CN102873119B

CN102873119B - 矩形扁钢管的拉伸模

Info

Publication number: CN102873119B
Application number: CN201210404731.3A
Authority: CN
Inventors: 韩波
Original assignee: JIANGSU HUACHENG INDUSTRY PIPE MAKING Co Ltd
Current assignee: JIANGSU HUACHENG INDUSTRY PIPE MAKING Co Ltd
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: CN102873119A

Abstract

本发明公开了一种热处理后不需要修正、并可保证矩形扁钢管的精度和表面平整度的矩形扁钢管的拉伸模，包括：模具本体，模具本体的拉拔模孔包括入口段、过渡段和定径段，定径段包括：一对平直短面、一对弧形长面以及四个连接平直短面和弧形长面的转角圆弧面；过渡段包括：四个与平直短面和弧形长面相衔接的过渡斜面及四个连接两两相邻过渡斜面的过渡段转角曲面；入口段包括：四个分别与相应过渡斜面相衔接的向外凸的导入曲面以及连接两两相邻导入曲面的入口转角曲面，四个导入曲面均为二次曲面，相对的导入曲面对称布置。本发明用于将圆钢管冷拔成矩形扁钢管。

Description

矩形扁钢管的拉伸模

技术领域

本发明涉及到金属塑性加工技术领域中的拉伸模，尤其涉及到将圆钢管拉拔成矩形扁钢管的拉伸模。

背景技术

拉伸模具是冷拔钢管生产时的重要工装部件，已经广泛地应用在钢管变径或/和变形的生产过程中。利用拉伸模对钢管进行冷拔成型，具有材料利用率高、能耗低、产品性能优良、生产效率高、成本低廉等特点。拉伸模具中，按其拉拔成型的不同的管材形状，又分为常规拉伸模具和异型拉伸模具，用于冷拔特殊异型管材的为异型拉伸模具(也称异型拉伸模)；按其有无衬芯来分，又分为空拔拉伸模和衬芯拉伸模，在拔制较大规格组距时，由于拔制力巨大，只能采用空拔拉伸模。

目前，扁形钢管的拉伸模(异型拉伸模中的一种)，无论是空拔拉伸模还是衬芯拉伸模，均存在以下缺陷：

1、由于扁形钢管的截面与模具的入口圆弧型式趋于复杂，扁形钢管拉伸模具的材质受到很大的限制。通常情况下，规格较大的选用常规的45#模具钢，较小的选用高碳合金钢Cr12材质或硬质合金钨钴类YG系列。由于拉伸模具经过热处理后，定径段和入口段圆弧产生形变，虽然模具的定径段和入口段圆弧形变有限，但是在钢管拉拔时，当金属产生横向滑移，受模具形变影响，钢管的变形的系数远远大于模具的变形系数，而不再是1∶1的关系，从而造成钢管经过拉伸模具冷拔后平面度凹陷严重；而且，受到扁形拉伸模具型式结构影响(长边远远大于短边)，钢管管坯在经过扁形拉伸模具产生形变时，四周的压力和摩擦力存在落差较大现象，长边所受压力远远大于短边所受压力，因此通过拉伸模具后的扁形钢管，总是存在长边的凹陷度严重现象。经拉拔成型的扁形钢管的精度和表面平整度都无法达到设计要求。

2、45#钢拉伸模具经过热处理渗碳后，定径段和入口段圆弧产生形变，通常都采用修正拉伸模具的办法来获取原设计尺寸。修正时，由于该材质拉伸模具渗碳层深度一般在0.8～1.0mm之间，在此深度以下，钢的基体硬度、强度以及耐磨性较差，从而导致修正后的模具表面硬度下降，无法满足拉伸模具的表面硬度设计要求。采用修正后的模具拉拔扁形钢管时，钢管与模具之间摩擦力会增大，模具的表面会损伤钢管的表面，使得成型后的扁形钢管表面出现拉伤和划丝等缺陷。并且，由于拉伸模具表面的硬度降低，大大缩短了模具的使用寿命。

