CN119282000A - 一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，属于机械工程技术领域。本发明的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，通过协同匹配模具精整段长度、芯棒位置、周向进给运动、轴向进给运动以及模具锤锻频率等工艺参数，避免了超长管件含芯棒旋锻制造时内螺纹、外螺纹以及内外螺纹缺陷的产生，保证了超长管件含芯棒旋锻质量。

Description

一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法。

背景技术

旋锻成形制造方法具有连续的纤维流线、成形质量好、容易成形变截面变厚度的空心结构、生产效率高和材料利用率高等优势，是一种先进的高性能制造技术。旋锻成形制造包括等截面等壁厚的含芯棒旋锻和变截面变壁厚的无芯棒旋锻，其中，含芯棒旋锻坯料内部有芯棒支撑，旋锻过程中内、外表面受压其力学性能好，成形的几何质量、形位质量高且容易保证，含芯棒旋锻尺寸精度可达0.02mm，表面粗糙度R_a可达0.4μm以下，含芯棒旋锻坯料的尺寸和力学特性要求较低。

与常规的含芯棒旋锻不同，超长管件含芯棒旋锻制造具有独自的特点：坯料长度很长，主要受制造空间限制，最长可达30米；模具精整段长度很短，最短的只有5mm；芯棒较短、其工作段不超过模具的精整段；轴向进给速度很高，远远高于常规含芯棒旋锻。

在超长管件含芯棒旋锻中，旋锻质量受旋锻频率、模具精整段长度、芯棒位置、轴向进给进给、周向进给等工艺参数影响，当这些参数匹配不合理时，旋锻过程会产生外螺纹、内螺纹或内外螺纹等缺陷。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法。

本发明提供了一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，用于对含芯棒旋锻装置使用过程中的工艺参数进行匹配控制从而避免超长管件旋锻成形过程中出现内螺纹和/或外螺纹，含芯棒旋锻装置包括芯棒和模具，芯棒用于供待旋锻的超长管件套设于其上，并在旋锻过程中为超长管件待旋锻的部分提供引导与支撑，芯棒沿轴向起支撑作用的区域记为工作段，将芯棒的径向外径记做r₁，将超长管件旋锻前的径向内径记做r₂，旋锻后的径向内径记做r₃，r₁＝r₃＜r₂，当进行旋锻时，若干模具均匀环固于芯棒和超长管件待旋锻的部分，并沿超长管件的径向对其进行锻打，模具沿超长管件的轴向进给方向依次包括成形段和精整段，若干模具各自的成形段在旋锻过程中组成一圆台形通道，圆台形通道的径向内径沿超长管件的轴向进给方向逐渐变小，成形段用于对超长管件进行旋锻成形直至超长管件的径向内径由r₂旋锻至r₃，若干模具各自的精整段在旋锻过程中组成一圆形通道，用于对成形后的超长管件进行精整，本发明提供的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法具有这样的特征，包括以下步骤：S10，将模具沿径向锻打超长管件的频率、超长管件的轴向给进速度以及精整段的轴向长度相匹配，从而使得超长管件在轴向给进运动过程中不出现外螺纹缺陷；S20，将超长管件的周向旋转速度、模具的数量以及模具沿径向锻打超长管件的频率相匹配，从而使得超长管件在周向给进运动过程中不会被模具反复在同一位置锻打而出现外螺纹缺陷；S30，在轴向上控制精整段不与工作段错位，并使得超长管件每次轴向进给不大于工作段与精整段的重叠部分的轴向长度，从而匹配芯棒轴向位置和轴向进给避免旋锻过程中的超长管件出现内螺纹缺陷，S40，控制含芯棒旋锻装置使用过程中的参数设置同时满足步骤S10～步骤S30中的匹配设置。

在本发明提供的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S10中，将模具沿径向锻打超长管件的频率记为f，将超长管件的轴向给进速度记为v，将精整段的轴向长度记为B，v/f≤B。

在本发明提供的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S20中，将超长管件的周向旋转速度记为ω，将模具的数量记为n，将模具沿径向锻打超长管件的频率记为f，ω/f≠kn/2π，k为任意整数。

在本发明提供的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法中，还可以具有这样的特征：其中，n≥2。

在本发明提供的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S30中，将模具沿径向锻打超长管件的频率记为f，将超长管件的轴向给进速度记为v，将精整段的轴向长度记为B，将精整段与工作段轴向重合的长度记为C，将工作段的轴向长度记为L，将芯棒的中心点与精整段的入口端的轴向距离记为x，为空集，v/f≤C，C＞0。

