管材的精密剪斷方法及裝置制造方法及圖紙

一種管材的精密剪斷方法，在使用芯棒剪斷管材的方法中，在對(duì)管材施加軸向拉伸力的狀態(tài)下以高速剪斷管材。（*該技術(shù)在2014年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及剪斷管材的方法及裝置，用于得到高精度的管材切口面，切口面不但凹凸不平極小，而且沒有擦傷和燒斑。
技術(shù)介紹
以S45C、S20C、S15C等型號(hào)為代表的鋼材已被廣泛用作為塑性加工用材料。但是，近年來(lái)，為減少加工次數(shù)和適應(yīng)加工制品形狀復(fù)雜化的問題，常要求用短管材代替實(shí)心材作鍛造用材料。用作鍛造材料的短管材要求具有高精度的切口面，不但要求形變(壓陷)極小，而且要求沒有二次剪斷面和大的凹凸不平。作為切斷管材的方法已知有切斷法和利用旋轉(zhuǎn)刀具的切斷法，但是這些方法的生產(chǎn)效率低。切口面的精度差。與此相反，利用壓力機(jī)的剪斷法，雖然生產(chǎn)效率高，但有管材壓陷的問題。為防止這種壓陷，已知有使用芯棒的精密剪斷加工方法，特公昭56-45727號(hào)公報(bào)中已經(jīng)提出了使用浮動(dòng)芯棒的方法，可以作為這種方法的代表。按照這種方法，在沖頭一側(cè)設(shè)置可套上待切管材的固定芯棒，再在管材中放入對(duì)著該固定芯棒的芯棒，然后沿固定芯棒和浮動(dòng)芯棒的相接面進(jìn)行切斷。實(shí)施這種先有技術(shù)時(shí)，雖然可以消除壓陷的問題，但不能期待改善切口面的性質(zhì)。作為具體示例，本專利技術(shù)人等對(duì)各種壁厚的管材(材料S45C型鋼，φ22mm恒定的外徑D，內(nèi)徑d分別為φ4、φ6、φ10和φ14mm)，利用浮動(dòng)芯棒法，在恒定的刀具間隙C為0.1mm、剪斷速度V為20mm(0.02m)/s的低速度條件下進(jìn)行了剪斷實(shí)驗(yàn)。在這些實(shí)驗(yàn)中，移動(dòng)刀具和固定刀具的內(nèi)徑均為φ22.1mm，芯棒的外徑比管材的內(nèi)徑小0.4mm，使芯棒和材料(管材)之間的間隙為0.2mm。結(jié)果不管d(管內(nèi)徑)/D(管外徑)的數(shù)值大小，在余料側(cè)的切口面下部區(qū)域均發(fā)生擦傷。另外，在切下側(cè)的切口面上部區(qū)域發(fā)生剪切面，而且隨著d/D的增加凹凸不平增加，同時(shí)還有擦傷。而且在余料側(cè)的下部區(qū)域也發(fā)生相同程度的擦傷。附圖說明圖1示意示出d/D=10/22時(shí)的切口面，圖2示意示出d/D=14/22時(shí)的切口面。在圖1和圖2中(a)是切下側(cè)，(b)是余料側(cè)，A表示凹凸不平，B表示擦傷。因?yàn)檫@種凹凸不平和擦傷是不可避免的，所以不能應(yīng)用先有技術(shù)的浮動(dòng)芯棒法來(lái)剪斷適合于作鍛造材料的短管材。為解決上述問題提出本專利技術(shù)，本專利技術(shù)的第一目的在于提供一種管材剪斷方法，不僅能夠消除壓陷形變，而且還能夠得到?jīng)]有凹凸或擦傷的高精度切口面。本專利技術(shù)的第二目的在于提供一種適合于實(shí)施上述剪斷方法的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單和緊湊的剪斷裝置。