一种中小口径厚壁金属管的制作方法

本实用新型涉及金属管材料加工技术领域，进一步地说，是涉及一种中小口径厚壁金属管。

背景技术：

目前成形中小口径厚壁(D/S位于2-20范围内)金属管的方法主要有挤压、轧制等，其中挤压成形生产效率低，因此产品成本高，没有市场竞争力，通常用于生产极少数其它工艺不能或很难生产的金属管。热轧成形主要包括周期式轧管、三辊斜轧成形和张力减径成形等。

周期式轧管机是将管材按一定频率送进由芯棒和周期往复运动的孔型所组成的轧槽内，内壁在芯棒的支撑下，靠逐渐收缩的变断面孔型碾压管坯，实现减径和减壁功能。周期式轧管机常见的主要是二辊皮尔格轧机，但是由于在轧制过程中机架和轧辊往复运动，运动部件多且惯性大，造成轧制过程稳定性较差，且轧机结构复杂、维护调整较为困难；二辊式轧机所轧管材尺寸精度低、表面质量差。

三辊斜轧机的三个轧辊之间呈120°均匀排布在轧制中心线的周围，轧辊轴线与轧制中心线倾斜、交叉成一定角度(即辗轧角与喂入角)，使管坯在轧辊作用下螺旋前进，其所轧管材外表面会形成“螺旋线”，影响表面质量，尾部容易出现“三角形”缺陷而造成轧卡。

三辊张力减径机一般由10个以上的机架组成一系列孔型，通过相邻机架轧辊转速的速度差来提供张力，从而完成管坯的空心减径，但由于机架数目较大，因此设备投资很大，生产线较长，占地面积较大，设备调整和控制较为复杂。

技术实现要素：

为解决现有技术中出现的问题，本实用新型提供了一种中小口径厚壁金属管。本实用新型兼具锻压和轧制的特点，可以实现金属管坯的单道次、大变形量加工，工艺流程短，产品尺寸精度高(±0.2mm)，内外壁表面质量好，成本低。

本实用新型的目的是提供一种中小口径厚壁金属管。

所述金属管的横断面直径范围为30～160mm，尺寸精度为±0.2mm，金属管外径与壁厚比为大于2至小于等于20。

优选：

所述金属管的横断面直径范围为30～100mm；

所述金属管外径与壁厚比为大于2至小于等于12；更优选大于2至小于等于10；最优选大于2至小于等于5。

所述金属管的内外壁无起皮、凹痕或裂纹。

所述金属管的材质优选为钢、铜、铝、镁、钛或合金。

本实用新型的中小口径厚壁金属管的制备方法。

包括：

(1)选择管坯，切定尺；

(2)将管坯安装到送料机架上，管坯尾端由夹持装置加紧，前端由支撑辊支撑，并保证芯模装置穿过管坯内孔；

(3)每一道次开始前送料机构以1～3m/min进给速度将管坯送进5～30mm，使其进入复合锻轧成形装置进行成形；

(4)管坯在复合锻轧成形装置中每完成一次成形后，将管坯绕其中心轴线旋转15～90°；

(5)重复工艺步骤(3)和(4)直至管坯前端进入接料机架，接料机构将管坯前端夹紧，同时送料机架将管坯尾端松开，管坯在接料机构带动下继续前进，直至整根管坯完成成形；

(6)冷却和定尺剪切。

其中，优选：

步骤(1)，管坯料外径为40～180mm，定尺长度为0.5～10m。

步骤(3)，当进行冷成形时，管坯进给后直接送进复合锻轧成形装置；当进行热成形时，通过感应加热装置，将坯料加热到目标温度后，送进复合锻轧成形装置。

步骤(3)，热成形时，感应加热装置为中频感应加热线圈，目标温度范围为800～1200℃。

所述复合锻轧成形装置由三个摆动的模具块构成，绕管坯中心轴线呈120°等距布置，模具块通过由电机驱动的曲柄连杆机构进行同步摆动，模具块绕其连接轴旋转的同时随连接轴做往复直线运动，连接轴的两端安装有通过平键连接的直齿轮，模具的移动位移和旋转角度受直齿轮控制。

本实用新型具体可采用以下技术方案：

该工艺过程为：(1)选择合适的管坯，切定尺；(2)将管坯安装到送料机架上，管坯尾端由夹持装置加紧，前端由支撑辊支撑，并保证芯模装置穿过管坯内孔；(3)每一道次开始前送料机构以1～3m/min进给速度将管坯送进5～30mm，当进行冷成形时，进给后直接送进复合锻轧成形装置，当进行热成形时，通过感应加热装置，将坯料加热到目标温度后，送进复合锻轧成形装置；(4)管坯在复合锻轧成形装置中每完成一次成形后，将管坯绕其中心轴线旋转15～90°，并再次送进5～30mm后再次送入复合锻轧成形装置进行成形；(5)重复工艺步骤(3)和(4)直至管坯前端进入接料机架，接料机构将管坯前端夹紧，同时送料机架将管坯尾端松开，管坯在接料机构带动下继续前进，直至整根管坯完成成形；(6)冷却和定尺剪切

