CN1329141C - 用于带有盲孔或通孔的金属元件的冷挤压的方法和实施该方法的装置 - Google Patents
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Abstract
一种冷挤压方法，用于在加工中心获得金属元件，例如衬套、螺母或其它带有盲孔或通孔的元件、螺钉、标准和特殊形状的挤压或轧制产品等，该加工中心包括彼此相连接的并带有自动移动***的多台液压机。元件的最终的钻孔或剪切有利地通过专用的高速工作的钻孔或剪切单元来实现，该钻孔或剪切单元可由垂直机械压力机构成。使用包括多台液压机和高速钻孔或剪切单元的所述装置能够获得高水平的生产率。
Description
技术领域
本发明涉及在液压机上冷挤压金属元件的方法。
更具体地说，本发明涉及用于生产像例如衬套、螺母或其它带有盲孔或通孔的元件、螺钉、标准和特殊形状的挤压或轧制产品等这样的金属元件的冷挤压方法。
所述冷挤压方法可通过一种装置来实现，并且最后得到的产品通常包括衬套、螺母或其它带有盲孔或通孔的元件、螺钉、标准和特殊形状的挤压或轧制产品等，这些产品的外径大于30mm并由和钢的类型及抗性等级无关的钢制成，或由其它金属材料(铝、紫铜、黄铜)制成，其中所述装置包括彼此相连并具有自动移动***的多台液压机。
本发明可应用于机械工业部门中以进行中高批量的生产。
背景技术
已知像例如衬套这样的管式金属元件的生产基本按照以下四个可能工序进行：
-采用水平机械压力机进行冷轧；
-采用垂直机械压力机进行冷轧或热轧，随后进行车床加工；
-车削(turning)先前轧制的管；
-从完整(full)的坯料开始除去削片(shavings)。
利用多站水平压力机进行的冷轧包括(foresees)吸收相当大的压制力，以获得加工所需的约1200吨的推力。这些水平压力机用很高的投资费才能获得高水平的可达每分钟40工件的生产率。
基本由挤压操作组成的加工过程中的高速度导致工件温度的增加，该温度可超过700度。这种温度超过了所有类型钢的回火温度，所述钢用来制成挤压工具和冲头，这些设备的明显问题是寿命短。经验表明这个问题尤其在轧制直径大于30mm的工件过程中很明显。
另一缺点就是，工件纵向尺寸的公差极高，至少对于要求某一精度的部件例如用于连接棒材的衬套要求约0.3mm的公差。
就单台垂直压力机而言，管式元件的生产方法包括进行顺次而非连续的轧制，来获得工件的各种变形阶段。
在其中一阶段与下一阶段之间，由于对粗型材料的纤维进行相当多地加工硬化，必须实施基本由退火构成的一些热处理循环。
再一个缺点就是，这一系列的处理对各个阶段的工件和要求具有相当大的影响，工件的润滑(涂布磷酸盐)延长了获得成品工件所需的总时间。
另一个缺陷就是，同样在上述情况下，极难维持所述公差，并且工件的寿命由于高加工速度还不能完全令人满意。
这种通过单台垂直压力机进行的加工还需要另外增加成本的最终车削。
就热轧而言，同样由于最后阶段是在机床上进行，维持所需的公差和工具磨损表明问题比在先前的无竞争力的加工工艺中所出现的甚至更严重。
至于轧制管的车削，这是用于外径小于或等于50mm衬套的最通常方法。将通过3至5米杆式钢制品所轧制的管，切割成预定尺寸并输送至加工中心，在该加工中心通过除去削片形成外径和两入口。
另一个缺陷就是，形成所述管的原材料的花费比“全”钢多60-70％，所述“全”钢可用于上述的其它工艺。
至于从坯料开始的车削，这种工艺用于外径大于50mm的衬套，这些尺寸的轧制管在市场上是不可用的。
这种方法需要使用自动车床，该车床以优良的频率(大约每30秒为1件)生产工件。
还有一个缺点就是，原料的浪费率很高：约为原始坯料的50-55％。
另一种获得管式元件的方法由从平面工件开始的拉拔构成，然后该平面工件变形并最后在机床上精加工。
也在所述材料的纤维经历相当多的加工硬化的情况下，成品的机械特征会改变和削弱。
此外相当高生产率排除了成品成本的大量增加。
美国专利US6098436A(Girardello)描述了一种加工金属以获得不同尺寸和不同用途的管的方法，该管由含碳量为0.10％-0.50％的钢制成并具有精确公差。
