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设计与开发
新型冷拔钢管打头机
邡润元,许晓浩
(太原科技大学,山西太原030024
摘要:介绍了一种新型冷拔钢管打头机,推导出缩径成型力计算公式;结合在生产线上的使用情况,给出
了合适的生产工艺参数。该新型冷拔钢管打头机利用径向锻造的原理设计而成,生产实践证明:打头后管料头部
圆整,能够顺利通过拔模,满足拔模要求,且打头速度快、效率高,易实现自动化。
关键词:冷拔钢管;打头机;结构设计;工作原理;径向锻造;缩径成型力;工艺参数
中图分类号:TG355文献标志码:B文章编号:1001-2311(2015)04-0028-04
A Newly-designed Heading Machine for Cold-drawn Steel Tube
HAO Runyuan, XU Xiaohao
(Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China
Abstract: Elaborated in the paper is as newly-designed heading machine for cold-drawn steel pipes. The
calculation formula for the shrinkage forming force is derived, and based on actual operation circumstances of the
machine in the tube production line, proper manufacturing process parameters are worked out. The new type heading
machine is designed with the principle of radial forging process. Actual operation of the machine shows that the
headed tube has enough round front end which ensures smooth drawing operation, and gets the drawing requirements
satisfied. And the heading machine itself features high heading speed, and high efficiency. Moreover, it is easy to
realize automation of the machine, when necessary.
Key words: cold-drawn steel tube; heading machine; structure design; work principle; radial forging shrink
age forming force; process parameters
冷拔钢管因其具有表面精度高、机械性能好的1结构设计
优点,被广泛应用于生产各种汽缸、油缸、石油用
该新型冷拔钢管打头机主要由夹送机构、主机
管、锅炉用管等方面。在冷拔钢管生产过程中需及控制装置组成。
先将管坯头部缩径,使头部先通过拔模,然后由拉
(1)夹送机构。检测装置检测到钢管来料后,
拔小车夹持住头部进行拉拔,该管坯头部缩径工序液压系统控制两个夹紧模具夹紧管料,同时液压缸
称为打头。国内现有的打头设备多为汽锤、夹板推动装置向前送进,送进的同时连杆机构带动夹具
锤、各种挤压机等,工作环境差,生产效率不高,和管料做一定角度的周期性摆动,保证打头均匀。
很难保迁钢管头部和拔模的同心度,容易划伤模
(2)主机。主机通过一台大功率电机传动,电
具,易造成管端锤实,不利于后续酸洗、清洗、润机通过皮带轮驱动主轴转动,主轴上装有偏心套,
滑等处理24。本文将从结构设计、工作原理等方偏心套上装有4个支撑环,每个支撑环上都装有
面人手,介绍一种新型冷拔钢管打头机,并分析其个球形支撑,支撑环和摆臂一端通过球形支撑接
缩径成型力计算公式及生产实践工艺参数。
触;摆臂另一端连接打头模具,中间通过销轴和机
身铰接;摆臂上方连接弹簧缸,实现压下复位。当
郝润元(1960-),男,教授,主要从事轧钢设备的设偏心套转动时,球形支撑做正弦线提升运动,摆臂
计开发及轧制工艺理论的研究。
则在球形支撑和弹簧缸的共同作用下带动模具摆
STEEL PIPE Aug 2015, Vol 44, No
钢管2015年8月第44卷第4期
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动。4个模具对称分布在管料周围,主轴高速旋转进行高频锻打。打头机主机及锤头部分的工作原理
时,相应的4个锤头做张开合拢运动,对管料头部分别如图1-2所示。
1一锤头2ー摆臂3一销轴4一球形支撑5一支撑环6一主轴7ー偏心套8一弹簧缸
图1打头机主机工作原理示意
头
(2)热状态下锻打的最大管料规格为127
mm,通过模具调整和工艺参数调整,打头后管料
规格可以在29-72mm。
(3)打头周期短。根据钢管尺寸和头部长度要
求,可在10-30s完成打头。
1一锤头2一工件
(4)脉动加载使金属变形过程中摩擦阻力降
图2锤头部分工作原理示意
低,变形速度小,变形均匀;三向受压,有利于提
高金属塑性,避免管料在打头过程中出现裂纹,提
4个锤头沿材料同一断面径向高频锻打,使变高了管料头部强度和拉拔性能。
形区的金属处于三向压应力状态5],进而产生径向
(5)打头后管料头部圆整,能够很好通过拔
压缩和轴向延伸,有利于提高管料头部的塑性。同模,避免划伤模具,且避免了管端锤实,有利于后
时高频锻打的变形量小,变形速度低,这一特点使续酸洗、清洗等工序。
坯料变形时金属流动的路径变短,摩擦阻力小,容
(6)打头过程由液压及电气系统控制,便于实
易变形,极大地减少了所需的变形力和消耗的变形现自动化操作,设备完全可以投入到生产线建设,
功?。最终缩径的形状由锤头模具控制。
降低了劳动成本。
(3)控制装置。控制装置由接近开关、位移传
感器、温度传感器等各种检测装置组成,以检测来3锤头模具设计
料、控制送进行程、检测温度,保证正常运转。
锤头模具设计如图3所示。锤头材料为热作模
具钢4Cr5 Mosiv1,锤头工作表面由凹圆锥面构成
2主要优点
的预成型段和凹圆柱面构成的整型段组成8。圆锥
1)可用于碳钢、合金钢、工具钢等多种材料形工作面一方面可以增大成型时与毛坯的接触面
的锻打,可在冷、热状态下锻打。热状态下的锻积,加快成型,减少变形的不均匀性;另一方面,
打温度一般为800-1000℃,冷状态一般是常温打毛坯可以逐渐均匀而平稳地变形,有利于提高锻件
郝润元等:新型冷拔钢管打头机
钢管2015年8月第44卷第4期