异型管加工技术课件

1、 异型管生产技术异型管生产技术一、前言一、前言1、有色金属生产牌号及品种、有色金属生产牌号及品种 牌号：牌号：T2、TU2、TP2、H62、H65、H68等等 规格：达几千种规格：达几千种2、异型管主要用途、异型管主要用途 航空、航天、医疗、电子、电工航空、航天、医疗、电子、电工 机械机械 家具、灯饰、装饰家具、灯饰、装饰 制冷、热交换等制冷、热交换等3、异型管分类、异型管分类 等壁异型管等壁异型管 异壁异型管异壁异型管 纵向变断面异型管纵向变断面异型管 4、异型管制造方法、异型管制造方法 （1） 挤压挤压 （2） 拉伸拉伸 （3） 焊管焊管 （4） 旋轧旋轧 （5） 旋扭旋扭 （6） 轧制轧

2、制 （7） 铸造铸造5、有色金属异型管生产现状与展望、有色金属异型管生产现状与展望 异形管：凡断面不是圆形的管材异形管：凡断面不是圆形的管材,或虽是圆形或虽是圆形但沿长度方向直径或壁厚发生变化的管材但沿长度方向直径或壁厚发生变化的管材,统称统称为异形管。为异形管。二、生产方法二、生产方法 1、挤压成型、挤压成型 正向挤压：正向挤压： 偏心管偏心管 异型管异型管 conform挤压：挤压： 内螺纹内螺纹铝铝管，口琴管、管，口琴管、D形管形管等等 2、拉伸异型管：、拉伸异型管： 1)常用异型管过渡圆的确定常用异型管过渡圆的确定 椭圆形：椭圆形：D过过=（a+b）/2六角形：六角形： D过过=6a/

3、=1.91a方方 形形: D过过=4a/=1.27a 矩矩 形形: D过过=2(a+b)/=0.64(a+b)2)、固定模拉伸成型、固定模拉伸成型 空拉空拉过渡圆确定，尺寸精度要求不高的产品过渡圆确定，尺寸精度要求不高的产品 衬拉衬拉尺寸精度要求较高的产品，如：扁管生尺寸精度要求较高的产品，如：扁管生产产3)、辊式模拉伸成型、辊式模拉伸成型 辊式模拉伸是指在由辊子组成的孔型中进行拔制辊式模拉伸是指在由辊子组成的孔型中进行拔制，它与固定模拔制的不同点在于被拔管子与辊子之，它与固定模拔制的不同点在于被拔管子与辊子之间是滚动摩擦，而固定模与管子之间是滑动摩擦；间是滚动摩擦，而固定模与管子之间是滑动摩

4、擦；固定模模孔为一完全封闭孔型，而辊模的孔型有辊固定模模孔为一完全封闭孔型，而辊模的孔型有辊缝存在，为非完全封闭孔型。辊模更适宜于拔制带缝存在，为非完全封闭孔型。辊模更适宜于拔制带棱角的异型管，常用在二辊、三辊和四辊式的。棱角的异型管，常用在二辊、三辊和四辊式的。二辊式t三辊式特点：特点：变滑动摩擦为滚动摩擦，从而可增加其道次延变滑动摩擦为滚动摩擦，从而可增加其道次延 伸系数伸系数 成本低，生产效率高成本低，生产效率高 复杂型管可用辊模拉伸复杂型管可用辊模拉伸 不衬芯头可拔制出高精度的异型管不衬芯头可拔制出高精度的异型管 拉伸时壁厚变化较小拉伸时壁厚变化较小 模子寿命长，产品质量好模子寿命长，

5、产品质量好 辊模拉伸金属变形均匀，拔后管子较直辊模拉伸金属变形均匀，拔后管子较直 辊模可调正管材尺寸（通过调整辊逢来进行辊模可调正管材尺寸（通过调整辊逢来进行调整）调整） 在设计滚模装置时应遵循如下原则在设计滚模装置时应遵循如下原则 辊径要尽可能地小，在保证强度和变形合理辊径要尽可能地小，在保证强度和变形合理的条件下可减小拉伸机的吨位。的条件下可减小拉伸机的吨位。 辊子数目的选择决定于异型管的形状辊子数目的选择决定于异型管的形状 防止辊子相互串动是保证管子尺寸精度的关防止辊子相互串动是保证管子尺寸精度的关键。键。 异型管拉伸时的变形参数：异型管拉伸时的变形参数：n=Fn-1/Fn =F0/Fk

6、4)、用圆管坯、用圆管坯拉伸拉伸异形异形断面断面形状的稳定性、变形形状的稳定性、变形特点和变形规格选择特点和变形规格选择 断面形状的稳定性断面形状的稳定性由受力情况可知：作用于圆管的径向应力由受力情况可知：作用于圆管的径向应力q达到某达到某一值一值 时，管壁将发生塑性弯曲，即断面形状丧失时，管壁将发生塑性弯曲，即断面形状丧失稳定性（失稳），管壁产生周期性弯曲，而开始失稳定性（失稳），管壁产生周期性弯曲，而开始失稳的载荷强度为稳的载荷强度为 临界应力临界应力qk，可按下式确定：，可按下式确定： qk=(N-1)Ss/R(1+4sR/EtS)-P20 式中：式中：S、R 分别为圆管的壁厚和半径分别

7、为圆管的壁厚和半径 s、Et 分别为圆管材料的屈服极限和正分别为圆管材料的屈服极限和正切模量切模量 N 大于或等于大于或等于2的整数（受压圆管支撑点的整数（受压圆管支撑点 对数）对数） 说明：说明： S/R值愈大，则值愈大，则qk愈高，圆管愈高，圆管形形状愈稳状愈稳定定 圆管材质的圆管材质的s、Et 值愈大，则值愈大，则qk愈高，愈高，稳定稳定 性增加性增加 N愈大，则愈大，则qk愈大，同时愈大，同时N还决定着圆管还决定着圆管失稳失稳 后周边弯曲形状后周边弯曲形状N=2 N=400.52/kksRbqq bS22() / 4hRRb对于四辊辊模作用于水平面上的力不应超过相邻面允许的对于四辊辊模

