一种等壁厚缩管模具及缩管工艺的制作方法

1.本发明涉及金属工件加工技术领域，尤其涉及一种对金属管件进行缩管成型的缩管模具和缩管工艺。


背景技术：

2.许多领域都会应用到金属管状空心产品，此类产品一般是预先成型得到初始管坯，如内高压一体桥壳所用管坯，再通过缩管机配合缩管模具等设备对管坯进行缩工艺，最终获得成品管坯。然而，对于自身拉伸系数较小的低碳钢无缝钢管等产品，通过冷挤压缩径是行业的普遍做法，但目前行业内缩管比例仅为1.5左右，但1.5左右的缩管比例无法满足众多领域的使用要求。而且目前的工艺也无法实现在大比例(通常缩管比例要达到2.5左右才算大比例缩管)缩管的同时不增加或减小管材的壁厚，即难以实现等壁厚大比例缩管。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺点，提供一种模具结构简单、设计更合理、能够实现对低拉伸系统材质如碳钢管等工件进行等壁厚缩管成型的等壁厚缩管模具及缩管工艺。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种等壁厚缩管模具，以可滑动的结构安装在缩管设备上，其特征在于：缩管模具包括有一进制单元和二进制单元，所述二进制单元设置于一进制单元的外侧，二者分别滑配安装在缩管设备上形成具有同步滑动过程和独立滑动过程的二进制结构，其中二进制单元的滑动距离大于一进制单元的滑动距离，二进制单元多出的滑动距离即形成进制距离，该进制距离亦为一进制单元与二进制单元在独立滑动过程的最大间距；
5.所述一进制单元包括有缩管模芯，缩管模芯安装在一滑动支撑体的前端，以形成可随滑动支撑体同步移动的结构；该滑动支撑体中具有成型腔，在成型腔中插设有一模具芯棒，模具芯棒的尾端安装在所述二进制单元上，以形成可随二进制单元同步移动的结构；所述二进制单元连接有连接有驱动机构，通过驱动机构驱动二进制单元滑动，并通过二进制单元驱动一进制单元移动以完成缩管成型；
6.所述缩管模芯的内腔包括有扩口段和直筒段，扩口段位于前端并朝向管坯，直筒段位于后端并与扩口段的尾部对接；扩口段的最小内径大于管坯的外径，直筒段的内径则与管坯的外径相当；所述模具芯棒在开模状态时其头部位于缩管模芯的直筒段中，并且模具芯棒头部的外表面与缩管模芯直筒段内壁的最小间距和管坯的壁厚相同；在缩管模具合模时二进制单元与一进制单元相互贴合，模具芯棒的头部进入到缩管模芯的扩口段中，而模具芯棒的头部与扩口段内壁之间的间距大于管坯的壁厚。
7.进一步地，所述缩管模芯的扩口段为朝内逐渐收缩的锥形结构，所述模具芯棒的头部为一直径大于模具芯棒主体部分直径的增粗头，增粗头可设置前段为圆棒状，后段为逐渐变细的锥形状，锥形状部分再连接模具芯棒的主体部分；该增粗头在开模状态时位于
缩管模芯的直筒段中，并且增粗头的外表面与缩管模芯直筒段内壁的最小间距和管坯的壁厚相同；在缩管模具合模时二进制单元与一进制单元相互贴合，该增粗头进入到缩管模芯的扩口段中，而增粗头与扩口段内壁之间的间距大于管坯的壁厚。
8.进一步地，滑动支撑体安装在一第一支撑座上，第一支撑座通过一滑块安装在缩管设备的导轨上。
9.进一步地，二进制单元包括有第二支撑座，第二支撑座通过另一滑块安装在所述导轨上，并位于第一支撑座的外侧。
10.进一步地，所述二进制单元还包括有冷却机构，冷却机构伸入至滑动支撑体的成型腔中并对准模具芯棒和插入成型腔的管坯。