发明的作用与效果

本发明的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，通过协同匹配模具精整段长度、芯棒位置、周向进给运动、轴向进给运动以及模具锤锻频率等工艺参数，避免了超长管件含芯棒旋锻制造时内螺纹、外螺纹以及内外螺纹缺陷的产生，保证了超长管件含芯棒旋锻质量。

附图说明

图1是本发明的实施例中的含芯棒旋锻装置使用过程中的轴向侧视剖切图；

图2是本发明的实施例中的含芯棒旋锻装置使用过程中的径向剖视图；

图3是现有技术下使用含芯棒旋锻装置旋锻出的具有外螺纹的超长管件的立体图；

图4是现有技术下使用含芯棒旋锻装置旋锻出的具有内螺纹的超长管件的立体图；

图5是使用本发明的测试例中使用避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法旋锻得到的超长管件的立体图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法作具体阐述。

<实施例>

图1是本发明的实施例中的含芯棒旋锻装置使用过程中的轴向侧视剖切图；图2是本发明的实施例中的含芯棒旋锻装置使用过程中的径向剖视图。

如图1和图2所示，本实施例中的含芯棒旋锻装置100包括芯棒10和若干模具20。

芯棒10用于供待旋锻的超长管件30套设于其上，并在旋锻过程中为超长管件30待旋锻的部分提供引导与支撑。

将芯棒10沿轴向起支撑作用的区域记为工作段11，将芯棒10的径向外径记做r₁，将超长管件30旋锻前的径向内径记做r₂，旋锻后的径向内径记做r₃，r₁＝r₃＜r₂。

当进行旋锻时，若干模具20均匀环固于芯棒10和超长管件30待旋锻的部分，并沿超长管件30的径向对其进行锻打。

模具20沿超长管件30的轴向进给方向依次包括成形段21和精整段22。

若干模具20各自的成形段21在旋锻过程中组成一圆台形通道，圆台形通道的径向内径沿超长管件30的轴向进给方向逐渐变小，成形段21用于对超长管件30进行旋锻成形直至超长管件30的径向内径由r₂旋锻至r₃。

若干模具20各自的精整段22在旋锻过程中组成一圆形通道，用于对成形后的超长管件30进行精整。

本实施例提供了一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，用于对含芯棒旋锻装置100使用过程中的工艺参数进行匹配控制从而避免超长管件30旋锻成形过程中出现内螺纹和/或外螺纹。

首先分析超长管件30出现内螺纹和/或外螺纹的条件：

外螺纹出现的条件：(1)超长管件30轴向进给运动过快，当成形通道(精整段22)捶打的一个周期内，轴向进给大于外成形通道长度(即模具精整段长度)，超长管件30出现外螺纹。(2)周期性变化(沿径向锤打)的成形通道(精整段22)与超长管件30的周向运动合拍，锻打在同一位置，出现外螺纹。

内螺纹出现的条件：(1)超长管件30轴向进给运动过快，每次轴向进给大于工作段11与精整段22轴向重叠长度时，出现内螺纹。(2)工作段11与精整段22轴向错位，即工作段11与精整段22轴向无重叠时，出现内螺纹且不能消除。

在此基础上，本实施例中的一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法包括以下步骤：

S10，匹配轴向进给运动避免出现外螺纹缺陷：

将模具20沿径向锻打超长管件30的频率f、超长管件30的轴向给进速度v以及精整段22的轴向长度B相匹配，从而使得超长管件30在轴向给进运动过程中不出现外螺纹缺陷。

本步骤中的匹配方式通过如下公式实现：v/f≤B(式1)

S20，匹配周向进给运动避免出现外螺纹缺陷：

将超长管件30的周向旋转速度ω、模具20的数量n以及模具20沿径向锻打超长管件30的频率f相匹配，从而使得超长管件30在周向给进运动过程中不会被模具20反复在同一位置锻打而出现外螺纹缺陷。

本步骤中的匹配方式通过如下公式实现：ω/f≠kn/2π(式2)，n≥2，k为任意整数。

S30，匹配芯棒10轴向位置和轴向进给避免旋锻出现内螺纹缺陷：

在轴向上控制精整段22不与工作段11错位，并使得超长管件30每次轴向进给不大于工作段11与精整段22的重叠部分的轴向长度，从而匹配芯棒10轴向位置和轴向进给避免旋锻过程中的超长管件30出现内螺纹缺陷。

