反向双动管材挤压装置及其反向双动管材挤压方法

摘要

本发明公开了反向双动管材挤压装置及其反向双动管材挤压方法，挤压装置包括机架滑轨、带有挤压堵头的挤压主缸、挤压筒以及带有挤压模轴的移动模座，挤压主缸、挤压筒、移动模座依次设置于机架滑轨上并可沿机架滑轨轴向移动；挤压主缸内设有穿孔缸，穿孔缸上安装有穿孔针，挤压模轴对应挤压筒一端设有挤压模，穿孔缸驱动穿孔针自挤压堵头中心穿出将锭坯推入挤压筒内并完成锭坯穿孔；挤压过程中，挤压堵头在挤压主缸驱动下推动挤压筒与锭坯向挤压模方向移动，穿孔针与挤压筒同步运动，挤压堵头配合挤压模实现锭坯在挤压筒内的反向挤压；相比传统的单动挤压装置本发明的反向双动管材挤压装置具有灵活性大、模具更换方便快捷的优点。

说明书

技术领域

本发明属于管材挤压技术领域，尤其涉及反向双动管材挤压装置及其挤压方法。

背景技术

铜、铜合金及其他有色金属合金的管材生产主要采用挤压机挤压成型，挤压机挤压方式分为正向挤压和反向挤压。

正向挤压的工作原理为：在挤压过程中，挤压筒和挤压模固定不动，液压缸作用于挤压轴、穿孔针、挤压垫，克服作用在挤压筒内壁、穿孔针、变性区压缩锥侧表面、挤压模定径区表面的摩擦力和金属塑性变形抗力，推动锭坯向挤压模模口方向移动，根据最小阻力定律，迫使变形金属沿着挤压筒内壁向挤压模模口方向流出，金属的流动方向与挤压轴的运动方向相同，锭坯与挤压筒内壁间有相对移动摩擦，并实现管材直径、壁厚减缩、长度伸长的塑性变形。其缺点在于：锭坯与挤压筒内壁间有相对移动，并产生较大外摩擦力，使挤压力损失25％～40％，能耗提高；铜锭温度分布不均，内外层金属流动差异大，导致挤制管材出现严重的缩尾、分层等缺陷，有缩尾、分层缺陷的铜管只能报废回炉，使得成材率大幅度降低、能耗和成本明显提高。

反向挤压的工作原理为：如图1所示，在挤压过程中，挤压筒01、挤压堵头02位置固定不动，在挤压力P的作用下，挤压轴04、挤压垫03推动锭坯05向前移动，根据最小阻力定律，金属锭坯朝着与挤压轴04运动相反的方向流动、挤压成管材，管件外径与挤压筒内径、管材内径与挤压垫外径相近。相对正向挤压，反向挤压时由于锭坯05与挤压筒01之间无相对运动，其摩擦系数和摩擦力几乎为零，因而使得挤压力及能耗大幅降低，金属流动及变形均匀，挤压成材率也大幅提高。但目前的反向挤压装置多采用单动挤压，即整个挤压过程中只有挤压轴产生挤压运动，这就决定了该种挤压装置及其挤压方法只适合生产单一的、特大规格的产品，而且管材外表面质量差，生产效率低。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供反向双动管材挤压装置及其反向双动管材挤压方法，可生产多规格、多品种的挤压管材，管材外表面质量和生产效率大幅提高，与传统的单动挤压装置相比具有灵活性大、模具更换方便、快捷的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：反向双动管材挤压装置，其特征在于：包括机架滑轨、带有挤压堵头的挤压主缸、挤压筒以及带有挤压模轴的移动模座，所述挤压主缸、挤压筒、移动模座依次设置于机架滑轨上并可沿机架滑轨轴向移动；所述挤压主缸内设有穿孔缸，穿孔缸上安装有穿孔针，挤压模轴对应挤压筒一端设有挤压模，穿孔缸驱动穿孔针自挤压堵头中心穿出将锭坯推入挤压筒内并完成锭坯穿孔；挤压过程中，挤压堵头在挤压主缸的驱动下推动挤压筒与锭坯向挤压模方向移动，挤压主缸通过穿孔缸推动穿孔针使其与挤压筒同步运动，挤压堵头配合挤压模实现锭坯在挤压筒内的反向挤压。

进一步的，所述挤压主缸与挤压筒之间设有供料装置，供料装置上设有旋转臂，旋转臂一端设有安装锭坯用的供锭器，供锭器通过旋转臂摆入或摆出工作位。

进一步的，还包括残料清理机构，所述残料清理机构包括残料回收器、设于移动模座上的清理轴，所述残料回收器设于旋转臂的另一端，供锭器与残料回收器通过旋转臂交替摆入或摆出工作位，挤压堵头通过残料回收器推动挤压筒向清理轴方向移动，使清理轴将挤压筒内的挤压残料顶入残料回收器内，实现残料清理。简化机械装置数量，减少非挤压时间，提高挤压生产效率。

