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      管材加工方法

      文檔序號:3010221閱讀:1851來源:國知局
      專利名稱:管材加工方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種管材加工方法,特別涉及一種可提高加工后的金屬管材 的強度并減輕管材重量的加工方法。
      背景技術(shù)
      管材已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)產(chǎn)品中。如何能加工或制造出兼具高強度 和低重量的管材, 一直是相關(guān)業(yè)界人士長久研發(fā)與努力的目標(biāo)。因此,管材 的加工方法與材質(zhì)改良(如使用非金屬材質(zhì)或于合金材質(zhì))也不斷地被提出。
      劇烈塑性變形法(Severe Plastic Deformation, SPD)是一種提升金屬材 料強度的加工方法。劇烈塑性變形法通過對材料產(chǎn)生大量的塑性變形,以改 變材料的晶粒大小(Grain Size)使材料的晶粒內(nèi)產(chǎn)生大量的位錯 (Dislocation),通過產(chǎn)生的位錯來提高材料的強度。然而,劇烈塑性形變 法,如等通道角形變法(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)僅可適用 于圓柱(Cylinder)或棒材(Bar)的加工,而無法適用于管材(Tube)的加 工。
      請參照圖la與圖lb所示,基于利用大量的塑性變形以產(chǎn)生大量的位錯 來提高材料的強度的原理,現(xiàn)有管材加工方法是以抽管(Drawing)方式進(jìn) 行。管材IOO先經(jīng)退火處理后,在管材100的第一端IIO形成抵靠部120 (如 圖la所示)。接著,利用沖頭200 (Plug)由管材100的第二端130穿入管 材100中直到?jīng)_頭200抵靠于抵靠部120 (如圖lb所示)。
      利用沖頭200經(jīng)由抵靠部120推動管材100進(jìn)入眼模210的眼???20。 當(dāng)管材100通過眼模孔210時,受眼???20的限制使管材100厚度縮小而 產(chǎn)生大量的塑性變形。待管材100全部通過眼???20后,由管材100的第 二端130拉出管材100。
      再利用沖頭200經(jīng)由抵靠部120推動管材100進(jìn)入另一眼模的眼模?L(內(nèi) 徑縮小)后抽出。如此反復(fù)直到管材100達(dá)到預(yù)定的厚度為止。
      請參照圖2a至圖2c所示,現(xiàn)有管材加工方法是將利用沖頭200經(jīng)由抵 靠部120反復(fù)推動管材100的第一端110進(jìn)入眼模孔,即管材100是單方向 進(jìn)行加工。這種做法僅可在管材100的晶粒140間的相同方向的滑移面141 (Slipplanes)附近產(chǎn)生位錯142,產(chǎn)生的位錯142的數(shù)量與效果有限,因此 影響了管材強度的提高。

      發(fā)明內(nèi)容
      因此,本發(fā)明的目的在于提供一種管材加工方法,用以增加管材的整體 強度,同時減少管材的厚度以減低管材的整體重量。
      根據(jù)本發(fā)明實施例的一種管材加工方法,其包含對管材進(jìn)行順向抽管, 順向抽管為沿管材的第一端到第二端的方向抽拉管材。接著,將管材反轉(zhuǎn)以 進(jìn)行反向抽管,反向抽管為沿管材的第二端到第一端的方向抽拉該管材。如 此,重復(fù)進(jìn)行順向抽管和反向抽管,直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
      根據(jù)本發(fā)明實施例的一種管材加工方法,其包含將管材由管材的第一端 通過第一眼??缀蟪槌龉懿?,其中第一眼??椎闹睆叫∮诠懿牡耐鈴健=又?, 將管材反轉(zhuǎn)由管材的第二端通過第二眼??缀蟪槌龉懿?,其中第二眼??椎?直徑小于管材的外徑。重復(fù)前述步驟,直到管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
