专利名称：用于成型端部壁厚加大的管的设备和方法
技术领域：
本发明涉及管的制造，特别是成型在商业上称作“双端加厚管”的流体输送管。这种管具有一个前向端部或“销”形端部，一个加长的中间部分和一个后向端部或“箱”形端部。该管的所有三个部分的内径相同。管的前向、后向端部的外径明显大于管的中间部分的外径。因此，管的中间部分的厚度明显薄于管的前向端部或后向端部。
本发明涉及一种用于成型商业上被称作“双端加厚管”的流体输送管的设备。这种管具有一个前向端部或“销”形端部，一个加长的中间部分和一个后向端部或“箱”形端部。管的所有三个部分的内径相同。管的前向、后向端部的外径明显大于管的中间部分的外径。因此，管的中间部分的厚度明显地薄于管的前向端部或后向端部。管的前向、后向端部的额外的厚度经过机加工和/或螺纹加工，以便使第一管的前向端部或“销”形端部可与第二管的后向端部或“箱”形端部相连接。
过去，金属的双端加厚管是通过分别挤压管的中间部分和端部并将前向、后向端部焊接到中间部分的相对两端上而制成的。由于焊接区代表着潜在的管的薄弱区域，因而将管的各部分制造得比其通常所需的厚度厚。这一过程既浪费时间又十分昂贵。为实现额外的厚度所需的额外的材料也增加了管的材料成本。管的增加的重量也进一步增加了运输和装卸过程中的成本。
已经开发出了许多用于利用一个压机、一个模具和一个芯棒将坯料挤压成管的金属挤压设备和方法。然而，尚未有已知的用于挤压具有均一内径且其两个相对端部具有比其中间部分更大的外径的整体管的设备或系统。在现有技术的管挤压设备或方法中所遇到的这些及其它困难已经被本发明所克服。
因此，本发明的主要目的是提供一种用于将金属坯料挤压成管的设备，用以生产一种具有恒定或均一内径且其中间部分与其两个相对端部之一相比具有较小外径的整体形成的管。
本发明的进一步的目的是提供一种用于在单个连续的挤压操作中如上所述地将金属坯料挤压成管的设备。
本发明的另一个目的是提供一种将金属坯料挤压成管的方法，其中所述管具有均匀的内径并且其中间部分的外径比管的两个相对端部的外径小。
本发明的再一个目的是提供一种在一单个连续过程中如上所述地将金属坯料挤压成管的方法。
本发明的又一个目的是提供一种用在一金属挤压机中的外部构形不均匀的芯棒，所述金属挤压机用于将金属坯料挤压成一种具有均一内径且其中间部分的外径比两个相对端部的外径小的管。
本发明的另一个目的是提供一种用于将金属坯料挤压成管的设备，其中管的中间部分的外径比管的两个相对端部中的每一个的外径小，并且管的一个端部的内径比管的中间部分和相对端部的内径小。
考虑到这些和其它的目的，本领域的技术人员将清楚地看到，本发明蕴含在说明书的有关部分中并被其后附的权利要求书所覆盖。
本发明有关用于挤压出具有大体均匀的内径的金属管的设备和方法。所述金属管的前向、后向端部比管的中间部分厚。一个具有一圆柱形纵向孔的加热金属坯料被插入到一个固定容器的圆柱形孔的后开口中。一个可移动的对开内模位于容器的孔中且与容器的前向端部相邻，而一个外模位于容器的外侧且与容器的前端相邻。内模具有一直径相对较小的圆柱形孔。外模具有一直径相对较大的圆柱形孔。坯料借助一个压机在容器的孔中沿纵向中心轴线移动，所述压机包括一个圆形的前向压制表面和一个从该压制表面向前伸向坯料的芯棒。该芯棒具有一个圆柱形的直径相对较大的后向部分，一个圆柱形的直径相对较小的中间部分，和一个沿向前的方向从中间部分的直径到前向部分的直径向外倾斜的截头圆锥形前向部分。通过使压机向前移动一个第一距离，迫使坯料上的金属围绕着芯棒的小直径部分通过内模的孔，以便挤压出管的初始前向端部。使该压机向前移动一个第二距离，以迫使坯料上的金属围绕着芯棒的大直径后向部分穿过内模的孔，以便挤压出管的中间部分并使管的初始前向端部经过芯棒的倾斜的向前部分。这使得管的初始前向端部沿其纵向中心轴线横向地扩张到内径等于中间部分的内径的程度，并且壁厚被扩张到大于管的中间部分的壁厚的程度。将内模从容器中拆下，并且使压机向前移动一个第三距离，用以迫使金属从坯料上围绕着芯棒的后向部分地穿过外模的孔，以便挤压出内径与管的中间部分相同且壁厚大于管的中间部分的管的后向端部。
然而，本发明的特征可通过参考对如附图中所示的其结构形式之一的说明而得到最好地理解，图中
图1是用于形成双端加厚管的本发明挤压设备的主要功能部件的纵向剖视图；图2是所述设备的芯棒部分的侧视图；图3是同样形成所述设备的一部分的对开模具的端视图；图4～12是说明管的前向端部和中间部分的成型操作过程的视图；图13～18是说明管的后向端部的成型操作过程的视图；图19a、19b、19c和19d是表示本发明的整个挤压设备的、可沿公用线A-A、B-B和C-C连接在一起的垂直剖视图；以及图20是与图10类似的、表示一个改进的芯棒的视图。
首先参看图19a、19b、19c和19d，本发明的管挤压设备总体上被标为10。设备10包括一个后向机座72和一个通过四个连杆74与后向机座相连的前向机座70。一个其总体被标为标号13的压机安装在管挤压设备10上，位于机座70和72之间，以便沿纵向中心轴线18纵向移动。
