专利名称：用于金属及合金管材拔制的双向复合式芯头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属及合金管材的加工及管材拔制用模具领域，特别是一种新型管材拔制用芯头。
以往金属及合金管材拔制中所采用的控制管材内径及内壁的芯头有三种形式，即柱式芯头(
图1)；反锥式芯头(图2)；浮动式芯头(图3)。柱式芯头制作简单，用以拔制管材时，管材的内表面光亮度好，但由于管内壁与芯头表面间摩擦力较大，使管材拔制时的道次减壁量受到很大限制，拔出的管材外表面光亮度不高，且延管的圆周方向存在周向残余拉应力。反锥式芯头因其定径区为弧形圆角，其制作工艺相对柱式芯头要复杂。用该种芯头拔制管材时，道次减壁量较大，管材外表面光亮度高，拉拔力较小，但管材内表面光亮度不高。因芯头定径区为弧形，实际拔制过程中，芯头定径区与管内壁为线接触，在拔制轴线方向变形区内无精整段存在，故易造成拔出管壁厚偏差较大，且平直度不好。浮动式芯头用于拔制管材，因芯头须自平衡于变形区内，故而对芯头、外模的设计与加工均有较高精度要求。浮动式芯头无需芯杆连接，适合于小直径细长管的盘卷拔制，但对大直径薄壁管材拔制，浮动芯头并不适用。
本实用新型的目的在于提供一种用于金属及合金管材拔制的双向复合式芯头，其特别适用于大直径薄壁管的生产，且产品内外表面质量良好。
本实用新型提供了一种用于金属及合金管材拔制的双向复合式芯头，其特征在于该复合式芯头(1)为中空的哑铃式结构，两部分工作区相互对称，每个工作区由锥面减壁区(11)，柱面定径精整区(12)构成。芯头(1)为硬质合金体。或普通金属材料表面镀以硬化耐磨层。本实用新型芯头具有如下特点1．芯头轮廓由柱面、锥面组合而成，形状对称，故加工工艺简单，制作效率高。
2．该芯头可定期双向交替工作，整体抗冲击，振动性能好，不易损坏，延长了芯头使用寿命。
3．常规的单向反锥式芯头，其轴向长度L一般是本双向复合式芯头长度L的三分之二，显而易见，对同样的使用效果而言，本双向复合式芯头可节省芯头用材料30％，大大降低了芯头成本。
4．如前所述，用柱式芯头拔制出的管材内表面光亮度高而外表面光亮度不高；用反锥式芯头拔制的管材外表面光亮度高而内表面光亮度不高。使用该双向复合式芯头拔制出的管材内外表面均平整光亮，其效果综合了柱式芯头与反锥式芯头的优点，从而避免了它们的缺点。
该双向复合式芯头，其定径段与精整段重合，根据所拔制的材料及道次变形量，设计合理的芯头参数β、b，芯头在拔制过程中将极稳定地位于变形区内，无任何振动发生，其结果使拔出的管材具有理想的表面平整度与母线平直度。
5．使用该芯头拔制出的管材，沿管材圆周方向存在有残余压应力。试验结果表明，通过调整拔制的道次加工率、芯头参数β、b，可在一定范围内控制残余压应力的大小。通常对于管材而言，圆周方向存在的残余压应力，阻止了表面微细裂纹的发生机率，可提高管材承受内压的许用压力，并可改善表面抗应力腐蚀的性能。
6．用该双向复合式芯头拔制管材，有利于纠正管材壁厚偏差。拔制时，管材在模口变形区中经历的过程为空拉减径--扩张减壁--定径精整。管材在空拉减径阶段，虽受扩张减壁段的约束而不同于纯粹空拉，但仍保持有空拉特征，而空拉是纠正管材壁厚偏差的最佳方法。在定径精整段，因芯头定长精整区为有一定宽度b的柱面，使芯头可稳定地位于模孔中，芯头轴线与拉拔轴线重合，避免了因芯头摆而造成拔出管壁厚偏差。由此可见，用该双向复合式芯头拔制管材，其纠正管材壁厚偏差的效果优于用柱式芯头或反锥式芯头。