该工艺主要包括以下步骤：

(1)选择合适的管坯，切定尺；

(2)将管坯安装到送料机架上，管坯尾端由夹持装置加紧，前端由支撑辊支撑，并保证芯模装置穿过管坯内孔；

(3)每一道次开始前送料机构以1～3m/min进给速度将管坯送进5～30mm，当进行冷成形时，进给后直接送进复合锻轧成形装置，当进行热成形时，通过感应加热装置，将坯料加热到目标温度后，送进复合锻轧成形装置；

(4)管坯在复合锻轧成形装置中每完成一次成形后，将管坯绕其中心轴线旋转15～90°，并再次送进5～30mm后再次送入复合锻轧成形装置进行成形；

(5)重复工艺步骤(3)和(4)直至管坯前端进入接料机架，接料机构将管坯前端夹紧，同时送料机架将管坯尾端松开，管坯在接料机构带动下继续前进，直至整根管坯完成成形；

(6)冷却和定尺剪切。

本实用新型中选用的坯料包括高频直缝焊管、无缝管，材质要求包括钢管及铝、铜、镁、钛等有色金属管，管坯外径为40～180mm，定尺长度为0.5～10m。

本实用新型中成形模具由三个摆动的模具块构成，绕管坯中心轴线呈120°等距布置，模具块通过由电机驱动的曲柄连杆机构进行同步摆动，模具块绕其连接轴旋转的同时连接轴在做往复直线运动，其移动位移和旋转角度严格对应。

本实用新型中坯料的进给速度为1～3m/min，每次的进给量为5～30mm；

本实用新型中所述工艺可以进行冷、热两种成形方式，所述步骤(3)中的感应加热装置为中频感应加热线圈，成形温度区间为800～1200℃；

本实用新型中适用于各种金属材质的中小口径金属管的成形，产品外径范围为30～160mm，产品外径与壁厚之比(D/S)大于2至小于等于20。

本实用新型中获得的金属管产品尺寸精度为±0.2mm；

本实用新型上述技术方案的有益效果如下：

(1)可以实现金属管坯的单道次、大变形量变截面加工；

(2)工艺流程短，设备投资小；

(3)产品尺寸精度高(±0.2mm)，内外壁表面质量较好；

(4)工艺兼具锻压和轧制特点，变形质点处于三向压应力状态，可用于各种金属材质中小口径金属管的冷热成形。

附图说明

图1是本实用新型的复合锻轧金属管成形机示意图；

图2是本实用新型的传动装置示意图；

图3是本实用新型的复合锻轧成形装置示意图；

图4是图3的侧视剖面图；

图5是本实用新型的感应加热线圈示意图；

图6是本实用新型的芯模装置示意图；

图7是本实用新型的送料装置示意图；

图8是本实用新型的接料装置示意图；

图9是本发明的小口径厚壁金属管产品示意图；

图10是图9的横截面示意图。

附图标记说明：

1接料机架；2传动机架；3成形机架；4感应加热线圈；5感应加热设备控制柜；6坯料；7芯模；8送料机架；9偏心轮连杆；10成形机架底座；11主传动轴；12相互啮合的传动锥齿轮A；13相互啮合的传动锥齿轮B；14相互啮合的传动锥齿轮C；15相互啮合的传动锥齿轮D；16中间传动轴；17偏心轮轴；18偏心轮；19连接轴；20轴承座连杆；21扇形模具块；22模具轴；23行程直齿轮；24齿条；25模具轨道框；26送料支撑辊；27液压夹头；28伺服电机；29减速小齿轮；30减速大齿轮；31夹头座；32行走小车；33行走小车导轮；34定位导轨；35芯模定位座；36送料平台；37支撑腿；38行走小车电机；39接料支撑辊。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本实用新型。

以钢管6为坯料，将管坯安装在送料机架7上，管坯尾端由液压夹头27加紧，同时保证芯模装置7穿过管坯内孔，以1.5m/min的进给速度将坯料送进25mm，管坯进入感应加热线圈4加热到1000℃后进入成形机架3。管坯在复合锻轧成形装置中每完成一次成形后，将管坯绕其中心轴线旋转60°，并再次送进25mm进行成形，直至管坯前端进入接料机架1，接料机构将管坯前端夹紧，同时送料机架将管坯尾端松开，管坯在接料机构带动下继续前进，直至整根管坯完成成形，管坯冷却后切定尺。