11.进一步地，所述冷却机构包括有进水管和冷却管路，进水管设置于第二支撑座上，冷却管路与进水管连接并穿过第二支撑座延伸至所述成型腔；在冷却管路的出口处通过水路盖板安装有喷水嘴，喷水嘴对准模具芯棒和插入成型腔的管坯，通过喷水嘴将冷却水或冷却液喷淋至管坯上和模具内部。
12.进一步地，所述第二支撑座通过一侧缸法兰与作为驱动机构的侧缸的侧缸杆连接，进制距离即为第二支撑座与第一支撑座在相对滑动时产生的最大间距。
13.优选地，在管坯的左右两侧各设置有一套缩管模具，两边的缩管模具对称布置，这种布置主要是针对需要两边同时进行缩管成型的工件。
14.一种基于前述等壁厚缩管模具的缩管工艺，其特征在于：按以下步骤进行，
15.步骤1、将管坯放入缩管设备的治具中；
16.步骤2、缩管设备在数控系统的控制下夹持管坯的中部形状，左右侧缸在系统控制下推动缩管模具开始对管坯进行缩管；
17.步骤3、侧缸杆推动缩管模具往管坯移动，使模具芯棒及缩管模芯也往管坯移动；当缩管模芯接触管坯后，由于管坯入模阻力的作用，一进制单元在阻力作用下向后滑动，滑动距离达到进制距离后与二进制单元贴合；此时模具芯棒的增粗头伸出至缩管模芯的扩口段中，由于此处间隙大于在直筒段中的间隙，使得管坯导入缩管模具时能够顺畅穿过缩管模芯进入成型腔；
18.步骤4、在管坯进入成型腔的过程中，管坯壁厚因受缩管模芯及模具芯棒的挤压影响，使得管坯厚度增大并且变为波浪形的不规则形状；
19.步骤5、待管坯设定的长度完全进入缩管模具后，二进制单元在侧缸杆的带动下开始做退回动作；此时一进制单元因与管坯摩擦力的作用会保持不动，在二进制单元的退回动作下被拉开至进制距离，同时模具芯棒的增粗头被拉回至缩管模芯的直筒段，此过程即为二进制动作；
20.步骤6、二进制单元继续退回，带动一进制单元使缩管模具开始整体回拉，由于模具芯棒的增粗头与缩管模芯直筒段内壁的间隙与管坯原始壁厚相同，模具芯棒的回拉使得管坯增大的壁厚重新修整减薄至原始厚度；
21.步骤7、待缩管模具整体退回动作完成后，管坯回复为原始壁厚且整体光滑平整，冷却系统关闭，缩管完成。当然，可以将整个缩管过程分成若干个(比如三个)工序，每个工序完成一定的缩管进程，所有工序完成后即实现对管坯的最终缩管成型。
22.进一步地，在管坯进入和退出缩管模具内部时通过喷水嘴对缩管模具及管坯进行
润滑和冷却，以保证缩管过程顺畅进行并保护模具。
23.本发明将缩管模具设计成二进制结构，由一进制单元和二进制单元组成，两者之间的最大间距形成滑动进制距离，通过模具前推大比例缩管，后退拉芯保证等壁厚。二进制结构可以实现管坯顺畅入模缩管和退回芯棒拉芯修整管坯壁厚，进制距离开合主要体现在拉芯头部工作位的位置变化上，进制距离闭合使模具芯棒头部前行至入模扩口处，保证管坯入模有足够间隙；模具退回时进制距离拉开，模具芯棒头部位置跟随后移至模芯直段处，保证管坯缩管后保持原始壁厚。
24.如此有效地解决了行业目前对于低碳钢无缝钢管等工件的大比例等壁厚冷挤压缩管存在的问题，产品材料利用率可达到95％以上，缩管比例可达到2.5以上。模具自身具备冷却润滑循环机构，整体模块化设计，更换维护简便，可改变行业低效率、脏乱差的制造环境。模具采用二进制结构设计，可减少动力机构组成，有利于实现小型化、简易化，能实现一个动力完成两方向四个动作的效果。对于批量化生产的效率、品质和成本都有质的提升，适合自动化生产，可实现无污染、规范化、自动化的现代化生产。
