專利名稱：一種金屬錐形管無模拉拔成形工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬熱加工領域，涉及一種變截面金屬管件的成形方法，特別提供了一種金屬錐形管無模拉拔成形工藝，可用于不銹鋼、碳鋼、合金鋼、鋁合金、銅合金、鈦合金等錐形管的成形。
背景技術：
隨著經濟和社會的發展，機械制造、石油、化工、能源、海洋、城市建設等領域對金屬錐形管的需求量越來越大，采用錐形管可以實現結構優化設計，達到節省材料和減輕構件重量等目的。
目前金屬錐形管的加工方法主要有焊接、變截面有模拉拔、變截面擠壓、推拔法等。焊接法是根據成品錐形管的強度和尺寸要求，選擇不同厚度的板材，并將板材加工成梯形，然后巻曲，焊接成形。該工藝成形的錐形管存在焊縫，整體美觀性較差，具有工藝復雜、材料浪費大、設備投資大、成本高等缺點；此外，由于焊接區域需要有一定的厚度，且板材巻曲時半徑不能太小，因而難以生產壁薄或直徑小的錐形管。變截面有模拉拔、變截面擠壓、推拔法都是采用模具成形的方法[王素芬.推拔式無縫錐形管[P].中國實用新型專利，授權號ZL200620168317.7，授權日2008-02-06]，對大直徑薄壁管材的加工很困難，并且使用模具，生產成本較高；另外，受模具的限制，在生產細長件時也有局限性。
無模拉拔是一種不采用模具而進行金屬成形的柔性近終成形技術，克服了其他加工方法流程長、成本高、單道次變形量小等缺點，具有設備規模小、生產靈活性高，易于實現自動控制等優點[黃貞益，王萍，孔維斌，等.無模拉伸工藝及發展[J].華東冶金學院學報，2000，17 (2): 118~120]。
無模拉拔分為非連續式和連續式兩種(見圖1~3)。非連續式無模拉拔的特點是坯料一端固定，另一端以一定的速度拉拔，同時冷熱源從坯料的一端移動到另一端，通過控制拉拔速度(V,)和冷熱源移動速度(V,)實現成形，適合于成形大斷面、長度較短的產品；連續
式無模拉拔的特點是坯料從一端連續送進，另一端以一定的速度拉拔，在拉拔速度(K)
大于進料速度(V,)的條件下實現連續成形，適合于生產長尺寸產品
發明內容
本發明的目的在于提供一種金屬錐形管無模拉拔成形工藝。通過控制坯料拉拔速度、進料速度(或冷熱源移動速度)以及感應加熱溫度、冷熱源距離等工藝參數來實現金屬錐形管的成形，解決了常規方法生產錐形管存在工藝復雜、工序多、材料損耗大等缺點。
一種基于連續無模拉拔的金屬錐形管成形工藝，其特征在于-
(O原材料選擇直徑Z)。-(1 1.1)A、壁厚々^(1 1.1)^的無縫或有縫不銹鋼、碳鋼、合金鋼、鋁合金、銅合金、鈦合金等金屬的等徑管坯，D,、 ^分別為產品大端直徑和壁厚。
(2) 等徑管坯在感應線圈加熱和冷卻裝置冷卻的共同作用下形成一段軟化區，感應加熱溫度為r-(0.5 0.95)7; ， Tm為材料的熔點(單位K);冷卻水流量為10 200L/h;感應線
圈和冷卻水裝置之間的距離為0<S。 S5D。。
(3) 管坯一端送進， 一端拉拔，進料速度^等于初始拉拔速度v。，拉拔速度v,按拉拔速度模型呈非線性逐漸增大；隨著拉拔速度的增大，管材直徑連續減小，形成外錐度a的金屬錐形管(見圖4), 0<aSl°。
(4) 拉拔過程中斷面縮減率逐漸增大，單道次斷面縮減率最大可達65%。
(5) 無模拉拔成形金屬錐形管的壁厚逐漸減薄，其內錐度yff為tan^二A:
其中/1=1.0~1.2。
(6) 所述無模拉拔速度v,的模型為
l-2X
'D。乂
tanor ，
乂^12 乂
式中，V,—進料速度；
D02-(Z)0-2f。)2
4 =25。 +2.tana{ — (D。 — 2~)/A:jtana
一27
22[￡ 0 - (D。 - 2f。)/ A:]tan a 、f一時間。
