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异型管生产技术一、前言1、有色金属生产牌号及品种⑴牌号：T2、TU2、TP2、H62、H65、H68等⑵规格：达几千种2、异型管主要用途⑴航空、航天、医疗、电子、电工⑵机械⑶家具、灯饰、装饰⑷制冷、热交换等3、异型管分类⑴等壁异型管⑵异壁异型管⑶纵向变断面异型管4、异型管制造方法（1）挤压（2）拉伸（3）焊管（4）旋轧（5）旋扭（6）轧制（7）铸造5、有色金属异型管生产现状与展望异形管：凡断面不是圆形的管材,或虽是圆形但沿长度方向直径或壁厚发生变化的管材,统称为异形管。二、生产方法1、挤压成型⑴正向挤压：偏心管异型管⑵conform挤压：内螺纹铝管，口琴管、D形管等•2、拉伸异型管：•1)常用异型管过渡圆的确定•椭圆形：D过=（a+b）/2六角形：D过=6a/π=1.91a方形:D过=4a/π=1.27a•矩形:D过=2(a+b)/π=0.64(a+b)2)、固定模拉伸成型⑴空拉——过渡圆确定，尺寸精度要求不高的产品⑵衬拉——尺寸精度要求较高的产品，如：扁管生产3)、辊式模拉伸成型辊式模拉伸是指在由辊子组成的孔型中进行拔制，它与固定模拔制的不同点在于被拔管子与辊子之间是滚动摩擦，而固定模与管子之间是滑动摩擦；固定模模孔为一完全封闭孔型，而辊模的孔型有辊缝存在，为非完全封闭孔型。辊模更适宜于拔制带棱角的异型管，常用在二辊、三辊和四辊式的。二辊式t三辊式⑴特点：①变滑动摩擦为滚动摩擦，从而可增加其道次延伸系数②成本低，生产效率高③复杂型管可用辊模拉伸④不衬芯头可拔制出高精度的异型管⑤拉伸时壁厚变化较小⑥模子寿命长，产品质量好⑦辊模拉伸金属变形均匀，拔后管子较直⑧辊模可调正管材尺寸（通过调整辊逢来进行调整）⑵在设计滚模装置时应遵循如下原则①辊径要尽可能地小，在保证强度和变形合理的条件下可减小拉伸机的吨位。②辊子数目的选择决定于异型管的形状③防止辊子相互串动是保证管子尺寸精度的关键。④异型管拉伸时的变形参数：λn=Fn-1/FnλΣ=F0/Fk4)、用圆管坯拉伸异形断面形状的稳定性、变形特点和变形规格选择⑴断面形状的稳定性由受力情况可知：作用于圆管的径向应力q达到某一值时，管壁将发生塑性弯曲，即断面形状丧失稳定性（失稳），管壁产生周期性弯曲，而开始失稳的载荷强度为临界应力qk，可按下式确定：qk=(N²-1)Sσs/R(1+4σsR²/EtS²)------P20式中：S、R——分别为圆管的壁厚和半径σs、Et——分别为圆管材料的屈服极限和正切模量N——大于或等于2的整数（受压圆管支撑点对数）说明：⑴S/R值愈大，则qk愈高，圆管形状愈稳定⑵圆管材质的σs、Et值愈大，则qk愈高，稳定性增加⑶N愈大，则qk愈大，同时N还决定着圆管失稳后周边弯曲形状N=2N=400.52/kksRbqqbS22()/4hRRb•对于四辊辊模作用于水平面上的力不应超过相邻面允许的负荷极限值，根据力平衡条件可以求出切向和径向应力，并依塑性条件最终确定出圆弧半径R和挠度值h的关系式：即：式中：β——中间主应力影响系数S0——坯管壁厚b——边长实际：以道次延伸系数确定λn=Fn-1/Fn铜及铜合金：λn=1.2～1.45铝及铝合金:λn=1.25～1.5除了上述分析结论外，还与下述因素有关：①管壁的最终曲率：如果为正曲率则其稳定性最佳。例如：椭圆断面异形管全由正曲率构成，比较稳定；具有直线边的异形管的稳定性次之；具有负曲率的复杂断面异形管稳定性最差,必须增加支承点,即采用带芯棒拔制法,增加道次,严格控制变形规格的尺寸才能成型②模孔的入口锥角(模角)：模角太大将引起缩径现象，缩径后来料管就会脱离了模孔的支承，因而更加容易产生失稳，所以模角一般不得大于13°③壁厚压缩问题：对于用固定模拔制复杂断面异形管或宽高比较大的异形管，且角部圆弧半径小于1.5S的简单断面管，必须增加内支承点，即采用带芯棒拔制法才能稳定地成型。