专利名称：管材拉伸中施加后张力的装置及带后张力的拉伸工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属管材拉伸成型的技术领域，具体地说是涉及管材在拉伸过程施加后张力的设备及带后张力的拉伸工艺。
在现有管材拉伸技术中尚无有意识地施加后张力的拉伸工艺，对于大量的各种金属管材的直管拉伸或是某些特定的例如圆盘状钢管拉伸，世界各国的工程技术人员都只是循着一种传统的方式即在要求变形的管材前端施加一定的拉伸力，让坯料通过拉伸模变形以获得所需的产品。对于某种拉伸形式，也存在着事实上的后张力。例如采用二模或多模连拉，即让变形管材连续通过前后二个模子，第一套模子造成一定的变形，紧跟着的第二套模子在此基础上又产生一定的变形，这种拉伸方式，第一套模子的变形力就成了第二套模子事实上的后张力。这种拉伸方式并不是为了到得后张力而采用二模或多模连拉，而且后张力不可调节，对于前道变形模来说也不存在后张力，所以不是一种带后张力的拉伸工艺。再如引进的倒立式圆盘拉伸机，在拉伸盘管时让坯料管通过一组校置轮校直后进入拉伸模变形，要让圆盘状的管子通过一组校直轮变成直管是需要一定的变形力的。对于通过模子变形的管材而言，这一组校直轮施加的变形力就构成事实上的后张力。但一则无意识的施加该张力，二则该力大小不可调或是仅调正到将盘管校直为止，三则对稍细的管材校直已不起作用即张力无从加上，所以传统的盘管拉伸机不能以施加后张力调整正拉伸工艺获得更好的拉伸产品。
现有的管材拉伸的工艺为先将坯管制头，再将制好头的坯管送入钳口，经钳口气缸推动压紧板咬料，然后启动拉伸盘转动，使坯管通过模子芯头，产生塑性变形，并使坯管外径逐渐减小，壁厚逐渐变薄，最后拉伸至成品，以游动芯头拉伸为例，芯头分为三个部分1、定径圆柱部分；2、圆锥部分；3、后圆柱部分。拉伸变形区可分成四段减径段，在此段内由于管内壁和芯头不接触，管材只实现减径，其壁厚一般皆增加；减壁段，在此段管材内壁与芯头锥面接触而使其壁厚又减薄到原始厚度；定径段，在此段内管材完成减径和减壁；精整段，在此段完成定径和定壁厚。在此典型过程中，当坯料管接触到外模，而内壁和芯头不接触时处于一弹性变形阶段。此变形结果使管壁增厚，也即当芯头和内壁接触进入塑性变形时，毛坯管的实际壁厚已超过进口时的尺寸，由此相应的实际延伸系数也大于计算的拉伸前后断面积之比。
本发明的目的在于提供一种在管材拉伸中施加后张力的装置及带后张力的拉伸工艺，采用该后张力装置的拉伸工艺可获得更好的拉伸产品。
本发明的技术方案是这样实现的管材拉伸变形中施加后张力的装置，其特征在于箱体内装有前、后二框架，各框架中装有二组张力轮，在箱体的前框架内可安装6-10个张力轮，在箱体的后框架内可安装5-9个张力轮，张力轮分2-5个为一组；各框架中固装有二组拉杆，二组拉杆间装有连接板，连接板与浮动油缸一端相连，该浮动油缸与油缸滑套为滑动连接，油缸活塞杆前端与框架固联；两框架通过连接销轴相联，各连接销轴在上端和下端各装有二导向连接杆，连接销轴、导向销轴均安装在箱体的滑移槽内，由导向连接杆、导向轴销、连接轴销在框架上、下端各构成一组四连杆机构。
管材拉伸中带后张力拉伸的工艺，其特征在于先将坯管制头，再将制好头的坯管从张力装置箱体内的二组张力轮间穿过送入钳口，经钳口气缸推动压紧板咬料，然后启动拉伸盘转动，钳口随拉伸盘转动，迫使坯管通过模子芯头产生塑性变形，当坯管拉出2-8米紧贴在旋转拉伸盘上时，若管径大于φ20mm，由后组张力轮通过浮动油缸进油上压、顶推，一框架向拉制中心线前进，另一框架通过拉杆连接板反向朝拉制中心前进，后组张力轮均匀地将坯管压紧并持续施以1-6MPa的压力，坯管被张力轮施加的后张力产生弹性变形，并通过模子芯头产生塑性变形，使坯管外径逐渐减小，壁厚逐渐变薄，最后拉伸至成品；若管径小于φ20mm，由后组张力轮通过浮动油缸的推动，向拉伸中心靠拢，将坯管轻轻压住，不施加压力，前组张力轮通过相应的浮动油缸将二组框架朝拉制中心前进，均匀地将坯料压紧并持续施以0.5-3MPa的压力，坯管被前张力轮施加后张力产生弹性变形，通过模子芯头产生塑性变形，使坯管外径逐渐减小，壁厚逐渐变薄，最后拉伸至成品。