3、高碳合金钢Cr12材质拉伸模具经过热处理后，定径段和入口段圆弧产生形变，通常都采用修正拉伸模具的办法来获取原设计尺寸。修正时，由于该材质属于微变形、高碳合金模具钢，模具材料内外硬度、强度、耐磨性基本一致，所以不能采用机加工方式修正，只能依靠人工方式修正，使得修正工作强度高、难度较大，而且效率低下。

此外，在利用拉伸模具拉拔扁形钢管的生产过程中还发现，采用空拔拉伸模具对钢管进行拔制时，由于空拔拉伸模具中没有衬芯(内模)支撑，扁形钢管的凹陷度更加严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种热处理后不需要修正、并且可保证矩形扁钢管的精度和表面平整度的矩形扁钢管的拉伸模。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：矩形扁钢管的拉伸模，包括：模具本体，模具本体上开设有拉拔模孔，该拉拔模孔包括依次相连的入口段、过渡段、定径段；

定径段包括：分别与矩形扁钢管横截面轮廓的短边、长边和连接短、长边的转角圆弧相对应的一对平直短面、一对弧形长面以及四个连接平直短面和弧形长面的转角圆弧面，所述的弧形长面的顶点到该弧形长面的一对端线所在平面的直线距离是矩形扁钢管厚度的3～5‰；

所述的过渡段包括：四个与平直短面和弧形长面相衔接的过渡斜面以及四个连接两两相邻过渡斜面的过渡段转角曲面，过渡斜面与定径段的相应面之间的夹角为3～4°，定径段的弧形长面和与之相连的过渡斜面的衔接边界线的中点处设置有表面为椭球面的长面凹陷，长面凹陷上沿口的长半轴为矩形扁钢管横截面轮廓的长边的2/3至3/4，长面凹陷上沿口的长、短半轴之比为3∶1～1.5，长面凹陷的深度为矩形扁钢管壁厚的0.8～1％；

所述的入口段包括：四个分别与相应过渡斜面相衔接的向外凸的导入曲面以及连接两两相邻导入曲面的入口转角曲面，四个导入曲面均为二次曲面，相对的导入曲面对称布置，导入曲面的轴向曲面半径等于该对导入曲面外沿口顶点之间的距离减去与该对导入曲面相对应的定径段的相对两个面之间的最大距离，除以四倍于该导入曲面内、外沿口沿着轴向的两个端点的连线与轴线之间的夹角正弦的平方值；导入曲面的周向曲面半径等于垂切于上述轴向曲面的两顶点之间距离的0.9～1.15倍。

所述的模具本体在定径段的外侧还设置有与定径段相通的模孔，形成拉拔模孔的出口段，该出口段包括：四个与平直短面和弧形长面相衔接的出口斜面以及四个连接两两相邻出口斜面的出口转角曲面。

所述的出口段、定径段、过渡段和入口段各自占到所述的模具本体的厚度的4～5％、24～26％、8～10％和60～64％。

所述的出口斜面与定径段的相应面之间的夹角为30～45°。

所述定径段的平直短面和与之相连的过渡斜面的衔接边界线的中点处设置有表面为椭球面的短面凹陷，短面凹陷上沿口的长半轴为矩形扁钢管横截面轮廓的短边的2/3至3/4，短面凹陷上沿口的长、短半轴之比为3∶1～1.5，短面凹陷的深度为矩形扁钢管壁厚的0.8～1％。

