插塞、用該插塞擴展金屬管的內徑的方法、制造金屬管的方法以及金屬管技術

一種插塞，用于擴展金屬管的端部的內徑。其橫截面為圓形，包括錐形部和連接到該錐形部的尾端的平行部。該錐形部的直徑從該錐形部的頭端至該錐形部的該尾端逐漸增大，在該錐形部的該尾端直徑為Ｄ１。從直徑為Ｄ２＝Ｄ１×０．９９的點到直徑為Ｄ１的該尾端的軸向距離ＬＲ滿足表達式２２≤ＬＲ／（（Ｄ１－Ｄ２）／２）≤１１５。直徑為Ｄ２的表面上的錐角大于或等于在直徑為Ｄ２的點之后的該錐形部尾部表面上的錐角。該平行部的直徑為Ｄ１。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及一種用于擴展金屬管(metal pipe or tube)的端部內徑的插塞、用該插塞擴展金屬管的端部內徑的方法、以及制造金屬管的方法。
技術介紹
用作干線用管或者石油工業用管材的金屬管的端部需要高尺寸精度。在提供該用途時，干線用管通常被焊接到其相鄰的干線用管上。如果干線用管的端部的內徑不與該相鄰的干線用管的內徑精確匹配，則會導致焊接困難，從而引起焊接部分的缺陷。普通的石油工業用管材在端部經過攻絲操作，以被連接到其相鄰的石油工業用管材。如果母體石油工業用管材內徑的精度差，則攻絲操作不能正確地完成。為了提高金屬管端部內徑的精度，擴展端部。如圖1A、1B和1C所示，擴徑操作的設備包括夾具2、插塞3和圓柱(cylinder)4。從插塞3的頭部開始至尾部，插塞3的幾何形狀包括平滑地連接到平行部32的錐形部31。錐形部31的兩端直徑為頭端D10和尾端D11，D11大于D10。錐形部31的錐角(taper angle)R1為常數。平行部32的直徑沿整個縱向均一，以D11表示。在對金屬管1的端部進行擴徑操作之前，用夾具2將金屬管1緊緊地固定在設備上。在固定金屬管1時，將其中心軸線布置成與插塞3的中心軸線精確匹配，如圖1A所示。然后，如圖1B所示，將插塞3從端點起沿軸向推入金屬管1中至預定距離處。通過使用圓柱4將插塞3推入金屬管1中。金屬管1的端部因此被擴徑。在插塞3從金屬管1的端點起行進預定距離之后，沿與推入的方向相反的方向拉回插塞3，如圖1 C所示。通過該過程，金屬管1的端部被精加工為使其端部內徑的精度精確地達到預定值。因此，金屬管1的端部內徑的尺寸精度得到提高。然而，有個問題，在金屬管的已擴徑端部上，內徑沿圓周方向有差別，橫截面的內側幾何形狀不是正圓形。內徑沿軸向也有差別。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種確保金屬管端部的尺寸精度提高的插塞、一種使用該插塞擴展金屬管端部內徑的方法、以及一種制造金屬管的方法。為了調查金屬管1的已擴徑端部內徑差別的原因，專利技術人使用具有傳統幾何形狀的插塞擴展了金屬管的端部。結果顯示金屬管1的已擴徑部分的內徑D20比插塞3的平行部32的外徑D11大，如圖2所示。在本說明書的以下部分中，該過量變形被稱為過沖變形(overshooting deformation)。當金屬管1的端部通過插塞3被擴徑時，金屬管上插塞3的錐形部31所經過的部分11經受朝向金屬管1外部方向的彎曲變形，結果金屬管1的該部分11的內徑被擴展。盡管金屬管1上插塞3的平行部32所經過的部分12不經受由插塞3的錐形部31引起的彎曲變形，但是金屬管1的該部分12受到金屬管1的部分11由插塞3的錐形部31造成的彎曲變形的影響。