8、作用于水平面上的力不应超过相邻面允许的负荷极限值，根据力平衡条件可以求出切向和径向应力，负荷极限值，根据力平衡条件可以求出切向和径向应力，并依塑性条件最终确定出圆弧半径并依塑性条件最终确定出圆弧半径R和挠度值和挠度值h的关系式：的关系式：即：即：式中：式中：中间主应力影响系数中间主应力影响系数 S0坯管壁厚坯管壁厚 b 边长边长实际：以道次延伸系数确定实际：以道次延伸系数确定 n=Fn-1/Fn 铜及铜合金：铜及铜合金：n=1.21.45 铝及铝合金铝及铝合金: n=1.251.5除了上述分析结论外，还与下述因素有关：除了上述分析结论外，还与下述因素有关： 管壁的最终曲率：如果为正曲率则其稳定

9、性最佳。管壁的最终曲率：如果为正曲率则其稳定性最佳。例如：椭圆断面异形管全由正曲率构成，比较稳定；具例如：椭圆断面异形管全由正曲率构成，比较稳定；具有直线边的异形管的稳定性次之；具有负曲率的复杂断有直线边的异形管的稳定性次之；具有负曲率的复杂断面异形管稳定性最差面异形管稳定性最差,必须增加支承点必须增加支承点,即采用带芯棒拔即采用带芯棒拔制法制法,增加道次增加道次,严格控制变形规格的尺寸才能成型严格控制变形规格的尺寸才能成型 模孔的入口锥角模孔的入口锥角(模角模角)：模角模角太大将引起缩径现象太大将引起缩径现象，缩径后来料管就会脱离了模孔的支承，因而更加容易，缩径后来料管就会脱离了模孔的支承，

10、因而更加容易产生失稳，所以产生失稳，所以模角模角一般不得大于一般不得大于13 壁厚压缩问题：对于用固定模拔制复杂断面异壁厚压缩问题：对于用固定模拔制复杂断面异形形管管或宽高比较大的异形管，且角部圆弧半径小于或宽高比较大的异形管，且角部圆弧半径小于1.5S的的简单断面管，必须增加内支承点，即采用带芯棒拔制简单断面管，必须增加内支承点，即采用带芯棒拔制法才能稳定地成型。在带芯棒拔制时，必须给以一定法才能稳定地成型。在带芯棒拔制时，必须给以一定的减壁量，作用有二：如果不给以一定的减壁量，的减壁量，作用有二：如果不给以一定的减壁量，当在管壁与芯棒接触之前已出现管壁失稳，由于来料当在管壁与芯棒接触之前已

11、出现管壁失稳，由于来料管的弹性恢复，失稳情况不可能得到完全纠正；消管的弹性恢复，失稳情况不可能得到完全纠正；消除由于在延伸阶段引起的不均匀增厚。一般取减壁量除由于在延伸阶段引起的不均匀增厚。一般取减壁量为为0.05 0.3mm 异型管拉伸时的变形特点异型管拉伸时的变形特点 拔制异形管时金属质点的运动主要是横向移动拔制异形管时金属质点的运动主要是横向移动,纵纵向移动却很小向移动却很小.金属产生径向移动是靠模壁给予的径向金属产生径向移动是靠模壁给予的径向压力实现的。径向压力由拔制力产生。金属在径向压压力实现的。径向压力由拔制力产生。金属在径向压力力 作用下产生横向移动，同时还受模壁摩擦阻力作用。作

12、用下产生横向移动，同时还受模壁摩擦阻力作用。 因此，拔制等壁厚异形管的应力状态也是因此，拔制等壁厚异形管的应力状态也是一拉二压一拉二压的应的应 力状态。在由圆管拔制异形管时圆管开始进入异形模的力状态。在由圆管拔制异形管时圆管开始进入异形模的 接触面积和沿圆周上开始接触的位置是各式各样的，为接触面积和沿圆周上开始接触的位置是各式各样的，为 了减小沿周长上变形的不同时性，在设计拉模入口道槽了减小沿周长上变形的不同时性，在设计拉模入口道槽 时应尽量增加同时接触面积，以防止管子在变形中失稳。时应尽量增加同时接触面积，以防止管子在变形中失稳。 异型管拉伸时的金属变形是很不均匀的异型管拉伸时的金属变形是很

13、不均匀的,这是由于这是由于 各部位的变形量不同各部位的变形量不同,内外层的金属变形不同所致。如内外层的金属变形不同所致。如 拔制矩形管时，由于角部和平面部分的金属延伸不同，拔制矩形管时，由于角部和平面部分的金属延伸不同， 一般角部金属延伸大，平面部分延伸小，则角度受轴向一般角部金属延伸大，平面部分延伸小，则角度受轴向压应力，平面部分是轴向拉应力，在变形很不均匀的情压应力，平面部分是轴向拉应力，在变形很不均匀的情况下，则平面部分就会产生裂纹。况下，则平面部分就会产生裂纹。 造成这种各部位延伸不均的原因是：圆管料的弧形表造成这种各部位延伸不均的原因是：圆管料的弧形表面弯成平面，平面部分内表面金属要

14、流向角部，而角部面弯成平面，平面部分内表面金属要流向角部，而角部处外表面金属要流向平面部分，由于前者要大得多，故处外表面金属要流向平面部分，由于前者要大得多，故造成角部延伸大。造成角部延伸大。 5)、 周边压缩系数周边压缩系数 周边压缩系数周边压缩系数：表示圆管周长和成品管周长的关：表示圆管周长和成品管周长的关系。按下式确定：系。按下式确定： =D0/L1式中：式中：D0、L1分别为管坯直径和成品管横断面周长分别为管坯直径和成品管横断面周长 故：故：1值选择是否合理直接影响拉伸后异形管角部处半径的大小，值选择是否合理直接影响拉伸后异形管角部处半径的大小，对产品质量有着直接的影响，若对产品质量有

15、着直接的影响，若太大，则成品管平面部分容太大，则成品管平面部分容易出现凹陷，易出现凹陷，太小，角部半径充不满，只有将太小，角部半径充不满，只有将控制在一个控制在一个适当范围才能生产出合格的产品。适当范围才能生产出合格的产品。 举例：拔制方形管，设方形管边长为举例：拔制方形管，设方形管边长为A，壁厚为，壁厚为S，则芯头，则芯头边长为：边长为： a=A-2S 为了能将芯头顺利进入管坯内，为了能将芯头顺利进入管坯内， 则圆管坯内径必须大于芯头的外接则圆管坯内径必须大于芯头的外接 圆直径，若取圆直径，若取2mm间隙，这样，管间隙，这样，管 坯直径坯直径D0按下式确定：按下式确定： 022( 2/21)

