎn)，拉伸盤19和主電機7安裝在主框架22上，由鉗臂20鉗住已制頭的坯管17，繞軸轉(zhuǎn)動，將坯料管通過模子拉出，坯管放在模子后端的放料盤16上，料盤以一定速度跟蹤主盤轉(zhuǎn)動，坯管12通過后張力裝置獲得必要的后張力，進入模子變形以成品形式出口繞在拉伸盤上，最終落在收料盤21上。
對不同的坯料管選擇不同的施加后張力的方式及給予不同大小的后張力可以獲得滿意的產(chǎn)品。
在這臺設備上利用后張力拉制的一些成品的工藝方法及表現(xiàn)出的不同的品質(zhì)可舉些典型的例子。
1、做空調(diào)用管。由φ40×2直到φ9.52×0.35，常規(guī)做法是十個道次，現(xiàn)以下列工藝進行。
將φ40×2.0的軋制坯管盤成約2.2m直徑的盤狀，放入放料盤17中，在盤管一端放入游動芯頭，注入內(nèi)潤滑油，經(jīng)打頭機將管端打成小而實的咬入段，以便鉗口咬住，將已制好頭的坯料管從張力箱體中心穿過，通過外模，露出咬入段，將鉗臂20從拉伸盤中伸出，拉伸盤回轉(zhuǎn)至拉伸位，此時可將鉗臂端頭的鉗口套在坯管咬入段，鉗口夾緊，啟動主電機，拉伸盤繞軸緩慢旋轉(zhuǎn)，鉗口咬住坯管端部，將坯管從拉伸模中拉出，待拉出的坯管纏繞至拉伸盤上時將后端張力輪夾緊，此時道次輸入顯示為1，即第一道次，該道次油壓為6Mpa，壓力可在現(xiàn)場視制品情況調(diào)正并輸入PC以控制比例減壓伐，加上后張力后拉伸盤開始增速，提升模架爬升，提升模架升至拉伸盤最高點，接近壓料盤時停止，此時，回轉(zhuǎn)模座鎖定(不再允許擺動)，拉伸盤進入正常運轉(zhuǎn)。在拉伸全過程，浮動油缸始終以道次整定的壓力工作即油缸進油伐不關(guān)閉，以確保后張力恒定。
拉伸結(jié)束，第一道次的成品管落在收料盤中，以待下一道次拉伸。
該道次成品規(guī)格為φ33×1.54，λ＝1.565，λ為延伸系數(shù)，即位伸前后管材斷面積之比，λ越大說明變形越大。
重復上述拉伸過程，一共進行8個道次的拉伸。
每個道次拉伸前在道次選擇開關(guān)上，輸入不同的道次系數(shù)，相應的PC將控制比例減壓伐輸出不同的壓力，數(shù)據(jù)如下1--4-6Mpa2--3-5Mpa3--2-5Mpa4--1-2Mpa5--1-3Mpa6--1-3Mpa7--＜1Mpa8--＜1Mpa其中1-4道次選用后端張力輪施加后張力，5-8次選用前端張力輪前端張力輪的浮動油缸有效截面約為后端張力輪浮動油缸的0.4倍。
2-8道次的工藝安排如下φ33×1.54(λ＝1.569)→φ27×1.20(λ＝1.565)→φ22.5×0.95(λ＝1.512)→φ19×0.76(λ＝1.477)→φ15.8×0.61(λ＝1.496)→φ13×0.50(λ＝1.459)→φ11.15×0.42(λ＝1.409)→φ9.52×0.35(λ＝1.404)2、做φ25×1.5成品管。常規(guī)工藝為φ40×2.5→φ34×2.15→φ29×1.85→φ25×1.5加上較大的后張力，該成品以φ40×2.5→φ31.75×1.85→φ25×1.5工藝進行拉伸。
3、同樣拉制φ25×1.5兩根成品，一根加后張力，一根不加，由成品管除外觀顯現(xiàn)出拉伸變形大小不一外，對成品尺寸測量，加后張力壁厚為1.53最大，1.46最小，而不加后張力為1.6最大，1.44最小。加后張力的成品管壁厚相對公差小，且尺寸偏下公差。
