一种无缝异型管冷拔模具和冷拔生产工艺

摘要

本发明公开了一种无缝异型管冷拔模具和冷拔生产工艺，所述无缝异型管冷拔模具包括芯模和外模，芯模前端面设半球形凹槽及成模球体，芯模后端面设液压腔体，通过活塞块及液压杆改变内部润滑油压力；本发明还提出无缝异型管冷拔模具匹配的推进设备、牵引设备、润滑部件及缓冲部件；本发明还提出一种无缝异型管的冷拔生产工艺，包括管件装载、管件进模、管件拉拔及停工回复等步骤。本发明设置可分离的成模球体与芯模构造管件的内挤压部件，并利用液压力为成模球体提供润滑油进料空腔、自身旋转力和对管口的冲击力，大幅降低异型管冷拔过程中管件各部位所受冲击力、摩擦力及内应力，减少拉拔工艺缺陷，产品质量高。

说明书

技术领域

本发明涉及无缝异型管生产技术领域，尤其涉及一种无缝异型管冷拔模具和冷拔生产工艺。

背景技术

无缝异型管包括横断面轮廓非圆形的、等壁厚的、变壁厚的、沿长度方向变直径和变壁厚的、断面对称和不对称的等，如方形、矩形、锥形、梯形、螺旋形等。异型管更能适应使用条件的特殊性，节约金属和提高零部件制造的劳动生产率。其广泛应用在航空、汽车、造船、矿山机械、农业机械、建筑、轻纺以及锅炉制造等方面。生产异型管的方法有冷拔、电焊、挤压、热轧等，其中冷拔法得到了比较广泛的应用。

现有冷拔模具，如专利申请号为201811624281.2的“管件拉拔成型装置”，采用带球端面的芯棒对管材口进行冲击使其变形外翻，然而实际上在冷拔过程无润滑油连续布施过程，要求管材端口较为平滑；同时由于球端面为固定设置，导致在拉拔导向过程中，管材内壁与球端面摩擦力造成对球端面的扭矩力，在异型管各部位壁厚形状区别较大时，该扭矩力达到极大不平衡，造成芯棒使用寿命损害，增加成本的同时，还造成拉拔力分布极度不均匀，使管材缺陷增加品质降低，亟待改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种无缝异型管冷拔模具和冷拔生产工艺。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明首先提出一种无缝异型管冷拔模具，包括与管件内壁接触的芯模以及与管件外壁接触的外模，外模内壁包括两段水平部以及设置在两段水平部之间的过渡部，芯模外侧壁包括一段水平部及过渡部，外模尾段的水平部与芯模的水平部之间形成供管件出料的腔体结构；

芯模前端面开设有半球形凹槽，半球形凹槽接触有成模球体，外模过渡部和前段的水平部与成模球体和芯模过渡部之间形成供管件进料变形的腔体结构；

芯模后端面开设有液压腔体，液压腔体内密封套接有活塞块，活塞块远离成模球体方向的侧壁固定连接有液压杆；

半球形凹槽表面的几何中心位置开设有与液压腔体连通的通孔，液压腔体靠近半球形凹槽方向的边壁通过孔道分别连通有润滑油管接口和真空管接口。

进一步地，液压杆包括活动杆部和液压筒部，活动杆部一端与活塞块固定连接，液压筒部远离芯模方向的端面固定连接有支撑杆，用于固定安装液压筒部。

进一步地，润滑油管接口通过管道连接有第一润滑油供给泵，用于将润滑油充盈或抽离液压腔体，真空管接口通过管道连接有真空泵，提供真空环境，便于拉拔结束后将成模球体吸附在通孔一端开口处。

进一步地，管件具体是内外壁均经过酸洗后干燥的管材，避免拉拔过程产生过多磨屑以影响拉拔产品质量。

进一步地，管件进料端设有推进设备，为现有常规设备，包括伸缩机构和导轨，伸缩机构为管件提供拉拔前的进料推进力，用于将管件推进芯模与外模之间的腔体结构。

进一步地，管件出料端设有牵引设备，为现有常规设备，包括夹具和牵引车，夹具将管件出料端的管口进行夹持，通过牵引车沿出料方向拖拽，为管件提供牵引力，用于将管件拉拔出芯模与外模之间的腔体结构。