上述方法包括采用圆钢式的热轧钢作为原材料，然后切割所述材料以获得至少一个块体，对该块体进行钻孔并进行化学处理。然后轧制所述块体，如果需要，进行最后的车削和热处理以利用限量的钢获得成品例如，高压过滤器用的液压式或油气式滚筒或容器、或用于高压的管、或轴承。
美国文献US-A-3759080公开了一种用于由圆柱形材料生产端子的冷锻压方法，该端子适于***到由合成树脂或类似物制成的微开关或其它开关装置的外壳或绝缘板中，该方法通过多压机实施。
美国文献US 2002/0005078 A1公开了一种用于形成螺旋小齿轮的方法，该方法也使用复合冷锻压的方法，其中，该小齿轮用于齿条和小齿轮转向装置。
发明内容
本发明的目的是提供第一种方法，用于获得像例如衬套、螺母或其它带有盲孔或通孔等这样的金属元件，该方法可以消除或显著地降低上述缺陷。
本发明的另一目的是提供第二种方法，用于获得像例如螺钉、标准或特殊形状的挤压或轧制产品等这样的直径大于30mm的金属元件，该方法可以容易地制造以使其经济有利。
根据第一方面，用于获得像衬套、螺母或其它带有盲孔或通孔的产品等这样的管式金属元件的方法，根据本发明，包括：
-设置和预备全金属材料的卷式或杆式坯料；
-在卷式的情况下矫直金属材料并将其切割成预定长度的工件；
-通过将这些工件连续穿过多台液压机而顺次轧制，从而获得具有一个或两个盲孔的坯料，该盲孔彼此纵向相对并由中间横断面隔开；
-在某些情况下，对于带有通孔的产品，可在机械压力机的作用下对中间横断面进行钻孔而获得。
根据第二方面，用于获得像螺钉、标准或特殊形状的挤压或轧制产品等这样的直径大于30mm的金属元件的方法，根据本发明，包括：
-设置和预备全金属材料的卷式或杆式坯料；
-在卷式的情况下矫直金属材料并将其切割成预定长度的工件；
-通过将这些工件连续穿过多台液压机而顺次轧制，从而获得多块坯料；
-如果需要，例如对于六边形头螺钉，可通过机械压力机的作用来获得剪切。
根据本发明，两种方法包括在多台液压机上接连冷轧部分钢或其它材料以获得各种形状和尺寸的直径大于30毫米的工件。
有利地，根据所使用的材料，坯料的安装和预备不同。
有利地，所使用的装置包括经由输送单元相连的多台液压机，该输送单元设计成能移动正加工的工件。作为需求，所述输送单元包括由液压、机械或气动能源提供动力的多个机械操作手。
有利地，钻孔或剪切通过专用的高速工作的钻孔或剪切单元的介入而实施，该钻孔或剪切单元可由垂直机械压力机构成。
使用由多台液压机和高速钻孔或剪切单元一起构成的装置可获得高水平的生产率。
附图的描述
在阅读下面以非限定实例所给定的对本发明实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将会显而易见，其中：
图1为一侧视图，其示出了根据本发明如果采用卷式材料所应用的矫直单元，和实施部分方法的切割单元的实例；
图2示出了根据本发明的液压机的部分剖面的正视图，根据该液压机与其它等同或类似液压和/或机械压力机一道形成加工中心以实施所述方法；
图3表示在轧制阶段的过程中衬套渐变结构的正视图；
图4表示根据本发明一种包括多台压力机的装置的部分剖面的示意性正视图；
图5是根据本发明一种包括多台压力机的装置的示意性平面图。
优选实施例的描述
根据本发明，用于获得金属元件的方法包括安装和预备像例如圆形、正方形、矩形等各种形状的全金属材料的卷式或杆式坯料，在卷式的情况下将金属材料矫直和切割成预定长度的工件。
然后，用于获得像例如衬套、螺母或其它带有盲孔或通孔的元件等这样的钻孔元件的方法，包括通过将这些工件连续穿过多台液压机而顺次进行轧制，以获得多块坯料，所述每块坯料可具有一个或两个彼此纵向相对的由中心横断面隔开的盲孔；有时，对于带有通孔的产品，可在机械压力机的作用下对中心横断面进行钻孔而获得。
根据本发明，根据材料的初始化学组分，最初以不同的方式预备卷式或杆式材料。
特别地，取决于用户特定要求的生料，预备周期根据所述材料是否为不锈钢(或在任何情况下包含高比例铬和镍的钢)或低合金钢可不同，所述低合金钢典型地是经表面硬化或经硬化且回火的或者属于其它特定周期(cycles)的。
在第一种情况下，通过固溶退火对所述材料进行有利地加工并在硫酸、氢氟酸、高锰酸钾和过氧化氢的平衡溶液中进行酸洗。