由于該機理，在金屬管1的已擴徑部分12發生過沖變形。在過沖變形的整個過程中，金屬管1的已擴徑部分12的內表面不接觸插塞3的平行部32的表面。換句話說，金屬管1不對插塞3的平行部32施加約束，因而金屬管1不會受到來自插塞3的平行部32的反作用力。因此，金屬管1的已擴徑部分12的內表面變得不穩定，從而導致不均勻的過沖變形。因為該不均勻的過沖變形，金屬管1的已擴徑部分12的內徑沿圓周方向不為常數，金屬管1的已擴徑部分12的橫截面不是正圓形。由于同樣的原因，金屬管1的已擴徑部分12的內徑變得沿軸向不均勻。專利技術人得出結論如果防止了當插塞3的平行部32經過時在金屬管1的已擴徑部分12上發生過沖變形，則提高了金屬管1的已擴徑部分的內表面的尺寸精度。如果避免了過沖變形，則金屬管1的內表面接觸插塞3的平行部32的表面，金屬管1的已擴徑部分12的內徑變得與插塞3的平行部32的直徑相等。為了防止在金屬管1的已擴徑部分12上發生過沖變形，使過沖變形在金屬管1的內徑被插塞3擴展到D11之前開始并結束就足夠了。換句話說，使過沖變形僅在插塞3的錐形部31正經過的金屬管1的部分11中開始并結束就足夠了。專利技術人通過使用插塞3擴展具有寬范圍的內徑和壁厚的金屬管1的端部來進行對過沖變形的調查。最新發現的結果顯示，當由表達式(A)給出的擴徑率等于或小于8％時，過沖變形小于插塞3的平行部32的直徑D11的1％。過沖變形的強度既不取決于金屬管1的壁厚，也不取決于金屬管1的內徑。擴徑率＝(D20-D30)/D30×100(％)…(A)其中，D30是金屬管1在擴徑前的內徑，D20是金屬管1在擴徑后的內徑。基于上述研究和檢驗結果，專利技術人制出根據本專利技術的插塞。根據本專利技術的插塞用于擴展金屬管的端部的內徑。所述插塞具有圓形橫截面，并且包括錐形部和連接到所述錐形部的尾端的平行部。所述錐形部的直徑從所述錐形部的頭端至所述錐形部的所述尾端逐漸增大，在所述錐形部的所述尾端直徑為D1。從所述錐形部直徑為D2＝D1×0.99的點到直徑為D1的所述尾端的軸向距離LR滿足表達式(1)。直徑為D2的表面的錐角大于或等于在直徑為D2的點之后的所述錐形部的尾部表面的錐角，所述平行部的直徑為D1。22≤LR/((D1-D2)/2)≤115…(1)對于本專利技術的插塞，錐形部中直徑為D2的插塞表面上的錐角大于或等于插塞的相接部分的錐角，長度LR滿足表達式(1)。因此，金屬管在插塞直徑為D2的點之后由于插塞表面而經受很小的彎曲變形。結果，當金屬管正從插塞直徑為D2的點起經過插塞的尾端表面時，插塞符合產生過沖變形的條件。如上所述，過沖變形的強度小于插塞的平行部的直徑D1的1％，當金屬管正在經過插塞的由插塞直徑為D2的點和錐形部的端點定義的區域時，過沖變形結束。換句話說，插塞平行部正經過的金屬管部分不經受過沖變形。因此，金屬管的內表面接觸插塞的平行部的表面。由于該效果的影響，金屬管的內徑變得等于插塞平行部的直徑，金屬管的被擴徑部的尺寸精度提高。根據本專利技術的擴展金屬管的端部內徑的方法包括以下步驟將插塞從所述金屬管的端部沿軸向推入所述金屬管內預定距離，停止推所述插塞并沿相反方向將所述插塞收回到所述金屬管的外部。在根據本專利技術的金屬管的端部內徑的擴展方法中，通過使用上述插塞擴展金屬管。因此，金屬管端部內徑變得等于插塞平行部的直徑，內徑的尺寸精度提高。