專利技術(shù)的公開為達(dá)到第一目的，本專利技術(shù)提出使用芯棒的剪斷管材的方法，方法的特征在于，在沿管材軸向施加拉伸力的狀態(tài)下進(jìn)行高速剪斷。更詳細(xì)地講，將管內(nèi)插入浮動(dòng)芯棒的管材穿過固定刀具，然后將要切去長(zhǎng)度的距離插入可動(dòng)刀具內(nèi)，使其套在固定芯棒上，隨后沿固定芯棒和浮動(dòng)芯棒的相接面移動(dòng)可動(dòng)刀具將管材剪斷。另外，在固定芯棒和浮動(dòng)芯棒相接的狀況下夾緊可動(dòng)刀具內(nèi)的管材的前端區(qū)域，并沿管材軸向拉伸管材。這種沿軸向的拉伸狀態(tài)從剪斷操作開始一直繼續(xù)到切下部分被剪斷分開。上述沿軸向的拉伸力不小于材料屈服應(yīng)力的1.5%，但小于該應(yīng)力的100%，剪斷速度一般不小于1m/s。本專利技術(shù)由于使用芯棒剪斷管材，所以可以防止壓陷形變。而且由于在沿軸方向存在拉力應(yīng)力的狀態(tài)下剪斷管材，所以在材料剛有裂紋的瞬間，余料側(cè)和切下側(cè)沿軸的方向分開，因而有助于材料的斷開，在裂紋連通的瞬間，余料側(cè)稍為沿軸線方向脫開。因此切下側(cè)的切口面上部區(qū)域不會(huì)與余料側(cè)的切口面下部區(qū)域接觸而被切下，因此不會(huì)產(chǎn)生擦傷或由摩擦熱產(chǎn)生的燒斑。為達(dá)到第二目的，本專利技術(shù)提供一種剪斷裝置，該裝置包括固定刀具、浮動(dòng)芯棒、可動(dòng)刀具和卡盤。上述固定刀具固定在剪斷裝置的框架上并在規(guī)定位置加工有穿過管材的孔；上述浮動(dòng)芯棒插入管材內(nèi)；上述可動(dòng)刀具具有插入管材的孔和與該孔同心的固定芯棒；上述卡盤用于固定可動(dòng)刀具并用壓頭移動(dòng)；在該裝置的上述卡盤上設(shè)置了夾緊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)用于約束套在固定芯棒上的管材的前端部分。另外，在該裝置固定刀具后面的剪斷裝置框架內(nèi)裝有擴(kuò)縮自如并且在軸向移動(dòng)自如的牽引機(jī)構(gòu)，該牽引機(jī)構(gòu)用于夾緊管材并在軸向施加牽引力。上述夾緊機(jī)構(gòu)包括管夾緊件和流體壓力缸，管夾緊件具有配合管材輪廓的夾緊表面，流體壓力缸具有移動(dòng)上述管夾緊件的活塞。上述牽引機(jī)構(gòu)具有有底孔、筒形主體、若干管夾具、沿管材傳送方向的反方向彈性作用上述筒形主體的彈性部件、沿管材傳送方向的反方向彈性作用管夾具的彈性部件和驅(qū)動(dòng)器。上述有底孔與管材的傳送線同心，設(shè)置在剪斷裝置的框架內(nèi)；上述筒形主體可滑動(dòng)自如地嵌合在上述有底孔中；上述若干管夾具可相對(duì)滑動(dòng)地插入該筒形主體中；上述驅(qū)動(dòng)器用于反抗彈性部件的彈力使管夾具沿管材傳送方向移動(dòng)。另外，在筒形主體的內(nèi)側(cè)形成傾斜面，使得沿管材傳送方向的反方向橫截面積減小。每個(gè)管夾具的內(nèi)表面具有對(duì)應(yīng)于管材輪廓的凹部，其外表面為傾斜面，其角度對(duì)應(yīng)于上述筒形主體傾斜面。按照這種裝置，可以在鄰近剪斷部位在剪斷裝置框架內(nèi)在軸向拉伸管材，而不需要在剪斷裝置框架外部用特殊的軸向拉伸裝置，所以利用緊湊的結(jié)構(gòu)便可以實(shí)現(xiàn)精密的剪斷。