異型截面鋼材局部加熱擠壓工藝及其裝置的製作方法
2023-10-05 19:55:29
專利名稱：異型截面鋼材局部加熱擠壓工藝及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼材壓力加工新工藝，用於異形鋼管和異形型鋼等異形截面鋼材的局部加熱擠壓工藝及其裝置。
目前，異形截面鋼材主要通過熱軋或冷拔的工藝方法來生產。熱軋工藝的缺點是由坯料到成品需經一系列孔型逐步成型，每換一個品種或規格，均需成組更換軋輥並進行複雜的軋機調整，設備複雜，投資巨大，當產品批量小時，生產成本將顯著上升；鋼坯需整體加熱，加熱溫度高(1000～1300℃)，加熱時間長(數小時)，金屬燒損大(達2～3％)，能耗多；而且，產品形狀尺寸精度低，質量差，不能生產截面形狀複雜的鋼材。冷拔工藝雖可提高產品的形狀、尺寸精度，但也存在諸多缺點。如由於加工硬化，每道次變形量很小，需經多次冷拔才能由坯料變成成品，生產效率低，輔助工序多，能耗大，金屬切頭損失大(達3～5％)，而且汙染環境。異形鋼材也可用熱擠壓(鋼坯整體加熱)的工藝生產。熱擠壓工藝有很多優點，如鋁合金門、窗型材就是用熱擠壓工藝生產的。但由於常規擠壓工藝需將鋼坯加熱後放進密閉的擠壓筒中對整塊鋼坯進行擠壓，鋼坯與擠壓筒之間的摩擦阻力及金屬的變形抗力都很大，要求有能力很大的大型擠壓機(需數百兆牛)，而且，對擠壓裝置的耐熱性要求高，壓餘大(有時高達40％以上)，因而實際上很難推廣應用。
本發明的目的在於提供一種能保留熱擠壓工藝的優點，而克服其要求有大型擠壓機及壓餘大、成材率低等缺點的異形截面鋼材局部擠壓工藝及其裝置，加速鋼的熱擠壓工藝的推廣應用，促進鋼的擠壓工藝的發展，並部分取代用熱軋或冷拔工藝生產異形截面鋼材的方法。以簡化工序、降低對擠壓機能力的要求及能耗、提高產品質量和成材率，使其成為一種全新的、最經濟的異形截面鋼材生產方法。
本發明利用電磁感應熱效應對鋼坯局部進行快速加熱，在靠近擠壓模入口處的加熱線圈內通以感應電流，由線圈生成的交變磁場使處於線圈內的鋼坯感生出電動勢，產生焦耳熱，並將線圈內的鋼坯迅速加熱到850～1000℃的高溫，金屬的變形抗力降低，塑性提高。在擠壓機的推動下，被加熱好的鋼坯隨即進入擠壓模擠製成型。由於此時擠壓機只需克服在擠壓模內變形抗力降到很低的少量金屬的阻力及金屬與擠壓模之間的摩擦力，因而用能力較小的小型擠壓機即可對鋼坯進行擠壓，並降低能耗。擠壓過程中，擠壓機推動鋼坯，或是在擠壓機推動下，一根鋼坯推動另一根鋼坯，鋼坯自身再推動擠壓模內被加熱到高溫的部分，使其連續通過擠壓模，實現無頭擠壓，完全消除了壓餘，成材率理論上可達到100％，由鋼坯到成材，只經過一副擠壓模一次成型，大大簡化了工序。鋼坯通過擠壓模時，得到擠壓模型腔所限定的形狀尺寸的產品，更換擠壓模，即可生產不同形狀尺寸的高質量的異形截面鋼材。
本發明的擠壓工藝裝置由動力裝置、支撐裝置、加熱裝置、成型裝置組成。動力裝置由通用機械式或液壓式擠壓機組成，提供擠壓動力，並通過活動橫梁、擠壓墊推動鋼坯進行擠壓。支撐裝置由送料輥道、託輥等組成，用以穩定鋼坯的位置，並引導鋼坯正確地進入擠壓模。加熱裝置由感應電源、加熱線圈及溫度監控儀組成，用以提供感應電流，使感應電流流經加熱線圈，利用電磁感應熱效應，對鋼坯局部進行快速加熱，並通過溫度監控儀調節感應電流大小，以控制加熱溫度和使溫度維持恆定。加熱線圈要儘量靠近擠壓模入口，使加熱好的鋼坯能隨即進入擠壓模。成型裝置由耐熱鋼製成的、並安裝於模座內的擠壓模組成，更換不同型腔的擠壓模，即可獲得各種形狀和尺寸的異形截面鋼材。擠壓模應精心設計和製造，以減少金屬在擠壓模中的阻力。
本發明異形截面鋼材局部加熱擠壓工藝過程包括原料準備、局部加熱、擠壓成型工序。原料準備是將鋼坯切割成所需長度，給表面塗以潤滑劑，並送裝到作業線上。為保證潤滑劑在高溫下仍有良好的潤滑效果，宜採用耐熱性良好的固體潤滑劑，如石墨乳、石墨粉等。局部加熱是將處於加熱線圈中的部分鋼坯迅速加熱到擠壓溫度，降低金屬變形抗力，提高塑性，以利於擠壓成型。鋼管管坯採用高頻感應加熱，以控制適當的加熱深度，型鋼鋼坯則採用中頻或工頻感應加熱，以保證鋼坯芯部能迅速熱透，並使鋼坯內外溫度均勻。擠壓成型是擠壓機推動鋼坯，依靠鋼坯自身再推動進入擠壓模內被加熱到高溫的部分，使其連續通過擠壓模，獲得擠壓模型腔所限定的形狀尺寸的產品。由於加熱後的金屬在進入擠壓模之前處於一種無約束的自由狀態，必須保證其強度(金屬自身的推力)大於金屬在擠壓模中的阻力，才能使金屬順利地通過擠壓模，否則將在擠壓模入口處擠堆。為防止這一現象的產生，應儘量使加熱線圈靠近擠壓模，以減少處於無約束的自由狀態金屬的長度；應精心設計、製造擠壓模，改善潤滑條件，以降低金屬在擠壓模中的阻力；此外應正確選擇各種工藝參數，如加熱溫度、變形率等。
