CN112605179A - 金属管材截面圆度的矫正方法和矫正模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属管材截面圆度的矫正方法和矫正模具，矫正方法为通过拉拔的方式，迫使待矫正管材通过一个凸多边形模具，管材横截面为适应多边形而发生局部的弯曲变形，从而使管材圆度得以提高；矫正模具包括模具本体和至少3个可活动的模段，模段上具有工作面，各模段工作面围绕模具中心布置，并构成凸多边形，该多边形的角部到模具中心的距离大于管材半径，模段到模具中心的径向距离可调。本发明的矫正方法和矫正模具，能在不改变金属管材直径、壁厚名义尺寸和性能的情况下，提高管材圆度。

Description

金属管材截面圆度的矫正方法和矫正模具

技术领域

本发明属于金属管材的矫正领域，特别涉及金属管材截面圆度的矫正方法和矫正模具。

背景技术

金属管材在国民经济及国防军工都领域是不可缺少的重要材料。管材使用时需要与管接头等其它设备或部件配装连接。多数情况下，对管材的尺寸精度尤其是截面圆度在一定要求，个别配装情况下，应用对截面圆度要求很高。

金属管材一般通过拉拔、轧制等方法加工成形，由于一方面常规加工过程能达到的尺寸精度包括截面圆度是有限的，不一定能满足使用要求，另一方面在管材的热处理过程中或运输、存放过程都可能产生变形，使产品的圆度精度超出要求的精度范围，满足不了使用要求。

一般来说，对变形后的管材，可以再经过一次很小变形量的拉拔或轧制加工进行矫正。用拉拔的方法矫正，需拉拔“制头”，制头增加了工序，也增加了管材头部的浪费，而且拉拔矫正能达到的精度是有限的；用轧制方法矫正，工序时间长，轧制穿芯棒过程还可能划伤管材内表面。而且上述两种矫正方法，都有可能带来以下的几方面问题：一是尽管变形量很小，但改变了管材尺寸，如壁厚尺寸与直径尺寸，可能造成在原来合格的部分产品尺寸超差；二是还需要增加一道清洗工序以去除因矫正而附着在管材上的的润滑油脂；三是如果矫正过程中控制不好，存在性能改变或尺寸超差的可能性。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供一种金属管材截面圆度的矫正方法和矫正模具。

根据本发明的一个方面，提供一种金属管材截面圆度的矫正方法，该矫正方法通过拉拔的方式，迫使待矫正金属管材通过一个凸多边形模具，通过调整模具的大小和形状，使管材截面上造成管材不圆的局部变形大的部分率先发生反向的塑性变形，而其它部分仍保持弹性变形，管材通过多边形模具后，弹性变形恢复，塑性变形得以保留，从而使待矫正金属管材的圆度得以提高。

其中，该矫正方法包括以下步骤：依照多边形的角部到模具中心的距离需大于待矫正金属管材半径的原则，确定组成多边形模具的多个模段；调整多个模段的工作面到模具的中心距离，使其小于待矫正金属管材的名义半径；通过组合的正多边形模具拉拔金属管材，使管材截面形状发生局部塑性变形，进而提高管材的截面圆度。

普通的拉拔方法，开始时为了将管材放入模具，需要将管材头部直径先通过轧制等塑性变形缩小，称为制头。制头增加了工序，也增加了管材头部的浪费。本矫正方法可以调整模具各工作面到模具中心的距离，使用时可以先将管材放入模具，再调整距离进行矫正；或者，因多边形模具周长大于管材周长，也可以将管材直接压入(以下简称导入)模具进行矫正。因此本方法可以省去普通拉拔矫正方法的制头过程。

其中，调整工作面到模具的中心距离的步骤包括：使工作面到模具的中心距离，小于待矫正金属管材的名义半径的0.1-5％。

根据本发明的另一方面，提供该矫正方法使用的矫正模具，包括模具本体和至少3个可活动的模段，模段具有工作面，所有工作面围绕模具中心布置构成正多边形，工作面到到模具中心的径向距离可以调整，正多边形的角部到模具中心的距离大于管材半径。

其中，模段通过径向燕尾槽方式与模具本体连接。

其中，工作面的材料优选为聚四氟乙烯、尼龙、黄铜、青铜、铝基合金或巴氏合金，也可为常用材料。

其中，工作面为部分圆或曲线构成的弧面，其弧面边部到模具中心的距离大于待矫正金属管材的名义半径，并保证矫正时，边部不与管材表面接触，以防划伤管材表面。

其中，矫正时，多段模先开口，插入管材后再调到尺寸进行拉拔矫正，或者将管材导入模具中拉拔矫正。

本发明具备以下技术优势：

1.本发明的矫正方法，在能够快速矫正金属管材圆度的同时，可以维持管材变形前的名义直径尺寸、管壁厚度尺寸和管材性能。

2.本发明的矫正方法，工序少，步骤简单，且能保证管材性能稳定，不易发生改变。

3.本发明的矫正模具，一套模具可适用于多种规格管材产品的矫形。

4.本发明的矫正方法，由于在矫正时管材只发生截面内的局部受力和局部变形，而不像普通拉拔时管材整体受力而整体变形，因而通过拉拔模具时的力会相对小得多，矫正后的金属管材内、外表面划伤少，质量高。