16、DRa S 方管的周长为：方管的周长为： L1=4（A-2r）+2r 式中：式中：r方管的圆角半径取方管的圆角半径取1.5S 则则:周边压缩系数为周边压缩系数为:2( 2/21)/4(2 ) 2 aSnArr 在衬拉时在衬拉时, 值不应小于上式计算值值不应小于上式计算值,否则芯头进入管坯否则芯头进入管坯困难困难,甚至不可能甚至不可能,但但也不能太大也不能太大,否则管坯在孔型入口否则管坯在孔型入口处就已充满处就已充满,并使平面部位起绉并使平面部位起绉,这样芯棒不能进入定径这样芯棒不能进入定径带，而拔成废品。带，而拔成废品。 取值可参照取值可参照P25表表6和图和图18.有色金属异型管适当可有色金

17、属异型管适当可取大些取大些,各种异型管的周长计算可参照各种异型管的周长计算可参照P2627,若已知若已知,则可确定来料直径则可确定来料直径D0=L1/。abR变 形 开 始 面周 向 压 缩 开 始 面定 径 阶 段三、等壁异型管成型时的变形过程三、等壁异型管成型时的变形过程 a、固定拉伸过程、固定拉伸过程 如方管的变形过程，分三个阶段。如方管的变形过程，分三个阶段。压扁阶段：圆管在模壁压力作用下首先变形，即管壁产生压扁阶段：圆管在模壁压力作用下首先变形，即管壁产生塑性弯曲变形，圆管被压扁。此阶段的变形特点是：塑性弯曲变形，圆管被压扁。此阶段的变形特点是：来料管仅改变断面形状，而无周边压缩变形

18、和轴向来料管仅改变断面形状，而无周边压缩变形和轴向延伸，壁厚基本不变。延伸，壁厚基本不变。 延伸阶段：随来料管压扁变形增加，管壁与模延伸阶段：随来料管压扁变形增加，管壁与模壁的接触面积增大，模壁对管壁的支撑作用增加，壁的接触面积增大，模壁对管壁的支撑作用增加，压扁变形随之困难，切向压缩应力相应增加。当达压扁变形随之困难，切向压缩应力相应增加。当达到屈服极限时，伴随着压扁变形的同时来料管周边到屈服极限时，伴随着压扁变形的同时来料管周边出现压缩变形，产生轴向延伸，壁厚增加，并随压出现压缩变形，产生轴向延伸，壁厚增加，并随压缩过程逐渐加大。缩过程逐渐加大。 定型阶段：图中断面至出口部分，相当于圆管定

19、型阶段：图中断面至出口部分，相当于圆管拔制的定径带。其作用是稳定异形断面。拔制的定径带。其作用是稳定异形断面。b、 四辊辊模拉伸过程四辊辊模拉伸过程 矩形管的拔制过程：矩形管的拔制过程： B为宽展BCD高 向宽 向圆管进入变形区首先同上下辊在圆管进入变形区首先同上下辊在A、B点接触，这时在集中力点接触，这时在集中力的作用下产生压扁变形。压扁变形是在高度方向管径减小，的作用下产生压扁变形。压扁变形是在高度方向管径减小，而在宽度方向上管径增加，金属断面积不发生变化，因而属而在宽度方向上管径增加，金属断面积不发生变化，因而属于纯弯曲变形。随着金属进入变形区程度的增加，金属与上于纯弯曲变形。随着金属进

20、入变形区程度的增加，金属与上下辊的接触宽度逐渐增加，直至与左右辊在下辊的接触宽度逐渐增加，直至与左右辊在C、D两点接触。两点接触。这时为两对辊同时对管子压扁弯曲，使之成角。当角部接近这时为两对辊同时对管子压扁弯曲，使之成角。当角部接近充满时变形阻力显著增加，因此要伴随着延伸变形才能充满充满时变形阻力显著增加，因此要伴随着延伸变形才能充满圆角。周边压缩系数愈大，则角部充满愈好。圆角。周边压缩系数愈大，则角部充满愈好。例：生产变压器用例：生产变压器用T2扁管扁管, 尺寸如右图尺寸如右图: 可采用拉伸可采用拉伸:固定模固定模(空拉、衬拉空拉、衬拉)或辊模，轧制等方法生产。或辊模，轧制等方法生产。 请

21、分别说出各种生产方法的优缺点请分别说出各种生产方法的优缺点,并确定加工前管坯的尺寸并确定加工前管坯的尺寸 计算管坯直径计算管坯直径D0 扁管周长扁管周长L1=20+D=20+5=35.7 取取=1.1 D0=L1/=1.135.7/3.14=12.5mm =F0/F1=/4(D02-d02)/2101+(52-32) 取取=1.3 F1=12.56+20=32.56 D0=14.5 取取=1.2 D0=13.4 取取=1.1 D0=12.5四、等壁异形管生产工艺拟定四、等壁异形管生产工艺拟定 等壁异形管生产工艺拟定的主要参数包括选择成等壁异形管生产工艺拟定的主要参数包括选择成型方法、确定道次、

22、选择变形规格型方法、确定道次、选择变形规格(圆管坯的尺寸圆管坯的尺寸)、周边压缩系数以及各道次的断面形状。、周边压缩系数以及各道次的断面形状。 成型方法的选择成型方法的选择 空拔法：它的优化方法是选用滚模拔制。空拔法：它的优化方法是选用滚模拔制。 芯棒拔制：带芯棒拔制增加了对管壁的支撑芯棒拔制：带芯棒拔制增加了对管壁的支撑作用，提高了拔制稳定性，同时也提高了对变形规作用，提高了拔制稳定性，同时也提高了对变形规格的适应能力。这种方法常用来拔制复杂断面异形格的适应能力。这种方法常用来拔制复杂断面异形管。优化方法根据形状复杂程度，选用滚模或固定管。优化方法根据形状复杂程度，选用滚模或固定模拔制。模拔