本發明提供的金屬錐形管成形工藝具有以下優點采用等徑焊管坯或無縫管坯為原料，通過加熱和冷卻直接無模拉拔成形錐形管，工藝流程短，生產成本低；加工過程不產生廢料,材料利用率高；產品形狀規格自由度大、產品尺寸精度高，單道次斷面縮減率大，生產效率
高。適于各種金屬錐形管的加工，如不銹鋼、碳鋼、合金鋼、鈦合金、鋁合金、銅合金等。
圖l為連續式無模拉拔原理示意圖。其中l加熱裝置、2冷卻裝置。圖2為v,與v(反向的非連續式無模拉拔原理示意圖。
圖3為k與v,同向的非連續式無模拉拔原理示意圖。
圖4為無模拉拔產品形狀示意圖。
具體實施例方式
實施例l:大端尺寸為4)6Xlmm、錐度0.4°的304不銹鋼錐形管的成形。
(1) 坯料為D。 =6mm、 ？Q 二lmm的304不銹鋼管坯；
(2) 冷卻和加熱工藝參數感應加熱溫度為T-0.957;，感應線圈和冷卻水裝置之間的距離為S。 = 5Z)。，冷卻水流量為50L/h;
24.0
6.0 + ^/36.0 —
一l
x35 ，
(3) 管坯進料速度為35mm/min;拉拔速度控制模型為v,=
其中初始拉拔速度為35mm/min;
(4) 在上述條件下進行無模拉拔，管坯直徑連續減小，形成外錐度"=0.38°錐形管;
(5)拉拔后產品壁厚由lmm逐漸減薄，最薄0.7mm， tan々=1.12
l陽2
、D。乂
tan"，最大斷
面縮減率60%。
實施例2:大端尺寸為ci)6X1.5mm、錐度0.5°的Ti-50.5moP/。Ni合金錐形管的成形。
(1) 坯料為"。=6mm、 ,。 = 1.5 mm的Ti-50.5mol。/。Ni合金管坯；
(2) 冷卻和加熱工藝參數感應加熱溫度為r-o.57;，感應線圈和冷卻水裝置之間的
距離為5。=0.81)。，冷卻水流量為10L/h;
[17 7 、- _1 x45，其4.4 +扭7-O.k j
中初始拉拔速度為45mm/min;
(4)在上述條件下進行無模拉拔，管坯直徑連續減小，形成外錐度《 = 0.47°錐形管；(5)拉拔后產品壁厚由1.5mm逐漸減薄，最薄1.0mm， tan" = 1.2
1-2 J 仏
tan"，最大斷
面縮減率55%。
實施例3:大端尺寸為4)10X2mm、錐度0.6°的Cu-12wt。/。Al合金錐形管的成形。
(1) 坯料為A = 10mm、 ~ = 2mm的Cu-12wt。/。Al合金管坯；
(2) 冷卻和加熱工藝參數感應加熱溫度為7 = 0.957，感應線圈和冷卻水裝置之間的
距離為& = 0.5化，冷卻水流量為100L/h;
(3)管坯進料速度60mm/min;拉拔速度控制模型為v,
28.3
7.0 +扭9 —0.2f
—1
x60，其
中初始拉拔速度為60mm/min;
(4)在上述條件下進行無模拉拔，管坯直徑連續減小，形成外錐度"=0.58°錐形管；
(5)拉拔后產品壁厚由2mm逐漸減薄，最薄1.18mm， tan/ = l.l
、A乂
tana ，最大斷
面縮減率61%。
實施例4:大端尺寸為4)50X5mm、錐度0.5°的304不銹鋼錐形管的成形。
(1) 坯料為A^50mm、 /。 二5mm的304不銹鋼管坯；
(2) 冷卻和加熱工藝參數感應加熱溫度為7" = 0.77;，感應線圈和冷卻水裝置之間的
距離為S。 = 5D。，冷卻水流量為200L/h;
(3)管坯進料速度30mm/min;拉拔速度控制模型為v,=
16.4
4.1 +力6.8 —O扁f
1
x30，
其中初始拉拔速度為30mm/min;
(4)在上述條件下進行無模拉拔，管坯直徑連續減小，形成外錐度"=0.48°錐形管；
(5)拉拔后產品壁厚由5mm逐漸減薄，最薄3.0mm， tan/ = 1.08
面縮減率53%。
1-2!