5.本发明矫正方法可以省去普通拉拔矫正方法的的制头过程。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的金属管材截面圆度的矫正模具的多个模段的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为达到需求功能，本发明提供一种金属管材截面圆度的矫正方法。对于圆度不符合要求的金属管材100，如图1所示，通过矫正拉拔来提高圆度精度。矫正拉拔的使用多段模。多段模包括矫正模具本体(图中未示出)和三个以上模段110。模段110围绕模具中心在圆周方向构成均布的环形列阵，并通过径向燕尾槽方式联接固定于矫正模具本体内，模段110的工作面1101到模具中心的距离可调整。

矫正拉拔时，对于圆度不符合要求的金属管材100，通过多段模被拉拔，具体使用时，应先确定工作面1101曲线形状，使其各义半径大于管材100的半径；调整各模段工作面1101到模具中心的距离，使其小于金属管材100的名义半径，管材100在通过模具时，管材100受工作面0010压制而变凹，其横截面为适应模具而发生局部的弯曲变形，管材100中相对不圆的部分局部变形也会相对地大，当各模段工作面1101到模具中心的距离小于金属管材100的名义半径的一定数值时，对应变形大的部分进入塑性变形范围，而其它部分仍保持在弹性变形范围内，这样管材100通过多边形模具后，弹性变形恢复，塑性变形得以保留，变成接近管材名义圆形200的形状。圆度得以改善。

为防止工作面1101边缘对管材外表面划伤，工作面1101的形状曲线可选择等效直径大于被加工管材的名义直径的圆段，也可选择近似圆的其它曲线。

由于在本方法的拉拔矫正过程中使用的是多边形的模具，与常规拉拔方法管材整体受到径向压制相比，本方法拉拔过程中管材的横截面只在多边形模具的每边的中部被压制，但在角部是基本自由的，因此变形主要形式是管材横截面局部的弯曲变形，管材的名义直径及壁厚均难以发生变化。

前述原因也造成模具与管材间的接触压力及摩擦力比常规拉拔矫直方法大为减少。这样减少了工作面1101与初级管材100表面摩擦可能产生的划伤，同时工作面1101可使用聚四氟乙烯，尼龙，黄铜，青铜，铝基合金，巴氏合金等减摩材料制造，拉拔矫正可不用润滑，矫正后不需要清洗管材。由于矫正拉拔不需要穿芯，减少了初级管材100内表面划伤的可能性。

矫正时，由于多段模可先开口，插入管材后再调到尺寸进行拉拔，或者直接将管材导入模具中拉拔，可以不用像常规拉拔那样对管材“制头”。

由于多段模径向尺寸可调整，可实现一套模具应用于近似规格的多种产品。

为方便使用，使用过程中各模段110到模具中心的距离可做成同步调整。一般控制工作面1101到模具中心的距离到小于管材名义半径的一定数值，即可产生矫正效果，具体的数值可通过试验方法获得。

下面将通过具体实施例的形式对本申请的金属管材矫正方法做进一步解释。

实施例1

以加工名义直径为65毫米，壁厚2mm的铝管为例。具体圆度和精度要求为：任意方向直径公差范围在+0mm到-0.4mm，即沿任意方向测量直径，直径测量结果应在65到64.6mm之间。壁厚公差范围+0.15mm到-0.15mm，即任意点测量壁厚，测量结果应在1.85mm到2.15mm之间。同时要求管材内外表面不得有深度大于0.03mm的划伤。

制造方法为：用轧制方法加工，按照常规方法通过变形量为35％左右的两道次加工，将铝管成品1尺寸控制在直径64.62到64.98mm，壁厚1.86-2.14mm之间，符合精度要求。经热处理后铝管1力学性能性能达标。对力性达标成品进行尺寸检测，发现热处理变形使铝管1变椭，任意直径测量出现65.3mm及64.2mm的结果，有60％左右产品圆度精度不符合要求。

矫正方法为：使用四分段模对变椭的铝管1进行矫正。工作面材料使用聚四氟乙烯，不用润滑。工作面曲线的名义半径为70mm。采用将分段模开口放大，放入管材，再将模具工作面到模具中心距离调整到要求距离的方式进行矫正，省去制头过程。将铝管1先放入模具，调整工作面到模具中心距离比管材名义半径小0.065mm，经拉拔，完成截面圆度矫正。