23、制。 拔制道次确定拔制道次确定 品种规格繁多，不一一例举。必须指出，在品种规格繁多，不一一例举。必须指出，在多道次成型的情况下，各道管断面形状的设计多道次成型的情况下，各道管断面形状的设计必须遵循下面两条原则必须遵循下面两条原则 ： 尽量把管壁的弯曲变形集中在第一道，以尽量把管壁的弯曲变形集中在第一道，以后的道次仅起整形和局部加工的作用。后的道次仅起整形和局部加工的作用。 对存在多处负曲率的复杂断面管，由于稳对存在多处负曲率的复杂断面管，由于稳定性差，应采用分阶段成型法，暂时不成型的定性差，应采用分阶段成型法，暂时不成型的周边应尽量周边应尽量保持正曲率。保持正曲率。 周边压缩系数的选择周边压缩

24、系数的选择 选取周边系数时应注意以下几个问题：选取周边系数时应注意以下几个问题： 产品断面周长大、壁厚小时周边系数取低些，反产品断面周长大、壁厚小时周边系数取低些，反之，则取高些，因为前者更易失稳。之，则取高些，因为前者更易失稳。 管材质的屈服极限高时，周边系数取高些。管材质的屈服极限高时，周边系数取高些。 管断面的形状。为了保证成形，当成品管的周边管断面的形状。为了保证成形，当成品管的周边长度和壁厚相同而断面形状不同时，周边系数也应取长度和壁厚相同而断面形状不同时，周边系数也应取不同的值。例如：周长与壁厚相同的方管与矩形管，不同的值。例如：周长与壁厚相同的方管与矩形管，由于矩形管径向变形大，

25、周向压缩也较大，故在拔制由于矩形管径向变形大，周向压缩也较大，故在拔制时，其周边系数值应比方管取得大些，矩形管的宽高时，其周边系数值应比方管取得大些，矩形管的宽高比越大，则周边系数也相应的增大。比越大，则周边系数也相应的增大。 各道管断面的设计各道管断面的设计 一般应遵循以下原则进行：一般应遵循以下原则进行： 每一道次均应采用一定的周边压缩系数。每一道次均应采用一定的周边压缩系数。 任一道次周边各组成部分的边长压缩系数基本任一道次周边各组成部分的边长压缩系数基本相等，一般各道采用较大的圆角半径过渡以简化设计相等，一般各道采用较大的圆角半径过渡以简化设计。 必须保证芯棒顺利伸入管的内孔，若第一道

26、空必须保证芯棒顺利伸入管的内孔，若第一道空拔，第二道带芯棒拔制，则第一道拔后断面的内孔应拔，第二道带芯棒拔制，则第一道拔后断面的内孔应比第二道芯棒大一定的间隙量，或直接根据芯棒尺寸比第二道芯棒大一定的间隙量，或直接根据芯棒尺寸设计第一道拔后的断面。设计第一道拔后的断面。五、等壁异型管拉伸模具设计五、等壁异型管拉伸模具设计 空拉模设计空拉模设计 为了提高管壁的稳定性，空拔模一般采用弧形模。现以方为了提高管壁的稳定性，空拔模一般采用弧形模。现以方管空拉模为例管空拉模为例空拉模由空拉模由入口锥、入口锥、定定径带、出口锥径带、出口锥三部分组成。三部分组成。 其中：定径带为一方柱体其中：定径带为一方柱体

27、,长度为长度为a=1015mm,有色金属有色金属a=510mm,出口锥为一方锥体出口锥为一方锥体,出口角出口角=3045.入口锥的设计：入口锥是由四个相同的二次曲面组成入口锥的设计：入口锥是由四个相同的二次曲面组成的喇叭口，二次曲面与定径带方柱体的表面相交形成的喇叭口，二次曲面与定径带方柱体的表面相交形成过渡区，其长度为过渡区，其长度为q。 设方形的边长为设方形的边长为A，变形规格的外径为，变形规格的外径为D0，则各，则各部分的尺寸设计如下：部分的尺寸设计如下： 入口平面入口平面:入口平面由四个圆弧组成的弧方形入口平面由四个圆弧组成的弧方形,取取弧方形的最大高度为弧方形的最大高度为A,A= D

28、0。但为了增加接触点。但为了增加接触点，A应取略小于应取略小于D0。弧方形的弧边曲率半径。弧方形的弧边曲率半径R1为了为了使弧边稳定地过渡到直边使弧边稳定地过渡到直边,一般取近似的等于一般取近似的等于D0，。，。设成品管的角部圆弧半径为设成品管的角部圆弧半径为r,则弧方角部的圆弧半径则弧方角部的圆弧半径r1 =（12）r。 入口锥的锥角入口锥的锥角及圆弧半径及圆弧半径R 面xR2一般取一般取=1213,在拔制矩形管时，由于长边上的在拔制矩形管时，由于长边上的减径量大，则减径量大，则=1520 圆弧一端与定径带相切圆弧一端与定径带相切,另一端通过入口平面上弧另一端通过入口平面上弧方孔弧边的中点方

29、孔弧边的中点,则圆弧半径的公式：则圆弧半径的公式： R=A/4sim2=（A-A）/4sim2 在定径带在定径带入口平面上入口锥入口平面上入口锥（称为过渡区，它（称为过渡区，它属定径带的一部分）弧方形弧边的曲率半径为属定径带的一部分）弧方形弧边的曲率半径为R2 在定径带入口平面上，锥方形弧边的宽度等于在定径带入口平面上，锥方形弧边的宽度等于A，弧边的凸起，弧边的凸起高度为高度为，与定径带的相贯线的宽度为，与定径带的相贯线的宽度为q，q=27mm。222222(/ 2)RRqRRA 222222/8() 0.5()RARRqRRq 入口锥的圆弧锥面尺寸：入口锥的圆弧锥面尺寸： 入口锥的长度：入口

30、锥的长度：L=（A-A）/2tg-q 入口锥面任一断面的弧方形弧边的曲率半径：入口锥面任一断面的弧方形弧边的曲率半径： Rx=（R2-R1)（q+L）q/Lx-R1-（R2-R1）q/L 带芯棒拉伸模具设计带芯棒拉伸模具设计 衬拉模设计与普通圆管模设计相似，如图：衬拉模设计与普通圆管模设计相似，如图：故故a、固定外模的设计、固定外模的设计 外模的模孔一般为锥形模。一般取定径带长外模的模孔一般为锥形模。一般取定径带长a=510mm，入口锥角度入口锥角度=10-13，最大不超过，最大不超过20。 b、芯头的设计、芯头的设计 由于在等壁管成型过程中失稳往往只发生在局部位置，芯由于在等壁管成型过程中失