压机13包括一个位于机座70和72之间的十字头78。一个活塞75通过一个水平连接件79被连接到十字头78的后侧上。活塞75可滑动地安装在一个单动液压缸77中，该液压缸77被固定到后向机座72上。液压缸77通过液压线路73连接到一个未示出的高压液压源上。十字头78被支撑在一对纵向槽81上并受到连接轨道74的引导，以便沿纵向轴线18前、后地纵向移动。十字头78具有一个与纵向轴线18同轴的水平孔65。一个双动液压缸81通过一个结构支撑件82固定在液压缸77上。一个其总体由标号85标出的活塞包括一个可滑动地安装在液压缸81中的活塞头89和一个从液压缸81延伸出来并固定到十字头78的上端上的活塞杆93。液压缸81通过液压线路76连接到一个未示出的高压液压源上。液压缸77的动作使得活塞75和十字头78朝着机座70向前移动。液压缸77的相对较大的尺寸提供了在挤压机的前向端部处迫使坯料通过将要描述的模具结构所需的较大的力。通过致动液压缸81而使十字头78和活塞75向后移动到它们的起始位置，从而使活塞头89在液压缸81中向后移动。压机13还包括一个圆柱形壳体或杆部36，该杆部36固定在十字头78的前侧上并沿纵向轴线18向前延伸。双动液压缸69固定在十字头78的后侧上并通过液压线路68连接到高压液压源上。
杆部36具有一个室40和一个前向端部47，该前向端部包含一个通向室40的向前开口49。一个模环38位于壳体36的向前开口49中并包含一个圆柱形孔42和一个圆形的前向压制表面39。芯棒44位于室40中并且具有一个其形状被做成可与驱动杆46的前向端部相结合的后向端部45。一个衬套59与杆部36具有一定配合间隙地固定在驱动杆46的前向端部上。这有助于支撑驱动杆46并使芯棒44保持对中。驱动杆46的后向端部与一个可滑动地安装在液压缸69中的活塞71相连接。液压缸69可使芯棒44有选择地沿纵向轴线18相对于杆部36向前、向后地运动。芯棒44与纵向中心轴线18同轴。芯棒44具有一个圆柱形的后向部分48，一个直径减小的圆柱形中间部分50，和一个从直径减小的中间部分50到芯棒的前向端部向外倾斜的截头圆锥形前向部分52。芯棒44的最前向端部具有与后向部分48相同的直径。芯棒44自由地延伸穿过模环38的孔42。模环38并不固定在杆部36上，而是被支撑在芯棒44上。
壳体或容器12被支撑在前向机座70上。壳体12被固定到一对相对挤压的连接臂80上。连接臂80被固定到一对总体由参考标号84标出的活塞的向后延伸的端部85上。活塞84的前向端部可滑动地安装在双动液压缸88中，该双动液压缸通过液压线路90与高压液压源相连。液压缸88被固定到前向机座70上。壳体12容纳有一个具有一圆孔16的圆柱形管或套管14，圆孔16与纵向轴线18同轴。孔16具有一个圆形的后开口15和一个圆形的前开口17。同样也参看图1和3，一个圆柱形的内模20位于孔16中，并与孔的前开口17相邻。内模20沿着线20被横向分开，形成两个可分开的半模20a和20b。总体由标号23标出的外模组件位于孔16的前开口17的外侧。外模组件23包括一个模座24，该模座具有一个孔37、一个后向端部41和一个前向端部43。一个外模26在模座24的后向端部41处位于孔37内。一个靠板30位于模座24的前向端部43处。外模26具有一个圆孔28。靠板30具有一个圆孔32。孔32的直径略大于孔28的直径。内模20的孔22的直径比孔28的直径小。
由本发明的挤压设备10成型的管是由一个具有一圆柱形的纵向孔56的圆柱形坯料54形成的。坯料54的尺寸应使得在坯料的外表面相对于确定孔16的套管14的内表面之间存在一特定量的间隙。坯料54的孔56的直径相对于芯棒的部分48和52的外径具有一特定的间隙。压机13的杆部36沿轴线18运动并将压机13的所有向前的力施加在坯料54上。
外模组件23位于一个卡环92内，该卡环位于一个可拆卸的壳体或外模架98的后向端部上。模架93位于前向机座70上的一个水平室100内。室100具有一个后开口103和一个前开口99。模架98具有一个中心水平孔97，它具有一个向前开口86和一个向后开口87。孔97的后向部分具有一个埋头孔96，该埋头孔96内装有卡环92和外模组件23。固定板94位于孔97的埋头孔部分的前向端部处。固定板94具有一个孔91，该孔的直径大于靠板30的孔32的直径。
外模架98被一个可解脱的止动机构保持在室100的后向端部上，该可解脱的止动机构总的由参考标号102标出。止动机构102包括一对相互面对地设置的活门104，活门104可滑动地安装在与室100相交的横向孔101中。每个活门104与一个活塞108的一端相连。各活塞108的另一端部可滑动地安装在一个液压缸110中。各液压缸110固定在前向机座70上。液压缸110可被控制成有选择地在一个如图19d所示的活门104位于室100内的工作位置和一个活门104位于室100之外的非工作位置之间移动活门104。当活门104在其工作位置时，它们阻挡住外模架98的任何向前的运动并且保持外模组件23抵靠在容器12的前向端部和内模20上。当活门104处于其非工作位置时，外模架98可从室100移动通过前开口99。
导向管95固定在固定板94的前侧上。导向管45与纵向轴线18同轴，并且向前地穿过前开口99。使一个工作台112固定到导向管95上并在管95的下面延伸。多个导向辊114位于工作台112的上表面上。
已经描述了本发明的管成型设备的细节，双端加厚管坯料则是根据下面的说明成型的。