7．实验结果表明，拔制管材时，在同样的道次加工率下，即同样管坯经一道次拔制成同样尺寸，使用该双向复合式芯头所需的拔制力比使用柱式芯头所需的拔制力低约20％，换句话说，即使用该芯头拔制管材，可适当加大道次加工率。其结果，在提高管材生产效率的同时，也降低了能源消耗。
以下结合附图通过实施例详述本实用新型。
附
图1为柱式芯头。
附图2为反锥式芯头。
附图3为浮动式芯头。
附图4为双向复合式芯头。
附图5为用双向复合式芯头拔制管材示意图。
实施例根据成品管材对性能及尺寸公差，内外表面的要求，选择合适规格的坯管，设计好拉拔道次及道次变形参量，确定如下模具参量模角α(°)；模定径精整区直径D(mm)；模定径精整区宽度B(mm)；芯头角度β(°)；芯头定径精整区直径d(mm)；芯头定径精整区宽度b(mm)。
将拉拔模(2)固定在拔模座内；在用以连接芯头的芯杆(3)上装配芯头(1)；调整芯头(1)与拉拔模(2)之间的相对位置，以使拉拔管材过程中芯头b段位于拉拔模B段中的适当位置上并保持不变；将欲拉拔的管坯轧头、内表面润滑，套入芯头上，用芯杆将管坯顶入模孔中，管坯外表面喷涂润滑剂，即可进行拉拔。各道次的变形量、模具参量可不尽一样，但操作程序完全相同。
采用该型双向复合式芯头已成功拔制了外径φ47．60mm～φ65．0mm、壁厚t0．80mm的大直径薄壁TP2铜管300余吨。表1是用外径为φ77．0mm，壁厚为t3．20mm的挤制态TP2铜管拔制外径为φ65．0mm、壁厚为t0．80mm的大直径薄壁管的具体实施记录。
表1 φ65．00×t0．80大直径薄壁TP2铜管拔制参数
生产实践证明，该双向复合式芯头综合了柱式芯头与反锥式芯头的优点，且可双向交替使用，增长了使用寿命，节约了芯头材料，降低了芯头生产成本。用该双向复合式芯头拉拔管材，可大大提高管材综合质量，获得的管材内外表面光亮平整，壁厚偏差小，母线平直度高。拔出的管材中存在的周向残余压应力，提高了管材抗内压的许用应力，改善了表面抗应力腐蚀性能。使用该双向复合式芯头，可有效的提高管材生产效率，降低能源消耗。
综上所述，该双向复合式芯头，无论从模具的设计制造方面还是从应用于管材拔制方面，都有其独到的特点，适合于模具及管材的工业化大生产。
权利要求1．一种用于金属及合金管材拔制的双向复合式芯头，其特征在于该复合式芯头(1)为中空的哑铃式结构，两部分工作区相互对称，每个工作区由锥面减壁区(11)，柱面定径精整区(12)构成。
2．按权利要求1所述的双向复合式芯头，其特征在于芯头(1)为硬质合金体。
3．按权利要求1所述的双向复合式芯头，其特征在于芯头(1)为普通金属材料表面镀以硬化耐磨层。
专利摘要一种用于金属及合金管材拔制的双向复合式芯头,其特征在于:该复合式芯头为中空的哑铃式结构,两部分工作区相互对称,每个工作区由锥面减壁区,柱面定径精整区构成。本实用新型无论从模具的设计制造方面还是从应用于管材拔制方面,都有其独到的特点,适合于模具及管材的工业化大生产。
文档编号B21C3/16GK2303692SQ9722195
公开日1999年1月13日 申请日期1997年7月18日 优先权日1997年7月18日
发明者冯德明, 陈锡权, 王文斌 申请人:中国科学院金属研究所