31、稳往往只发生在局部位置，芯头只要在这些位置予以支撑，就能保证稳定变形，头只要在这些位置予以支撑，就能保证稳定变形，因此芯头的断面不一定必须与异形管内形状一致。但对简因此芯头的断面不一定必须与异形管内形状一致。但对简单断面，芯头断面必须与型管内孔一致。以保证芯棒在模单断面，芯头断面必须与型管内孔一致。以保证芯棒在模孔内位置稳定。如：孔内位置稳定。如： 方管方管:为了便于使芯头进入模孔定径带，芯头前端倒角为了便于使芯头进入模孔定径带，芯头前端倒角245,角部倒角角部倒角3545，l1比定径带长比定径带长12mm，r=型管壁型管壁厚，厚，=05。辊模的孔型设计：由于没有定辊模的孔型设计：由于没有定径

32、带变得简单得多，只是单一径带变得简单得多，只是单一圆弧构成变形区，变形区长度圆弧构成变形区，变形区长度只决定于辊子的直径和产品形只决定于辊子的直径和产品形状。状。七、异壁异型管生产七、异壁异型管生产1、 异壁异型管分类异壁异型管分类 P71品种繁多，一般可分为：品种繁多，一般可分为： 外圆内异管（简称内异管）外圆内异管（简称内异管） 内圆外异管（简管外异管）内圆外异管（简管外异管） 带筋管带筋管 内外异型管内外异型管 偏心管偏心管 生产方法有拉伸法：生产方法有拉伸法：a、固定模适用生产外圆内、固定模适用生产外圆内异管，内外带沟槽管；异管，内外带沟槽管；b、辊模生产外异管；挤压、辊模生产外异管；

33、挤压法：生产偏心管，不对称异型管；冷轧法：生产带法：生产偏心管，不对称异型管；冷轧法：生产带内外纵筋管。内外纵筋管。 2、拉伸异壁异型管的变形原理、拉伸异壁异型管的变形原理 拉缩与起槽拉缩与起槽 当以圆管拉伸异壁管时，由于沿管壁存在不均匀变形，将产生当以圆管拉伸异壁管时，由于沿管壁存在不均匀变形，将产生附加应力。在拔制过程中，在变形区内的金属，在周向及径向附加应力。在拔制过程中，在变形区内的金属，在周向及径向处处于压应力状态，拔制方向处于拉应力状态。于压应力状态，拔制方向处于拉应力状态。沿周向沿周向由于薄壁由于薄壁部分金属流动快而受附加压应力，而厚壁部分由于金属流动慢部分金属流动快而受附加压应

34、力，而厚壁部分由于金属流动慢而受附加拉应力，当该拉应力超过材料的而受附加拉应力，当该拉应力超过材料的b时，则产生附加时，则产生附加的拉缩塑性变形，使厚度减小，甚至起槽，如下图：的拉缩塑性变形，使厚度减小，甚至起槽，如下图：影响拉缩与起槽的主要因素有：影响拉缩与起槽的主要因素有： 断面积的分配：当厚壁部分的断面积占整个型管断断面积的分配：当厚壁部分的断面积占整个型管断面总面积的比例越大，厚壁部分承受附加拉应力越小，面总面积的比例越大，厚壁部分承受附加拉应力越小，拉缩与起槽现象减小拉缩与起槽现象减小. 断面上各部分的变形量：厚壁与薄壁部分的相对变断面上各部分的变形量：厚壁与薄壁部分的相对变形量相差

35、越大，即壁厚差越大，变形越不均匀，产生拉形量相差越大，即壁厚差越大，变形越不均匀，产生拉应力越大，则拉缩与起槽现象增大。应力越大，则拉缩与起槽现象增大。 拉伸道次拉伸道次n：n越多，可减小每一道次的变形不均越多，可减小每一道次的变形不均匀程度，从而使拉缩与起槽现象减少。匀程度，从而使拉缩与起槽现象减少。 拉伸方法：辊式模拉伸与固定模拉伸相比，因为拉伸方法：辊式模拉伸与固定模拉伸相比，因为辊式模在拉伸时变形更均匀，所以拉缩减小，长芯棒与辊式模在拉伸时变形更均匀，所以拉缩减小，长芯棒与短芯拉伸相比，则长芯棒拔制时减轻了管内孔表面的短芯拉伸相比，则长芯棒拔制时减轻了管内孔表面的轴向张应力，因此使拉缩

36、与起槽现象减小。轴向张应力，因此使拉缩与起槽现象减小。 减径量减径量D：D越大，一方面管在减径区内处于越大，一方面管在减径区内处于空拔状态，使管壁弯曲而加深内槽深度；另一方面，空拔状态，使管壁弯曲而加深内槽深度；另一方面，在减径过程中，薄壁部分的壁厚有所增加，增加了减在减径过程中，薄壁部分的壁厚有所增加，增加了减壁区的不均匀变形，也使得拉缩与起槽现象增大。壁区的不均匀变形，也使得拉缩与起槽现象增大。 管与模具的接触情况。当模孔或芯棒与管之间存管与模具的接触情况。当模孔或芯棒与管之间存在空隙时，大变形量部分将向小变形量部分流动，这在空隙时，大变形量部分将向小变形量部分流动，这种附加的流动常使拉缩

37、量减小，但起槽现象有所增大种附加的流动常使拉缩量减小，但起槽现象有所增大 管坯状态：管坯状态：Y状态比状态比M状态拉缩减小，但起槽增状态拉缩减小，但起槽增大。大。(2) 滚模拔制异壁异形管的变形特点滚模拔制异壁异形管的变形特点 变形规律有如下特点：变形规律有如下特点： 拔制外缘带角的管比拔制圆管有利，这是由于孔拔制外缘带角的管比拔制圆管有利，这是由于孔型车成多边形，变形中金属能够向棱角部位扩张流动型车成多边形，变形中金属能够向棱角部位扩张流动，可减少向辊缝处流动的金属量，从而在辊缝处不会，可减少向辊缝处流动的金属量，从而在辊缝处不会出现很大的凸起楞子。出现很大的凸起楞子。 沿变形区管子几何尺寸