附图说明
25.图1为本发明成型过程中缩管模具从合模到开模过程的变化示意图；
26.图2为本发明缩管模具的结构示意图；
27.图3为图2的局部放大图；
28.图4为本发明成型过程中缩管模具及管坯的变化状态示意图；
29.图5为缩管模具在缩管机中的安装示意图；
30.图6为本发明管坯成型过程变化示意图。
31.图中，a为一进制单元，b为二进制单元，1为进水管，2为冷却管路，3为水路盖板，4为喷水嘴，5为模具芯棒，6为缩管模芯，61为扩口段，62为直筒段，7为滑动支撑体，71为成型腔，8为第一支撑座，9为第二支撑座，10为侧缸杆，11为滑块，12为导轨，13为侧缸法兰，14为管坯。
具体实施方式
32.本实施例中，参照图1-图6，所述等壁厚缩管模具，以可滑动的结构安装在缩管设备(如缩管机)上，缩管模具包括有一进制单元a和二进制单元b，所述二进制单元b设置于一进制单元a的外侧，二者分别滑配安装在缩管设备上形成具有同步滑动过程和独立滑动过程的二进制结构，其中二进制单元b的滑动距离大于一进制单元a的滑动距离，二进制单元b多出的滑动距离即形成进制距离l4，该进制距离l4亦为一进制单元a与二进制单元b在独立滑动过程的最大间距；
33.所述一进制单元a包括有缩管模芯6，缩管模芯6安装在一滑动支撑体7的前端，以形成可随滑动支撑体7同步移动的结构；该滑动支撑体7中具有成型腔71，在成型腔71中插设有一模具芯棒5，模具芯棒5的尾端安装在二进制单元b上，以形成可随二进制单元b同步移动的结构；所述二进制单元b连接有连接有驱动机构，通过驱动机构驱动二进制单元b滑动，并通过二进制单元b驱动一进制单元a移动以完成缩管成型；
34.所述缩管模芯6的内腔包括有扩口段61和直筒段62，扩口段61位于前端并朝向管
坯14，直筒段62位于后端并与扩口段61的尾部对接；扩口段61的最小内径大于管坯14的外径，直筒段62的内径则与管坯14的(缩管部位)外径相当；所述模具芯棒5在开模状态时其头部位于缩管模芯6的直筒段62中，并且模具芯棒5头部的外表面与缩管模芯6直筒段62内壁的最小间距与管坯14的壁厚h相同/相当；在缩管模具合模时二进制单元b与一进制单元a相互贴合，模具芯棒5的头部进入到缩管模芯6的扩口段61中，而模具芯棒5的头部与扩口段61内壁之间的间距大于管坯14的壁厚h。
35.所述缩管模芯6的扩口段61为朝内逐渐收缩的锥形结构，所述模具芯棒5的头部为一直径大于模具芯棒5主体部分直径的增粗头，增粗头可设置前段为圆棒状，后段为逐渐变细的锥形状，锥形状部分再连接模具芯棒5的主体部分；该增粗头在开模状态时位于缩管模芯6的直筒段62中，并且增粗头的外表面与缩管模芯6直筒段62内壁的最小间距和管坯14的壁厚h相同；在缩管模具合模时二进制单元b与一进制单元a相互贴合，该增粗头进入到缩管模芯6的扩口段61中，而增粗头与扩口段61内壁之间的间距大于管坯14的壁厚h。
36.滑动支撑体7安装在第一支撑座8上，第一支撑座8通过一滑块11安装在缩管设备的导轨12上。
37.二进制单元b包括有第二支撑座9，第二支撑座9通过另一滑块11安装在所述导轨12上，并位于第一支撑座8的外侧。
38.所述二进制单元b还包括有冷却机构，冷却机构伸入至滑动支撑体7的成型腔71中并对准模具芯棒5和插入成型腔71的管坯14。