本步骤中的匹配方式通过如下公式实现：

为空集。

v/f≤C(式4)。

C＞0(式5)。

上式3、式4以及式5中，C为精整段22与工作段11轴向重合的长度，L为工作段11的轴向长度，x为芯棒10的中心点与精整段21的入口端的轴向距离。

S40，控制含芯棒旋锻装置使用过程中的参数设置同时满足步骤S10～步骤S30中的式1、式2、式3、式4以及式5。

<测试例>

本测试例使用实施例中图1和图2所示的含芯棒旋锻装置100，使用实施例提供的一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法对超长管件30进行实际测试。

本测试例中以30m长的超长管件30含芯棒旋锻为对象，超长管件30的材料Q235。

超长管件30旋锻前外径60mm、壁厚4.5mm，将该旋锻前区域记为坯料区域31；旋锻后外径50mm、壁厚5mm，将该旋锻后区域记为产品区域35。

含芯棒旋锻过程中，从坯料区域31到产品区域35的旋锻过程分别为下沉区域32、锻造区域33、精整区域34，其中，精整区域34形成产品尺寸和精度要求。

本测试例中，模具20的数量为4，4个模具20周期性径向运动锻打坯料区域31，从坯料区域31到产品区域35经过下沉区域32、锻造区域33、精整区域34连续成形。

超长管件30相对与模具20、芯棒10作径向进给、周向进给和轴向进给三种运动。芯棒10在旋锻过程中对超长管件30起支撑、并引导旋锻过程中的金属径向流动，旋锻过程中超长管件30初次与芯棒10接触点是下沉区域32和锻造区域33的区分点，精整区域34形成产品的部分。

本测试例中的锻打频率f＝60Hz，轴向进给速度范围1000mm/min～35000mm/min，精整段22的长度B＝5mm。

本测试例中，当芯棒10的工作段11的长度与模具20的精整段22的长度完全重叠，内外螺纹会随着轴向进给速度增加而同时出现；当芯棒10的工作段11长度与模具20的精整段22长度不完全重叠时，会加剧内螺纹的形成。只有内通道的实际工作长度超过60mm，则本测试例中设备范围内任意的轴向进给速度都不会产生内螺纹。

图3是现有技术下使用含芯棒旋锻装置旋锻出的具有外螺纹的超长管件的立体图；图4是现有技术下使用含芯棒旋锻装置旋锻出的具有内螺纹的超长管件的立体图；图5是使用本发明的测试例中使用避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法旋锻得到的超长管件的立体图。

如图3～图5所示，本测试例中使用实施例的一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法旋锻得到的超长管件有效避免了超长管件出现内螺纹和外螺纹。

实施例的作用与效果

根据本实施例提供的一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，用于对含芯棒旋锻装置使用过程中的工艺参数进行匹配控制从而避免超长管件旋锻成形过程中出现内螺纹和/或外螺纹，含芯棒旋锻装置包括芯棒和模具，芯棒用于供待旋锻的超长管件套设于其上，并在旋锻过程中为超长管件待旋锻的部分提供引导与支撑，芯棒沿轴向起支撑作用的区域记为工作段，将芯棒的径向外径记做r₁，将超长管件旋锻前的径向内径记做r₂，旋锻后的径向内径记做r₃，r₁＝r₃＜r₂，当进行旋锻时，若干模具均匀环固于芯棒和超长管件待旋锻的部分，并沿超长管件的径向对其进行锻打，模具沿超长管件的轴向进给方向依次包括成形段和精整段，若干模具各自的成形段在旋锻过程中组成一圆台形通道，圆台形通道的径向内径沿超长管件的轴向进给方向逐渐变小，成形段用于对超长管件进行旋锻成形直至超长管件的径向内径由r₂旋锻至r₃，若干模具各自的精整段在旋锻过程中组成一圆形通道，用于对成形后的超长管件进行精整，本实施例提供的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法因为包括以下步骤：S10，将模具沿径向锻打超长管件的频率、超长管件的轴向给进速度以及精整段的轴向长度相匹配，从而使得超长管件在轴向给进运动过程中不出现外螺纹缺陷；S20，将超长管件的周向旋转速度、模具的数量以及模具沿径向锻打超长管件的频率相匹配，从而使得超长管件在周向给进运动过程中不会被模具反复在同一位置锻打而出现外螺纹缺陷；S30，在轴向上控制精整段不与工作段错位，并使得超长管件每次轴向进给不大于工作段与精整段的重叠部分的轴向长度，从而匹配芯棒轴向位置和轴向进给避免旋锻过程中的超长管件出现内螺纹缺陷，S40，控制含芯棒旋锻装置使用过程中的参数设置同时满足步骤S10～步骤S30中的匹配设置。所以，本实施例的一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法避免了超长管件含芯棒旋锻制造时内螺纹、外螺纹以及内外螺纹缺陷的产生保证了超长管件含芯棒旋锻质量。

