专利名称：管材加工方法
技术领域：
本发明涉及一种管材加工方法，特别涉及一种可提高加工后的金属管材 的强度并减轻管材重量的加工方法。
背景技术：
管材已经广泛应用于各种工业产品中。如何能加工或制造出兼具高强度 和低重量的管材， 一直是相关业界人士长久研发与努力的目标。因此，管材 的加工方法与材质改良(如使用非金属材质或于合金材质)也不断地被提出。
剧烈塑性变形法(Severe Plastic Deformation, SPD)是一种提升金属材 料强度的加工方法。剧烈塑性变形法通过对材料产生大量的塑性变形，以改 变材料的晶粒大小(Grain Size)使材料的晶粒内产生大量的位错 (Dislocation)，通过产生的位错来提高材料的强度。然而，剧烈塑性形变 法，如等通道角形变法(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)仅可适用 于圆柱(Cylinder)或棒材(Bar)的加工，而无法适用于管材(Tube)的加 工。
请参照图la与图lb所示，基于利用大量的塑性变形以产生大量的位错 来提高材料的强度的原理，现有管材加工方法是以抽管(Drawing)方式进 行。管材IOO先经退火处理后，在管材100的第一端IIO形成抵靠部120 (如 图la所示)。接着，利用冲头200 (Plug)由管材100的第二端130穿入管 材100中直到冲头200抵靠于抵靠部120 (如图lb所示)。
利用冲头200经由抵靠部120推动管材100进入眼模210的眼模孔220。 当管材100通过眼模孔210时，受眼模孔220的限制使管材100厚度縮小而 产生大量的塑性变形。待管材100全部通过眼模孔220后，由管材100的第 二端130拉出管材100。
再利用冲头200经由抵靠部120推动管材100进入另一眼模的眼模？L(内 径縮小)后抽出。如此反复直到管材100达到预定的厚度为止。
请参照图2a至图2c所示，现有管材加工方法是将利用冲头200经由抵 靠部120反复推动管材100的第一端110进入眼模孔，即管材100是单方向 进行加工。这种做法仅可在管材100的晶粒140间的相同方向的滑移面141 (Slipplanes)附近产生位错142，产生的位错142的数量与效果有限，因此 影响了管材强度的提高。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种管材加工方法，用以增加管材的整体 强度，同时减少管材的厚度以减低管材的整体重量。
根据本发明实施例的一种管材加工方法，其包含对管材进行顺向抽管， 顺向抽管为沿管材的第一端到第二端的方向抽拉管材。接着，将管材反转以 进行反向抽管，反向抽管为沿管材的第二端到第一端的方向抽拉该管材。如 此，重复进行顺向抽管和反向抽管，直到该管材达到预定厚度为止。
根据本发明实施例的一种管材加工方法，其包含将管材由管材的第一端 通过第一眼模孔后抽出管材，其中第一眼模孔的直径小于管材的外径。接着， 将管材反转由管材的第二端通过第二眼模孔后抽出管材，其中第二眼模孔的 直径小于管材的外径。重复前述步骤，直到管材达到预定厚度为止。
根据本发明实施例的一种管材加工方法，其包含在管材的第一端形成第 一抵靠部后，使用第一冲头由管材的第二端穿入管材直到第一冲头抵靠于第 一抵靠部，并推动管材通过眼模孔后抽出管材，其中第一冲头的外径大于管 材的内径。
接着，去除第一抵靠部后，在管材的第二端形成第二抵靠部。再使用第 二冲头由管材的第一端穿入管材直到第二冲头抵靠于第二抵靠部，并推动管 材通过眼模孔后抽出管材，其中第二冲头的外径大于管材的内径。
接着，去除该第二抵靠部，并重复前述步骤，直到该管材达到预定厚度 为止。
由上述本发明的优选实施例可知，应用本发明所能实现的有益效果在
于
通过反复从管材的第一端与第二端推动管材进入管材眼模孔，对管材进
行双向加工。可在管材的晶粒内的不同方向的滑移面(Slip planes)，如第
一滑移面和第二滑移面附近产生大量的位错，产生的位错可以增加管材的强 度，同时降低管材整体的重量。也就是说，在符合相同强度的要求下，可使 管材的厚度减低，以同时降低管材的整体重量。