本拉伸工艺与现有技术相比具有以下优点1、在坯管尾端施加一反向拉力也即给予一定的后张力，则坯管变形将遵循一种新的模式，在施加的后张力小于坯料弹性极限时，现有工艺中的弹性变形区减小，再加大后张力，超过坯料的弹性极限后，入口端弹性变形区完全消失。同时径向应力和摩擦应力减小。也即一定大小的后张力可使坯料作用于模壁上的压力减小，也使模座的反作用力减小，坯管与拉模变形区接触表面的摩擦力取决于模壁压力(正压力)，随着后张力加大，模壁压力下降，故摩擦力也减小，模壁压力减小也使拉模的弹性变形减小，同时拉模的温升和热膨涨减小；2、合理的后张力使拉制力轴线与模孔中心线重合。消除了拉模的非对称性不均匀磨损，摩擦力减小也有利于减轻拉模入口环形沟槽和平均磨损，增加拉模使用寿命；合理的后张力使产品表面层与中心层的变形程度差值减小，组织和性能较均匀，因而残余应力小；合理的后张力还将改善管材内润滑状况；3、在直管拉伸变形过程中，有无后张力的区别主要如上述。对盘管拉伸，当坯料管以原有的弯曲形态进入模口时，坯料管将对外模施加一定的压力，其方向指向曲率中心，由于该附加应力存在将造成变形过程不均匀以及芯头及外模磨损不均匀，在较好的盘拉设备中，借助于一组校直辊将此弯管基本较直以避免不必要的径向力带入模口变形区，但对于不可调节的校直辊只能调节开口度大小不能沿拉伸中心调整校直力而上一道的弯曲变形蓄留的变形能仍将会在校直后或多或少保留下来并进入模口变形区，这也是在同样的条件下盘管拉伸不如直管拉伸的壁厚公差好的原因。而当施加一可围绕拉制中心调节的后张力时，由于张力始终按拉制中心均匀的施加在坯料管上，确保坯料管在被迫释放弯曲的势能后平稳地进入模口变形，这样就可以更大的变形量更优的壁厚公差生产出高质量的各种金属管材。
图1为本发明的施加后张力装置的结构示意2为图1中的A-A向视3为图2中的B向视图中张力轮松开时四连杆机构所处的位置示意4为图2中的B向视图中张力轮压紧时四连杆机构的位置示意5为图1加装拉伸装置的示意6为在盘管拉伸机上加装施加后张力装置的示意图下面结合附图对本发明作进一步的描述并给出实施例本施加后张力装置与现有的拉伸装置相配合，拉伸模12装在拉伸模座9中，拉伸模座9由模座摆动销11和模座回转支架10连接，模座回转支架10由可水平回转的立轴支承，该立轴通过轴承和提升模架18固定联接，提升模架18为倒立式盘管拉伸机的基本运动部件，拉伸模座既可绕立轴在水平方向回转一定角度，又可绕摆动销在垂直范围内前倾，以确保拉伸变形的顺利进行，本装置区别于现有技术为张力装置的结构为箱体8固联在提升模架上，箱体8内装有前后二框架2，各框架2中装有二组张力轮6，在箱体的前框架内可安装6-10个张力轮6，在箱体的后框架内可安装5-9个张力轮，张力轮分2-5个为一组。本实施例在箱体的前框架内上安装8个张力轮，分为二组、每组4个张力轮；在箱体的后框架内共安装5个张力轮，也分为二组，一组为3个，另一组为2个呈交叉排列状；各框架中固装有二拉杆1，二拉杆1间装有连接板3，在连接板3上装有浮动油缸5，该浮动油缸5与油缸滑套4为滑动连接，浮动油缸活塞杆前端与框架固联；两框架通过连接销轴15固联，各连接销轴15在上端和下端各装有二导向连接杆13，连接销轴15、导向销轴14均安装在箱体的滑移槽内，即在框架上部和下部各有一组导向销轴，连接销轴的两端由轴承定位在箱体的滑移槽中，导向销轴安装在沿拉制中心线布置的箱体滑移槽内，由导向连接杆13、导向销轴14、连接销轴15在框架上、下端各构成一组四连杆机构。本张力装置中的后框架内安装的5个张力轮相当于一般的校正轮，轮接触面为一圆弧槽，半径一般以工艺规定的允许最大拉伸坯管半径的1-1.2倍定，圆弧太大，接触面太小，对小规格的坯料难控制；圆弧太小，大坯料管无法夹，也可用V型槽的张力轮，但张力较难控制，交叉的5个张力轮在可相对升降的可操作空间显得很紧凑。如用7轮或9轮也可，但安装空间太大，影响机构的制造、安装及操作，用3轮难以控制后张力。