39.所述冷却机构包括有进水管1和冷却管路2，进水管1设置于第二支撑座9上，冷却管路2与进水管1连接并穿过第二支撑座9延伸至所述成型腔71；在冷却管路2的出口处通过水路盖板3安装有喷水嘴4，喷水嘴4对准模具芯棒5和插入成型腔71的管坯14，通过喷水嘴4将冷却水或冷却液喷淋至管坯14上和模具内部。
40.所述第二支撑座9通过一侧缸法兰13与作为驱动机构的侧缸的侧缸杆10连接，进制距离l4即为第二支撑座9与第一支撑座8在相对滑动时产生的最大间距。
41.在管坯14的左右两侧各设置有一套缩管模具，两边的缩管模具对称布置，这种布置主要是针对需要两边同时进行缩管成型的工件。
42.基于前述等壁厚缩管模具的缩管工艺，按以下步骤进行，
43.步骤1、将管坯14放入缩管设备的治具(下定型模具)中；
44.步骤2、缩管设备在数控系统的控制下夹持管坯14的中部形状，左右侧缸在系统控制下推动缩管模具开始对管坯14进行缩管；
45.步骤3、侧缸杆10推动缩管模具往管坯14移动，使模具芯棒5及缩管模芯6也往管坯14移动；当缩管模芯6接触管坯14后，由于管坯14入模阻力的作用，一进制单元a在阻力作用下向后滑动，滑动距离达到进制距离l4后与二进制单元b贴合；此时模具芯棒5的增粗头伸出至缩管模芯6的扩口段61中，由于此处间隙大于在直筒段62中的间隙，使得管坯14导入缩管模具时能够顺畅穿过缩管模芯6进入成型腔71；
46.步骤4、在管坯14进入成型腔71的过程中，管坯14壁厚h因受缩管模芯6及模具芯棒5的挤压影响，使得管坯14厚度增大为h1，并且变为波浪形的不规则形状；
47.步骤5、待管坯14设定的长度完全进入缩管模具后，二进制单元b在侧缸杆10的带动下开始做退回动作；此时一进制单元a因与管坯14摩擦力的作用会保持不动，在二进制单
元b的退回动作下被拉开至进制距离l4，同时模具芯棒5的增粗头被拉回至缩管模芯6的直筒段62，此过程即为二进制动作；
48.步骤6、二进制单元b继续退回，带动一进制单元a使缩管模具开始整体回拉，由于模具芯棒5的增粗头与缩管模芯6直筒段62内壁的间隙与管坯14原始壁厚h相同，模具芯棒5的回拉使得管坯14增大的壁厚h1重新修整减薄至原始厚度h；
49.步骤7、待缩管模具整体退回动作完成后，管坯14回复为原始壁厚h且整体光滑平整，冷却系统关闭，缩管完成。
50.在管坯14进入和退出缩管模具内部时通过喷水嘴4对缩管模具及管坯14进行润滑和冷却，以保证缩管过程顺畅进行并保护模具。
51.当然，可以将整个缩管过程分成若干个(比如三个)工序，每个工序完成一定的缩管进程，所有工序完成后即实现对管坯的最终缩管成型。
52.以下以三个工序为例做进一步说明：
53.1)通过第一工位的缩管模具将管坯14的长度l增长至l1，缩管第一工序完成；
54.2)缩管第一工序完成后，在系统控制下缩管设备的自动送料机构开始工作，将完成第一工序缩管后的管坯14送至第二工位的治具中，然后重复前述缩管工艺，将管坯14的长度l1增长至l2，缩管第二工序完成；
55.3)缩管第二工序完成后，在系统控制下缩管设备的自动送料机构开始工作，将完成第二工序缩管后的管坯14送至第三工位的治具中，然后重复前述缩管工艺，将管坯14的长度l2增长至l3，缩管第三工序完成，通过自动送料机构送出管坯14，缩管完成。
56.以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。