制作带内外加厚形式变截面铝合金管的制备装置及方法与流程

本发明涉及一种制作带内外加厚形式变截面铝合金管的制备装置及方法。

背景技术：
铝材是仅次于钢材的第二大金属材料，近几十年发展十分迅速，在国民经济和人民生活各领域获得了十分广泛的应用。随着国民经济的发展和科学技术的不断进步，对管材断面提出了多种多样的要求，通用的圆管不再是最优选的结构形式，因此，出现了变截面铝合金管材的研制和开发。在国外，变截面铝合金钻杆管材的品种数量、生产规模和质量水平都有了很大的提高。变截面铝合金钻杆管材主要特点是能最大限度的满足各种零件的强度和刚度要求，可按等强度来设计各种零部件，不仅安全可靠，而且能大大减轻零件的重量，节省技术损耗，减少加工工时和减轻劳动量，减低成本，提高社会效益和经济效益。工业发达国家虽然已经开发出生产各种变截面铝合金钻杆的生产方法和技术，但仍然不能大批量稳定的生产，而且很多品种仍在研制之中，我国在制造变截面铝合金管材目前还是空白，需加加大开发力度。变截面铝合金管材的应用将越来越广。变截面铝合金管材目前的应用例如：应用于超深井钻井、定向钻井或大陆架海洋钻井等各种复杂钻井的铝合金钻杆。铝合金钻杆管体就是管体两端部位为外加厚、内加厚或者内外加厚形式的一种变截面管。目前，国内外挤压变截面管材最常用的挤压工模具是采用多套分瓣模分步挤压基本管材部分和变断面部分。这就需要在挤压过程中停机，以便更换模具和调整机构,经常因模瓣组合不佳、模瓣组合的间隙大,使管材部分的金属实体尺寸超标。由于是采用分段挤压,手工换模,易在近过渡区处发生模具碰伤管材表面，影响表面质量；对于尺寸精度和表面质量要求较高的产品,往往需要进行后续的机械加工,使挤压的特点不能充分发挥。特别是这些挤压工模具只能挤压截面由小到大一次变化的变截面管材,无法挤压截面由大到小、再由小到大重复变化的连续变截面管材或异形零件,因而不能充分发挥变截面型材的优越性,限制了变截面挤压件的品种和应用范围。专利文献CN201482818U、CN201482817U和CN102019303A分别针对制作内加厚和增厚保护器铝合金钻杆的挤压模具、制作外加厚铝合金钻杆的挤压模具和铝合金钻杆管体的制备装置及方法，这些方案具有各自的针对性，与本制备装置及方法有所区别，各自具有不同的优势和使用对象。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种制作带内外加厚形式变截面铝合金管的制备装置及方法，利用本装置和方法可制作带内外加厚形式的变截面铝合金管材，其克服了传统制作方法的缺陷，提高了变截面铝合金管材的制作质量和效率。为解决上述技术问题，本发明制作带内外加厚形式变截面铝合金管的制备装置，包括挤压机和挤压工模具，所述挤压机是双动挤压机，所述挤压工模具包括挤压筒、挤压轴、挤压针和挤压模，所述挤压轴位于所述挤压筒内，所述挤压针位于所述挤压轴的中心通孔内，所述挤压模设于所述挤压筒头端，所述挤压机对所述挤压针独立控制，其特征在于：所述挤压模是一个模孔的整体挤压模，所述挤压模模孔沿轴向分别间隔设有异径第一定径带和第二定径带，所述第二定径带内径大于所述第一定径带内径，所述第一定径带内径由变截面铝合金管标称外径决定，所述第二定径带内径由变截面铝合金管内外加厚端的外径决定，所述第一定径带和第二定径带之间斜面连接，所述挤压针前端向后沿轴向依次间隔设有异径第二工作带、径缩带和第一工作带，所述第一工作带控制变截面铝合金管标称内径，第一工作带外径由变截面铝合金管标称内径决定，所述第二工作带控制变截面铝合金管内外加厚部位的内径，所述第二工作带外径由变截面铝合金管加厚部位内径决定，第一工作带外径大于第二工作带外径，第二工作带外径大于径缩带外径，所述第一工作带、径缩带和第二工作带之间斜面圆滑过渡连接。为保证在挤压变截面铝合金管加厚部位过程中挤压料流通具有充足流通空间，所述挤压模第一定径带横断面与挤压针径缩带横断面面积之差不小于挤压模第二定径带横断面与挤压针第二工作带横断面面积之差。