      根據(jù)本發(fā)明實施例的一種管材加工方法,其包含在管材的第一端形成第 一抵靠部后,使用第一沖頭由管材的第二端穿入管材直到第一沖頭抵靠于第 一抵靠部,并推動管材通過眼模孔后抽出管材,其中第一沖頭的外徑大于管 材的內(nèi)徑。
      接著,去除第一抵靠部后,在管材的第二端形成第二抵靠部。再使用第 二沖頭由管材的第一端穿入管材直到第二沖頭抵靠于第二抵靠部,并推動管 材通過眼??缀蟪槌龉懿?,其中第二沖頭的外徑大于管材的內(nèi)徑。
      接著,去除該第二抵靠部,并重復(fù)前述步驟,直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度 為止。
      由上述本發(fā)明的優(yōu)選實施例可知,應(yīng)用本發(fā)明所能實現(xiàn)的有益效果在

      通過反復(fù)從管材的第一端與第二端推動管材進(jìn)入管材眼???,對管材進(jìn)
      行雙向加工??稍诠懿牡木Я?nèi)的不同方向的滑移面(Slip planes),如第
      一滑移面和第二滑移面附近產(chǎn)生大量的位錯,產(chǎn)生的位錯可以增加管材的強 度,同時降低管材整體的重量。也就是說,在符合相同強度的要求下,可使 管材的厚度減低,以同時降低管材的整體重量。


      為更清楚地了解本發(fā)明的上述及其它目的、特征、優(yōu)點與實施例,對附 圖詳細(xì)說明如下
      圖la示出了應(yīng)用現(xiàn)有管材加工方法的管材示意圖。
      圖lb示出了現(xiàn)有管材加工方法的示意圖。
      圖2a到圖2c示出了根據(jù)現(xiàn)有管材加工方法,管材內(nèi)產(chǎn)生的位錯的示意圖。
      圖3a到圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的管材加工方法,順向抽管的流
      程示意圖。
      圖4a到圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的管材加工方法,反向抽管的流 程示意圖。
      圖5a到圖5c示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的管材加工方法,順向抽管 的流程示意圖。
      圖6a到圖6c示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的管材加工方法,管材內(nèi)產(chǎn) 生的位錯的示意圖。
      圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的管材加工方法,管材截面的示意圖。
      圖7b示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的管材加工方法,管材截面的示意
      圖。其中,附圖標(biāo)記說明如下
      100:管材 320:第二端
      110:第一端 321:第二抵靠部
      120:抵靠部 330:晶粒
      130:第二端 331:第一滑移面
      140:晶粒 332:第二滑移面
      141:滑移面 333:位錯
      142:位錯400:眼模
      200:沖頭410:眼???br> 210:眼模500:眼模
      220:眼???10:眼???br> 300:管材600:眼模
      310:A^y 一山 第一頓610:眼???br> 311:第一抵靠部700:沖頭
      313:第三抵靠部
      具體實施例方式
      根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種管材加工方法,將管材由管材的第一端通 過眼模的眼??缀蟪槌觯賹⒐懿姆崔D(zhuǎn)由管材的第二端通過眼模的眼??缀?抽出。再將管材反轉(zhuǎn)由管材的第一端通過眼模的眼??缀蟪槌?。如此重復(fù)前 述步驟,直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。管材可為圓管、方管或多角管等金 屬管。