根據本專利技術的制造金屬管的方法包括以下步驟沿軸向穿孔鋼坯來制造空心管坯；沿軸向延伸所述空心管坯；對所述伸長的空心管坯的外徑定徑，以制造所述金屬管；將插塞從所述金屬管的端部沿軸向推入所述金屬管中預定距離；以及停止推所述插塞并沿相反方向將所述插塞收回到所述金屬管的外部。在根據本專利技術的制造金屬管的方法中，通過使用上述插塞擴展母體金屬管的內徑。因此，金屬管端部內徑與插塞的平行部的直徑精確匹配，被擴徑部的內徑的尺寸精度提高。一種根據本專利技術的金屬管，其包括第一空心圓筒部，其靠近所述金屬管的中心部分；第二空心圓筒部，其在所述金屬管的兩端部至少之一處；和錐形部，其連接所述第一和第二空心圓筒部。所述第一空心圓筒部的外徑為DA，所述第二空心圓筒部的外徑為DB，其大于所述第一空心圓筒部的外徑DA。所述錐形部的外徑從所述第一空心圓筒部至所述第二空心圓筒部逐漸增大。在錐形部外徑DC＝DB×0.99的點和DB點之間的軸向距離LE滿足表達式(2)22≤LE/((DB-DC)/2)≤115…(2)附圖說明圖1A至1C是示出使用傳統插塞擴展管的加工中的第一至第三步驟的圖。圖2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種插塞，其用于擴展金屬管的端部的內徑，所述插塞具有圓形橫截面，所述插塞包括錐形部和連接到所述錐形部的尾端的平行部，其中，所述錐形部的直徑從所述錐形部的頭端至所述錐形部的所述尾端逐漸增大，在所述錐形部的所述尾端直徑為Ｄ１，　 　從所述錐形部直徑為Ｄ２＝Ｄ１×０．９９的點到直徑為Ｄ１的所述尾端的軸向距離ＬＲ滿足表達式（１）：２２≤ＬＲ／（（Ｄ１－Ｄ２）／２）≤１１５…（１）直徑為Ｄ２的表面的錐角大于或等于在直徑為Ｄ２的點之后的所述錐形部的尾 部表面的錐角，以及所述平行部的直徑為Ｄ１。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】JP 2004-9-21 273836/20041.一種插塞，其用于擴展金屬管的端部的內徑，所述插塞具有圓形橫截面，所述插塞包括錐形部和連接到所述錐形部的尾端的平行部，其中，所述錐形部的直徑從所述錐形部的頭端至所述錐形部的所述尾端逐漸增大，在所述錐形部的所述尾端直徑為D1，從所述錐形部直徑為D2＝D1×0.99的點到直徑為D1的所述尾端的軸向距離LR滿足表達式(1)22≤LR/((D1-D2)/2)≤115...(1)直徑為D2的表面的錐角大于或等于在直徑為D2的點之后的所述錐形部的尾部表面的錐角，以及所述平行部的直徑為D1。2.一種擴展金屬管的端部內徑的方法，其包括以下步驟將插塞從所述金屬管的端部沿軸向推入所述金屬管內預定距離；以及停止推所述插塞并沿相反方向將所述插塞拉回到所述金屬管的外部，其中，所述插塞具有圓形橫截面，并且包括錐形部和連接到所述錐形部的尾端的平行部，所述錐形部的直徑從所述錐形部的頭端至所述錐形部的所述尾端逐漸增大，在所述錐形部的所述尾端直徑為D1，從所述錐形部直徑為D2＝D1×0.99的點到直徑為D1的所述尾端的軸向距離LR滿足表達式(1)22≤LR/((D1-D2)/2)≤115...(1)直徑為D2的表面的錐角大于或等于在直徑為D2的點之后的所述錐形部的尾部表面的錐角，以及所述平行部的直...

【專利技術屬性】
技術研發人員：奧井達也，黑田浩一，秋山雅義，
申請(專利權)人：住友金屬工業株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]