为解决上述技术问题，本发明还利用上述反向双动管材挤压装置提出了反向双动管材挤压方法，其特征在于包括如下步骤：

a、锭坯填充工序，穿孔缸驱动穿孔针将供锭器上的锭坯推入挤压筒内，穿孔针返回并与挤压堵头同步前进推动挤压筒与锭坯，使锭坯左端面与挤压模右端面接触，锭坯填充完成；

b、穿孔工序，穿孔针在穿孔缸的驱动下自锭坯右端面贯穿锭坯，直至穿孔针左端面进入挤压模内，锭坯穿孔完成；

c、挤压工序，挤压堵头推动挤压筒与锭坯向挤压模方向移动，穿孔针与挤压筒同步运动，锭坯由挤压堵头推向静止状态的挤压模并变形流入挤压模模孔内壁与穿孔针外壁之间的空隙内形成管材，锭坯挤压完成；

d、封口工序，穿孔针从挤压模中退出，挤压堵头再次前进推动挤压筒与挤压剩余的锭坯完成管材封口。

进一步的，所述步骤b中，穿孔针在穿孔之前，挤压筒、挤压堵头及穿孔针三者同时向右回退一段距离H，H＝L₀×d²/(D²-d²)；其中L₀为锭坯长度，d为穿孔针直径，D为挤压筒内径。

回退距离H的作用在于：其一，由于锭坯被挤压，根据最小阻力定律，变形金属首先向右流动，来填充H距离的空隙，只有少量金属从挤压模模孔流出，这样实心棒的几何废料就大为减少，提高了成材率；其二，挤压筒、挤压堵头、穿孔针和锭坯间形成的空隙，可以减少金属反向流动的阻力，穿孔力降低。

进一步的，所述步骤b中，穿孔针左端面进入挤压模模孔距离为10～60mm。

进一步的，所述步骤c中，在锭坯挤压完成后，挤压堵头左端面与挤压模右端面之间间距10～30mm。

进一步的，所述步骤c中，挤压模位置固定不动，挤压筒与锭坯之间无相对移动。

进一步的，步骤d完成后，由穿孔针将管材顶出挤压模，使管材与挤压残料分离。

进一步的，还包括残料清理工序，清理轴代替挤压轴移动至挤压工位，供料装置上的旋转臂将残料回收器摆入工作位，挤压堵头通过残料回收器推动挤压筒向清理轴方向移动，清理轴将挤压筒内的挤压残料顶入残料回收器内，实现残料清理。

本发明的有益效果：

1、本发明在挤压过程中，挤压模轴与挤压模位置固定不动，而挤压堵头推动挤压筒、锭坯前进，穿孔针与挤压筒同步运动配合挤压模完成锭坯反向挤压，锭坯被挤压时其金属向挤压轴后方流动，金属流动方向与挤压轴产生反向的相对运动，即称“反向双动挤压”。在挤压过程中挤压筒与锭坯之间无相对移动，其摩擦系数、摩擦阻力趋近于零；摩擦阻力对金属边形的影响微乎其微，因而其金属流动均匀，挤压缩尾、分层缺陷得到根除，压余长度可明显减短，成材率可大幅度提高。

2、由于挤压筒与锭坯之间无相对移动，其摩擦系数、摩擦阻力趋近于零，挤压力可降低约30～40％，这样便可采用较大的变形量或降低加热温度，挤压工序的能耗可大幅度降低。

3、由于挤压过程中，挤压堵头推动挤压筒、锭坯，而穿孔针又与挤压筒同步运动，可以理解仅在挤压模模孔附近金属的流动速度要大于或等于穿孔针的移动速度，因而摩擦阻力很小，这与定针挤压相比，其摩擦系数和摩擦阻力明显降低，可达到提高模具寿命的目的。

4、本发明与传统的单动挤压装置相比具有灵活性大、模具更换方便快捷、适合生产多规格、多品种的挤压管材，且管材表面质量和生产效率高的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为现有反向挤压装置的工作原理示意图；

图2为本发明的反向双动挤压原理示意图；

图3为本发明的结构示意图(穿孔缸未示出)；

图4为穿孔针穿孔初始的示意图；

图5为穿孔针穿孔完成后的示意图。

具体实施方式

如图3所示，反向双动管材挤压装置，包括机架滑轨9、带有挤压堵头2的挤压主缸1、挤压筒5以及带有挤压模轴61的移动模座6，所述挤压主缸1、挤压筒5、移动模座6依次设置于机架滑轨9上并可沿机架滑轨9轴向移动；所述挤压主缸1内设有穿孔缸，穿孔缸上安装有穿孔针3，挤压模轴61对应挤压筒5一端设有挤压模7；穿孔缸驱动穿孔针3自挤压堵头2中心穿出将锭坯推入挤压筒5内并完成锭坯穿孔；挤压过程中，挤压堵头2在挤压主缸1驱动下推动挤压筒5与锭坯向挤压模7方向移动，挤压主缸1通过穿孔缸推动穿孔针3使其与挤压筒5同步运动，挤压堵头2配合挤压模7实现锭坯在挤压筒5内的反向挤压。挤压主缸1与挤压筒5之间设有供料装置4，供料装置4上设有旋转臂43，旋转臂43一端设有安装锭坯用的供锭器41，供锭器41通过旋转臂43摆入或摆出工作位。

