一种易脱模的芯棒和金属复合管的成形方法
阅读说明：本技术 一种易脱模的芯棒和金属复合管的成形方法 (Forming method of easy-to-demould core rod and metal composite pipe ) 是由 李子轩 黄庆学 王涛 任忠凯 王志华 于 2020-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及金属复合管成形技术领域,具体涉及一种易脱模的芯棒和金属复合管的成形方法。本发明公开了一种易脱模的芯棒,它包括转轴,转轴上沿转轴的轴向依次分布有横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒,横纹芯棒上设有沿转轴周向延伸的横轧纹,纵纹芯棒上设有沿转轴径向延伸的纵轧纹,横轧纹和纵轧纹均分布在以转轴轴线为中心线的柱面上。本发明还公开了一种应用易脱模的芯棒的金属复合管的成形方法,能够在基管与覆管之间轧出横纵交叉的内波纹结合面,提高金属复合管的抗扭和抗剥离强度,提高金属复合管的结合强度,同时降低金属复合管的脱模难度和脱模时间,提高具有内波纹的金属复合管的成形效率和成形质量。(The invention relates to the technical field of metal composite pipe forming, in particular to a core rod easy to demould and a forming method of a metal composite pipe. The invention discloses a core rod easy to demould, which comprises a rotating shaft, wherein a transverse grain core rod, a longitudinal grain core rod and a flattening core rod are sequentially distributed on the rotating shaft along the axial direction of the rotating shaft, transverse rolled grains extending along the circumferential direction of the rotating shaft are arranged on the transverse grain core rod, longitudinal rolled grains extending along the radial direction of the rotating shaft are arranged on the longitudinal grain core rod, and the transverse rolled grains and the longitudinal rolled grains are both distributed on a cylindrical surface taking the axis of the rotating shaft as a central line. The invention also discloses a forming method of the metal composite pipe by using the easily demoulded core rod, which can roll a horizontal and vertical crossed inner ripple joint surface between the base pipe and the cladding pipe, improve the torsion resistance and the peeling resistance of the metal composite pipe, improve the joint strength of the metal composite pipe, reduce the demoulding difficulty and the demoulding time of the metal composite pipe, and improve the forming efficiency and the forming quality of the metal composite pipe with inner ripples.)