、A乂
tana ，最大斷
權利要求
1、一種基于連續無模拉拔的金屬錐形管成形工藝，其特征在于(1)原材料選擇直徑D0＝(1～1.1)D1、壁厚t0＝(1～1.1)t1的無縫或有縫不銹鋼、碳鋼、合金鋼、鋁合金、銅合金、鈦合金的等徑管坯，D1、t1分別為產品大端直徑和壁厚；(2)等徑管坯在感應線圈加熱和冷卻裝置冷卻的共同作用下形成一段軟化區，感應加熱溫度為T＝(0.5～0.95)Tm，Tm為材料的熔點、單位K；冷卻水流量為10～200L/h；感應線圈和冷卻水裝置之間的距離為0＜S0≤5D0；(3)管坯一端送進，一端拉拔，進料速度vi等于初始拉拔速度v0，拉拔速度vt按拉拔速度模型呈非線性逐漸增大；隨著拉拔速度的增大，管材直徑連續減小，形成外錐度α的金屬錐形管，0＜α≤1°；(4)拉拔過程中斷面縮減率逐漸增大，單道次斷面縮減率最大達65％；(5)無模拉拔成形金屬錐形管的壁厚逐漸減薄，其內錐度β為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>tan</mi><mi>β</mi><mo>=</mo><mi>k</mi><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mfrac><msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>tan</mi><mi>α</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100836150002C1.tif" wi="43" he="11" top= "128" left = "144" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中k＝1.0～1.2；(6)所述無模拉拔速度vt的模型為<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>v</mi> <mi>t</mi></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>A</mi> <mn>2</mn></msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>v</mi> <mi>i</mi></msub> </mrow>]]></math></maths>式中，vi-進料速度；<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msub> <mi>S</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>2</mn><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>D</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow> <mrow><mo>[</mo><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>t</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>k</mi><mo>]</mo><mi>tan</mi><mi>α</mi> </mrow></mfrac><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>A</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>S</mi><mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>D</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mo>[</mo><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>t</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>k</mi><mo>]</mo><mi>tan</mi><mi>α</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><msqrt> <msup><mrow> <mo>{</mo> <mfrac><msub> <mi>S</mi> <mn>0</mn></msub><mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac><mrow> <msubsup><mi>D</mi><mn>0</mn><mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>t</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></mrow><mrow> <mn>2</mn> <mo>[</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mi>k</mi> <mo>]</mo> <mi>tan</mi> <mi>α</mi></mrow> </mfrac> <mo>}</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mfrac><mrow> <msubsup><mi>D</mi><mn>0</mn><mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>t</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></mrow><mrow> <mo>[</mo> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mi>k</mi> <mo>]</mo> <mi>tan</mi> <mi>α</mi></mrow> </mfrac> <msub><mi>v</mi><mi>i</mi> </msub> <mi>t</mi></msqrt><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths>t-時間。
全文摘要
本發明屬于金屬熱加工領域，涉及一種變截面金屬管件的成形方法，特別提供了一種金屬錐形管無模拉拔成形工藝，可用于不銹鋼、碳鋼、合金鋼、鋁合金、銅合金、鈦合金等錐形管的成形。通過控制坯料拉拔速度、進料速度(或冷熱源移動速度)以及感應加熱溫度、冷熱源距離等工藝參數來實現金屬錐形管的成形，解決了常規方法生產錐形管存在工藝復雜、工序多、材料損耗大等缺點。本發明具有以下優點采用等徑焊管坯或無縫管坯為原料，通過加熱和冷卻直接無模拉拔成形錐形管，工藝流程短，生產成本低；加工過程不產生廢料，材料利用率高；產品形狀規格自由度大、產品尺寸精度高，單道次斷面縮減率大，生產效率高。
文檔編號B21C1/30GK101537435SQ20091008361
公開日2009年9月23日 申請日期2009年5月6日 優先權日2009年5月6日
發明者劉雪峰, 毛浩恩, 謝建新 申請人:北京科技大學