参看图1，图中使芯棒44退回到杆部36中，以便可使坯料54位于芯棒44和室16的开口15之间。然后，将坯料54装入容器12的孔16中。一旦坯料54已被装入孔16中，如图4所示，使液压缸69致动，迫使驱动器46相对于十字头78和杆部36向前运动。由此，使芯棒44通过驱动器46相对于杆部36地向前伸出，从而芯棒的后向部分48位于杆部36的前向端部处并且在模环38的孔42中。此刻，使芯棒44相对于环38地保持在一个固定位置上。致动液压缸77，使包含十字头78、杆部36、芯棒44和模环38在内的压机13作为一单个单元地向前运动。如图5所示，压机13沿纵向轴线18向前运动，从而芯棒44延伸穿过坯料54的孔56，穿过内模20的孔22，穿过外模26的孔28并穿过靠板30的孔32。如图5所示，杆部36还进入孔16中。如图5所示，模环38在即将向坯料施加向前的压力之前抵靠在坯料54的后向端部上。
所述第一步骤的一个优选的变型为，致动液压缸69以推动芯棒44穿过坯料54的孔56，与此同时将坯料支撑在一个可动托架上。致动液压缸77，使压机13向着容器12运动，从而将芯棒44和坯料54带入容器的孔16中，处于图5所示的位置。
坯料被压机13的附加的向前运动压在内模20的后向端部上。压机13的一个小的向前运动挤压坯料54，并且迫使坯料上的金属完全充满在套管14的内表面和坯料之间的空间。在坯料54的前向端部处的金属也如图6所示地被迫向内地移向芯棒44的直径减小的部分48，从而形成材料的一个向内的鼓凸或“加厚部分”60。此刻，杆部36的向前的力挤压着坯料54。坯料因而在长度上略微减小，并且坯料的对应体积被转移到套管14与坯料54之间的间隙中以及芯棒与坯料之间的间隙中，以形成“加厚部分”60。如图7所示，在芯棒的直径减小的中间部分50和芯棒的后向部分48之间的交叉部位相对于内模20确定出管的初始前向端部或“销”形部62的长度。
如图7所示，通过使杆部36向前运动一个第一距离而对坯料54进行连续挤压，以迫使坯料上的金属从在内模20的内表面和芯棒的直径减小的中间部分50之间的第一环形开口或间隙51中通过，形成管的圆柱形初始前向端部62。初始前向端部62将最终成为管的“销”形端部或前向端部。通过使压机13向前运动一个第二距离而成型出管的中间部分64和前向部分67。在此刻，芯棒的圆柱形大直径后部48到达内模20的后向部分。当芯棒的后向部分48进入内模20的孔22时，如图8所示，在内模20的内表面和芯棒的后向部分50之间形成一个第二环形开口53。第二环形开口53的内径比第一开口51的内径大。这还意味着第二环形开口53比第一环形开口51窄。因此，由杆部36的向前压力迫使来自坯料54的金属通过开口或间隙53，成为一个具有较薄壁厚的管状挤压件。这样便开始了管的圆柱形中间部分64的成型。同时，如图8所示，管的初始前向端部62到达芯棒的锥形前向部分52，并且开始相对于轴线18横向扩张。因为坯料54的横截面远大于成品管的横截面，所以挤压管件比坯料长若干倍。挤压管件的长度由坯料的横截面面积和管的横截面面积的比(或挤压比)确定。例如，对于12∶1的挤压比，压机13每前进一英寸，将成型出12英寸的挤压管件。因为使芯棒相对于壳体或杆部36保持固定，所以在挤压时的这种伸长使挤压管件在芯棒44的外径上滑动。
图9表示当迫使坯料越过芯棒44的锥形前向端部52时，使坯料54进一步受到挤压，管的中间部分64被拉长，以及管的初始前向端部62连续地扩大。
图10和11表示用于管的前向端部的挤压工艺的完成。当管的初始前向端部62的前端通过芯棒的锥形前向部分52的前端时，其变成圆柱形，如图10所示。同时，扩大的前向端部62的内径与中间部分64的内径相同。管的初始前向端部62在图11中完全地被扩张，从而完成管的前向端部或“销”形端部的成型，这由参考标号56标出。
如图12所示，当杆部36继续前进时，管的中间部分64的长度逐渐加长，直到已挤出管的所需长度时为止。在成型出管的中间部分64之后，使液压缸77停止工作，并且同时致动液压缸81和85，以便向后移动杆部36和容器12。坯料54和部分挤出的管件也随容器12向后移动，如图13所示。这在容器12和模座24之间产生了一个小的间隙，并且消除了模架98上的向前压力。然后，致动液压缸110，从室100移去活门104，并且使可拆卸的模架98向前移动，以便在模座24和容器12之间产生一个间隙57，如图14所示。间隙57比内模20宽。使液压缸81停止工作，并且再次致动液压缸77，以便向前移动杆部36。这迫使内模向前移出容器12并进入空间57，如图15所示。当内模20离开孔16的前开口17时，内模20的两个半模分开并且离开管的中间部分64，如图16所示。壳体98向后运动并且杆部36和容器12向前运动到室100的后开口103，从而模座24与容器12的前表面相抵靠，如图17所示。使液压缸110致动，以便使活门104在模架98的前面返回室100。
坯料54的其余部分被用于形成管的后向部分或“箱”形部分。