进一步地，管件外设有润滑部件，润滑部件包括：

磨砂筒，设置在外模前端附近，磨砂筒内壁为磨砂面且与管件外壁接触；

滑动支座，滑动支座内部设有与磨砂筒外壁卡接的嵌入槽；

电动推杆，固定连接在滑动支座远离外模方向的边壁，用于往复推拉滑动支座，使拉拔过程中，磨砂筒与管件外壁滑动打磨；

润滑油喷头，固定连接在滑动支座外壁且喷射方向朝向管件外壁，润滑油喷头通过软管连接有第二润滑油供给泵，在拉拔过程中对管件外壁喷洒润滑油，随磨砂筒打磨润滑油涂布管件外壁圆周。

进一步地，管件内设有缓冲部件，缓冲部件包括：

缓冲块，缓冲块一侧设有与成模球体球面接触的弧面凹槽；

弹簧杆，弹簧杆一端固定连接在缓冲块远离成模球体的一侧；

支撑筒体，支撑筒体一端面固定连接在弹簧杆远离缓冲块的一端；支撑筒体外径小于管件内径，支撑筒体外壁嵌入有弹簧销，弹簧销伸出支撑筒体外的一端为球端面且与管件内壁接触，用于临时弹性限定支撑筒体的位置，以抵住成模球体，使其受液压推进时不至于冲击力度过大或位移过大，从而导致润滑油渗漏量过大。

需要说明的是，本发明中前端面是指靠近管件进料方向的端面，后端面是指靠近管件出料方向的端面，尾段是指靠近管件出料方向的部分，水平部不是指平面一定为水平面而是意指该表面与拉拔方向平行。

基于前述的一种无缝异型管冷拔模具，本发明还提出一种无缝异型管的冷拔生产工艺，包括以下步骤：

S100、管件装载：

打开润滑油管接口，关闭真空管接口，推动液压杆及活塞块，排尽液压腔体内的润滑油；

再关闭润滑油管接口，抽动液压杆及活塞块，使液压腔体体积达到最大，再打开真空管接口，首次生产前预先在成模球体球面涂满润滑油，使成模球体吸附在半球形凹槽的通孔一端开口处；

预先将支撑筒体植入管件出料端管口处，在进料端通过推进设备逐步将管件推进到磨砂筒，装载时可打开润滑油喷头对管件外壁进行润滑，成模球体与缓冲块接触，随着推进缓冲部件全部进入管件内，至管件出料端管口抵住成模球体；

S200、管件进模：

打开润滑油喷头，开启电动推杆，往复推拉滑动支座，使磨砂筒对管件外壁滑动打磨；

打开润滑油管接口，关闭真空管接口，使液压腔体充满润滑油后关闭润滑油管接口，推动液压杆及活塞块，使成模球体对管件出料端管口挤压使其变形，挤压初始时在液压作用下芯模和成模球体均有移动，维持活塞块对液压腔体的压力为1.5-2MPa，随着管件逐渐变形，管件内壁与成模球体球面接触面逐渐增大，摩擦力增大，到成模球体一半位于管件时，摩擦力不再变化；

当管件出料端管口与芯模过渡部接触时，减缓部分芯模向前移动的趋势，并随着管件出料端管口与芯模过渡部接触面越来越大，润滑油将成模球体逐步向前推开，使成模球体脱离芯模，润滑油从通孔渗到成模球体与半球形凹槽之间的缝隙中，并渗透至管件内壁与芯模过渡部之间；

同时作为异型件的管件，芯模过渡部各部分分布不均匀，造成管件所受摩擦力不均匀，不均匀摩擦力导致成模球体转动，管件内部所受扩张应力在成模球体转动过程逐渐被平衡，避免变形量大或较薄的管壁部分所受扩张力过大造成的应力损伤，且使成模球体表面润滑油与管件内壁进行接触黏连，保证管件内壁与芯模充分润滑；