在带芯棒拔制时，必须给以一定的减壁量，作用有二：①如果不给以一定的减壁量，当在管壁与芯棒接触之前已出现管壁失稳，由于来料管的弹性恢复，失稳情况不可能得到完全纠正；②消除由于在延伸阶段引起的不均匀增厚。一般取减壁量为0.05～0.3mm⑵异型管拉伸时的变形特点拔制异形管时金属质点的运动主要是横向移动,纵向移动却很小.金属产生径向移动是靠模壁给予的径向压力实现的。径向压力由拔制力产生。金属在径向压力作用下产生横向移动，同时还受模壁摩擦阻力作用。因此，拔制等壁厚异形管的应力状态也是一拉二压的应力状态。在由圆管拔制异形管时圆管开始进入异形模的接触面积和沿圆周上开始接触的位置是各式各样的，为了减小沿周长上变形的不同时性，在设计拉模入口道槽时应尽量增加同时接触面积，以防止管子在变形中失稳。异型管拉伸时的金属变形是很不均匀的,这是由于各部位的变形量不同,内外层的金属变形不同所致。如拔制矩形管时，由于角部和平面部分的金属延伸不同，一般角部金属延伸大，平面部分延伸小，则角度受轴向压应力，平面部分是轴向拉应力，在变形很不均匀的情况下，则平面部分就会产生裂纹。造成这种各部位延伸不均的原因是：圆管料的弧形表面弯成平面，平面部分内表面金属要流向角部，而角部处外表面金属要流向平面部分，由于前者要大得多，故造成角部延伸大。5)、周边压缩系数周边压缩系数μ：表示圆管周长和成品管周长的关系。按下式确定：μ=πD0/L1式中：D0、L1——分别为管坯直径和成品管横断面周长故：μ1μ值选择是否合理直接影响拉伸后异形管角部处半径的大小，对产品质量有着直接的影响，若μ太大，则成品管平面部分容易出现凹陷，μ太小，角部半径充不满，只有将μ控制在一个适当范围才能生产出合格的产品。举例：拔制方形管，设方形管边长为A，壁厚为S，则芯头边长为：a=A-2S为了能将芯头顺利进入管坯内，则圆管坯内径必须大于芯头的外接圆直径，若取2mm间隙，这样，管坯直径D0按下式确定：022(2/21)DRaS方管的周长为：L1=4（A-2r）+2πr式中：r—方管的圆角半径取1.5S则:周边压缩系数为:2(2/21)/[4(2)2]aSnArr在衬拉时,μ值不应小于上式计算值,否则芯头进入管坯困难,甚至不可能,但μ也不能太大,否则管坯在孔型入口处就已充满,并使平面部位起绉,这样芯棒不能进入定径带，而拔成废品。μ取值可参照P25表6和图18.有色金属异型管适当可取大些,各种异型管的周长计算可参照P26～27,若已知μ,则可确定来料直径D0=μL1/π。abRⅠⅡⅢ变形开始面周向压缩开始面定径阶段三、等壁异型管成型时的变形过程a、固定拉伸过程如方管的变形过程，分三个阶段。压扁阶段：圆管在模壁压力作用下首先变形，即管壁产生塑性弯曲变形，圆管被压扁。此阶段的变形特点是：来料管仅改变断面形状，而无周边压缩变形和轴向延伸，壁厚基本不变。延伸阶段：随来料管压扁变形增加，管壁与模壁的接触面积增大，模壁对管壁的支撑作用增加，压扁变形随之困难，切向压缩应力相应增加。当达到屈服极限时，伴随着压扁变形的同时来料管周边出现压缩变形，产生轴向延伸，壁厚增加，并随压缩过程逐渐加大。定型阶段：图中断面至出口部分，相当于圆管拔制的定径带。其作用是稳定异形断面。b、四辊辊模拉伸过程矩形管的拔制过程：ΔB为宽展BCD高向宽向•圆管进入变形区首先同上下辊在A、B点接触，这时在集中力的作用下产生压扁变形。压扁变形是在高度方向管径减小，而在宽度方向上管径增加，金属断面积不发生变化，因而属于纯弯曲变形。随着金属进入变形区程度的增加，金属与上下辊的接触宽度逐渐增加，直至与左右辊在C、D两点接触。这时为两对辊同时对管子压扁弯曲，使之成角。当角部接近充满时变形阻力显著增加，因此要伴随着延伸变形才能充满圆角。周边压缩系数愈大，则角部充满愈好。例：生产变压器用T2扁管,尺寸如右图:可采用拉伸:固定模(空拉、衬拉)或辊模，轧制等方法生产。