致动液压缸77，以便使压机13和杆部36向前移动一个第三距离。在芯棒的后向部分48和孔28的内表面之间的空间确定出一个第三环形开口或间隙55。压机13向前移动一个第三距离迫使金属从坯料54穿过第三环形开口或间隙55。外模26的孔28具有比内模20的孔22大的直径，从而环形开口或间隙55的厚度大于第二环形开口或间隙53的厚度。因此，来自坯料54的被迫通过第三开口55的金属形成管的相对较厚的后向端部66，如图18所示。后向端部66的外径明显大于管的中间部分64的外径。此刻，管的挤压完成。在已挤出管的整个所需长度之后，坯料残留有一小的未挤压部分。该未挤压部分由图18中的参考标号68标出。通过起动液压缸69以将芯棒向后移出挤压管件并通过起动液压缸88以向后移动容器12，可在挤压机中将未挤压部分68从管上除去。容器12的向后运动将坯料的未挤压部分68推出到孔16之外，并从管的端部上锯下。优选地，使包括未挤压部分68的挤压管件向后移动一个很短的距离，以利于去除未挤压部分68。通过起动液压缸110以将活门104移动到室100之外的其非工作位置上而将挤压管件移去。使模架98穿过前开口99地从室100移开。这使得挤压管件可从室100通过前开口99被移开。可采用例如剪切、锯、磨削、火焰切割、激光切割等任何希望采用的手段将未挤压部分68从挤压管件的后端上去除。然后，从室100中移去挤压管件。该挤压管件为用于后续精加工的坯料管。管的端部被以传统的方式开设螺纹和机加工，以形成成品管。
参看图20，图中表示出一个总体由参考标号44’标出的改进的芯棒在管的前向端部的扩大步骤中位于容器12中的情况。芯棒44’具有一个圆柱形的后向端部48’，一个减径的圆柱形部分50’和一个从减径的中间部分50’向芯棒的前端向外地倾斜的截头圆锥形部分52’。芯棒44’在芯棒的后向部分和中间部分与芯棒44相同。然而，芯棒44’的截头圆锥形前向部分与芯棒44的不同。芯棒44’的最前向端部的外径大于中间部分50的外径，而小于后向部分48’的外径。当管的初始前向端部62的前端通过芯棒44’的锥形部分52’的前端时，部分62变成圆柱形，如图20所示。然而，扩大的前向端部62的内径小于管的中间部分64的内径。
由此，已经对本发明进行了说明，其新的、要求得到专利权保护的内容由权利要求书进行限定。
权利要求
1.一种用于挤压具有基本上均一的内径的金属管的设备，所述管具有一个前向端部、一个后向端部和一个中间部分，所述中间部分的外径明显小于所述前向端部和后向端部之一的外径，所述设备包括(a)一个机架；(b)一个支撑在机架上的容器，所述容器具有一个纵向中心轴线和一个与所述纵向中心轴线同轴的纵向圆柱形第一孔，该孔用于接收具有一纵向圆柱形孔的圆柱形金属坯料，所述容器具有一个与所述第一孔相通的前开口和一个与所述第一孔相通的后开口；(c)一个具有一与所述第一孔同轴的圆柱形第二孔的圆柱形内模，所述内模具有与所述第一孔的直径相等的外径，所述第二孔具有比所述第一孔的直径小的直径，所述内模被沿纵向分成两个基本上相等的半模，在所述第一孔内与所述前开口一相邻的一内部位置和所述第一孔外侧的一外部位置之间，所述内模可沿所述纵向中心轴线移动穿过所述前开口；(d)一个位于所述容器之前且具有一个纵向圆柱形第三孔的外模组件，所述第三孔与所述第一和第二孔同轴，并且具有比所述第二孔大的直径，所述外模组件和所述容器之一可沿所述纵向中心轴线在一个工作位置和一个非工作位置之间移动，在所述工作位置上，所述容器和所述外模组件在所述前开口处相邻接，在所述非工作位置上，所述外模组件和所述容器充分地间隔开，以使所述内模能够被移动到所述外部位置上，以便从所述设备上拆下；(e)一个位于所述容器后面并且可沿所述纵向中心轴线朝向和远离所述容器地运动的压机，所述压机具有一个面对所述容器的后开口的圆形前向压制表面和一个从所述压制表面朝所述后开口向前延伸的芯棒，所述压制表面和所述芯棒与所述第一孔同轴，所述压制表面具有与所述第一孔的内径基本上上相同的外径，并留有足够的间隙，以便使所述压制表面能够在所述第一孔内纵向移动，所述芯棒包括一个具有比所述第二孔的内径小的外径的圆柱形后向部分，一个具有比所述后向部分的外径小的外径的圆柱形中间部分，和一个从所述中间部分向前延伸且外径从与所述中间部分的外径相等到与所述后向部分的外径基本上相等地变化的截头圆锥形前向部分；以及(f)一个致动器，用于沿所述纵向轴线使所述外模组件和所述容器之一相对于所述外模组件和所述容器中的另一个移动。
2.如权利要求1所述的设备，其特征为，所述芯棒各部分的纵向长度相对于所述内模的纵向长度和特定的坯料长度而言应使得当坯料被所述压机向前推动而与所述内模接合并且沿着所述纵向中心轴线将所述压机向前推出一个第一距离而到达这样一个点，即所述后向部分在所述第二孔的后向端部处，用以迫使所述坯料上的金属围绕着所述芯棒通过所述第二孔，以便挤压出所述管的初始前向端部时，所述中间部分在所述第二孔内，其中所述管的初始前向端部具有与所述第二孔的直径相等的外径和与所述中间部分的直径相等的内径，所述压机沿所述纵向中心轴线向前运动一个第二距离，同时所述后向部分在所述第二孔内，这使得所述坯料上的金属被迫围绕所述芯棒的后向部分通过所述第二孔，以便挤压出所述管的中间部分，其中所述管的中间部分具有与所述第二孔的内径相等的外径和与所述后向部分的外径相等的内径，所述压机向前运动一个第二距离还使得所述管的初始前向端部通过了所述芯棒的前向部分，从而使所述初始前向端部相对于所述纵向中心轴线横向扩大，以成型出所述管的前向端部，其中所述管的前向端部具有与所述芯棒的后向部分的外径相等的内径和比所述管的中间部分的厚度大的厚度，在从所述设备上拆下所述内模并且同时所述外模组件位于所述工作位置上后，所述压机沿所述纵向中心轴线向前运动一个第三距离，这迫使所述坯料上的金属围绕所述芯棒的后向部分地通过所述第三孔，以便挤压出所述管的后向部分，其中所述管的后向部分具有与所述后向部分的外径相等的内径和与所述第三孔的内径相等的外径。