当管件出料端管口与芯模水平部接触时，管件管口部变形量不再变化，成模球体与半球形凹槽间缝隙大小也不变，在不均衡的推拉力带动下，成模球体持续转动，以完成对管件内壁的持续涂布润滑油，且液压力有利于管件的外扩；

成模球体转动的受力分析：外扩力不均衡，为维持管件不产生破裂，管件内壁各部位材质对外扩力产生对应竖直的应力f1，同时管件内壁移动对成模球体各部位产生切斜的拉力f2，液压对成模球体产生推力f3，f1和f3在拉力f2方向的矢量值与f2相加得F，各部位F不同，故产生旋转；

以上进模过程中，管件外壁与外模内壁接触，管件内外壁均涂满润滑油，自动布施润滑油减小摩擦力，使变形过程中管件较顺滑、避免应力损伤；

S300、管件拉拔：

当管件出料端管口脱离芯模时，采用牵引设备为管件出料端管口提供牵引力，卸载并使推进设备恢复原位，持续拉拔，视润滑程度及管件变形是否有损伤趋势，改变活塞块对液压腔体的压力，直至拉拔结束；

在拉拔过程中，持续开启润滑油喷头，对管件外壁喷洒润滑油，开启电动推杆，使电动推杆往复移动，磨砂筒对涂有润滑油的管件外壁进行打磨润滑，一方面使外壁平整另一方面也减小管件外壁与外模内壁间的摩擦力；

S400、停工回复：

当管件进料端管口与成模球体接触时，打开润滑油管接口，泄压并抽出液压腔体内的润滑油，并配合推动液压杆及活塞块，直至抽尽液压腔体内的润滑油；

待管件完全拉拔脱模，再关闭润滑油管接口，抽动液压杆及活塞块，使液压腔体体积达到最大，再打开真空管接口，使成模球体吸附在半球形凹槽的通孔一端开口处，重复S100-300的操作，进行下一个管件的拉拔生产工艺。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明设置可分离的成模球体与芯模构造管件的内挤压部件，并利用液压力对其进行挤压施力，使在管件管口依次与成模球体、芯模过渡部及水平接触，在拉拔过程中，成膜球体与芯模半球形凹槽分离构成漏油缝隙，使润滑油涂抹至管件内壁，减小管件与芯模之间的摩擦力，减少拉拔工艺缺陷；

2.而针对各部位形变量不同，造成管件各部位内应力有区别，在摩擦力拖拽及液压力推动的合力下，易导致成膜球体产生转动，可使球端面的扭矩力分散均匀，避免对成膜球体、芯模及管件的意外冲击损伤；

3.本发明通过液压力代替现有技术采用的普通机械冲击力，可使管件变形之初成膜球体与管口压力有所缓冲，并通过预先在管口布置缓冲部件，对成膜球体对管件管口的冲击力产生缓冲，降低冲击变形不当的可能性；

4.本发明通过润滑部件对管件外壁进行持续性润滑，并通过磨砂筒的往复运动打磨管件外壁，使拉拔所得管件的缺陷更少，产品质量高。

附图说明

图1为本发明提出的一种无缝异型管冷拔模具的前视图；

图2为本发明提出的一种无缝异型管的冷拔生产工艺中管件装载过程的结构示意图；

图3为本发明提出的一种无缝异型管的冷拔生产工艺中管件进模挤压初始阶段的结构示意图；

图4为本发明提出的一种无缝异型管的冷拔生产工艺中管件进模挤压变形过程中的结构示意图；

图5为本发明提出的一种无缝异型管的冷拔生产工艺中管件拉拔过程的结构示意图。

图中：管件1、芯模2、半球形凹槽201、成模球体202、液压腔体203、活塞块204、液压杆205、支撑杆206、通孔207、润滑油管接口208、真空管接口209、外模3、磨砂筒401、滑动支座402、电动推杆403、润滑油喷头404、缓冲块501、弹簧杆502、支撑筒体503、弹簧销504。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