38、的变化规律：在孔型直沿变形区管子几何尺寸的变化规律：在孔型直线部分有较大的减壁量，未与芯棒接触前管壁稍增厚线部分有较大的减壁量，未与芯棒接触前管壁稍增厚。而在孔型角部处也稍有减壁，这决定于减壁量的大。而在孔型角部处也稍有减壁，这决定于减壁量的大小小 在辊缝处沿变形区长度上壁厚变化很小，甚至稍有在辊缝处沿变形区长度上壁厚变化很小，甚至稍有增壁。因此拔制这种管的关键在于控制角部和辊缝处增壁。因此拔制这种管的关键在于控制角部和辊缝处的壁厚差，使之不超过允许的公差。在拔制过程中，的壁厚差，使之不超过允许的公差。在拔制过程中，外径的变化与壁厚的变化是相一致的。外径的变化与壁厚的变化是相一致的。 在拔制过

39、程中金属的流动具有不均匀性，在拔制时在拔制过程中金属的流动具有不均匀性，在拔制时，管在轴向为伸长，径向为收缩。同一圆周长各单元，管在轴向为伸长，径向为收缩。同一圆周长各单元体的变化基本一致，差异较小（但还是有差异，这主体的变化基本一致，差异较小（但还是有差异，这主要是由于辊缝处与辊槽、辊壁处的金属宽展变形不同要是由于辊缝处与辊槽、辊壁处的金属宽展变形不同所致）。这说明虽然沿断面上存在管壁压下不均，但所致）。这说明虽然沿断面上存在管壁压下不均，但由于各部分金属互相牵制，最终仍为均匀延伸变形，由于各部分金属互相牵制，最终仍为均匀延伸变形，因而滚拔外异管的质量是好的。因而滚拔外异管的质量是好的。 3

40、、异壁异形管生产工艺拟定、异壁异形管生产工艺拟定 异壁异形管生产工艺根据其变形规律进行编制，其异壁异形管生产工艺根据其变形规律进行编制，其内容包括断面设计，选择成型方法与变形规格、分配内容包括断面设计，选择成型方法与变形规格、分配变形量、确定生产工序和模具设计等。变形量、确定生产工序和模具设计等。 异壁异形管生产方法的选择异壁异形管生产方法的选择 冷轧冷拔成型冷轧冷拔成型 在异壁异形管中，对于壁厚相差不大、断面对称、在异壁异形管中，对于壁厚相差不大、断面对称、形状比较简单的异壁异形管均可采用全部冷拔法。由形状比较简单的异壁异形管均可采用全部冷拔法。由于异壁异形管的成型主要在于减壁，因此，在绝大

41、多于异壁异形管的成型主要在于减壁，因此，在绝大多数情况下，采用带芯棒拔制法或数情况下，采用带芯棒拔制法或LD冷轧法。冷轧法冷轧法。冷轧法可以一道次成型。可以一道次成型。 短芯棒拔制应用最广，虽然长芯棒对成型有利，但短芯棒拔制应用最广，虽然长芯棒对成型有利，但由于拔后需要脱棒，这道工序比较难，一般不用。若由于拔后需要脱棒，这道工序比较难，一般不用。若使用，长芯棒的脱棒一般采用倒拔法。使用，长芯棒的脱棒一般采用倒拔法。 联合成型联合成型 a、挤压、挤压冷拔：通过挤压生产异壁异形管坯，然冷拔：通过挤压生产异壁异形管坯，然后用冷拔控制产品形状和尺寸，改善表面质量。此方法综后用冷拔控制产品形状和尺寸，改

42、善表面质量。此方法综合了挤压与冷拔的优点，可以生产各类异壁异形管。合了挤压与冷拔的优点，可以生产各类异壁异形管。 b、热轧、热轧冷拔：指用热轧生产方法生产某些异壁异形冷拔：指用热轧生产方法生产某些异壁异形管坯，后经冷拔整形。管坯，后经冷拔整形。 c、热拔、热拔冷拔：当拔制某些大断面异壁异形管时，由冷拔：当拔制某些大断面异壁异形管时，由于受到冷拔机能力的限制，每道只能采用很小的变形量，于受到冷拔机能力的限制，每道只能采用很小的变形量，这不仅增加了成型道次，而且变形不能深透到整个断面（这不仅增加了成型道次，而且变形不能深透到整个断面（主要集中在表面），增加了不均匀变形，影响产品质量。主要集中在表面

43、），增加了不均匀变形，影响产品质量。在这种情况下，采用热拔法，即将管加热到热加工温度范在这种情况下，采用热拔法，即将管加热到热加工温度范围，连拔数道，可以加大道次的变形量，提高成型速度，围，连拔数道，可以加大道次的变形量，提高成型速度，最后用最后用2-3道冷拔整形和提高表面质量。道冷拔整形和提高表面质量。 d、拉铸法：对内外表面质量要求不高的异型管、拉铸法：对内外表面质量要求不高的异型管,常来用常来用该方法该方法.该法的优点是：该法的优点是： a、模具设计简单（外模均为圆模，芯头断面与成品形状一、模具设计简单（外模均为圆模，芯头断面与成品形状一致）；致）； 异壁异型管过渡方法异壁异型管过渡方法

44、 异壁异型管拉伸一般均采用衬拉，有时要经多道次拉伸，异壁异型管拉伸一般均采用衬拉，有时要经多道次拉伸，有时采用等壁圆管坯，有时又采用与成品管相似的管坯，关有时采用等壁圆管坯，有时又采用与成品管相似的管坯，关键需要控制好过渡坯料的形状与尺寸。键需要控制好过渡坯料的形状与尺寸。 形状过渡有如下几种方法：形状过渡有如下几种方法： 内孔过渡法：内孔过渡法：b、工艺编制简单。、工艺编制简单。 缺点是：缺点是：a、芯棒受力较大；、芯棒受力较大； b、由于厚壁处在整个拉伸过程中处于空拉状态，因、由于厚壁处在整个拉伸过程中处于空拉状态，因此附拉应力较大，易出现拉缩甚至拉断。此附拉应力较大，易出现拉缩甚至拉断。