采用上述制备装置制作带内外加厚形式变截面铝合金管的方法包括如下步骤：步骤一：首先将预热好的铝合金铸锭装入挤压筒内，移动挤压轴入挤压筒，将挤压针穿过挤压轴中心通孔挤压入铝合金铸锭内，并由挤压针控制系统控制挤压针前移使挤压针的第二工作带移入挤压模模孔位于挤压模第二定径带，利用挤压轴控制系统开始挤压，在此位置铝合金铸锭在挤压力作用下通过挤压针第二工作带控制带内外加厚形式变截面铝合金管的加厚端内径，挤压模第二定径带控制带内外加厚形式变截面铝合金管的加厚端外径，最终挤压成带内外加厚形式变截面铝合金管加厚端；挤压针的径缩带和挤压模的第一定径带所组成的环形空间在挤压步骤中为挤压铝合金加厚端提供充足的铝合金挤压料；步骤二：当带内外加厚形式变截面铝合金管加厚端的长度达到设计要求长度后，挤压轴控制系统控制挤压铝合金铸锭，挤压针控制系统将挤压针前移，这时，挤压模第一定径带与挤压针第一工作带和径缩带两者之间过渡斜面的间隙逐渐减小并准确控制挤压轴的位移及控制铝合金铸锭的挤压量，最终挤压形成带内外加厚形式变截面铝合金管加厚过渡段；步骤三：挤压轴控制系统继续挤压铝合金铸锭，挤压针控制系统将挤压针前移使挤压针第一工作带位于挤压模第一定径带位置，通过挤压针第一工作带控制带内外加厚形式变截面铝合金管标称管体的内径，用挤压模第一定径带控制带内外加厚形式变截面铝合金管标称管体的外径；这时挤压针第一工作带与挤压模第一定径带之间的环形空间是铝合金挤压时通过的最小空间，这样挤压控制成形为带内外加厚形式变截面铝合金管标称管体部分；步骤四：挤压轴控制系统控制挤压铝合金铸锭，当带内外加厚形式变截面铝合金管标称管体的长度达到设计要求后，挤压针控制系统将挤压针向后移动，挤压模第一定径带与挤压针第一工作带和径缩带两者之间过渡斜面的间隙逐渐增大并准确控制挤压轴的位移及控制铝合金铸锭的挤压量，这样挤压控制成形为带内外加厚形式变截面铝合金管由标称管体逐渐向加厚端过渡的加厚过渡段；步骤五：挤压轴控制系统继续挤压铝合金铸锭，挤压针控制系统将挤压针向后移动使挤压针的第二工作带位于挤压模第二定径带，通过挤压针第二工作带控制带内外加厚形式变截面铝合金管另一加厚端内径，挤压模第二定径带控制带内外加厚形式变截面铝合金管另一加厚端外径，这样再次挤压成带内外加厚形式变截面铝合金管另一加厚端。由于本发明制作带内外加厚形式变截面铝合金管的制备装置及方法采用了上述技术方案，即采用挤压针和挤压模作为挤压模具，挤压模是一个模孔的整体挤压模，其模孔沿轴向间隔设有两个异径定径带，两个定径带之间斜面连接；挤压针针前端向后沿轴向间隔设有第二工作带、径缩带和第一工作带，第一工作带外径大于第二工作带外径，第二工作带外径大于径缩带外径，两个工作带和径缩带之间通过斜面连接；铝合金管制作时，通过控制系统分别控制铝合金铸锭的挤压量及挤压针在挤压模内的位置，得到带内外加厚形式变截面铝合金管。利用本制备装置和方法可制作带内外加厚形式的变截面铝合金管材，其克服了传统制作方法的缺陷，提高了变截面铝合金管材的制作质量和效率。附图说明下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：图1为本发明制作带内外加厚形式的变截面铝合金管制备装置的结构示意图；图2为挤压带内外加厚形式变截面铝合金管加厚端时挤压示意图；图3为挤压带内外加厚形式变截面铝合金管加厚过渡段时挤压示意图；图4为挤压带内外加厚形式变截面铝合金管标称段时挤压示意图；图5为挤压带内外加厚形式变截面铝合金管由标称管体逐渐向加厚端过渡的加厚过渡段挤压示意图；图6为再次挤压带内外加厚形式变截面铝合金管另一加厚端时挤压示意图。