本发明首先提出一种无缝异型管冷拔模具，包括以下部件：

1）外模3，夹持在管件1外壁，外模3内壁包括两段水平部以及设置在两段水平部之间的过渡部；

2）芯模2，夹持在管件1内壁，芯模2外侧壁包括一段水平部及过渡部，外模3尾段的水平部与芯模2的水平部之间形成供管件1出料的腔体结构；

芯模2前端面开设有半球形凹槽201，半球形凹槽201接触有成模球体202，外模3过渡部和前段的水平部与成模球体202和芯模2过渡部之间形成供管件1进料变形的腔体结构；

芯模2后端面开设有液压腔体203，液压腔体203内密封套接有活塞块204，活塞块204远离成模球体202方向的侧壁固定连接有液压杆205；液压杆205包括活动杆部和液压筒部，活动杆部一端与活塞块204固定连接，液压筒部远离芯模2方向的端面固定连接有支撑杆206，用于固定安装液压筒部；

半球形凹槽201表面的几何中心位置开设有与液压腔体203连通的通孔207，液压腔体203靠近半球形凹槽201方向的边壁通过孔道分别连通有润滑油管接口208和真空管接口209；润滑油管接口208通过管道连接有第一润滑油供给泵，用于将润滑油充盈或抽离液压腔体203，真空管接口209通过管道连接有真空泵，提供真空环境，便于拉拔结束后将成模球体202吸附在通孔207一端开口处；

还包括与无缝异型管冷拔模具配合的部件，如下：

3）推进设备，设在管件1进料端，为现有常规设备，包括伸缩机构和导轨，伸缩机构为管件1提供拉拔前的进料推进力，用于将管件1推进芯模2与外模3之间的腔体结构；

4）牵引设备，设在管件1出料端，为现有常规设备，包括夹具和牵引车，夹具将管件1出料端的管口进行夹持，通过牵引车沿出料方向拖拽，为管件1提供牵引力，用于将管件1拉拔出芯模2与外模3之间的腔体结构。

实施例2：

在实施例1的基础上，还包括设置在管件1外部的润滑部件，润滑部件包括：

磨砂筒401，设置在外模3前端附近，磨砂筒401内壁为磨砂面且与管件1外壁接触；

滑动支座402，滑动支座402内部设有与磨砂筒401外壁卡接的嵌入槽；

电动推杆403，固定连接在滑动支座402远离外模3方向的边壁，用于往复推拉滑动支座402，使拉拔过程中，磨砂筒401与管件1外壁滑动打磨；

润滑油喷头404，固定连接在滑动支座402外壁且喷射方向朝向管件1外壁，润滑油喷头404通过软管连接有第二润滑油供给泵，在拉拔过程中对管件1外壁喷洒润滑油，随磨砂筒401打磨润滑油涂布管件1外壁圆周。

与实施例2比较，实施例1为保证管件1外壁的润滑，需要持续布施润滑油，但实施例1没有磨砂筒401的润滑和打磨，无法保证润滑油的持续均匀，另外对管件1外壁的毛刺、凸点、褶皱等缺陷也无法清除，因此实施例2是更为优化的结构设计。

实施例3：

在实施例2的基础上，还包括设置在管件1内部的缓冲部件，缓冲部件包括：

缓冲块501，缓冲块501一侧设有与成模球体202球面接触的弧面凹槽；

弹簧杆502，弹簧杆502一端固定连接在缓冲块501远离成模球体202的一侧；

支撑筒体503，支撑筒体503一端面固定连接在弹簧杆502远离缓冲块501的一端；支撑筒体503外径小于管件1内径，支撑筒体503外壁嵌入有弹簧销504，弹簧销504伸出支撑筒体503外的球端面与管件1内壁接触，用于临时弹性限定支撑筒体503的位置，以抵住成模球体202，使其受液压推进时不至于冲击力度过大或位移过大，从而导致润滑油渗漏量过大。

与实施例3比较，实施例2或实施例1的成模球体202没有与液压方向相反的缓冲力，液压力对成模球体202的冲击力全部指向管件1的管口；而实施例3中，液压力可经过缓冲部件卸载，部分转化为与管件1内壁的摩擦力，并有抵住成模球体202避免润滑油渗透缝隙过大的问题。