为更清楚地了解本发明的上述及其它目的、特征、优点与实施例，对附 图详细说明如下
图la示出了应用现有管材加工方法的管材示意图。
图lb示出了现有管材加工方法的示意图。
图2a到图2c示出了根据现有管材加工方法，管材内产生的位错的示意图。
图3a到图3c示出了根据本发明实施例的管材加工方法，顺向抽管的流
程示意图。
图4a到图4c示出了根据本发明实施例的管材加工方法，反向抽管的流 程示意图。
图5a到图5c示出了根据本发明一个实施例的管材加工方法，顺向抽管 的流程示意图。
图6a到图6c示出了根据本发明一个实施例的管材加工方法，管材内产 生的位错的示意图。
图7a示出了根据本发明一个实施例的管材加工方法，管材截面的示意图。
图7b示出了根据本发明一个实施例的管材加工方法，管材截面的示意
图。其中，附图标记说明如下
100:管材 320:第二端
110:第一端 321:第二抵靠部
120:抵靠部 330:晶粒
130:第二端 331:第一滑移面
140:晶粒 332:第二滑移面
141:滑移面 333:位错
142:位错400:眼模
200:冲头410:眼模孔
210:眼模500:眼模
220:眼模孔510:眼模孔
300:管材600:眼模
310:A^y 一山 第一顿610:眼模孔
311:第一抵靠部700:冲头
313:第三抵靠部
具体实施例方式
根据本发明优选实施例的一种管材加工方法，将管材由管材的第一端通 过眼模的眼模孔后抽出，再将管材反转由管材的第二端通过眼模的眼模孔后 抽出。再将管材反转由管材的第一端通过眼模的眼模孔后抽出。如此重复前 述步骤，直到该管材达到预定厚度为止。管材可为圆管、方管或多角管等金 属管。
请参照图3a至图3c所示，在一个实施例中，维持管材300的内径而改 变管材300的外径，实现縮小管材300的厚度以减少整体重量并增加强度。
管材300经退火处理后，在管材300的第一端310形成第一抵靠部311。 第一抵靠部311是将管材300的第一端310加工縮限管径而形成。而后对管 材300进行表面皂化处理。
再使用冲头700由管材300的第二端320穿入管材300，直到冲头700 抵靠于第一抵靠部311时，冲头700可通过油压带动，并推动管材300由管 材的第一端310通过眼模400 (第一眼模)的眼模孔410后抽出管材300。 将第一抵靠部311去除(如图3c所示)。
请参照图4a至图4c所示，在管材300的第二端320形成第二抵靠部321 。 相似的，第二抵靠部321是将管材300的第二端320加工縮限管径而形成(如 图4a所示)。
再使用冲头700由管材300的第一端310穿入管材300，直至冲头700 抵靠于该第二抵靠部321。相似的，冲头700可通过油压带动，并推动管材 300由管材的第二端320通过眼模500 (第二眼模)的眼模孔510后抽出管
材300。将第二抵靠部321去除(如图4c所示)。
请参照图5a至图5c所示，重复前述步骤，在管材300的第一端310形 成第三抵靠部313 (如图5a所示)。再使用冲头700由管材300的第二端 320穿入管材300，直到冲头700抵靠于第三抵靠部313时，冲头700可藉 通过油压带动，并推动管材300由管材的第一端310通过眼模600 (第三眼 模)的眼模孔610后抽出管材300。直到管材300达到预定厚度为止。
请参照图6a至图6c所示，根据本发明实施例的管材加工方法，反复将 管材由管材300的第一端310与第二端320推动进入管材眼模孔，对管材300 进行双向加工。这种做法可在管材300的晶粒330内的不同方向的滑移面 (Slip planes)，如第一滑移面331和第二滑移面332附近产生大量的位错 333，产生的位错333以增加管材300的强度，同时降低管材300的整体重
请参照图7a至图7b所示，管材300除可为前述公开的圆管外，也可为
非圆管、多角管如四角管(方管)或六角管等金属管。 实施例1