当坯管在φ20-φ50之间时可利用这一组张力轮施加一定的后张力进行拉伸，当管坯继续减径到φ20以下时，用此方式已难以继续得到适当的后张力，因为此时管坯可被交叉排列的张力辊压得变形太大，对一定大的管径旋加的后张力可由坯管的变形抗力来决定，超过一定的弯曲变形时就要按另一种方式施加后张力，也即本实施例的框架前端部分，前端张力轮共8个，轮表面圆弧槽的曲率半径可保证让φ20-φ10的坯管紧紧地被压的槽内而不至于产生过大变形，两两相对的张力轮，相对拉伸中心移位时将细管压紧并产生一定的椭圆变形，由此产生一反向拉力。前端中的张力轮的动作原理及控制方式同上述的后框架中的张力轮相同。本实用新型中前端张力轮用了4对共8个，也可用3-5对，即6-10个轮，再多则安装制造都很困难，也无工艺上的必要。
前后框架中的二组张力轮分别由二组浮动油缸控制，压力油取自液压系统，经比例减压伐按不同的拉伸道次调节压力，整套施加后张力的装置通过四连杆机构确保张力沿拉模中心线施加。因模座在不同管径时摆动造成的微小中心偏移可不作考虑。
实施例按以上所述的管材拉伸变形中施加张力的装置及带后张力的拉伸工艺，在1.8M倒立式盘管拉伸机上加装了一套施加后张力的装置，如图5拉伸盘19由主电机7驱动回转，拉伸盘19和主电机7安装在主框架22上，由钳臂20钳住已制头的坯管17，绕轴转动，将坯料管通过模子拉出，坯管放在模子后端的放料盘16上，料盘以一定速度跟踪主盘转动，坯管12通过后张力装置获得必要的后张力，进入模子变形以成品形式出口绕在拉伸盘上，最终落在收料盘21上。
对不同的坯料管选择不同的施加后张力的方式及给予不同大小的后张力可以获得满意的产品。
在这台设备上利用后张力拉制的一些成品的工艺方法及表现出的不同的品质可举些典型的例子。
1、做空调用管。由φ40×2直到φ9.52×0.35，常规做法是十个道次，现以下列工艺进行。
将φ40×2.0的轧制坯管盘成约2.2m直径的盘状，放入放料盘17中，在盘管一端放入游动芯头，注入内润滑油，经打头机将管端打成小而实的咬入段，以便钳口咬住，将已制好头的坯料管从张力箱体中心穿过，通过外模，露出咬入段，将钳臂20从拉伸盘中伸出，拉伸盘回转至拉伸位，此时可将钳臂端头的钳口套在坯管咬入段，钳口夹紧，启动主电机，拉伸盘绕轴缓慢旋转，钳口咬住坯管端部，将坯管从拉伸模中拉出，待拉出的坯管缠绕至拉伸盘上时将后端张力轮夹紧，此时道次输入显示为1，即第一道次，该道次油压为6Mpa，压力可在现场视制品情况调正并输入PC以控制比例减压伐，加上后张力后拉伸盘开始增速，提升模架爬升，提升模架升至拉伸盘最高点，接近压料盘时停止，此时，回转模座锁定(不再允许摆动)，拉伸盘进入正常运转。在拉伸全过程，浮动油缸始终以道次整定的压力工作即油缸进油伐不关闭，以确保后张力恒定。
拉伸结束，第一道次的成品管落在收料盘中，以待下一道次拉伸。
该道次成品规格为φ33×1.54，λ＝1.565，λ为延伸系数，即位伸前后管材断面积之比，λ越大说明变形越大。
重复上述拉伸过程，一共进行8个道次的拉伸。
每个道次拉伸前在道次选择开关上，输入不同的道次系数，相应的PC将控制比例减压伐输出不同的压力，数据如下1--4-6Mpa2--3-5Mpa3--2-5Mpa4--1-2Mpa5--1-3Mpa6--1-3Mpa7--＜1Mpa8--＜1Mpa其中1-4道次选用后端张力轮施加后张力，5-8次选用前端张力轮前端张力轮的浮动油缸有效截面约为后端张力轮浮动油缸的0.4倍。
