[发明专利]一种金属锥形管无模拉拔成形工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属热加工领域，涉及一种变截面金属管件的成形方法，特别提供了一种金属锥形管无模拉拔成形工艺，可用于不锈钢、碳钢、合金钢、铝合金、铜合金、钛合金等锥形管的成形。

背景技术

随着经济和社会的发展，机械制造、石油、化工、能源、海洋、城市建设等领域对金属锥形管的需求量越来越大，采用锥形管可以实现结构优化设计，达到节省材料和减轻构件重量等目的。

目前金属锥形管的加工方法主要有焊接、变截面有模拉拔、变截面挤压、推拔法等。焊接法是根据成品锥形管的强度和尺寸要求，选择不同厚度的板材，并将板材加工成梯形，然后卷曲，焊接成形。该工艺成形的锥形管存在焊缝，整体美观性较差，具有工艺复杂、材料浪费大、设备投资大、成本高等缺点；此外，由于焊接区域需要有一定的厚度，且板材卷曲时半径不能太小，因而难以生产壁薄或直径小的锥形管。变截面有模拉拔、变截面挤压、推拔法都是采用模具成形的方法[王素芬.推拔式无缝锥形管[P].中国实用新型专利，授权号ZL200620168317.7，授权日：2008-02-06]，对大直径薄壁管材的加工很困难，并且使用模具，生产成本较高；另外，受模具的限制，在生产细长件时也有局限性。

无模拉拔是一种不采用模具而进行金属成形的柔性近终成形技术，克服了其他加工方法流程长、成本高、单道次变形量小等缺点，具有设备规模小、生产灵活性高，易于实现自动控制等优点[黄贞益，王萍，孔维斌，等.无模拉伸工艺及发展[J].华东冶金学院学报，2000，17(2)：118～120]。

无模拉拔分为非连续式和连续式两种(见图1～3)。非连续式无模拉拔的特点是：坯料一端固定，另一端以一定的速度拉拔，同时冷热源从坯料的一端移动到另一端，通过控制拉拔速度(v_t)和冷热源移动速度(v_i)实现成形，适合于成形大断面、长度较短的产品；连续式无模拉拔的特点是：坯料从一端连续送进，另一端以一定的速度拉拔，在拉拔速度(v_t)大于进料速度(v_i)的条件下实现连续成形，适合于生产长尺寸产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属锥形管无模拉拔成形工艺。通过控制坯料拉拔速度、进料速度(或冷热源移动速度)以及感应加热温度、冷热源距离等工艺参数来实现金属锥形管的成形，解决了常规方法生产锥形管存在工艺复杂、工序多、材料损耗大等缺点。

一种基于连续无模拉拔的金属锥形管成形工艺，其特征在于：

(1)原材料选择：直径D₀＝(1～1.1)D₁、壁厚t₀＝(1～1.1)t₁的无缝或有缝不锈钢、碳钢、合金钢、铝合金、铜合金、钛合金等金属的等径管坯，D₁、t₁分别为产品大端直径和壁厚。

(2)等径管坯在感应线圈加热和冷却装置冷却的共同作用下形成一段软化区，感应加热温度为T＝(0.5～0.95)T_m，T_m为材料的熔点(单位：K)；冷却水流量为10～200L/h；感应线圈和冷却水装置之间的距离为0＜S₀≤5D₀。

(3)管坯一端送进，一端拉拔，进料速度v_i等于初始拉拔速度v₀，拉拔速度v_t按拉拔速度模型呈非线性逐渐增大；随着拉拔速度的增大，管材直径连续减小，形成外锥度α的金属锥形管(见图4)，0＜α≤1°。

(4)拉拔过程中断面缩减率逐渐增大，单道次断面缩减率最大可达65％。

(5)无模拉拔成形金属锥形管的壁厚逐渐减薄，其内锥度β为tanβ=k(1-2t0D0)tanα,]]>其中k＝1.0～1.2。