以加工7050A1-Zn-Mg铝管为例进行说明。抽管加工前，管材的原始外 径为31毫米(mm)，内径为25毫米，管壁厚度为3毫米，原始管长为250 毫米。加工制作后，管材外径变为28毫米(变小)，而其内径仍为25毫米， 管壁厚度为1.5毫米
首先，管材经退火处理(可使用现有工艺，例如将管材加热至43(TC的 温度一小时，炉冷)，使管材软化。管材的第一端的25毫米长度部分经加 工縮管形成第一抵靠部。而后进行管材表面皂化处理(可使用现有工艺也 就是说在管材经表面清洗后，将管材置于硫化油脂、氯化石腊等槽中，使管 材表面附着一层含皂的固态润滑层)。
抽管加工所使用的设备包含抽管机一台(75马力)、眼模两副(第一 副眼模的眼模孔直径为29毫米、第二副眼模的眼模孔直径为28毫米)、抽 管冲头直径固定为25毫米，其长度为1公尺。
冲头通过油压带动，可以5公尺/分钟的前进速率推动管材。第一次抽管 方向为由管材的第二端至管材的第一端，也就是说冲头进入管材的第二端并 前进至第一端。当冲头与管材一起通过眼模孔(直径为29毫米)时，由于
冲头直径等于原管材内径，而眼模孔径小于管材外径(外径为31毫米)， 故对管材进行抽拉而使其通过眼模。待第二端也通过眼模后，则完成第一次 抽拉。第一次抽拉在不改变管材内径的情况下，将管材外径由原先的31毫
米縮减至29毫米，也就是说管材被拉长且厚度变薄。再进行第二次抽管。
在第二次抽管前，先将第一抵靠部切除，并在第二端形成第二抵靠部。 第二次抽管方向为由管材的第一端至管材的第二端方向(与第一次抽管方向
相反)。此时，采用第二副眼模，其眼模孔径为28毫米。此时冲头直径仍 为25毫米，长1公尺。
冲头通过油压带动，可以5公尺/分钟的前进速率推动管材。冲头由管材 的第一端进入并前进至第二端。当冲头与管材一起通过眼模孔时，此时由于 眼模孔径(为28毫米)小于原管材外径(为29毫米)，故对管材进行抽拉 而使其通过眼模，待第一端也通过眼模后，则完成第二次抽拉。第二次抽拉 将管材外径进一步减小至28毫米，管材内径仍为原先的25毫米，也就是说 管材被拉长且厚度变薄至1.5毫米。
以加工7050A1-Zn-Mg铝管为例进行说明。抽管加工前，铝管的原始外 径31毫米(mm)，内径25毫米，管壁厚度3毫米，原始管长250毫米。 通过抽管制作加工后，铝管外径仍为31毫米，而内径变为28毫米，管厚度 为1.5毫米
首先，管材经退火处理(可使用现有工艺，例如将管材加热至43(TC的 温度一小时，炉冷)，使材料软化。管材的第一端的前25毫米部分经打头 縮管形成第一抵靠部。
而后对管材进行表面与内面的皂化处理(可使用现有工艺也就是说管 材经表面清洗后，将管材置于硫化油脂、氯化石腊等槽中，使管材表面与内 面附着一层含皂的固态润滑层)。
抽管加工所使用的设备包含抽管机一台(75马力)、眼模一副(眼模 孔直径31毫米，与铝管外径相同)以及三支抽管冲头，其中冲头直径分别 为26毫米、27毫米以及28毫米，长皆为1公尺。
第一冲头(直径为26毫米)通过油压带动，可以5公尺/分钟的前进速 率进入管材并推动管材。第一次抽管方向为由管材的第二端至管材的第一端
方向，也就是说第一冲头由管材的第二端进入管材并前进至第一端。因为第 一冲头前端有斜度，其形状较尖，且由于铝合金具备良好的塑性能力，所以 在加工时首先在眼模前设置一金属档板。管材的第一端先抵住金属档板，第 一冲头由管材的第二端强制插入管材，直至第一冲头抵靠于第一抵靠部。而 后，移开金属档板，第一冲头推动管材，由第一端至第二端先后通过眼模孔。 第一冲头与管材一起通过眼模孔时，由于冲头直径(直径为26毫米)大于
原管材内径(内径为25毫米)，故对管材进行抽拉而使其通过眼模。待第
二端也通过眼模后，则完成第一次抽拉。此次抽拉在不改变管材外径的情况
下，将管材内径由原先的25毫米扩增至26毫米，也就是说管材被拉长且厚 度变薄。
紧接着进行第二次抽管；在第二次抽管前，先将原第一抵靠部(第一端) 切除，并在管材的第二端形成第二抵靠部。第二次抽管方向为由管材的第一 端至第二端(与第一次抽管方向相反)。眼模孔径仍为31毫米，此时改换 第二冲头(直径为27毫米)。第二冲头通过油压带动，以5公尺/分钟的前 进速率进入管材。即由管材的第一端进入直至抵靠于第二抵靠部时为止。