然后，将所述材料浸没在盐渍槽中重复清洗以易于轧制。
如果采用的是低合金钢，就将所述材料在硫酸中酸洗10到15分钟，然后将其浸没在磷化处理槽中清洗，在该磷化处理槽中，通过化学反应，工件的表面上形成磷酸锌层。
在完成这个阶段的过程中，将所述材料再次浸没在硬脂酸钠槽中进行清洗，在该硬脂酸钠槽中，再次通过化学反应，硬脂酸锌薄层形成于先前的磷酸锌层上。
根据用户特定要求的生料，可实施其它特定周期，并适于按照本发明的新工艺。
如果采用卷式材料，将先前所清洗的金属材料放置在用于展开绞束(skein)的金属丝矫直单元上将其矫直。将该卷式材料的自由端穿过第一组轧辊，然后穿过用来矫直金属丝并将该金属丝传输至裁切单元的对向轧辊***。
然后，通过多个可能的方法例如，经由一个或多个可动刀片而进行的机械或液压工艺、或经由传统的圆锯方式，将所述材料裁切成预定长度的工件，其中所述圆锯与先前在卷式的情况中所描述的金属丝矫直单元同步作用。
参照图4和5，待加工的工件材料组成待输送至轧制单元的坯料，该轧制单元由加工中心30构成，该加工中心30包括，例如多台液压机31，32，33，34，35。
各台压力机可具有动力以保证坯料冷挤压所需的推力，并且用于使冲头前进和向上移动的***将具有极高的速度以增加加工中心的生产率。
为了将工件从一台压力机移至另一台上，所述方法包括使用输送单元，该输送单元由包括钢夹50的多个机械操作手41，42，43，44，45构成，该些钢夹50根据需要连接在一起并由液压设备、机械或压缩空气设备提供动力。
各个夹子50可将每块坯料从一台压力机上输送到另一台上，并且如果轧制周期需要，在输送过程以各种角度旋转坯料。
由多台压力机30组成的所述装置的各个工作站在其下半部可装备有抽出单元。根据需要，这些抽出单元可由液压线性致动器或其它的机械或气压***构成。
根据需要，各台压力机和输送单元的机能和同步由(PLC)或微处理器有利地进行控制。
还可以在所述装置上装配机械钻孔或剪切单元60，该钻孔或剪切单元60例如由垂直机械压力机构成，该垂直压力机根据需要从底部向上运作或反之亦然。
在钻孔产品的情况下，这种压力机的冲头设计成能从坯料除去横断面或进行***(plug)，该坯料是先前在加工中心通过各种液压机所实施的轧制和挤压而留下的。
在剪切产品的情况下，这种压力机的剪切模具设计成能从坯料除去过剩材料，该坯料是先前在加工中心通过所实施的轧制和挤压而留下的。
有利地，钻孔或剪切单元60可装备有轮从而使其可移动并可无差别地应用于每台压力机上，液压抽出滚筒可容易地从每台压力机上拆卸。
参照附图1，该图指的是卷式原材料，应该注意的是，由全杆(fullrod)构成的坯料10一旦从绞束(该图中未示出)上展开，就穿过用于矫直材料的多串对向轧辊11。
然后，将全杆10在该实例中的杆拉向例如由圆锯12构成的切割单元，从而得到可随后由加工中心处理的切片，该加工中心由多台液压机构成。
从图2中可以看出，加工中心的其中一个工作站31由块体14构成，该块体14容纳进行轧制操作的液压活塞15。位于液压活塞15内的是面对底模17的抽出活塞16。
底模17的下半部装备有用来移动坯料的抽出单元18。
参照图3，待加工的坯料10逐渐变形(图中表示的是从左到右)以形成纵向相对的盲孔19，由横断面或栓塞20将所述盲孔19隔开，其后通过钻孔单元(图中未示出)可将横断面或栓塞20除去。
上文已经描述了本发明特定形式的实施例，该实施例包括轧制管式金属元件，例如衬套、螺母或其它带有盲孔或通孔的元件等。
然而技术人员应该清楚的是，根据加工需求，上文所述的装置可容易地适于获得全部工件例如螺钉、或特定挤压或轧制产品，以及获得根据加工要求的任何标准形状的挤压或轧制产品，无论是钻孔的还是剪切的，这些加工要求遵循紧固件或稳固***的各种国际标准所规定的加工规程，例如DIN、ISO、ASTM、ANSI/ASME、JIS和SAE标准等。并且，所述装置总体上适于任何根据用户提供的图纸能够冷轧和挤压的直径大于30mm的机械元件。
Claims (18)
1.用于冷加工直径大于30mm的管状金属元件或其它带有盲孔或通孔的元件、螺母或类似物的方法，包括以下加工阶段：