      請參照圖3a至圖3c所示,在一個實施例中,維持管材300的內(nèi)徑而改 變管材300的外徑,實現(xiàn)縮小管材300的厚度以減少整體重量并增加強度。
      管材300經(jīng)退火處理后,在管材300的第一端310形成第一抵靠部311。 第一抵靠部311是將管材300的第一端310加工縮限管徑而形成。而后對管 材300進(jìn)行表面皂化處理。
      再使用沖頭700由管材300的第二端320穿入管材300,直到?jīng)_頭700 抵靠于第一抵靠部311時,沖頭700可通過油壓帶動,并推動管材300由管 材的第一端310通過眼模400 (第一眼模)的眼???10后抽出管材300。 將第一抵靠部311去除(如圖3c所示)。
      請參照圖4a至圖4c所示,在管材300的第二端320形成第二抵靠部321 。 相似的,第二抵靠部321是將管材300的第二端320加工縮限管徑而形成(如 圖4a所示)。
      再使用沖頭700由管材300的第一端310穿入管材300,直至沖頭700 抵靠于該第二抵靠部321。相似的,沖頭700可通過油壓帶動,并推動管材 300由管材的第二端320通過眼模500 (第二眼模)的眼???10后抽出管
      材300。將第二抵靠部321去除(如圖4c所示)。
      請參照圖5a至圖5c所示,重復(fù)前述步驟,在管材300的第一端310形 成第三抵靠部313 (如圖5a所示)。再使用沖頭700由管材300的第二端 320穿入管材300,直到?jīng)_頭700抵靠于第三抵靠部313時,沖頭700可藉 通過油壓帶動,并推動管材300由管材的第一端310通過眼模600 (第三眼 模)的眼???10后抽出管材300。直到管材300達(dá)到預(yù)定厚度為止。
      請參照圖6a至圖6c所示,根據(jù)本發(fā)明實施例的管材加工方法,反復(fù)將 管材由管材300的第一端310與第二端320推動進(jìn)入管材眼模孔,對管材300 進(jìn)行雙向加工。這種做法可在管材300的晶粒330內(nèi)的不同方向的滑移面 (Slip planes),如第一滑移面331和第二滑移面332附近產(chǎn)生大量的位錯 333,產(chǎn)生的位錯333以增加管材300的強度,同時降低管材300的整體重
      請參照圖7a至圖7b所示,管材300除可為前述公開的圓管外,也可為
      非圓管、多角管如四角管(方管)或六角管等金屬管。 實施例1
      以加工7050A1-Zn-Mg鋁管為例進(jìn)行說明。抽管加工前,管材的原始外 徑為31毫米(mm),內(nèi)徑為25毫米,管壁厚度為3毫米,原始管長為250 毫米。加工制作后,管材外徑變?yōu)?8毫米(變小),而其內(nèi)徑仍為25毫米, 管壁厚度為1.5毫米
      首先,管材經(jīng)退火處理(可使用現(xiàn)有工藝,例如將管材加熱至43(TC的 溫度一小時,爐冷),使管材軟化。管材的第一端的25毫米長度部分經(jīng)加 工縮管形成第一抵靠部。而后進(jìn)行管材表面皂化處理(可使用現(xiàn)有工藝也 就是說在管材經(jīng)表面清洗后,將管材置于硫化油脂、氯化石臘等槽中,使管 材表面附著一層含皂的固態(tài)潤滑層)。
      抽管加工所使用的設(shè)備包含抽管機一臺(75馬力)、眼模兩副(第一 副眼模的眼??字睆綖?9毫米、第二副眼模的眼模孔直徑為28毫米)、抽 管沖頭直徑固定為25毫米,其長度為1公尺。
      沖頭通過油壓帶動,可以5公尺/分鐘的前進(jìn)速率推動管材。第一次抽管 方向為由管材的第二端至管材的第一端,也就是說沖頭進(jìn)入管材的第二端并 前進(jìn)至第一端。當(dāng)沖頭與管材一起通過眼???直徑為29毫米)時,由于
      沖頭直徑等于原管材內(nèi)徑,而眼??讖叫∮诠懿耐鈴?外徑為31毫米), 故對管材進(jìn)行抽拉而使其通過眼模。待第二端也通過眼模后,則完成第一次 抽拉。第一次抽拉在不改變管材內(nèi)徑的情況下,將管材外徑由原先的31毫
      米縮減至29毫米,也就是說管材被拉長且厚度變薄。再進(jìn)行第二次抽管。
      在第二次抽管前,先將第一抵靠部切除,并在第二端形成第二抵靠部。 第二次抽管方向為由管材的第一端至管材的第二端方向(與第一次抽管方向