2-8道次的工艺安排如下φ33×1.54(λ＝1.569)→φ27×1.20(λ＝1.565)→φ22.5×0.95(λ＝1.512)→φ19×0.76(λ＝1.477)→φ15.8×0.61(λ＝1.496)→φ13×0.50(λ＝1.459)→φ11.15×0.42(λ＝1.409)→φ9.52×0.35(λ＝1.404)2、做φ25×1.5成品管。常规工艺为φ40×2.5→φ34×2.15→φ29×1.85→φ25×1.5加上较大的后张力，该成品以φ40×2.5→φ31.75×1.85→φ25×1.5工艺进行拉伸。
3、同样拉制φ25×1.5两根成品，一根加后张力，一根不加，由成品管除外观显现出拉伸变形大小不一外，对成品尺寸测量，加后张力壁厚为1.53最大，1.46最小，而不加后张力为1.6最大，1.44最小。加后张力的成品管壁厚相对公差小，且尺寸偏下公差。
4、一根φ25×1.5成品管拉制过程中，后部失去了后张力，即前端有后张力拉制后端没有。取前后两端检测，加后张力的管材平均壁厚1.48，不加后张力的超过1.50，在多道次拉制的工艺中，如累积几个道次壁厚及公称尺寸偏大，最终将无法继续下道次的拉伸。
权利要求
1.管材拉伸变形中施加后张力的装置，其特征在于箱体内装有前、后二框架，各框架中装有二组张力轮，在箱体的前框架内可安装6-10个张力轮，在箱体的后框架内可安装5-9个张力轮，张力轮分2-5个为一组；各框架中固装有二组拉杆，二组拉杆间装有连接板，连接板与浮动油缸一端相连，浮动油缸与油缸滑套为滑动连接，油缸活塞杆前端与框架固联；两框架通过连接销轴固联，各连接销轴在上端和下端各装有二导向连接杆，连接销轴、导向销轴均安装在箱体的滑移槽内，由导向连接杆、导向轴销、连接轴销在框架上、下端各构成一组四连杆机构。
2.按权利要求1所述的管材拉伸变形中施加后张力的装置，其特征在于连接销轴的两端由轴承定位在箱体的滑移槽中，导向销轴安装在沿拉制中心线布置的滑移槽内。
3.按权利要求1所述的管材拉伸中带后张力拉伸的工艺，其特征在于先将坯管制头，再将制好头的坯管从张力装置箱体内的二组张力轮间穿过送入钳口，经钳口气缸推动压紧板胶料，然后启动拉伸盘转动，钳口随拉伸盘转动，迫使坯管通过模子芯头产生塑性变形，当坯管拉出2-8米紧贴在旋转拉伸盘上时，若管径大于φ20mm，由后组张力轮通过浮动油缸进油上压、顶推，一框架向拉制中心线前进，另一框架通过拉杆连接板反向朝拉制中心前进，前后两组张力轮均匀地将坯管压紧并持续施以1-6MPa的压力，坯管被张力轮施加的后张力产生弹性变形，并通过模子芯头产生塑性变形，使坯管外径逐渐减小，壁原逐渐变薄，最后拉伸至成品；若管径小于φ20mm，由后组张力轮通过浮动油缸的推动，向拉伸中心靠拢，将坯管轻轻压住，不施加压力，前组张力轮通过相应的浮动油缸将二组框架朝拉制中心前进，均匀地将坯管压紧并持续施以0.5-3MPa的压力，坯管被张力轮施加后张力产生弹性变形，通过模子芯头产生塑性变形，使坯管外径逐渐减小，壁厚逐渐变薄，最后拉伸至成品。
全文摘要
本发明公开了管材拉伸变形中施加后张力的装置及带后张力的拉伸工艺,后张力装置的特征为:箱体内装有前、后二框架,各框架中装有二组张力轮,在箱体的前框架内可安装6—10个张力轮,在箱体的后框架内可安装5—9个张力轮,张力轮分2—5为一组,用浮动油缸加压。采用加后张力装置的拉伸工艺可用大延伸率进行金属拉伸变形,可大大提高壁厚均匀度,可增加拉伸模子使用寿命,改善管材内润滑状况,可获得高质量的各种金属管材。
文档编号B21C1/22GK1249968SQ9812193
公开日2000年4月12日 申请日期1998年10月7日 优先权日1998年10月7日
发明者王晓邦 申请人:王晓邦