所述的定径段与过渡段之间设置有平滑过渡面。

所述的平滑过渡面的半径为定径段长度的0.8～0.9。

本发明的有益效果是：设置在定径段的弧形长面和与之相连的过渡斜面的衔接边界线的中点处的表面为椭球面的长面凹陷，可以抵消热处理过程中定径段和入口段圆弧产生向外形变，从而使得到的拉伸模不用修正，既降低了制作成本，又保证了模具表面的硬度，有效地减小了钢管形变时边面的压力和摩擦力，保障钢管形变平稳过渡。所述的定径段、过渡段和入口段的结构，能够满足所述矩形扁钢管形状和尺寸的要求，而且，还防止了扁形钢管的长边产生凹陷，得到高精度平面扁钢管；此外，由于在定径段的外侧设置了出口段，对定径段的外沿口形成保护，延长了所述拉伸模的使用寿命，并使得扁钢管精度的稳定性得到了有效的保障；另外，设置在定径段与过渡段之间的弧度适中的平滑过渡面，可以进一步减少磨损，延长所述拉伸模的使用寿命，提高矩形扁钢管的质量。

附图说明

图1是本发明所述的冷拔模的结构示意图。

图2是图1的纵切结构示意图。

图3是图1的横切结构转置90度的示意图

图4是图1中K部分的放大结构示意较图。

图5是图2中J部分的放大结构示意较图。

图6是采用本发明所述的拉伸模拔成的矩形扁钢管的横截面示意图。

图1至图6中：1、模具本体，11、第一导入曲面，12、第二导入曲面，13、连线，21、第一过渡斜面，22、第二过渡斜面，31、平直短面，32、弧形长面，41、第一出口斜面，42、第二出口斜面；I、入口段，II、过渡段，III、定径段，IV、出口段。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明所述的具体实施方案。

如图1、图2和图3所示，本发明所述的矩形扁钢管的拉伸模，包括：模具本体1，模具本体1上开设有包括：依次相连的入口段I、过渡段II和定径段III和出口段IV的拉拔模孔，出口段IV、定径段III、过渡段II和入口段I各自占到模具本体1的厚度的4.5％、25％、9％和61.5％；定径段III包括：分别与图6所示的矩形扁钢管8的横截面轮廓的短边、长边和连接短、长边的转角圆弧相对应的一对平直短面31、一对弧形长面32以及四个连接平直短面31和弧形长面32的转角圆弧面，弧形长面32的顶点到该弧形长面的一对端线所在平面的直线距离H2是矩形扁钢管厚度的3～5‰——参见图4所示；所述的过渡段II包括两个分别与平直短面3 1相衔接的第一过渡斜面21、两个分别与弧形长面32相衔接的第二过渡斜面22以及四个连接第一过渡斜面21和第二过渡斜面22的过渡段转角曲面，第一过渡斜面21和第二过渡斜面22与定径段III的相应面之间的夹角α为3～4°——参见图5所示，定径段III与过渡段II之间设置有平滑过渡面23，平滑过渡面23的半径为定径段III长度的0.8～0.9；如图3所示，定径段III的两个弧形长面32和与之对应相连的第二过渡斜面22的衔接边界线的中点处分别设置有表面为椭球面的长面凹陷M，长面凹陷M的上沿口的长半轴为矩形扁钢管8的横截面轮廓的长边的2/3至3/4，长面凹陷M的上沿口的长、短半轴之比为3：1～1.5，长面凹陷M的深度为矩形扁钢管8壁厚的0.8～1％；所述的入口段I包括：两个分别与相应第一过渡斜面21相衔接的向外凸的第一导入曲面11、两个分别与相应第二过渡斜面22相衔接的向外凸的第二导入曲面12以及四个连接第一导入曲面11和第二导入曲面12的入口转角曲面，两个第一导入曲面11和第二导入曲面12均为二次曲面，并且，两个第一导入曲面11对称布置，两个第二导入曲面12对称布置，第一导入曲面11和第二导入曲面12的轴向曲面半径和周向曲面半径的计算方法相同，以第一导入曲面11为例，如图3所示，第一导入曲面11的轴向曲面半径R1等于该对第一导入曲面11的外沿口顶点之间的距离H4减去与该对第一导入曲面11相对应的定径段III的相对两个面之间的最大距离H3，除以四倍于第一导入曲面11的内、外沿口沿着轴向的两个端点的连线13与轴线之间的夹角β正弦的平方值，即：R1＝(H4-H3)÷(4×Sin²β)；其周向曲面半径等于垂切于上述轴向曲面的两顶点之间距离H1的0.9～1.15倍。本实施例中，所述的定径段III的一对平直短面31和与之相连的第一过渡斜面21的衔接边界线的中点处分别设置有表面为椭球面的短面凹陷L，短面凹陷L上沿口的长半轴为矩形扁钢管8横截面轮廓的短边的2/3至3/4，短面凹陷L上沿口的长、短半轴之比为3∶1～1.5，短面凹陷L的深度矩形扁钢管壁厚的0.8～1％；所述的出口段IV包括：两个分别与一对平直短面31相衔接的第一出口斜面41、两个分别与一对弧形长面32相衔接的第二出口斜面42以及四个连接第一出口斜面41和第二出口斜面42的出口转角曲面，所述的第一出口斜面41和第二出口斜面42与定径段III的相应面之间的夹角为30～45°。