4、一根φ25×1.5成品管拉制過程中，后部失去了后張力，即前端有后張力拉制后端沒有。取前后兩端檢測，加后張力的管材平均壁厚1.48，不加后張力的超過1.50，在多道次拉制的工藝中，如累積幾個道次壁厚及公稱尺寸偏大，最終將無法繼續(xù)下道次的拉伸。
權(quán)利要求
1.管材拉伸變形中施加后張力的裝置，其特征在于箱體內(nèi)裝有前、后二框架，各框架中裝有二組張力輪，在箱體的前框架內(nèi)可安裝6-10個張力輪，在箱體的后框架內(nèi)可安裝5-9個張力輪，張力輪分2-5個為一組；各框架中固裝有二組拉桿，二組拉桿間裝有連接板，連接板與浮動油缸一端相連，浮動油缸與油缸滑套為滑動連接，油缸活塞桿前端與框架固聯(lián)；兩框架通過連接銷軸固聯(lián)，各連接銷軸在上端和下端各裝有二導向連接桿，連接銷軸、導向銷軸均安裝在箱體的滑移槽內(nèi)，由導向連接桿、導向軸銷、連接軸銷在框架上、下端各構(gòu)成一組四連桿機構(gòu)。
2.按權(quán)利要求1所述的管材拉伸變形中施加后張力的裝置，其特征在于連接銷軸的兩端由軸承定位在箱體的滑移槽中，導向銷軸安裝在沿拉制中心線布置的滑移槽內(nèi)。
3.按權(quán)利要求1所述的管材拉伸中帶后張力拉伸的工藝，其特征在于先將坯管制頭，再將制好頭的坯管從張力裝置箱體內(nèi)的二組張力輪間穿過送入鉗口，經(jīng)鉗口氣缸推動壓緊板膠料，然后啟動拉伸盤轉(zhuǎn)動，鉗口隨拉伸盤轉(zhuǎn)動，迫使坯管通過模子芯頭產(chǎn)生塑性變形，當坯管拉出2-8米緊貼在旋轉(zhuǎn)拉伸盤上時，若管徑大于φ20mm，由后組張力輪通過浮動油缸進油上壓、頂推，一框架向拉制中心線前進，另一框架通過拉桿連接板反向朝拉制中心前進，前后兩組張力輪均勻地將坯管壓緊并持續(xù)施以1-6MPa的壓力，坯管被張力輪施加的后張力產(chǎn)生彈性變形，并通過模子芯頭產(chǎn)生塑性變形，使坯管外徑逐漸減小，壁原逐漸變薄，最后拉伸至成品；若管徑小于φ20mm，由后組張力輪通過浮動油缸的推動，向拉伸中心靠攏，將坯管輕輕壓住，不施加壓力，前組張力輪通過相應的浮動油缸將二組框架朝拉制中心前進，均勻地將坯管壓緊并持續(xù)施以0.5-3MPa的壓力，坯管被張力輪施加后張力產(chǎn)生彈性變形，通過模子芯頭產(chǎn)生塑性變形，使坯管外徑逐漸減小，壁厚逐漸變薄，最后拉伸至成品。
全文摘要
本發(fā)明公開了管材拉伸變形中施加后張力的裝置及帶后張力的拉伸工藝,后張力裝置的特征為:箱體內(nèi)裝有前、后二框架,各框架中裝有二組張力輪,在箱體的前框架內(nèi)可安裝6—10個張力輪,在箱體的后框架內(nèi)可安裝5—9個張力輪,張力輪分2—5為一組,用浮動油缸加壓。采用加后張力裝置的拉伸工藝可用大延伸率進行金屬拉伸變形,可大大提高壁厚均勻度,可增加拉伸模子使用壽命,改善管材內(nèi)潤滑狀況,可獲得高質(zhì)量的各種金屬管材。
文檔編號B21C1/22GK1249968SQ9812193
公開日2000年4月12日 申請日期1998年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月7日
發(fā)明者王曉邦 申請人:王曉邦