技术领域
本发明涉及金属复合管成形技术领域，具体涉及一种易脱模的芯棒和金属复合管的成形方法。
背景技术
金属复合管是指由内、外两层不同的金属管(基管、覆管)结合而成的金属复合管材，能够充分利用基管和覆管的最佳性能，因其优越的性能应用领域相当广泛。
基管和覆管的结合能力是金属复合管的关键技术，比如中国专利申请公开号CN106734203A，申请公开日为2017.05.31，名称为“一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法”的专利中公开了一种无料头双金属层复合空心轴的连铸—楔横轧成形方法，特点是将覆层钢液加入覆层中间包中，覆层钢液在覆层浇注管与基层浇注管之间凝固成覆层金属管，将基层钢液沿着基层浇注管和隔离棒之间的环形空隙注入到覆层金属管中，在冷却结晶器的冷却下凝固形成双层复合空心棒料，对双层复合空心棒料进行二次冷却，再在双层复合空心棒料的外表面挤压出环形凹槽，并用切割机沿环形凹槽的最底部径向切断双层复合空心棒料，最后将双层复合空心棒料马上放到楔横轧机上轧制，得到无料头双金属层复合空心轴。
现有技术中大部分金属复合管的轧制工艺均需采用热轧技术，第一道次轧制内波纹，第二道次轧平内波纹，而两道次成形过程中涉及到的一个关键问题就是第一道次轧制完成后脱模(金属复合管和芯棒的脱离)时间长，造成的工件因温降太大而必须回炉再加热后才能进行第二道次的轧平，一方面，大大降低了生产效率，另一方面，脱模过程中的空冷时间无法保证，且二道次轧制前需要回炉补温，这就会造成工件微观组织上发生显著变化且难以调控，大大降低了产品的成形质量，此外，基管和覆管的结合强度仍然有待提高。
发明内容
针对现有技术中金属复合管的基管与覆管结合能力有限，脱模时间较长进而影响金属复合管成形效率和成形质量的不足，本发明的目的在于提供一种易脱模的芯棒和金属复合管的成形方法，在基管与覆管之间轧出横纵交叉的内波纹结合面，提高金属复合管的抗扭和抗剥离强度，提高金属复合管的结合强度，同时降低金属复合管的脱模难度和脱模时间，提高具有内波纹的金属复合管的成形效率和成形质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种易脱模的芯棒，包括转轴，转轴上沿转轴的轴向依次分布有横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒，横纹芯棒上设有沿转轴周向延伸的横轧纹，纵纹芯棒上设有沿转轴径向延伸的纵轧纹，横轧纹和纵轧纹均分布在以转轴轴线为中心线的柱面上。
通过采用上述技术方案，横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒分别穿入金属复合管时，横纹芯棒可在金属复合管的内表面成形出横波纹，横波纹可以提高金属复合管的抗剥离强度，纵纹芯棒可在金属复合管的内表面成形出纵波纹，纵波纹可以提高基管与覆管之间的抗扭强度，金属复合管上具有交错分布的横波纹和纵波纹，增加了基管与覆管的接触面积，同时提高了金属复合管的抗剥离强度和抗扭强度，从而大大提高了金属复合管的结合强度。
本发明进一步设置为：所述横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒均以转轴的轴线为回转轴线。通过本设置，转动转轴可以调节横轧纹、纵轧纹在金属复合管中的位置，以使在金属复合管内表面上合适的位置轧制出横波纹、纵波纹。
本发明还进一步设置为：所述横轧纹分布于横纹芯棒上两处形成两个横轧纹段，纵轧纹分布于纵纹芯棒上两处形成两个纵轧纹段，两个横轧纹段或两个纵轧纹段以转轴的轴线为中心轴对称分布。通过本设置，可以一次在金属复合管的内表面上成形出两处横波纹或纵波纹，提高金属复合管内波纹的成形效率。
本发明还进一步设置为：所述横轧纹段或纵轧纹段的圆心角为30°至80°。横轧纹段或纵轧纹段均具有一定的范围，过小则成形面积低，基管和覆管之间结合能力差，过大则会造成横波纹和纵波纹之间互相干涉，在一个合理的范围内，可以使得金属复合管具有合适的结合面积，横波纹和纵波纹之间又不会干涉。
本发明还进一步设置为：两个横扎纹段或两个纵轧纹段之间通过过渡平面连接。通过本设置，横纹芯棒或竖纹芯棒与金属复合管之间均具有间隙，此间隙位于过渡平面和金属复合管的内表面之间，这样便于工具伸入夹持横纹芯棒或竖纹芯棒，实现快速脱模。
本发明还提供了一种金属复合管的成形方法，应用上述的易脱模的芯棒，包括如下步骤：