Claims

1.矩形扁钢管的拉伸模，包括：模具本体，其特征在于：所述的模具本体上开设有拉拔模孔，该拉拔模孔包括依次相连的入口段、过渡段、定径段；

所述的过渡段包括：四个与平直短面和弧形长面相衔接的过渡斜面以及四个连接两两相邻过渡斜面的过渡段转角曲面，过渡斜面与定径段的相应面之间的夹角为3～4°，定径段的弧形长面和与之相连的过渡斜面的衔接边界线的中点处设置有表面为椭球面的长面凹陷，长面凹陷上沿口的长半轴为矩形扁钢管横截面轮廓的长边的2/3至3/4，长面凹陷上沿口的长、短半轴之比为3：1～1.5，长面凹陷的深度为矩形扁钢管壁厚的0.8～1%；

所述的入口段包括：四个分别与相应过渡斜面相衔接的向外凸的导入曲面以及连接两两相邻导入曲面的入口转角曲面，四个导入曲面均为二次曲面，相对的导入曲面对称布置，导入曲面的轴向曲面半径等于该对导入曲面外沿口顶点之间的距离减去与该对导入曲面相对应的定径段的相对两个面之间的最大距离，除以四，再除以该导入曲面内、外沿口沿着轴向的两个端点的连线与轴线之间的夹角正弦的平方值；导入曲面的周向曲面半径等于垂切于上述轴向曲面的两顶点之间距离的0.9～1.15倍。

2.如权利要求1所述的矩形扁钢管的拉伸模，其特征在于：所述的模具本体在定径段的外侧还设置有与定径段相通的模孔，形成拉拔模孔的出口段，该出口段包括：四个与平直短面和弧形长面相衔接的出口斜面以及四个连接两两相邻出口斜面的出口转角曲面。

3.如权利要求2所述的矩形扁钢管的拉伸模，其特征在于：所述的出口段、定径段、过渡段和入口段各自占到所述的模具本体的厚度的4～5%、24～26%、8～10%和60～64%。

4.如权利要求2所述的矩形扁钢管的拉伸模，其特征在于：所述的出口斜面与定径段的相应面之间的夹角为30～45°。

5.如权利要求1所述的矩形扁钢管的拉伸模，其特征在于：所述定径段的平直短面和与之相连的过渡斜面的衔接边界线的中点处设置有表面为椭球面的短面凹陷，短面凹陷上沿口的长半轴为矩形扁钢管横截面轮廓的短边的2/3至3/4，短面凹陷上沿口的长、短半轴之比为3：1～1.5，短面凹陷的深度为矩形扁钢管壁厚的0.8～1%。

6.如权利要求1至5中任一项所述的矩形扁钢管的拉伸模，其特征在于：所述的定径段与过渡段之间设置有平滑过渡面。

7.如权利要求6所述的矩形扁钢管的拉伸模，其特征在于：所述的平滑过渡面的半径为定径段长度的0.8～0.9。