挤压装置上还设有残料清理机构，包括残料回收器42、设于移动模座6上的清理轴，所述残料回收器42设于旋转臂43的另一端，供锭器41与残料回收器42通过旋转臂43交替摆入或摆出工作位，挤压堵头2通过残料回收器42推动挤压筒5向清理轴方向移动，使清理轴将挤压筒5内的挤压残料顶入残料回收器42内，实现残料清理。简化机械装置数量，减少非挤压时间，提高挤压生产效率。

在挤压工作前需要对各个机械部件的位置做一定的调整，调整挤压主缸、穿孔缸位置，使挤压堵头2、穿孔针3移动至回程位；移动模座6向右运动，使挤压模轴61达到挤压工位，同时挤压筒5移动至开启位；将加热后的锭坯放入供锭器41中，由供料装置4上的旋转臂43将供锭器41摆入工作位，使挤压堵头2、穿孔针3、供锭器41、挤压筒5以及挤压模轴61的轴心线都位于挤压装置的挤压中心线上。

如图2、图4、图5所示，反向双动管材挤压方法，包括如下步骤：

a、锭坯填充工序，穿孔缸驱动穿孔针3将供锭器41上的锭坯推入挤压筒5内，穿孔针3返回并与挤压堵头2同步前进推动挤压筒5与锭坯，使锭坯左端面与挤压模7右端面接触，锭坯填充完成；

b、穿孔工序，在穿孔针3穿孔前，可选择将挤压筒5、挤压堵头2及穿孔针3三者同时向右回退一段距离H，H＝L₀×d²/(D²-d²)；其中L₀为锭坯长度，d为穿孔针3直径，D为挤压筒5内径；其作用在于：由于锭坯被挤压，根据最小阻力定律，变形金属首先向右流动，来填充H距离的空隙，只有少量金属从挤压模7模孔流出，这样实心棒的几何废料就大为减少，提高了成材率；其二，挤压筒5、挤压堵头2、穿孔针3和锭坯间形成的空隙，可以减少金属反向流动的阻力，穿孔力降低。若是按照传统的方法直接进行穿孔，那么在穿孔针3穿孔时，穿孔针3对锭坯施加压力后，根据最小阻力定律，锭坯变形其金属会从挤压模7模孔中流出，形成实心棒，该实心棒为不可用的几何废料，结果造成成材率降低、穿孔力增大。

穿孔时，穿孔针3在穿孔缸的驱动下自锭坯右端面打入，并贯穿锭坯，直至穿孔针3左端面进入挤压模7内10～60mm的距离，锭坯穿孔完成；

c、挤压工序，挤压堵头2推动挤压筒5与锭坯8向挤压模7方向移动，穿孔针3与挤压筒5同步运动，锭坯8由挤压堵头2推向静止状态的挤压模7并变形流入挤压模7模孔内壁与穿孔针3外壁之间的空隙内形成管材，锭坯挤压完成；挤压过程中，挤压模轴61与挤压模7的位置是固定不动的，而挤压堵头2同时推动挤压筒5与锭坯8，因而挤压筒5与锭坯8之间也无相对移动，摩擦系数、摩擦阻力趋近于零；摩擦阻力对金属边形的影响微乎其微，因而其金属流动均匀，挤压缩尾、分层缺陷得到根除，压余长度可明显减短，成材率可大幅度提高。根据最小阻力定律，变形金属通过挤压模7模孔内壁与穿孔针3外壁之间的空隙形成管材，实现管材外径、壁厚的减缩，长度伸长的塑性变形。在锭坯挤压完成后，挤压堵头2左端面与挤压模7右端面之间间距10～30mm，一般称之为“预留压余位置”。

d、封口工序，穿孔针3从挤压模7中退出至挤压堵头2处，挤压堵头2再次前进推动挤压筒5与挤压剩余的锭坯完成封口，这时由于穿孔针3已从挤压模7中退出，因而在封口这一段的管壁会略微收缩，这样在完成封口后，方便穿孔针3推动管材将其顶出挤压模7，使管材与挤压残料分离。

在清理残料时，清理轴62代替挤压模轴移动至挤压工位，供料装置4上的旋转臂43将残料回收器42摆入工作位，挤压堵头2通过残料回收器42推动挤压筒5向清理轴62方向移动，清理轴62将挤压筒5内的挤压残料顶入残料回收器42内，实现残料清理。

上述各工序均可采用自动、半自动或手动完成，相比传统的单动挤压装置本发明的反向双动管材挤压装置具有灵活性大、模具更换方便快捷的优点，采用本发明的反向双动管材挤压方法可生产多规格、多品种的挤压管材，且管材表面质量和生产效率高的优点。除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。