3.如权利要求1所述的设备，其特征为，所述外模组件包括(a)一个具有一第四孔的模座，所述模座具有一个后向端部和一个前向端部；(b)一个在所述外模座的后向端部处位于所述第四孔中且包含所述第三孔的外模；以及(c)一个在所述模座的前向端部处位于所述第四孔中的止动件，所述止动件具有一个直径大于所述第四孔的直径的圆柱形第五孔。
4.如权利要求1所述的设备，其特征为，所述芯棒具有一个后向端部，并且所述压机包括(a)一个壳体，该壳体具有一个用于容纳所述芯棒的室和一个具有一通向所述室的孔的前向端部；(b)一个在所述前开口处位于所述壳体的前向端部处的模环，所述模环包括所述前向压制表面和一个圆柱形孔，所述圆柱形孔的内径与所述芯棒后向部分的外径基本上相等；以及(c)一个可操作地连接到所述芯棒的后向端部上的驱动装置，用于使所述芯棒沿所述纵向中心轴线在一个向后退回的位置和一个向前伸出的位置之间移动，在所述向后退回的位置上，所述后向部分在所述室内，在所述向前伸出的位置上，所述芯棒的后向部分在所述模环的孔中，并且所述芯棒的剩余部分在所述模环之前。
5.如权利要求1所述的设备，其特征为，所述设备进一步包括一个致动器，用于沿所述纵向中心轴线使所述外模组件和所述容器之一相对于所述外模组件和所述容器中的另一个移动。
6.如权利要求5所述的设备，其特征为，所述致动器是一个流体致动器，包括(a)一个固定到所述机架上的液压缸；以及(b)一个活塞，它可在所述液压缸中滑动并且具有一个向所述液压缸后面延伸且可操作地连接到所述容器上的后向端部。
7.如权利要求6所述的设备，其特征为，所述一个第一流体致动器在所述纵向中心轴线的一侧，一个第二流体致动器在所述纵向中心轴线的相对侧，并且所述容器被固定到所述第一和第二流体致动器的活塞上。
8.如权利要求1所述的设备，其特征为，所述外模组件包括(a)一个具有一与所述纵向中心轴线同轴的中心孔的托架，所述中心孔具有一个向前开口和一个向后开口；(b)一个在所述中心孔中位于所述中心孔的向前开口处的模座，所述模座具有一个圆柱形第四孔、一个后向端部和一个前向端部；以及(c)一个在所述外模组件的后向端部处位于所述第四孔中且包含所述第三孔的外模；和一个在所述模座的前向端部处位于所述第四孔中的止动件，所述止动件具有一个圆柱形第五孔，该孔的直径比所述第四孔的直径大。
9.如权利要求8所述的设备，其特征为，所述外模组件进一步包括一个在所述中心孔中且围绕所述模座的卡环。
10.如权利要求9所述的设备，其特征为，所述外模组件进一步包括一个在所述中心孔中且在所述模座之前的固定板，所述固定板具有一个圆柱形孔，该孔与所述纵向中心轴线同轴并且其直径比所述第五孔的直径大，比所述第四孔的直径小。
11.如权利要求10所述的设备，其特征为，所述外模组件进一步包括一个固定到所述固定板上且向前延伸穿过所述中心孔的向前开口的导向管，该导向管具有至少与所述固定板的孔的内径一样大的内径。
12.如权利要求1所述的设备，其特征为，所述机架具有一个室，该室具有一个后开口和一个前开口，所述外模组件位于所述室中，以便沿所述纵向中心轴线纵向移动，所述设备进一步包括一个可解脱的止动机构，用于以与所述内模有效接触的方式可脱开地将所述外模组件保持在所述室中。
13.如权利要求12所述的设备，其特征为，所述机架具有一个横向孔，该孔相对于所述纵向中心轴线横向延伸并且与所述室相交，所述可解脱的止动机构包括一个可在一个工作位置和一个非工作位置之间滑动地安装在所述横向孔中的活门，在所述工作位置上，所述活门的至少一部分在所述室中，在非工作位置上，所述活门在所述室之外。
14.如权利要求13所述的设备，其特征为，所述可解脱的止动机构进一步包括一个致动器，用于有选择地将所述活门移动到所述工作位置和所述非工作位置。
15.如权利要求14所述的设备，其特征为，所述致动器为流体致动器。
16.如权利要求1所述的设备，其特征为，所述设备进一步包括一个在所述外模组件之前的导向台，当挤压所述管时，它用于对所述管进行支撑和导向。
17.如权利要求16所述的设备，其特征为，所述导向台具有向上延伸的辊，用于支撑所述挤压管件。
18.如权利要求17所述的设备，其特征为，所述设备进一步包括一个从所述外模组件向所述导向台延伸的导向管，用于将所述挤压管件从所述外模组件导向到所述导向台。
19.一种用于一金属挤压机的芯棒，所述金属挤压机用于挤压金属管，所述金属管具有作为第一尺寸的均一内径，一个前向端部、一个后向端部和一个在所述前向端部和后向端部之间的中间部分，所述中间部分具有作为第二尺寸的外径，并且所述后向端部和前向端部分别具有比所述第二尺寸大的外径，所述芯棒包括(a)一个圆柱形后向部分，它具有与所述第一尺寸相等的外径；(b)一个圆柱形中间部分，它具有明显小于所述后向部分的外径的外径；以及(c)一个前向部分，该前向部分具有一个从所述中间部分向前延伸的截头圆锥形外表面，其外径从等于所述中间部分的外径到等于所述后向部分的外径地变化。