进一步地，步骤S10中，将模具沿径向锻打超长管件的频率记为f，将超长管件的轴向给进速度记为v，将精整段的轴向长度记为B，v/f≤B。如此设置，匹配超长管件的轴向进给运动，有效避免了超长管件旋锻过程中出现外螺纹缺陷。

进一步地，步骤S20中，将超长管件的周向旋转速度记为ω，将模具的数量记为n，将模具沿径向锻打超长管件的频率记为f，ω/f≠kn/2π，k为任意整数，n≥2。如此设置，匹配超长管件的周向进给运动，有效避免了超长管件旋锻过程中出现外螺纹缺陷。

进一步地，步骤S30中，将模具沿径向锻打超长管件的频率记为f，将超长管件的轴向给进速度记为v，将精整段的轴向长度记为B，将精整段与工作段轴向重合的长度记为C，将工作段的轴向长度记为L，将芯棒的中心点与精整段的入口端的轴向距离记为x，为空集，v/f≤C，C＞0。如此设置，匹配芯棒轴向位置和轴向进给，有效避免了超长管件旋锻过程中出现内螺纹缺陷。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，用于对含芯棒旋锻装置使用过程中的工艺参数进行匹配控制从而避免超长管件旋锻成形过程中出现内螺纹和/或外螺纹，

所述含芯棒旋锻装置包括芯棒和模具，

所述芯棒用于供待旋锻的超长管件套设于其上，并在旋锻过程中为所述超长管件待旋锻的部分提供引导与支撑，所述芯棒沿轴向起支撑作用的区域记为工作段，将所述芯棒的径向外径记做r₁，将所述超长管件旋锻前的径向内径记做r₂，旋锻后的径向内径记做r₃，r₁＝r₃＜r₂，

当进行旋锻时，若干所述模具均匀环固于所述芯棒和所述超长管件待旋锻的部分，并沿所述超长管件的径向对其进行锻打，

所述模具沿所述超长管件的轴向进给方向依次包括成形段和精整段，

若干所述模具各自的所述成形段在旋锻过程中组成一圆台形通道，所述圆台形通道的径向内径沿所述超长管件的轴向进给方向逐渐变小，所述成形段用于对所述超长管件进行旋锻成形直至所述超长管件的径向内径由r₂旋锻至r₃，

若干所述模具各自的所述精整段在旋锻过程中组成一圆形通道，用于对成形后的所述超长管件进行精整，

其特征在于，包括以下步骤：

S10，将所述模具沿径向锻打所述超长管件的频率、所述超长管件的轴向给进速度以及所述精整段的轴向长度相匹配，从而使得所述超长管件在轴向给进运动过程中不出现外螺纹缺陷；

S20，将所述超长管件的周向旋转速度、所述模具的数量以及所述模具沿径向锻打所述超长管件的频率相匹配，从而使得所述超长管件在周向给进运动过程中不会被所述模具反复在同一位置锻打而出现外螺纹缺陷；

S30，在轴向上控制所述精整段不与所述工作段错位，并使得所述超长管件每次轴向进给不大于所述工作段与所述精整段的重叠部分的轴向长度，从而匹配所述芯棒轴向位置和轴向进给避免旋锻过程中的所述超长管件出现内螺纹缺陷，

S40，控制所述含芯棒旋锻装置使用过程中的参数设置同时满足步骤S10～步骤S30中的匹配设置。

2.根据权利要求1所述的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，其特征在于：

其中，步骤S10中，将所述模具沿径向锻打所述超长管件的频率记为f，将所述超长管件的轴向给进速度记为v，将所述精整段的轴向长度记为B，

v/f≤B。

3.根据权利要求1所述的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，其特征在于：

其中，步骤S20中，将所述超长管件的周向旋转速度记为ω，将所述模具的数量记为n，将所述模具沿径向锻打所述超长管件的频率记为f，

ω/f≠kn/2π，k为任意整数。

4.根据权利要求3所述的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，其特征在于：

其中，n≥2。

5.根据权利要求1所述的避免超长管件含芯棒旋锻成形出现螺纹缺陷的方法，其特征在于：

其中，步骤S30中，将所述模具沿径向锻打所述超长管件的频率记为f，将所述超长管件的轴向给进速度记为v，将所述精整段的轴向长度记为B，将所述精整段与所述工作段轴向重合的长度记为C，将所述工作段的轴向长度记为L，将所述芯棒的中心点与所述精整段的入口端的轴向距离记为x，

为空集，

v/f≤C，

C＞0。