实施例1

(1)选取Q235高频直缝焊管为坯料，坯料原始外径86mm，壁厚4.5mm，定尺长度为3m；

(2)将管坯安装到送料机架上，前端由支撑辊支撑，管坯尾端由夹持装置加紧，并保证芯模装置穿过管坯内孔，芯棒直线段直径为54mm；

(3)每一道次开始前送料机构以1.5m/min进给速度将管坯送进25mm，通过感应加热线圈，将坯料加热到1000℃后，送进复合锻轧成形装置；

(4)管坯在复合锻轧成形装置中每完成一次成形后，将管坯绕其中心轴线旋转60°，并再次送进25mm，通过感应线圈加热后再次送入复合锻轧成形装置进行成形；

(5)重复工艺步骤(3)和(4)直至管坯前端进入接料机架，接料机构将管坯前端夹紧，同时送料机架将管坯尾端松开，管坯在接料机构带动下继续前进，直至整根管坯完成成形。

(6)冷却和定尺剪切；

采用该成形工艺得到的管坯外径为65mm，壁厚为5.5mm，产品尺寸精度为±0.2mm，内外壁无翘皮、凹坑等缺陷。

实施例2

(1)选取08Al无缝钢管为坯料，坯料原始外径60mm，壁厚3.8mm，定尺长度为5m；

(2)将管坯安装到送料机架上，前端由支撑辊支撑，管坯尾端由夹持装置加紧，并保证芯模装置穿过管坯内孔，芯棒直线段直径为25mm；

(3)每一道次开始前送料机构以2m/min进给速度将管坯送进20mm，通过感应加热线圈，将坯料加热到900℃后，送进复合锻轧成形装置；

(4)管坯在复合锻轧成形装置中每完成一次成形后，将管坯绕其中心轴线旋转75°，并再次送进20mm，通过感应线圈加热后再次送入复合锻轧成形装置进行成形；

(5)重复工艺步骤(3)和(4)直至管坯前端进入接料机架，接料机构将管坯前端夹紧，同时送料机架将管坯尾端松开，管坯在接料机构带动下继续前进，直至整根管坯完成成形。

(6)冷却和定尺剪切；

采用该成形工艺得到的管坯外径为35mm，壁厚为5mm，产品尺寸精度为±0.18mm，内外壁无翘皮、凹坑等缺陷。

实施例3

(1)选取紫铜管为坯料，坯料原始外径60mm，壁厚4mm，定尺长度为6m；

(2)将管坯安装到送料机架上，前端由支撑辊支撑，管坯尾端由夹持装置加紧，并保证芯模装置穿过管坯内孔，芯棒直线段直径为18mm；

(3)每一道次开始前送料机构以3m/min进给速度将管坯送进10mm，送进复合锻轧成形装置；

(4)管坯在复合锻轧成形装置中每完成一次成形后，将管坯绕其中心轴线旋转45°，并再次送进10mm后再次送入复合锻轧成形装置进行成形；

(5)重复工艺步骤(3)和(4)直至管坯前端进入接料机架，接料机构将管坯前端夹紧，同时送料机架将管坯尾端松开，管坯在接料机构带动下继续前进，直至整根管坯完成成形。

(6)定尺剪切；

采用冷成形工艺得到的铝管产品外径为30mm，壁厚为6.5mm，内外壁光洁，无翘皮、凹坑等缺陷，产品尺寸精度为±0.2mm。

实施例4

(1)选取纯铝管为坯料，坯料原始外径140mm，壁厚10mm，定尺长度为8m；

(2)将管坯安装到送料机架上，前端由支撑辊支撑，管坯尾端由夹持装置加紧，并保证芯模装置穿过管坯内孔，芯棒直线段直径为85mm；

(3)每一道次开始前送料机构以3m/min进给速度将管坯送进8mm，送进复合锻轧成形装置；

(4)管坯在复合锻轧成形装置中每完成一次成形后，将管坯绕其中心轴线旋转25°，并再次送进8mm后再次送入复合锻轧成形装置进行成形；

(5)重复工艺步骤(3)和(4)直至管坯前端进入接料机架，接料机构将管坯前端夹紧，同时送料机架将管坯尾端松开，管坯在接料机构带动下继续前进，直至整根管坯完成成形。

(6)定尺剪切；

采用冷成形工艺得到的铝管产品外径为110mm，壁厚为12.5mm，内外壁光洁，无翘皮、凹坑等缺陷，产品尺寸精度为±0.2mm。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术来说，在不脱离本实用新型所述的原理前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。