20.一种挤压一圆柱形金属管的方法，所述金属管具有恒定的内径，所述管具有一个前向端部、一个后向端部和一个中间部分，所述中间部分的外径明显小于所述前向端部和后向端部中的每一个的外径，所述方法包括(a)通过将一个具有圆柱形纵向孔的圆柱形金属坯料从一个后开口插向一个容器的圆柱形第一孔，将所述金属坯料定位于所述第一孔中，所述第一孔具有一个纵向中心轴线，所述容器具有一个通向所述第一孔的前开口并且容纳有一个位于所述第一孔内且与所述前开口相邻的内模和一在所述容器外部的与所述前开口相邻的外模，所述内模具有一个圆柱形第二孔，该孔的直径比所述第一孔的直径小，所述外模具有一个第三孔，该孔的直径小于所述第一孔的直径且大于所述第二孔的直径，所述内模和外模均可有选择地沿所述纵向中心轴线移动，所述内模包括两个可分开的半模；(b)沿所述纵向中心轴线布置一个压机，所述压机具有一个面对所述容器的圆形前向压制表面和一个从所述压制表面朝所述容器向前延伸的芯棒，所述压制表面和所述芯棒与所述第一孔同轴，所述压制表面具有与所述第一孔的内径基本上相同的外径，并留有足够的间隙，以便能够使所述压制表面在所述第一孔内纵向移动，所述芯棒具有一个直径比所述第二孔小的圆柱形后向部分，一个直径比所述后向部分小的圆柱形中间部分，和一个向前延伸的截头圆锥形前向部分，其直径从等于所述中间部分的直径向等于所述后向部分的直径地变化；(c)沿所述纵向中心轴线向前移动所述压机，从而所述芯棒延伸穿过所述坯料的孔，并且所述中间部分位于所述第二孔内，以便形成一个第一环形开口，当所述前向压制表面第一次与所述坯料接合时，所述中间部分与所述后向部分的接合处向后地与所述内模隔开，以便将所述坯料推压在所述内模上；(d)沿所述纵向中心轴线将所述压机向前移动一个第一距离至这样一个点，即所述中间部分和所述后向部分的接合处位于所述第二孔的后向端部处，以便迫使所述坯料上的金属穿过所述第一环形开口，以挤压出管的初始前向端部，该前向端部具有与所述第二孔的内径相等的外径及与所述中间部分的外径相等的内径；(e)在所述后向部分位于所述第二孔内的状态下沿所述纵向中心轴线将所述压机向前移动一个第二距离，以形成一个第二环形开口，用以迫使所述坯料上的金属穿过所述第二环形开口，挤压出所述管的中间部分，该中间部分具有与所述第二孔的内径相等的外径及与所述后向部分的直径相等的内径，并且在所述压机向前移动所述第二距离的过程中使得管的初始前向端部经过所述芯棒的前向部分，从而使所述管的初始前向端部相对于所述纵向中心轴线地横向扩张到内径等于所述管的中间部分的内径、外径大于所述管的中间部分的外径的程度；(f)沿所述纵向中心轴线移动所述外模和所述容器之一，从而使所述外模与所述固定容器间隔开一个至少等于所述内模的纵向长度的距离；(g)从所述第一孔中通过所述前开口地拆下所述内模，从而使所述内模在所述容器之前；(h)从所述管和芯棒上取下所述内模的半模；(i)沿所述纵向中心轴线向后移动所述外模和所述容器之一，从而所述外模与所述容器接合并且所述后向部分在所述第三圆形孔内，以形成一个第三环形开口；(j)沿所述纵向中心轴线使所述压机向前移动一个第三距离，用于迫使所述坯料上的金属穿过所述第三环形开口，以挤压出所述管的后向端部，该后向端部具有与所述后向部分的外径相等的内径及与所述第三孔的内径相等的外径；以及(k)从所述芯棒上卸下所述挤压管件。
21.如权利要求20所述的挤压金属管的方法，其特征为，通过使所述芯棒向后沿所述纵向中心轴线移动直到所述芯棒位于所述挤压管件之后为止，将所述挤压管件从所述芯棒上卸下。
22.如权利要求20所述的挤压金属管的方法，其特征为，在权利要求20的步骤(f)中，所述容器沿所述纵向中心轴线相对于所述外模和所述芯棒向后移动，用于迫使所述内模移出所述第一孔。
23.如权利要求20所述的挤压金属管的方法，其特征为，在所述芯棒向前移动了所述第三距离之后，所述坯料的未挤压部分保留在所述第一孔中，并且所述方法包括下述附加步骤(a)沿所述纵向中心轴线向后移动所述芯棒，直到所述芯棒位于所述挤压管件之后为止；(b)沿所述纵向中心轴线向前移动所述外模和所述容器之一，从而使所述外模与所述容器间隔开；以及(c)从所述挤压管件的后向端部上除出所述坯料的未挤压部分。
24.如权利要求23所述的挤压金属管的方法，其特征为，在权利要求23的步骤(b)中，所述容器沿所述纵向中心轴线相对于所述外模和所述芯棒向后移动，用于迫使所述坯料的未挤压部分离开所述第一孔。
25.一种挤压圆柱形金属管的方法，所述金属管具有作为第一尺寸的均一内径，一个前向端部、一个后向端部和一个在所述前向端部和后向端部之间的中间部分，所述中间部分具有作为第二尺寸的外径，并且所述后向端部和前向端部分别具有比所述第二尺寸大的外径，所述方法包括下述步骤(a)在一个容器的一圆柱形孔中将一个圆柱形金属坯料压过一个第一环形开口，所述开口具有小于所述第一尺寸的内径和等于所述第二尺寸的外径，以便挤压出所述管的内径小于所述第一尺寸的初始前向端部；(b)在所述孔中将所述金属坯料挤压过一个第二环形开口，所述开口具有等于所述第一尺寸的内径及等于所述第二尺寸的外径，以便挤压出所述管的中间部分；(c)将所述管的初始前向端部移过一芯棒，所述芯棒具有一个截头圆锥形外表面，其形状可用于扩张所述管的初始前向端部，以形成内径等于所述第一尺寸且外径大于所述第二尺寸的所述管的前向端部；以及(d)在所述孔中将所述金属坯料挤压过一个第三环形开口，所述开口的内径等于所述第一尺寸，外径大于所述第三尺寸，以挤压出所述管的后向端部。