45、 等壁管过渡法：等壁管过渡法：空衬衬该法：优点是：成型效果好，各道次减壁量较大，故可减小管该法：优点是：成型效果好，各道次减壁量较大，故可减小管坯尺寸，从而减少道次。坯尺寸，从而减少道次。 缺点是：模具设计相对复杂。缺点是：模具设计相对复杂。 外异型过渡法：外异型过渡法：此法可先用空拉成形为外异内圆管，再衬拉外圆内异管，该法此法可先用空拉成形为外异内圆管，再衬拉外圆内异管，该法一般用来生产小断面异型管，道次较多、工艺编制较为复杂。一般用来生产小断面异型管，道次较多、工艺编制较为复杂。 异壁异型管拉伸坯料的确定异壁异型管拉伸坯料的确定原管坯原管坯 成品断面尺寸成品断面尺寸 管坯壁厚的确定管坯壁厚

46、的确定 成品最大壁厚确定：成品最大壁厚确定：S0=Smax+（0.20.5）mm 式中式中: Smax成品最大壁厚成品最大壁厚 补偿系数，一般取补偿系数，一般取=0.32mm 则：则：S0=Smax+（0.52.5）mm 管坯内径的确定管坯内径的确定 必须保证每道内径与芯棒外接圆的差必须保证每道内径与芯棒外接圆的差di，一般取，一般取0.52mm， di取得大，对操作有利，但减径量大对成型不利。取得大，对操作有利，但减径量大对成型不利。 当全部采用衬拉时，当全部采用衬拉时，d0=dn+di 式中：式中：dn成品管内孔外接圆直径成品管内孔外接圆直径 di所有成形道次所有成形道次di之和之和 则管

47、坯外径为：则管坯外径为：D0=d0+2S0 拉伸道次拉伸道次n的确定的确定 n=（S0-Smin）/Sm+（02） 式中：式中：Sm平均减壁量，一般异型管平均减壁量，一般异型管Sm=0.51mm，带筋管和小口径管或薄壁管，带筋管和小口径管或薄壁管Sm=0.50.7mm （02）指空拉道次指空拉道次例：拉伸例：拉伸2613内方管内方管解：解：断面形状分析：由于产品内孔断面形状分析：由于产品内孔较小，壁厚较厚，壁厚差也较大，故较小，壁厚较厚，壁厚差也较大，故采用外异型过渡法采用外异型过渡法 外异型管规格和各道次断面尺寸确定外异型管规格和各道次断面尺寸确定 外异管外异管Smax和和Smin确定确定:

48、 Smax为提高质量，必须给一定的减壁量，一般其总减壁量为提高质量，必须给一定的减壁量，一般其总减壁量为为12mm为宜（当成品壁厚大，取上限，小则取下限）为宜（当成品壁厚大，取上限，小则取下限） Smax=Smax+2=8.5 Smin=3.9(在薄壁部分处在空拉在薄壁部分处在空拉)道次道次:n=S/Sm=2/0.7=3增加一道次空拉，故增加一道次空拉，故n=4道次道次d的大小决定于各道芯棒间隙的大小决定于各道芯棒间隙d道次道次DDSSdd 1 14.24.2 空拉道空拉道次次2 25 50.50.5 3 34.54.50.750.753 3 4 43.53.50.750.752 2成品道成品

49、道次次当当Smin较小时，较小时，d不宜取大；当不宜取大；当Smin较大时，较大时，d可取大些。可取大些。具体见具体见P110表表14 估计估计:管坯为管坯为43.28.5mm3、异壁异形管模具设计、异壁异形管模具设计 模具设计的内容：模具设计的内容： 根据异形管断面形状和表面质量要求选择模具形式；根据异形管断面形状和表面质量要求选择模具形式； 据工艺卡的管材断面形状和尺寸确定外模和芯头形状和尺据工艺卡的管材断面形状和尺寸确定外模和芯头形状和尺寸；寸； 确定各道次的模具结构参数确定各道次的模具结构参数 选择模具材料和提出模具技术要求。选择模具材料和提出模具技术要求。 选择模具形式选择模具形式

50、整体式外模（又称死模）整体式外模（又称死模） 具有结构简单，使用与更换方便，刚性好，产品尺寸精确具有结构简单，使用与更换方便，刚性好，产品尺寸精确高等优点，但易磨损，寿命较短。高等优点，但易磨损，寿命较短。 组合模组合模 由于异壁异形管拉伸时，各部的变形量不同，导致模具不由于异壁异形管拉伸时，各部的变形量不同，导致模具不均匀磨损，从而降低了模具寿命，为此，可采用组合模，即均匀磨损，从而降低了模具寿命，为此，可采用组合模，即变形量大处则磨损快处，作成可拆卸的镶块，当镶块磨损后变形量大处则磨损快处，作成可拆卸的镶块，当镶块磨损后更换镶块可继续使用。更换镶块可继续使用。外套镶片压板模子二 辊 式t三

51、辊式四 辊 式缺点：缺点：a、结构复杂；、结构复杂； b、对配合精度和技术的要求较高。、对配合精度和技术的要求较高。 辊模：辊模：辊子的确定根据成品的断面形状来确定，它的优点：辊子的确定根据成品的断面形状来确定，它的优点：拔制力小、外模寿命高、管材外表面质量好。拔制力小、外模寿命高、管材外表面质量好。 a、辊缝、辊缝t对应于管材断面上最大壁厚处（即不减壁对应于管材断面上最大壁厚处（即不减壁部分），而辊面对应于管材断面上最薄壁处。部分），而辊面对应于管材断面上最薄壁处。 b、拔制时由于辊子和模架产生弹跳和辊子工作表、拔制时由于辊子和模架产生弹跳和辊子工作表面的磨损，所以模孔尺寸增大。为了补偿弹跳

52、量和磨面的磨损，所以模孔尺寸增大。为了补偿弹跳量和磨损量，拔制前要加大辊子压下。因此，设计的辊缝值损量，拔制前要加大辊子压下。因此，设计的辊缝值应大于弹跳量和磨损量，才能进行补偿压下，但应大于弹跳量和磨损量，才能进行补偿压下，但t，调整余地越大，但管材尺寸精确越差调整余地越大，但管材尺寸精确越差 c、辊径：、辊径：D，芯棒的接触长度，芯棒的接触长度，阻力，阻力，同时模，同时模子的外形尺寸子的外形尺寸； D，强度，强度 故在满足强度的前提下，故在满足强度的前提下，D尽量取小些。尽量取小些。 模具孔型断面选择模具孔型断面选择 遵循以下四条原则：遵循以下四条原则： 尽量简化模孔断面形状尽量简化模孔断