附
圖1用於異形鋼管局部加熱擠壓裝置示意圖。
圖中 1-卡板，2-固定支架，3-管坯，4-活動橫梁，5-擠壓墊，6-正在擠壓過程中的管坯，7-芯棒，8-加熱線圈，9-擠壓模，10-模座，11-產品，12-輸出輥道，13-溫度監控儀，14-託輥。
現結合異形鋼管局部加熱擠壓的實施例及附圖1對本發明作進一步說明。
原料準備根據產品11截面形狀、尺寸及長度的要求，選擇管坯3的尺寸，並鋸切成所需長度，將管坯3送至料架，在管坯內外表面均勻地塗一層石墨乳潤滑劑，然後套裝到芯棒7上。合上對開式的卡板1，將芯棒7的左端固定在支座2上。將管坯向前推，使其前端置於高頻感應加熱線圈內。裝在芯棒上的管坯由託輥14支撐。
局部加熱利用加熱裝置給加熱線圈8內通以高頻感應電流，利用電磁感應熱效應即可對管坯進行加熱，加熱溫度以850～1000℃為宜。安置在一側的溫度監控儀13可以調節感應電流的大小，從而達到控制加熱溫度的目的，當加熱溫度設定後，在整個擠壓過程中溫度保持恆定。
擠壓成型當鋼坯被加熱到所需的擠壓溫度(850～1000℃)時，啟動擠壓機，擠壓機上的活動橫梁4通過擠壓墊5推動管坯6在芯棒7上穩定地移動，從而推動在高頻感應加熱線圈8內已加熱至良好塑性狀態的部分鋼坯，使其連續通過由擠壓模9與芯棒7頭部組成的成型裝置擠壓為產品11。當第一根鋼坯尚未完全擠出時，從芯棒7的尾部裝入第二根鋼坯，取下擠壓墊5，擠壓機上的活動橫梁4迅速退至第二根鋼坯尾部，重新裝上擠壓墊5，擠壓機上的活動橫梁4通過擠壓墊5則推動第二根鋼坯，第二根鋼坯頭部頂住第一根鋼坯尾部繼續進行擠壓。由於一根一根的鋼坯首尾相接連續擠壓成型，故稱無頭擠壓，並保證鋼坯全部擠壓成產品，成材率達到100％。
按照本發明的工藝及其裝置可以生產的產品極其廣泛，特別是用於生產批量小的各種不同截面形狀的異形鋼管和異形型鋼，將更有意義並有更大的經濟效益。異形鋼管如各種方形管、橢圓形管、五角梅花形管、檸檬形管等，也可生產船用鍋爐管(麻花管)等有一定旋轉結構的鋼管。異形型鋼如仿鋁合金門窗型材、汽車車輪輪輞型鋼、礦用U型鋼等。還可以經濟地生產直徑76mm以下的小直徑無縫鋼管和直徑在630mm以上的大直徑無縫鋼管。
權利要求
1.一種包括原料準備的異形截面鋼材局部加熱擠壓工藝，其特徵在於鋼坯在擠壓成型前被局部加熱。
2.根據權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的局部加熱，為電磁感應加熱，鋼管鋼坯採用高頻感應加熱，型鋼鋼坯採用中頻或工頻感應加熱。
3.根據權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述擠壓成型是擠壓機推動鋼坯，或在擠壓機推動下，一根鋼坯推動另一根鋼坯，鋼坯首尾相連並推動進入擠壓模內被加熱到高溫的部分，使其連續通過擠壓模，獲得擠壓模型腔所限定的形狀尺寸的產品。
4.根據權利要求1所述工藝的擠壓裝置，包括由機械式或液壓式擠壓機組成的動力裝置，其特徵在於還有支撐裝置、加熱裝置、成型裝置。
5.根據權利要求4所述的擠壓裝置，其特徵在於所述支撐裝置為託輥(14)。
6.根據權利要求4所述的擠壓裝置，其特徵在於所述加熱裝置由感應電源、加熱線圈8及溫度監控儀13組成。
7.根據權利要求4所述的擠壓裝置，其特徵在於所述成型裝置由安裝在模座10內的擠壓模9組成。
全文摘要
本發明提供了一種異形截面鋼材局部加熱擠壓工藝及其裝置。工藝過程包括原料準備,對鋼坯進行局部加熱及通過擠壓模擠壓成型。其工藝裝置包括由機械式或液壓式擠壓機構成的動力裝置、支撐裝置—託輥(14)、電磁感應加熱線圈(8)、溫度監控儀(13)以及安裝在模座(10)內的擠壓膜(9)。本發明工藝簡單、能耗低、成材率高、產品質量好。特別適用於批量小的、難加工的、形狀複雜的異形截面鋼材的生產加工。
文檔編號B21C23/08GK1191162SQ9710046
公開日1998年8月26日 申請日期1997年2月18日 優先權日1997年2月18日
發明者熊中實 申請人:熊中實