      相反)。此時,采用第二副眼模,其眼??讖綖?8毫米。此時沖頭直徑仍 為25毫米,長1公尺。
      沖頭通過油壓帶動,可以5公尺/分鐘的前進(jìn)速率推動管材。沖頭由管材 的第一端進(jìn)入并前進(jìn)至第二端。當(dāng)沖頭與管材一起通過眼模孔時,此時由于 眼模孔徑(為28毫米)小于原管材外徑(為29毫米),故對管材進(jìn)行抽拉 而使其通過眼模,待第一端也通過眼模后,則完成第二次抽拉。第二次抽拉 將管材外徑進(jìn)一步減小至28毫米,管材內(nèi)徑仍為原先的25毫米,也就是說 管材被拉長且厚度變薄至1.5毫米。
      以加工7050A1-Zn-Mg鋁管為例進(jìn)行說明。抽管加工前,鋁管的原始外 徑31毫米(mm),內(nèi)徑25毫米,管壁厚度3毫米,原始管長250毫米。 通過抽管制作加工后,鋁管外徑仍為31毫米,而內(nèi)徑變?yōu)?8毫米,管厚度 為1.5毫米
      首先,管材經(jīng)退火處理(可使用現(xiàn)有工藝,例如將管材加熱至43(TC的 溫度一小時,爐冷),使材料軟化。管材的第一端的前25毫米部分經(jīng)打頭 縮管形成第一抵靠部。
      而后對管材進(jìn)行表面與內(nèi)面的皂化處理(可使用現(xiàn)有工藝也就是說管 材經(jīng)表面清洗后,將管材置于硫化油脂、氯化石臘等槽中,使管材表面與內(nèi) 面附著一層含皂的固態(tài)潤滑層)。
      抽管加工所使用的設(shè)備包含抽管機一臺(75馬力)、眼模一副(眼模 孔直徑31毫米,與鋁管外徑相同)以及三支抽管沖頭,其中沖頭直徑分別 為26毫米、27毫米以及28毫米,長皆為1公尺。
      第一沖頭(直徑為26毫米)通過油壓帶動,可以5公尺/分鐘的前進(jìn)速 率進(jìn)入管材并推動管材。第一次抽管方向為由管材的第二端至管材的第一端
      方向,也就是說第一沖頭由管材的第二端進(jìn)入管材并前進(jìn)至第一端。因為第 一沖頭前端有斜度,其形狀較尖,且由于鋁合金具備良好的塑性能力,所以 在加工時首先在眼模前設(shè)置一金屬檔板。管材的第一端先抵住金屬檔板,第 一沖頭由管材的第二端強制插入管材,直至第一沖頭抵靠于第一抵靠部。而 后,移開金屬檔板,第一沖頭推動管材,由第一端至第二端先后通過眼???。 第一沖頭與管材一起通過眼模孔時,由于沖頭直徑(直徑為26毫米)大于
      原管材內(nèi)徑(內(nèi)徑為25毫米),故對管材進(jìn)行抽拉而使其通過眼模。待第
      二端也通過眼模后,則完成第一次抽拉。此次抽拉在不改變管材外徑的情況
      下,將管材內(nèi)徑由原先的25毫米擴增至26毫米,也就是說管材被拉長且厚 度變薄。
      緊接著進(jìn)行第二次抽管;在第二次抽管前,先將原第一抵靠部(第一端) 切除,并在管材的第二端形成第二抵靠部。第二次抽管方向為由管材的第一 端至第二端(與第一次抽管方向相反)。眼??讖饺詾?1毫米,此時改換 第二沖頭(直徑為27毫米)。第二沖頭通過油壓帶動,以5公尺/分鐘的前 進(jìn)速率進(jìn)入管材。即由管材的第一端進(jìn)入直至抵靠于第二抵靠部時為止。
      第二沖頭與管材一起通過眼??讜r,由于第二沖頭直徑(為27亳米) 大于原管材內(nèi)徑(為26毫米),故對管材進(jìn)行抽拉而使其通過眼模。待管 材第一端也通過眼模,則完成第二次抽拉。此次抽拉在不改變管材外徑的情 況下,將管材內(nèi)徑由原先的26毫米擴增至27毫米,也就是說管材被拉長且 厚度變薄至2毫米。
      在第三次抽管前,材料可經(jīng)退火(200°C,恒溫1.5小時,空冷),退火 后,如上述的皂化方式,對材料進(jìn)行表面與內(nèi)面的皂化潤滑處理。切除第二 抵靠部(第二端),在管材第一端形成新的第一抵靠部。此次抽管(第三次 抽)方向為由管材的第二端至第一端,也就是說第三沖頭進(jìn)入管材的第二端 并前進(jìn)至第一端。第三沖頭與管材一起通過眼??讜r,由于第三沖頭(直徑 為28毫米)大于管材內(nèi)徑(27毫米),故對管材進(jìn)行抽拉而使其通過眼模。 待管材的第二端也通過眼模,則完成第三次抽拉。此次抽拉在不改變管材外 徑的情況下,將管材內(nèi)徑由原先的27毫米擴增至28毫米,也就是說管材被 拉長且厚度變薄至1.5毫米。