S1、横纹芯棒穿入金属复合管中，通过第一道次的两个轧辊轧制金属复合管，在金属复合管的内表面与横纹对应的位置上成形出一定范围的横波纹；
S2、将芯棒转动一个角度α脱模并送进一段距离使纵纹芯棒穿入金属复合管中，带有纵纹芯棒的金属复合管送入第二道次的两个轧辊之间进行轧制，在金属复合管的内表面与纵纹对应的位置上成形出一定范围的纵波纹；
S3、直接抽出纵纹芯棒使轧平芯棒穿入金属复合管，通过后续一系列道次的成形将横波纹、纵波纹轧平，将金属复合管轧圆，使金属复合管在横截面上得到纵波纹结合面，在纵截面上得到横波纹结合面。
通过采用上述技术方案，第一道次轧制时，通过横纹芯棒，在金属复合管的内表面成形出横波纹，轧制完成后，转动芯棒一定角度后，横纹与横波纹脱离，此时可以沿轴向抽出横纹芯棒，可以实现快速脱模，第二道次轧制时，通过纵纹芯棒，在金属复合管的内表面成形出纵波纹，轧制完成后，由于纵波纹的延伸方向和纵纹芯棒的抽出方向一致，可以直接从金属复合管中抽出纵纹芯棒，实现快速脱模，在后续的道次中，由于轧平芯棒为光滑的圆芯棒，也可以方便快捷地实现脱模，至此，本技术方案中的横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒均可实现快速脱模，提高具有内波纹的金属复合管的成形效率和微观组织的成形质量。同时金属复合管在横截面上得到纵波纹结合面，在纵截面上得到横波纹结合面，单一的横波纹结合面虽然大大提高了金属复合管的抗剥离强度，但无法提高基管与覆管之间的抗扭强度，单一纵波纹结合面可以提高金属复合管的抗扭强度，但无法提高抗剥离强度，本技术方案中，金属复合管上轧制出交错分布的横波纹结合面和纵波纹结合面，增加了基管与覆管的接触面积，同时提高了金属复合管的抗剥离强度和抗扭强度，从而大大提高了金属复合管的结合强度。
本发明进一步设置为：在步骤S1之前还包括步骤S0：选取基管与覆管，按照基管在内、覆管在外的顺序组合制坯，得到金属复合管。通过本设置，可以选择合适的基管和覆管，较为理想地，覆管的变形抗力要小于基管的变形抗力，使得横波纹或纵波纹成形时变形能够深入到覆管。
本发明还进一步设置为：在步骤S3之后还包括步骤S4：从金属复合管中抽出轧平芯棒，将轧完的金属复合管进行切头围，热处理，矫直，分段。通过本设置，可以对金属复合管进行轧后处理，以得到最终的金属复合管成品。
本发明的优点是：1)在金属复合管上成形出交错分布的横波纹结合面和纵波纹结合面，增加了基管与覆管的接触面积，同时提高了金属复合管的抗剥离强度和抗扭强度，从而大大提高了金属复合管的结合强度；2)第一道次轧制完成后，转动芯棒一定角度后，横纹与横波纹脱离，此时可以沿轴向抽出横纹芯棒，实现快速脱模，第二道次轧制完成后，由于纵波纹的延伸方向和纵纹芯棒的抽出方向一致，可以直接从金属复合管中抽出纵纹芯棒，实现快速脱模，在后续的道次中，由于轧平芯棒为光滑的圆芯棒，也可以方便快捷地实现脱模，至此，横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒均可实现快速脱模，从而提高具有内波纹的金属复合管的成形效率和微观组织的成形质量。
附图说明
图1为本发明中芯棒的结构示意图；
图2为本发明中另一个视角下芯棒的结构示意图；
图3为本发明中第一道次金属复合管的成形示意图；
图4为本发明中第二道次金属复合管的成形示意图；
图5为本发明中金属复合管轧制完成后的横截面示意图；
图6为本发明中金属复合管轧制完成后的纵截面示意图。
附图标记：转轴1、横纹芯棒2、横轧纹21、纵纹芯棒3、纵轧纹31、轧平芯棒4、过渡平面5、基管61、覆管62、横波纹63、纵波纹64、纵波纹结合面65、横波纹结合面66、上轧辊71、下轧辊72、左轧辊81、右轧辊82。
具体实施方式
在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例：如图1至图6所示，
一种易脱模的芯棒，包括转轴1，转轴上沿转轴的轴向依次分布有横纹芯棒2、纵纹芯棒3及轧平芯棒4，横纹芯棒上设有沿转轴周向延伸的横轧纹21，纵纹芯棒上设有沿转轴径向延伸的纵轧纹31，横轧纹和纵轧纹均分布在以转轴轴线为中心线的柱面上。
本实施例实施时，横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒分别穿入金属复合管时，横纹芯棒可在金属复合管的内表面成形出横波纹，横波纹可以提高金属复合管的抗剥离强度，纵纹芯棒可在金属复合管的内表面成形出纵波纹，纵波纹可以提高基管与覆管之间的抗扭强度，金属复合管上具有交错分布的横波纹和纵波纹，增加了基管与覆管的接触面积，同时提高了金属复合管的抗剥离强度和抗扭强度，从而大大提高了金属复合管的结合强度。