实施例4：

基于实施例3的一种无缝异型管冷拔模具，提出一种无缝异型管的冷拔生产工艺，包括以下步骤：

S100、管件装载：

打开润滑油管接口208，关闭真空管接口209，推动液压杆205及活塞块204，排尽液压腔体203内的润滑油；

再关闭润滑油管接口208，抽动液压杆205及活塞块204，使液压腔体203体积达到最大，再打开真空管接口209，首次生产前预先在成模球体202球面涂满润滑油，使成模球体202吸附在半球形凹槽201的通孔207一端开口处；

预先将支撑筒体503植入管件1出料端管口处，在进料端通过推进设备逐步将管件1推进到磨砂筒401，装载时可打开润滑油喷头404对管件1外壁进行润滑，成模球体202与缓冲块501接触，随着推进缓冲部件全部进入管件1内，至管件1出料端管口抵住成模球体202；

S200、管件进模：

打开润滑油喷头404，开启电动推杆403，往复推拉滑动支座402，使磨砂筒401对管件1外壁滑动打磨；

打开润滑油管接口208，关闭真空管接口209，使液压腔体203充满润滑油后关闭润滑油管接口208，推动液压杆205及活塞块204，使成模球体202对管件1出料端管口挤压使其变形，挤压初始时在液压作用下芯模2和成模球体202均有移动，维持活塞块204对液压腔体203的压力为1.5-2MPa，随着管件1逐渐变形，管件1内壁与成模球体202球面接触面逐渐增大，摩擦力增大，到成模球体202一半位于管件1时，摩擦力不再变化；

当管件1出料端管口与芯模2过渡部接触时，减缓部分芯模2向前移动的趋势，并随着管件1出料端管口与芯模2过渡部接触面越来越大，润滑油将成模球体202逐步向前推开，使成模球体202脱离芯模2，润滑从通孔207渗到成模球体202与半球形凹槽201之间的缝隙中，并渗透至管件1内壁与芯模2过渡部之间；

同时作为异型件的管件1，芯模2过渡部各部分分布不均匀，造成管件1所受摩擦力不均匀，不均匀摩擦力导致成模球体202转动，管件1内部所受扩张应力在成模球体202转动过程逐渐被平衡，避免变形量大或较薄的管壁部分所受扩张力过大造成的应力损伤，且使成模球体202表面润滑油与管件1内壁进行接触黏连，保证管件1内壁与芯模2充分润滑；

当管件1出料端管口与芯模2水平部接触时，管件1管口部变形量不再变化，成模球体202与半球形凹槽201间缝隙大小也不变，在不均衡的推拉力带动下，成模球体202持续转动，以完成对管件1内壁的持续涂布润滑油，且液压力有利于管件1的外扩；

成模球体202转动的受力分析：外扩力不均衡，为维持管件1不产生破裂，管件1内壁各部位材质对外扩力产生对应竖直的应力f1，同时管件1内壁移动对成模球体202各部位产生切斜的拉力f2，液压对成模球体202产生推力f3，f1和f3在拉力f2方向的矢量值与f2相加得F，各部位F不同，故产生旋转；

以上进模过程中，管件1外壁与外模3内壁接触，管件1内外壁均涂满润滑油，自动布施润滑油减小摩擦力，使变形过程中管件1较顺滑、避免应力损伤；

S300、管件拉拔：

当管件1出料端管口与芯模2不接触时，采用牵引设备为管件1出料端管口提供牵引力，卸载并使推进设备恢复原位，持续拉拔，视润滑程度及管件1变形是否有损伤趋势，改变活塞块204对液压腔体203的压力，直至拉拔结束；

S400、停工回复：

当管件1进料端管口与成模球体202接触时，打开润滑油管接口208，泄压并抽出液压腔体203内的润滑油，并配合推动液压杆205及活塞块204，直至抽尽液压腔体203内的润滑油；

待管件1完全拉拔脱模，再关闭润滑油管接口208，抽动液压杆205及活塞块204，使液压腔体203体积达到最大，再打开真空管接口209，使成模球体202吸附在半球形凹槽201的通孔207一端开口处，重复S100-300的操作，进行下一个管件1的拉拔生产工艺。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。