      雖然己經(jīng)以多個優(yōu)選實施例公開了本發(fā)明,但是這些實施例并非用以限定本發(fā)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下, 可對本發(fā)明做出各種變化與改型,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以后附的權(quán)利要求 書所限定的范圍為準(zhǔn)。
      權(quán)利要求
      1. 一種管材加工方法,至少包含以下步驟a. 提供一管材,其具有第一端與第二端;b. 進(jìn)行順向抽管,該順向抽管為沿該第一端至該第二端的方向抽拉該管材;c. 進(jìn)行反向抽管,該反向抽管為沿該第二端至該第一端的方向抽拉該管材;以及d. 重復(fù)步驟b至步驟c,直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
      2. 如權(quán)利要求1所述的管材加工方法,其中該方法還包含對該管材進(jìn)行 退火處理。
      3. 如權(quán)利要求1所述的管材加工方法,其中該方法還包含對該管材進(jìn)行 表面皂化處理。
      4. 如權(quán)利要求1所述的管材加工方法,其中該管材為金屬圓管。
      5. 如權(quán)利要求1所述的管材加工方法,其中該管材為金屬多角管。
      6. —種管材的加工方法,至少包含以下步驟a. 提供一管材,其具有第一端與第二端;b. 將該管材由管材的第一端通過第一眼??缀蟪槌鲈摴懿模渲性摰谝?眼??椎闹睆叫∮谠摴懿牡耐鈴?;c. 將該管材由管材第二端通過第二眼??缀蟪槌鲈摴懿?,其中該第二眼 ??椎闹睆叫∮谠摴懿牡耐鈴?;以及d. 重復(fù)步驟b到步驟c,直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
      7. 如權(quán)利要求6所述的管材加工方法,其中該方法還包含對該管材進(jìn)行 退火處理。
      8. —種管材的加工方法,至少包含以下步驟-a. 提供一管材,其具有第一端與第二端;b. 在該管材的第一端形成第一抵靠部;c. 使用第一沖頭由該管材的第二端穿入該管材直到該第一沖頭抵靠于 該第一抵靠部,并推動該管材通過一眼??缀蟪槌鲈摴懿?,其中該第一沖頭 的外徑大于該管材的內(nèi)徑; d. 去除該第一抵靠部;e. 在該管材的第二端形成第二抵靠部;f. 使用第二沖頭由該管材的第一端穿入該管材直到該第二沖頭抵靠于 該第二抵靠部,并推動該管材通過該眼模孔后抽出該管材,其中該第二沖頭 的外徑大于該管材的內(nèi)徑;g. 去除該第二抵靠部;以及h. 重復(fù)步驟b到步驟g,直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
      9. 如權(quán)利要求8所述的管材加工方法,其中該方法還包含對該管材進(jìn)行 退火處理。
      10. 如權(quán)利要求8所述的管材加工方法,其中該方法還包含對該管材進(jìn) 行表面皂化處理。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種管材加工方法,其包含對管材進(jìn)行順向抽管,該順向抽管為沿管材的第一端至第二端的方向抽拉管材。接著,將管材反轉(zhuǎn)以進(jìn)行反向抽管,該反向抽管為沿管材第二端至第一端的方向抽拉該管材。如此,重復(fù)進(jìn)行順向抽管和反向抽管,直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。該管材加工方法對管材進(jìn)行雙向加工,既可以增加管材的強度,又能夠降低管材的整體重量。
      文檔編號B21C1/16GK101380646SQ200710149798
      公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
      發(fā)明者汪俊延, 蔡德昌 申請人:汪俊延;蔡德昌
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