在芯棒的具体设计上，横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒均以转轴的轴线为回转轴线，转动转轴可以调节横轧纹、纵轧纹在金属复合管中的位置，以使在金属复合管内表面上合适的位置轧制出横波纹、纵波纹。横轧纹分布于横纹芯棒上两处形成两个横轧纹段，纵轧纹分布于纵纹芯棒上两处形成两个纵轧纹段，两个横轧纹段或两个纵轧纹段以转轴的轴线为中心轴对称分布，可以一次在金属复合管的内表面上成形出两处横波纹或纵波纹，提高金属复合管内波纹的成形效率。横轧纹段或纵轧纹段的圆心角β为30°至80°，横轧纹段或纵轧纹段均具有一定的范围，过小则成形面积低，基管和覆管之间结合能力差，过大则会造成横波纹和纵波纹之间互相干涉，在一个合理的范围内，可以使得金属复合管具有合适的结合面积，横波纹和纵波纹之间又不会干涉。两个横扎纹段或两个纵轧纹段之间通过过渡平面5连接，横纹芯棒或竖纹芯棒与金属复合管之间均具有间隙，此间隙位于过渡平面和金属复合管的内表面之间，这样便于工具伸入夹持横纹芯棒或竖纹芯棒，实现快速脱模。
本实施例还提供了一种金属复合管的成形方法，应用上述的易脱模的芯棒，包括如下步骤：
一、选取基管61与覆管62，按照基管在内、覆管在外的顺序组合制坯，得到金属复合管。可以选择合适的基管和覆管，较为理想地，覆管的变形抗力要小于基管的变形抗力，使得横波纹或纵波纹成形时变形能够深入到覆管。
二、横纹芯棒穿入金属复合管中，通过第一道次的两个轧辊轧制金属复合管，在金属复合管的内表面与横纹对应的位置上成形出一定范围的横波纹63；
三、将芯棒转动α脱模并送进一段距离使纵纹芯棒穿入金属复合管中，带有纵纹芯棒的金属复合管送入第二道次的两个轧辊之间进行轧制，在金属复合管的内表面与纵纹对应的位置上成形出一定范围的纵波纹64；
四、直接抽出纵纹芯棒使轧平芯棒穿入金属复合管，通过后续一系列道次的成形将横波纹、纵波纹轧平，将金属复合管轧圆，使金属复合管在横截面上得到纵波纹结合面65，在纵截面上得到横波纹结合面66。
五、从金属复合管中抽出轧平芯棒，将轧完的金属复合管进行切头围，热处理，矫直，分段，可以对金属复合管进行轧后处理，以得到最终的金属复合管成品。
本实施例实施时，上述各道次中提到的各种轧辊均具有圆孔型，以满足管材的成形需要(减径减壁轧圆等)，横纹芯棒与纵纹芯棒之间没有偏转角，第一道次中的两个轧辊上下布置，在上轧辊71、下轧辊72以及横纹芯棒的共同作用下，在金属复合管内表面的上下两侧成形出横波纹，为了使金属能够流动，上轧辊与下轧辊不是完全对接闭合的圆孔，上轧辊与下轧辊之间具有缝隙，金属复合管上的金属会向左右两侧流动，使得金属复合管在左右两侧的内径大于上下两侧的内径(如图3所示，类似于椭圆)，第一道次轧制完成后，转动芯棒90°，横纹与横波纹脱离，同时横纹芯棒转动到金属复合管最大的内径处，此时可以方便地沿轴向抽出横纹芯棒，实现快速脱模；第二道次的两个轧辊左右布置，通过左轧辊81、右轧辊82和纵纹芯棒的共同作用，在金属复合管内表面的左右两侧成形出纵波纹，经过这两个道次，第一道次的轧辊与第二道次的轧辊正交布置，对金属复合管进行全方位的轧制，且第二道次轧制完成后，由于纵波纹的延伸方向和纵纹芯棒的抽出方向一致，可以直接从金属复合管中抽出纵纹芯棒，实现快速脱模，横纹芯棒与纵纹芯棒均不是完整的圆柱形，可以减少与金属复合管的干涉以及方便工具伸入夹持；在后续的道次中，由于轧平芯棒为光滑的圆芯棒，也可以方便快捷地实现脱模，至此，本实施例中的横纹芯棒、纵纹芯棒及轧平芯棒均可实现快速脱模，而且芯棒转动配合金属复合管的进给可以实现金属复合管的连续轧制，提高具有内波纹的金属复合管的成形效率和微观组织的成形质量。同时金属复合管在横截面上得到纵波纹结合面，在纵截面上得到横波纹结合面，单一的横波纹结合面虽然大大提高了金属复合管的抗剥离强度，但无法提高基管与覆管之间的抗扭强度，单一纵波纹结合面可以提高金属复合管的抗扭强度，但无法提高抗剥离强度，本实施例中，金属复合管上轧制出交错分布的横波纹结合面和纵波纹结合面，增加了基管与覆管的接触面积，同时提高了金属复合管的抗剥离强度和抗扭强度，从而大大提高了金属复合管的结合强度。
上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。
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