结果显示：矫正铝管1在任意方向测量直径均在64.6mm到65mm以内，产品圆度达精度要求，壁厚维持不变，仍在1.86-2.14mm之间，内外没有新的划伤，管材抗拉强度，塑性极限等性能均没有变化，力学性能达标。

实施例2

以加工名义直径为85毫米，壁厚2mm的铝管2为例。具体精度要求为：任意方向直径公差范围在+0mm到-0.5mm，即沿径向任意方向测量直径，直径测量结果应在84.5mm到85mm之间。壁厚公差范围+0.15mm到-0.15mm，即任意点测量壁厚，测量结果应在1.85mm到2.15mm之间。

制造方法为：生产采用拉拔方式，将初级成品尺寸控制在直径84.53到84.92mm，壁厚1.89-2.10mm之间，符合精度要求。

经热处理后，产品尺寸性能均合格。存放过程中，管材变形，横截面尺寸圆度超差，直径测量中出现85.3mm的结果。

矫正方法为：使用三段模进行对圆度不符合要求的铝管2进行矫正拉拔。模具工作面材料为巴氏合金。每段模工作面名义半径为120mm。调整分段模工作面到模具中心距离比管材名义半径小4.0mm，将管材导入模具，第一次拉拔；再将管材围轴线旋转60度，经第二次拉拔完成截面圆度矫正。

结果显示：矫正铝管2在任意方向测量直径均在84.55mm到85mm以内，产品圆度达精度要求，壁厚不变，仍在1.85mm到2.15mm之间，内外没有新的划伤，管材延伸率，屈服强度，抗拉强度等力学性能均不变。

对比例1

对实施例1中经热处理变形的铝管1进行轧制矫正，试验证明需采一道1％左右的轧制工序。矫正后用汽油去除表面润滑剂。

结果显示：本次矫正后，矫正铝管1的圆度均达精度要求，但有10％左右的铝管1在任意方向测量直径小于64.6mm，和/或者壁厚小于1.85mm,偏离尺寸精度要求，管材内表面产生新的两道划伤，极个别管材因延伸率下降，或抗性拉强度升高造成力学性能不达标。

对比例2

使用0.5％变形量对实施例2中存放变形的铝管2进行矫正。由于变形量过小，对圆度改善不大，因此改用1％变形量的拉拔矫正工序。

结果显示：本次矫正后，矫正铝管2的壁厚精度均达要求，管材壁厚保持不变，抗拉强度和延伸率变化有少许变化，但管材屈服强度变化较大，个别管材提高了20-30％。有10％的产品直径小于84.5mm，偏离尺寸精度要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种金属管材截面圆度的矫正方法，其特征在于，所述矫正方法通过拉拔的方式，迫使待矫正金属管材通过一个凸多边形模具，通过调整模具的大小和形状，使待矫正金属管材截面上造成管材不圆的局部变形大的部分率先发生反向的塑性变形，而其它部分仍保持弹性变形，管材通过多边形模具后，弹性变形恢复，塑性变形得以保留，从而使待矫正金属管材的圆度得以提高。

2.如权利要求1所述的矫正方法，其特征在于，所述矫正方法包括以下步骤：依照凸多边形的角部到模具中心的距离需大于待矫正金属管材半径的原则，确定组成模具的多个模段；调整多个模段的工作面到模具的中心距离，使其小于待矫正金属管材的名义半径；通过组合的多边形模具拉拔金属管材，使管材截面形状发生局部塑性变形，进而提高管材的截面圆度。

3.如权利要求2所述的矫正方法，其特征在于，调整模段的工作面到模具的中心距离的步骤包括：

使工作面到模具的中心距离，小于待矫正金属管材的名义半径的0.1-5％。

4.一种如权利要求1-3任一所述的矫正方法使用的矫正模具，其特征在于，包括模具本体和至少3个可活动的模段(110)，所述模段(110)具有工作面(1101)，所有所述工作面(1101)围绕模具中心布置构成凸多边形，所述工作面(1101)到到模具中心的径向距离可以调整，所述凸多边形的角部到模具中心的距离大于管材半径。

5.如权利要求4所述的矫正模具，其特征在于，

所述模段(110)通过径向燕尾槽方式与所述模具本体连接。

6.如权利要求4所述的矫正模具，其特征在于，所述工作面(1101)的材料优选为聚四氟乙烯、尼龙、黄铜、青铜、铝基合金或巴氏合金，也可为常用材料。

7.如权利要求4所述的矫正模具，其特征在于，

所述工作面(1101)为部分圆或曲线构成的弧面，其弧面边部到模具中心的距离大于待矫正金属管材的名义半径，并保证矫正时，最边部不与管材表面接触。

8.如权利要求2所述的矫正方法，其特征在于，矫正时，多段模先开口，插入管材后再调到尺寸进行拉拔矫正，或者将管材导入模具中拉拔矫正。

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