具体实施方式如图1所示，本发明制作带内外加厚形式的变截面铝合金管的制备装置，包括挤压机和挤压工模具，所述挤压机是双动挤压机，所述挤压工模具包括挤压筒4、挤压轴3、挤压针1和挤压模2，所述挤压轴3位于所述挤压筒4内，所述挤压针1位于所述挤压轴3的中心通孔内，所述挤压模2设于所述挤压筒4头端，所述挤压机对所述挤压针1独立控制，其特征在于：所述挤压模2是一个模孔23的整体挤压模，所述挤压模2的模孔23沿轴向分别间隔设有异径第一定径带21和第二定径带22，所述第二定径带22内径大于所述第一定径带21内径，所述第一定径带21内径由变截面铝合金管标称外径决定，所述第二定径带22内径由变截面铝合金管内外加厚端的外径决定，所述第一定径带21和第二定径带22之间斜面连接，所述挤压针1前端向后沿轴向依次间隔设有异径第二工作带13、径缩带12和第一工作带11，所述第一工作带11控制变截面铝合金管标称内径，第一工作带11外径由变截面铝合金管标称内径决定，所述第二工作带13控制变截面铝合金管内外加厚部位的内径，所述第二工作带13外径由变截面铝合金管内外加厚部位的内径决定，第一工作带11外径大于第二工作带13外径，第二工作带13外径大于径缩带12外径，所述第一工作带11、第二工作带13和径缩带12之间斜面连接。为保证在挤压变截面铝合金管加厚部位过程中挤压料流通具有充足流通空间，所述挤压模2第一定径带21横断面与挤压针1径缩带12横断面面积之差不小于挤压模2第二定径带22横断面与挤压针1第二工作带13横断面面积之差。采用上述制备装置制作带内外加厚形式变截面铝合金管的方法包括如下步骤：步骤一：如图2所示，首先将预热好的铝合金铸锭5装入挤压筒4内，移动挤压轴3入挤压筒4，将挤压针1穿过挤压轴3中心通孔挤压入铝合金铸锭5内，并由挤压针1控制系统控制挤压针1前移使挤压针1的第二工作带13移入挤压模模孔23位于挤压模2第二定径带22，利用挤压轴3控制系统开始挤压，在此位置铝合金铸锭5在挤压力作用下通过挤压针1第二工作带13控制带内外加厚形式变截面铝合金管的加厚端61内径，挤压模2第二定径带22控制带内外加厚形式变截面铝合金管的加厚端61外径，最终挤压成带内外加厚形式变截面铝合金管加厚端61；挤压针1的径缩带12和挤压模2的第一定径带21所组成的环形空间在挤压步骤中为挤压铝合金加厚端提供充足的铝合金挤压料；步骤二：如图3所示，当带内外加厚形式变截面铝合金管加厚端61的长度达到设计要求长度后，挤压轴3控制系统控制挤压铝合金铸锭5，挤压针1控制系统将挤压针1前移，这时，挤压模2第一定径带21与挤压针1第一工作带11和径缩带12两者之间过渡斜面的间隙逐渐减小并准确控制挤压轴3的位移及控制铝合金铸锭5的挤压量，最终挤压形成带内外加厚形式变截面铝合金管加厚过渡段62；步骤三：如图4所示，挤压轴3控制系统继续挤压铝合金铸锭5，挤压针1控制系统将挤压针1前移使挤压针1第一工作带11位于挤压模2第一定径带21位置，通过挤压针1第一工作带11控制带内外加厚形式变截面铝合金管标称管体63的内径，用挤压模2第一定径带21控制带内外加厚形式变截面铝合金管标称管体63的外径；这时挤压针1第一工作带11与挤压模2第一定径带21之间的环形空间是铝合金挤压时通过的最小空间，这样挤压控制成形为带内外加厚形式变截面铝合金管标称管体63部分；步骤四：如图5所示，挤压轴3控制系统控制挤压铝合金铸锭5，当带内外加厚形式变截面铝合金管标称管体63的长度达到设计要求后，挤压针1控制系统将挤压针1向后移动，挤压模2第一定径带21与挤压针1第一工作带11和径缩带12两者之间过渡斜面的间隙逐渐增大并准确控制挤压轴3的位移及控制铝合金铸锭5的挤压量，这样挤压控制成形为带内外加厚形式变截面铝合金管由标称管体63逐渐向加厚端过渡的加厚过渡段64；步骤五：如图6所示，挤压轴3控制系统继续挤压铝合金铸锭5，挤压针1控制系统将挤压针1向后移动使挤压针1的第二工作带13位于挤压模2第二定径带22，通过挤压针1第二工作带13控制带内外加厚形式变截面铝合金管另一加厚端65内径，挤压模2第二定径带22控制带内外加厚形式变截面铝合金管另一加厚端65外径，这样再次挤压成带内外加厚形式变截面铝合金管另一加厚端65。