-设置和预备全金属材料的卷式或杆式坯料(10)；
-在卷式情况下矫直金属材料(10)并将其切割成预定长度的工件；
-通过将这些工件顺续地通过工作中心的多个工作站(31)而顺次轧制，以获得具有一个盲孔的坯料元件或具有两个纵向相对的盲孔(19)的坯料元件，该两个纵向相对的盲孔(19)被中间横断面(20)隔开，所述工作中心由多台液压机构成；
-在具有两个纵向相对的盲孔的坯料元件的情况下，通过去除该中间横断面(20)对坯料元件进行直通钻孔。
2.用于冷加工直径大于30mm的金属元件例如标准和特殊形状的挤压或轧制螺钉等的方法，包括以下加工阶段：
-设置和预备全金属材料的卷式或杆式坯料(10)；
-在卷式情况下矫直金属材料(10)并将其切割成预定长度的工件；
-通过将这些工件顺序地通过多液压机装置的多个工作站(31)而顺次轧制，以获得具有或没有金属屑或废料的成品元件(20)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据所使用的金属材料，所有坯料(10)的设置和预备不同。
4.根据权利要求3所述的方法，加工由不锈钢构成的材料，其特征在于：不锈钢起初通过固溶退火进行处理并在硫酸、氢氟酸、高锰酸钾和过氧化氢的平衡溶液中酸洗，随后通过浸没在盐渍槽中来重复清洗以易于轧制。
5.根据权利要求3所述的方法，加工由低合金钢构成的材料，其特征在于：将这种材料在硫酸中酸洗并随后在磷化处理槽中清洗，在该磷化处理槽中，通过化学反应使工件的表面上形成磷酸锌层，然后将所述材料再次浸没在硬脂酸钠槽中，在该硬脂酸钠槽中再次通过化学反应在先前的磷酸锌层上形成硬脂酸锌薄层。
6.根据权利要求2所述的方法，特征在于：产品经历剪切以形成例如六边形头的螺钉，该剪切可通过机械压力机来实现。
7.根据权利要求2、4至6中任一项所述的方法，加工卷式原材料，其中通过将先前清洗过的金属材料加载至用于展开绞束的金属丝矫直单元上来矫直所述材料。
8.根据权利要求2、4至6中任一项所述的方法，加工杆式原材料，其中将这些杆成束地加载于杆分割装置上，并且根据由液压机构成的加工中心的需要将杆以同步方式放置在切割站上。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述卷的自由端穿过第一组轧辊，然后穿过对向轧辊***，该***设计成能矫直金属丝并将其输送至切割单元。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，有利地通过各种可能方法例如机械或液压方法，并经由一片或多片刀片或经由圆锯将所述材料切割成预定长度的工件。
11.根据权利要求1、2、4至6中任一项所述的方法，其特征在于：所述装置或加工中心(30)由多台各种尺寸和功率级的液压机(31-34)构成，它们被用来移动正在加工的工件(10)的输送单元连接。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：输送单元由多个夹紧单元(40-44)构成，该夹紧单元由适当的能源提供动力。
13.根据权利要求1、2、4至6中任一项所述的方法，其特征在于：所述钻孔或剪切是通过由垂直压力机构成的特定单元来实现的。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述垂直压力机由机械压力机构成。
15.根据权利要求1、2、4至6中任一项所述的方法，其特征在于：各台压力机和输送单元的功能和同步由PLC或微处理器控制。
16.用于实施前述任一项权利要求所述的方法的装置，其特征在于：该装置包括多台彼此相邻的液压机，用来在待加工工件上实现连续的一系列轧制操作，所述工件由适当的自动操作手从一台压力机输送至另一台上。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：该装置还包括钻孔或剪切站。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于：所述钻孔或剪切站由垂直机械压力机构成。
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