26.一种用于挤压金属管的设备，所述金属管具有一个前向端部、一个后向端部和一个中间部分，所述中间部分的外径明显小于所述前向端部和后向端部中的每一个的外径，所述前向端部的内径小于所述后向端部和所述中间部分中的每一个的内径，所述设备包括(a)一个机架；(b)一个支撑在机架上的容器，所述容器具有一个纵向中心轴线和一个与所述中间纵向轴线同轴的纵向圆柱形第一孔，该孔用于接纳具有一纵向圆柱形孔的圆柱形金属坯料，所述容器具有一个与所述第一孔相通的前开口和一个与所述第一孔相通的后开口；(c)一个具有一与所述第一孔同轴的圆柱形第二孔的圆柱形内模，所述内模具有与所述第一孔的直径相等的外径，所述第二孔具有比所述第一孔的直径小的直径，所述内模被沿纵向分成两个基本上相等的半模，在一个位于所述第一孔内且与所述前开口相邻的内部位置和一个位于所述第一孔外侧的外部位置之间，所述内模可沿所述纵向中心轴线移动穿过所述前开口；(d)一个位于所述容器之前且具有一个纵向圆柱形第三孔的外模组件，所述第三孔与所述第一和第二孔同轴，并且具有比所述第二孔大的直径，所述外模组件和所述容器之一可沿所述纵向中心轴线在一个工作位置和一个非工作位置之间移动，其中在工作位置上，所述容器和所述外模组件在所述前开口处相抵靠，在非工作位置上，所述外模组件和所述容器充分地间隔开，以使所述内模能够被移动到所述外部位置上，以便从所述设备上拆下；(e)一个位于所述容器后面并且可沿所述纵向中心轴线朝向和远离所述容器地运动的压机，所述压机具有一个面对所述容器的后开口的圆形前向压制表面和一个从所述压制表面朝所述后开口向前延伸的芯棒，所述压制表面和所述芯棒与所述第一孔同轴，所述压制表面具有与所述第一孔的内径基本上上相同的外径，并留有足够的间隙，以便使所述压制表面能够在所述第一孔中纵向移动，所述芯棒包括一个具有比所述第二孔的内径小的外径的圆柱形后向部分，一个具有比所述后向部分的外径小的外径的圆柱形中间部分，和一个从所述中间部分向前延伸的截头圆锥形前向部分，该部分的外径从等于所述中间部分的外径到大于所述中间部分的外径且小于所述后向部分的外径地变化；以及(f)一个致动器，用于沿所述纵向轴线使所述外模组件和所述容器之一相对于所述外模组件和所述容器中的另一个移动。
27.一种用于金属挤压机的芯棒，所述金属挤压机用于挤压金属管，所述金属管具有作为第一尺寸的均一内径，一个前向端部、一个后向端部和一个在所述前向端部和后向端部之间的中间部分，所述中间部分具有作为第一尺寸的内径和作为第二尺寸的外径，所述后向端部和前向端部分别具有比所述第二尺寸大的外径，所述前向端部具有小于所述第一尺寸的内径，所述芯棒包括(a)一个圆柱形后向部分，它具有与所述第一尺寸相等的外径；(b)一个圆柱形中间部分，它具有明显小于所述后向部分的外径的外径；以及(c)一个前向部分，该前向部分具有一个从所述中间部分向前延伸的截头圆锥形外表面，其外径从等于所述中间部分的外径到小于所述第一尺寸且大于所述中间部分的外径地变化。
28.一种挤压一圆柱形金属管的方法，所述金属管具有一个前向端部、一个后向端部和一个中间部分，所述中间部分的外径明显小于所述前向端部和后向端部中的每一个的外径，所述前向端部具有小于所述后向端部和所述中间部分中的每一个的内径的内径，所述方法包括(a)通过将一个具有一圆柱形纵向孔的圆柱形金属坯料从一个后开口插至一个容器的圆柱形第一孔，将所述金属坯料置于所述第一孔中，所述第一孔具有一个纵向中心轴线，所述容器具有一个通向所述第一孔的前开口并且容纳有一个在所述第一孔中且与所述前开口相邻的内模和一个在所述容器外部且与所述前开口相邻的外模，所述内模具有一个圆柱形第二孔，该孔具有比所述第一孔的直径小的直径，所述外模具有一个第三孔，该孔具有小于所述第一孔的直径且大于所述第二孔的直径的直径，所述内模和外模均可有选择地沿所述纵向中心轴线移动，所述内模包括两个可分开的半模；(b)沿所述纵向中心轴线布置一个压机，所述压机具有一个面对所述容器的圆形前向压制表面和一个从所述压制表面朝所述容器向前延伸的芯棒，所述压制表面和所述芯棒与所述第一孔同轴，所述压制表面具有与所述第一孔的内径基本上相同的外径，并留有足够的间隙，以便能够使所述压制表面在所述第一孔中纵向移动，所述芯棒具有一个外径比所述第二孔的内径小的圆柱形后向部分，一个直径比所述后向部分小的圆柱形中间部分，和一个从所述中间部分向前延伸的截头圆锥形前向部分，其外径从等于所述中间部分的外径向大于所述中间部分的外径且小于所述后向部分的直径地变化；(c)沿所述纵向中心轴线向前移动所述压机，从而所述芯棒延伸穿过所述坯料的孔，并且所述中间部分位于所述第二孔中，以便形成一个第一环形开口，当所述前向压制表面第一次与所述坯料接合时，所述中间部分与所述后向部分的接合处被向后地与所述内模隔开，以便将所述坯料推压在所述内模上；(d)沿所述纵向中心轴线将所述压机向前移动一个第一距离至这样一个点，即