附圖的簡(jiǎn)要說明圖1是切口端面圖，示意示出利用常規(guī)浮動(dòng)芯棒法低速剪斷時(shí)的管材切口面，(a)表示切下側(cè)，(b)表示余料側(cè)。圖2是切口端面圖，示意出利用常規(guī)浮動(dòng)芯棒法低速剪斷時(shí)的管材切口面，(a)表示切下側(cè)，(b)表示余料側(cè)。圖3是說明圖，示出在剪斷過程中管材橫斷面的狀態(tài)。圖4是刀具切入初期階段時(shí)的圖3各部分的放大截面圖。圖5是刀具進(jìn)一步切入時(shí)的圖3各部分的放大截面圖。圖6是管材剪斷時(shí)的剪斷負(fù)荷-行程曲線圖。圖7是切口端面圖，示意示出在施加軸向壓縮力時(shí)高速切斷的切口面，(a)表示切下側(cè)，(b)表示余料側(cè)。圖8是切口端面圖，示意示出在施加軸向壓縮力時(shí)高速切斷的切口面，(a)表示切下側(cè)，(b)表示余料側(cè)。圖9是說明圖，示意示出本專利技術(shù)的方法。圖10是縱向截面?zhèn)纫晥D，示出適合于實(shí)施本專利技術(shù)的剪斷裝置的一個(gè)實(shí)施例。圖11是圖10中牽引機(jī)構(gòu)部分的縱向截面正視圖。圖12是圖10剪斷裝置中管材輸送階段時(shí)的縱向截面?zhèn)纫晥D。圖13是在管材上施加軸向拉伸力時(shí)的縱向截面?zhèn)纫晥D。圖14是剪斷完成時(shí)的縱向截面?zhèn)纫晥D。圖15是曲線圖，示出在管材上施加大小為管材屈服應(yīng)力的0-10%的軸向拉伸力進(jìn)行剪斷操作時(shí)燒斑面積和軸向拉伸力的關(guān)系。專利技術(shù)的詳細(xì)說明以下根據(jù)附圖詳細(xì)說明本專利技術(shù)。為了查明切口面發(fā)生上述凹凸不平和擦傷的原因，本專利技術(shù)人首先觀察了在剪斷過程中管材的狀態(tài)。圖3至圖5示出了在剪斷過程中管材(d/D=14/22)的橫截面。圖4和圖5的C部、E部和F部相應(yīng)于圖3所示的區(qū)域。圖4示出刀具切入量K小到外徑的5%時(shí)的各個(gè)部分。在這一階段，C部，即沿剪斷方向，上側(cè)部分被裂紋Cr已經(jīng)穿透，材料被分離，但在剪斷方向下側(cè)部分E僅在可動(dòng)刀具的刃部處發(fā)現(xiàn)小裂紋Cr，材料還處于未分離的狀態(tài)。另外，F(xiàn)部即和剪斷方向垂直相交的左右部分則處于完全沒有發(fā)現(xiàn)裂紋的狀態(tài)。圖5示出刀具切入量K增加到外徑的9%時(shí)的各個(gè)部分，雖然在C部和E部裂紋Cr已穿透，材料被分離，但在F部?jī)H在靠近可動(dòng)刀具和固定刀具的兩刀刃處發(fā)現(xiàn)小裂紋Cr，材料還處于未完全分離的狀態(tài)。圖6示出剪斷負(fù)荷-行程關(guān)系的測(cè)量結(jié)果，與材料分離有密切的關(guān)系。由圖6可知，對(duì)于d/D=0/22的實(shí)心材料，剪斷負(fù)荷從越過最大負(fù)荷的行程位置急劇降低，但對(duì)于管材，即使越過最大本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：村川正夫，古閑伸裕，遠(yuǎn)山健一，鈴木孝司，濱野秀光，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：村川正夫，日本鋼管株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：