请分别说出各种生产方法的优缺点,并确定加工前管坯的尺寸计算管坯直径D0扁管周长L1=20+πD=20+π×5=35.7取μ=1.1D0=μL1/π=1.1×35.7/3.14=12.5mmλ=F0/F1=[π/4(D02-d02)]/[2×10×1+(52-32)]取λ=1.3F1=12.56+20=32.56D0=14.5取λ=1.2D0=13.4取λ=1.1D0=12.5四、等壁异形管生产工艺拟定等壁异形管生产工艺拟定的主要参数包括选择成型方法、确定道次、选择变形规格(圆管坯的尺寸)、周边压缩系数以及各道次的断面形状。⑴成型方法的选择①空拔法：它的优化方法是选用滚模拔制。②芯棒拔制：带芯棒拔制增加了对管壁的支撑作用，提高了拔制稳定性，同时也提高了对变形规格的适应能力。这种方法常用来拔制复杂断面异形管。优化方法根据形状复杂程度，选用滚模或固定模拔制。⑵拔制道次确定品种规格繁多，不一一例举。必须指出，在多道次成型的情况下，各道管断面形状的设计必须遵循下面两条原则：①尽量把管壁的弯曲变形集中在第一道，以后的道次仅起整形和局部加工的作用。②对存在多处负曲率的复杂断面管，由于稳定性差，应采用分阶段成型法，暂时不成型的周边应尽量保持正曲率。⑶周边压缩系数的选择选取周边系数时应注意以下几个问题：①产品断面周长大、壁厚小时周边系数取低些，反之，则取高些，因为前者更易失稳。②管材质的屈服极限高时，周边系数取高些。③管断面的形状。为了保证成形，当成品管的周边长度和壁厚相同而断面形状不同时，周边系数也应取不同的值。例如：周长与壁厚相同的方管与矩形管，由于矩形管径向变形大，周向压缩也较大，故在拔制时，其周边系数值应比方管取得大些，矩形管的宽高比越大，则周边系数也相应的增大。⑷各道管断面的设计一般应遵循以下原则进行：①每一道次均应采用一定的周边压缩系数。②任一道次周边各组成部分的边长压缩系数基本相等，一般各道采用较大的圆角半径过渡以简化设计。③必须保证芯棒顺利伸入管的内孔，若第一道空拔，第二道带芯棒拔制，则第一道拔后断面的内孔应比第二道芯棒大一定的间隙量，或直接根据芯棒尺寸设计第一道拔后的断面。α五、等壁异型管拉伸模具设计⑴空拉模设计为了提高管壁的稳定性，空拔模一般采用弧形模。现以方管空拉模为例空拉模由入口锥、定径带、出口锥三部分组成。其中：定径带为一方柱体,长度为a=10～15mm,有色金属a=5～10mm,出口锥为一方锥体,出口角γ=30～45°.入口锥的设计：入口锥是由四个相同的二次曲面组成的喇叭口，二次曲面与定径带方柱体的表面相交形成过渡区，其长度为q。设方形的边长为A，变形规格的外径为D0，则各部分的尺寸设计如下：①入口平面:入口平面由四个圆弧组成的弧方形,取弧方形的最大高度为A′,A′=D0。但为了增加接触点，A′应取略小于D0。弧方形的弧边曲率半径R1为了使弧边稳定地过渡到直边,一般取近似的等于D0，。设成品管的角部圆弧半径为r,则弧方角部的圆弧半径r1=（1～2）r。②入口锥的锥角α及圆弧半径R•面xR2一般取α=12～13°,在拔制矩形管时，由于长边上的减径量大，则α=15～20°圆弧一端与定径带相切,另一端通过入口平面上弧方孔弧边的中点,则圆弧半径的公式：R=ΔA/4sim2α=（A′-A）/4sim2α③在定径带入口平面上入口锥（称为过渡区，它属定径带的一部分）弧方形弧边的曲率半径为R2•在定径带入口平面上，锥方形弧边的宽度等于A，弧边的凸起高度为Δ，与定径带的相贯线的宽度为q，q=2～7mm。222222(/2)RRqRRA222222/8()0.5()RARRqRRq④入口锥的圆弧锥面尺寸：入口锥的长度：L=（A′-A）/2tgα-q入口锥面任一断面的弧方形弧边的曲率半径：Rx=[（R2-R1)（q+L）q/Lx]-R1-〔（R2-R1）q/L〕⑵带芯棒拉伸模具设计衬拉模设计与普通圆管模设计相似，如图：故a、固定外模的设计外模的模孔一般为锥形模。一般取定径带长a=5～10mm，入口锥角度α=10-13°，最大不超过20°。b、芯头的设计由于在等壁管成型过程中失