所述中间部分和所述后向部分的接合处位于所述第二孔的后向端部处，以便迫使所述坯料上的金属穿过所述第一环形开口，挤压出管的初始前向端部，该前向端部具有与所述第二孔的内径相等的外径及与所述中间部分的外径相等的内径；(e)在所述后向部分位于所述第二孔内的状态下沿所述纵向中心轴线将所述压机向前移动一个第二距离，以形成一个第二环形开口，用于迫使金属从所述坯料穿过所述第二环形开口，挤压出所述管的中间部分，该中间部分具有与所述第二孔的内径相等的外径及与所述后向部分的直径相等的内径，并且在所述压机向前移动了所述第二距离的过程中使得管的初始前向端部经过所述芯棒的前向部分，从而使所述管的初始前向端部相对于所述纵向中心轴线横向扩张到内径小于所述管的中间部分的内径、外径大于所述管的中间部分的外径的程度；(f)沿所述纵向中心轴线移动所述外模和所述容器之一，从而使所述外模与所述固定容器间隔开一个至少等于所述内模的纵向长度的距离；(g)从所述第一孔中通过所述前开口地拆下所述内模，从而使所述内模在所述容器之前；(h)从所述管和芯棒上拆下所述内模的半模；(i)沿所述纵向中心轴线向后移动所述外模和所述容器之一，以便所述外模与所述容器接合并且所述后向部分在所述第三圆形孔内，以形成一个第三环形开口；(j)沿所述纵向中心轴线使所述压机向前移动一个第三距离，用于迫使金属从所述坯料穿过所述第三环形开口，以便挤压出所述管的后向端部分，该后向端部具有与所述后向部分的外径相等的内径及与所述第三孔的内径相等的外径；以及(k)从所述芯棒上卸下所述挤压管件。
29.如权利要求28所述的挤压金属管的方法，其特征为，通过使所述芯棒向后沿所述纵向中心轴线移动直到所述芯棒位于所述挤压管件之后为止，将所述挤压管件从所述芯棒上卸下。
30.如权利要求28所述的挤压金属管的方法，其特征为，在权利要求20的步骤(f)中，所述容器沿所述纵向中心轴线相对于所述外模和所述芯棒向后移动，用于迫使所述内模移出所述第一孔。
31.如权利要求28所述的挤压金属管的方法，其特征为，在所述芯棒向前移动了所述第三距离之后，所述坯料的未挤压部分保留在所述第一孔中，并且所述方法包括下述附加步骤(a)沿所述纵向中心轴线向后移动所述芯棒，直到所述芯棒位于所述挤压管件之后为止；(b)沿所述纵向中心轴线向前移动所述外模和所述容器之一，从而使所述外模与所述容器间隔开；并且(c)从所述挤压管件的后向端部除出所述坯料的未挤压部分。
32.如权利要求31所述的挤压金属管的方法，其特征为，在权利要求23的步骤(b)中，所述容器沿所述纵向中心轴线相对于所述外模和所述芯棒向后移动，用于迫使所述坯料的未挤压部分离开所述第一孔。
33.一种挤压一圆柱形金属管的方法，所述金属管具有一个前向端部、一个后向端部和一个在所述前向端部和后向端部之间的中间部分，所述中间部分具有作为第一尺寸的内径和作为第二尺寸的外径，所述后向端部具有作为所述第一尺寸的内径和大于所述第二尺寸的外径，所述前向端部具有大于所述第二尺寸的外径和作为第三尺寸的小于所述第一尺寸的内径，所述方法包括下述步骤(a)在一个容器的圆柱形孔中将一个圆柱形金属坯料压过一个第一环形开口，所述开口具有小于所述第三尺寸的内径和等于所述第二尺寸的外径，以挤压出所述管的内径小于所述第三尺寸的初始前向端部；(b)在所述孔中将所述金属坯压过一个第二环形开口，所述开口具有等于所述第一尺寸的内径及等于所述第二尺寸的外径，以挤压出所述管的中间部分；(c)将所述管的初始前向端部移过一芯棒，所述芯棒具有一个截头圆锥形外表面，其形状可用于扩张所述管的初始前向端部，以形成所述管的内径等于所述第三尺寸且外径大于所述第二尺寸的前向端部；以及(d)在所述孔中将所述金属坯料压过一个第三环形开口，所述开口的内径大于所述第一尺寸，外径大于所述第二尺寸，以挤压出所述管的后向端部。
全文摘要
用于挤压金属管的设备和方法,该金属管具有均一的内径,前向端部和后向端部62、66,这两个部分比管的中间部分(64)厚。具有一个孔(56)的金属坯料(54)被插入一个静止容器(12)的端部敞开的圆柱形孔中。坯料(54)借助一个压机(13)在容器(12)的孔内轴向移动,该压机包括一个压制表面(38、39)和一个芯棒(44),所述芯棒从压制表面穿过朝向坯料(54)的孔地向前延伸。芯棒(44)具有一个圆柱形的大直径后向部分(48),一个圆柱形的小直径中间部分(50)和一个向前、向外倾斜的前向部分(52)。通过使压机向前移动一个第一距离,迫使坯料(54)的金属围绕着芯棒(44)的中间部分(50)地穿过对开的可动第一模具(20)的小直径孔,以形成管的初始前向端部(62)。使压机向前移动一个第二距离,以迫使金属从坯料围绕着芯棒的后向部分(48)地穿过第一模具(51)的孔,用于挤压出管的中间部分(64)并且使管的初始前向端部(62)经过芯棒的倾斜前向部分(52),以形成管的前向端部(62)。使压机向前移动一个第三距离,以迫使坯料上的金属围绕着芯棒的后向部分(48)地通过第二模具(53)的相对较大的孔,形成管的后向端部(66)。
文档编号B21C23/08GK1326387SQ99813407
公开日2001年12月12日 申请日期1999年10月8日 优先权日1998年10月9日
发明者唐纳德·P·萨莱姆 申请人:怀曼戈登公司