53、面形状 有利于提高模具的共用性有利于提高模具的共用性 减少拉缩和起槽减少拉缩和起槽 有利于减小拔制力，减少模具的磨损有利于减小拔制力，减少模具的磨损 模孔或芯棒断面角部圆弧半径的确定原则是：当模具模孔或芯棒断面角部圆弧半径的确定原则是：当模具专用性强、拔制力很大或断面形状比较复杂时，为了减专用性强、拔制力很大或断面形状比较复杂时，为了减小应力集中、防止模具热处理时淬裂和拔制时爆裂、增小应力集中、防止模具热处理时淬裂和拔制时爆裂、增加模具的使用寿命，宜采用圆弧过渡（圆弧半径顺拔道加模具的使用寿命，宜采用圆弧过渡（圆弧半径顺拔道次依次减小）。当孔型断面形状简单拔制力较小时，为次依次减小）。当孔型断

54、面形状简单拔制力较小时，为提高模具共用性，宜采用小圆角半径过渡。提高模具共用性，宜采用小圆角半径过渡。D 模具结构参数模具结构参数 定径带长定径带长hd，由于拉伸异壁异形管其入口较小，由于拉伸异壁异形管其入口较小，为提高稳定性减轻磨损，为提高稳定性减轻磨损，hd可取长些，一般可取长些，一般hd=515，最大可达，最大可达hd=20。 模角模角，同理，同理可取小些，以增大变形区长度，可取小些，以增大变形区长度，使变形较为平稳，减轻拉缩和起槽现象。使变形较为平稳，减轻拉缩和起槽现象。 变形区长度变形区长度L L=D/tg+510 d内 = 2 3 异形芯棒异形芯棒例：拉伸例：拉伸63.558605

55、0锁圈管的设计锁圈管的设计解解: 断面形状分析：断面形状分析： 有三处不同壁厚有三处不同壁厚 但能找到两个对称轴但能找到两个对称轴,芯头位置易控制芯头位置易控制 小壁厚断面占总断面较小，拉缩较小小壁厚断面占总断面较小，拉缩较小 为保证质量，管坯规格与壁厚取大些为保证质量，管坯规格与壁厚取大些 管坯规格确定管坯规格确定 S0=Smax+1.75=6.75+1.75=8.5 Smax=S0-Smin=8.5-4=4.5 取取S m=0.65 故故n=Smax/Sm=4.5/0.65=7道道次次 各道芯头与管材内孔间隙取各道芯头与管材内孔间隙取di=1 则则D0=dk+di+2S0=50+71+28

56、.5=74 各部位总的减壁量为各部位总的减壁量为: S=8.5-4=4.5 S=8.5-5=3.5 S= S0-S max=8.5-6.75=1.75 各部位总的减径量各部位总的减径量: D=D0-D=74-63.5=10.5 D=D0-D=74-58=16 D=D0-H=74-60=14 变形量分配按一般原则进行，最大壁厚处开始几变形量分配按一般原则进行，最大壁厚处开始几道不给减壁量，有利于槽部成形，具体分配见下表道不给减壁量，有利于槽部成形，具体分配见下表：变形量变形量道次道次dd减壁量减壁量减径量减径量SSssSSDDDDDD1 11 10 01 10.750.751 13 32.52.

57、52 21 10 01 10.750.751 13 32.52.53 31 10 00.750.750.50.51 12.52.52 24 41 10.50.50.750.750.50.52 22.52.52 25 51 10.50.50.50.50.50.52 22 22 26 61 10.50.50.250.250.250.252 21.51.51.51.57 71 10.250.250.250.250.250.251.51.51.51.51.51.5道道次次断面尺寸断面尺寸中间工序中间工序D Dd dDDH HB BS S打打头头锯锯切切退退火火酸酸洗洗1 173735656717171

58、.71.5 56.26.27.57.5 2 272725555686869696.26.26.56.5 3 37171545465.565.567676.16.15.755.75 4 469695353636365656.16.15 5 5 567675252616163636 64.54.5 6 66565515159.559.561.561.56 64.254.25 7 763.563.55050585860606 64 4 拉伸工艺：管坯为拉伸工艺：管坯为74578.5 （5）模具的设计）模具的设计 根据产品断面形状，采用锥形外模和柱形芯棒，根据产品断面形状，采用锥形外模和柱形芯棒，外模

59、定径带断面形状和尺寸与各道管断面一致。取各外模定径带断面形状和尺寸与各道管断面一致。取各部位入口锥角部位入口锥角=13 。为了避免由于加工误差造成。为了避免由于加工误差造成相邻道次在管槽部产生少量错位，外槽凸缘部分在入相邻道次在管槽部产生少量错位，外槽凸缘部分在入口锥部分内倾斜口锥部分内倾斜2 。为了增加凸缘部分强度和增加。为了增加凸缘部分强度和增加拔制时变形的稳定性，减小产品扭转，取定径带长度拔制时变形的稳定性，减小产品扭转，取定径带长度为为15mm。 八、高效散热管生产八、高效散热管生产1、高效散热管品种、高效散热管品种 高效散热管一般采用高效散热管一般采用T2、TU2、TP2牌号，因为纯

60、牌号，因为纯铜其散热效果好，品种有：铜其散热效果好，品种有： 内螺旋管、内直筋管、内来复线管等内螺旋管、内直筋管、内来复线管等 外翅片管、外花纹管、外波纹管外翅片管、外花纹管、外波纹管 内螺旋外翅片、外花纹、外波纹管等内螺旋外翅片、外花纹、外波纹管等 内铝外铜管、内铜外铝管等内铝外铜管、内铜外铝管等 (5) 多头螺纹管多头螺纹管 2、内螺旋管生产技术、内螺旋管生产技术 内螺旋管成形特点内螺旋管成形特点 内螺旋管成形技术历经了内螺旋管成形技术历经了 固定短芯头拉伸成形固定短芯头拉伸成形铜铝复合高翅管外波纹管外花波纹管 细翅片花纹管 内螺旋外花纹管多头螺旋管游动芯头拉伸成形，游动芯头拉伸成形，旋轧