第二冲头与管材一起通过眼模孔时，由于第二冲头直径(为27亳米) 大于原管材内径(为26毫米)，故对管材进行抽拉而使其通过眼模。待管 材第一端也通过眼模，则完成第二次抽拉。此次抽拉在不改变管材外径的情 况下，将管材内径由原先的26毫米扩增至27毫米，也就是说管材被拉长且 厚度变薄至2毫米。
在第三次抽管前，材料可经退火(200°C，恒温1.5小时，空冷)，退火 后，如上述的皂化方式，对材料进行表面与内面的皂化润滑处理。切除第二 抵靠部(第二端)，在管材第一端形成新的第一抵靠部。此次抽管(第三次 抽)方向为由管材的第二端至第一端，也就是说第三冲头进入管材的第二端 并前进至第一端。第三冲头与管材一起通过眼模孔时，由于第三冲头(直径 为28毫米)大于管材内径(27毫米)，故对管材进行抽拉而使其通过眼模。 待管材的第二端也通过眼模，则完成第三次抽拉。此次抽拉在不改变管材外 径的情况下，将管材内径由原先的27毫米扩增至28毫米，也就是说管材被 拉长且厚度变薄至1.5毫米。
虽然己经以多个优选实施例公开了本发明，但是这些实施例并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 可对本发明做出各种变化与改型，因此本发明的保护范围以后附的权利要求 书所限定的范围为准。
权利要求
1. 一种管材加工方法，至少包含以下步骤a. 提供一管材，其具有第一端与第二端；b. 进行顺向抽管，该顺向抽管为沿该第一端至该第二端的方向抽拉该管材；c. 进行反向抽管，该反向抽管为沿该第二端至该第一端的方向抽拉该管材；以及d. 重复步骤b至步骤c，直到该管材达到预定厚度为止。
2. 如权利要求1所述的管材加工方法，其中该方法还包含对该管材进行 退火处理。
3. 如权利要求1所述的管材加工方法，其中该方法还包含对该管材进行 表面皂化处理。
4. 如权利要求1所述的管材加工方法，其中该管材为金属圆管。
5. 如权利要求1所述的管材加工方法，其中该管材为金属多角管。
6. —种管材的加工方法，至少包含以下步骤a. 提供一管材，其具有第一端与第二端；b. 将该管材由管材的第一端通过第一眼模孔后抽出该管材，其中该第一 眼模孔的直径小于该管材的外径；c. 将该管材由管材第二端通过第二眼模孔后抽出该管材，其中该第二眼 模孔的直径小于该管材的外径；以及d. 重复步骤b到步骤c，直到该管材达到预定厚度为止。
7. 如权利要求6所述的管材加工方法，其中该方法还包含对该管材进行 退火处理。
8. —种管材的加工方法，至少包含以下步骤-a. 提供一管材，其具有第一端与第二端；b. 在该管材的第一端形成第一抵靠部；c. 使用第一冲头由该管材的第二端穿入该管材直到该第一冲头抵靠于 该第一抵靠部，并推动该管材通过一眼模孔后抽出该管材，其中该第一冲头 的外径大于该管材的内径； d. 去除该第一抵靠部；e. 在该管材的第二端形成第二抵靠部；f. 使用第二冲头由该管材的第一端穿入该管材直到该第二冲头抵靠于 该第二抵靠部，并推动该管材通过该眼模孔后抽出该管材，其中该第二冲头 的外径大于该管材的内径；g. 去除该第二抵靠部；以及h. 重复步骤b到步骤g，直到该管材达到预定厚度为止。
9. 如权利要求8所述的管材加工方法，其中该方法还包含对该管材进行 退火处理。
10. 如权利要求8所述的管材加工方法，其中该方法还包含对该管材进 行表面皂化处理。
全文摘要
本发明公开了一种管材加工方法，其包含对管材进行顺向抽管，该顺向抽管为沿管材的第一端至第二端的方向抽拉管材。接着，将管材反转以进行反向抽管，该反向抽管为沿管材第二端至第一端的方向抽拉该管材。如此，重复进行顺向抽管和反向抽管，直到该管材达到预定厚度为止。该管材加工方法对管材进行双向加工，既可以增加管材的强度，又能够降低管材的整体重量。
文档编号B21C1/16GK101380646SQ200710149798
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月5日 优先权日2007年9月5日
发明者汪俊延, 蔡德昌 申请人:汪俊延;蔡德昌