專利名稱：管材加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管材加工方法，特別涉及一種可提高加工后的金屬管材 的強(qiáng)度并減輕管材重量的加工方法。
背景技術(shù)：
管材已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)產(chǎn)品中。如何能加工或制造出兼具高強(qiáng)度 和低重量的管材， 一直是相關(guān)業(yè)界人士長(zhǎng)久研發(fā)與努力的目標(biāo)。因此，管材 的加工方法與材質(zhì)改良(如使用非金屬材質(zhì)或于合金材質(zhì))也不斷地被提出。
劇烈塑性變形法(Severe Plastic Deformation, SPD)是一種提升金屬材 料強(qiáng)度的加工方法。劇烈塑性變形法通過對(duì)材料產(chǎn)生大量的塑性變形，以改 變材料的晶粒大小(Grain Size)使材料的晶粒內(nèi)產(chǎn)生大量的位錯(cuò) (Dislocation)，通過產(chǎn)生的位錯(cuò)來(lái)提高材料的強(qiáng)度。然而，劇烈塑性形變 法，如等通道角形變法(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)僅可適用 于圓柱(Cylinder)或棒材(Bar)的加工，而無(wú)法適用于管材(Tube)的加 工。
請(qǐng)參照?qǐng)Dla與圖lb所示，基于利用大量的塑性變形以產(chǎn)生大量的位錯(cuò) 來(lái)提高材料的強(qiáng)度的原理，現(xiàn)有管材加工方法是以抽管(Drawing)方式進(jìn) 行。管材IOO先經(jīng)退火處理后，在管材100的第一端IIO形成抵靠部120 (如 圖la所示)。接著，利用沖頭200 (Plug)由管材100的第二端130穿入管 材100中直到?jīng)_頭200抵靠于抵靠部120 (如圖lb所示)。
利用沖頭200經(jīng)由抵靠部120推動(dòng)管材100進(jìn)入眼模210的眼模孔220。 當(dāng)管材100通過眼?？?10時(shí)，受眼?？?20的限制使管材100厚度縮小而 產(chǎn)生大量的塑性變形。待管材100全部通過眼?？?20后，由管材100的第 二端130拉出管材100。
再利用沖頭200經(jīng)由抵靠部120推動(dòng)管材100進(jìn)入另一眼模的眼模？L(內(nèi) 徑縮小)后抽出。如此反復(fù)直到管材100達(dá)到預(yù)定的厚度為止。
請(qǐng)參照?qǐng)D2a至圖2c所示，現(xiàn)有管材加工方法是將利用沖頭200經(jīng)由抵 靠部120反復(fù)推動(dòng)管材100的第一端110進(jìn)入眼?？?，即管材100是單方向 進(jìn)行加工。這種做法僅可在管材100的晶粒140間的相同方向的滑移面141 (Slipplanes)附近產(chǎn)生位錯(cuò)142，產(chǎn)生的位錯(cuò)142的數(shù)量與效果有限，因此 影響了管材強(qiáng)度的提高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種管材加工方法，用以增加管材的整體 強(qiáng)度，同時(shí)減少管材的厚度以減低管材的整體重量。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種管材加工方法，其包含對(duì)管材進(jìn)行順向抽管， 順向抽管為沿管材的第一端到第二端的方向抽拉管材。接著，將管材反轉(zhuǎn)以 進(jìn)行反向抽管，反向抽管為沿管材的第二端到第一端的方向抽拉該管材。如 此，重復(fù)進(jìn)行順向抽管和反向抽管，直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種管材加工方法，其包含將管材由管材的第一端 通過第一眼?？缀蟪槌龉懿模渲械谝谎勰？椎闹睆叫∮诠懿牡耐鈴?。接著， 將管材反轉(zhuǎn)由管材的第二端通過第二眼?？缀蟪槌龉懿模渲械诙勰？椎?直徑小于管材的外徑。重復(fù)前述步驟，直到管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種管材加工方法，其包含在管材的第一端形成第 一抵靠部后，使用第一沖頭由管材的第二端穿入管材直到第一沖頭抵靠于第 一抵靠部，并推動(dòng)管材通過眼?？缀蟪槌龉懿模渲械谝粵_頭的外徑大于管 材的內(nèi)徑。
接著，去除第一抵靠部后，在管材的第二端形成第二抵靠部。再使用第 二沖頭由管材的第一端穿入管材直到第二沖頭抵靠于第二抵靠部，并推動(dòng)管 材通過眼?？缀蟪槌龉懿?，其中第二沖頭的外徑大于管材的內(nèi)徑。
接著，去除該第二抵靠部，并重復(fù)前述步驟，直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度 為止。
由上述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可知，應(yīng)用本發(fā)明所能實(shí)現(xiàn)的有益效果在
于
通過反復(fù)從管材的第一端與第二端推動(dòng)管材進(jìn)入管材眼?？祝瑢?duì)管材進(jìn)
行雙向加工?？稍诠懿牡木Я?nèi)的不同方向的滑移面(Slip planes)，如第
一滑移面和第二滑移面附近產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，產(chǎn)生的位錯(cuò)可以增加管材的強(qiáng) 度，同時(shí)降低管材整體的重量。也就是說，在符合相同強(qiáng)度的要求下，可使 管材的厚度減低，以同時(shí)降低管材的整體重量。


為更清楚地了解本發(fā)明的上述及其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例，對(duì)附 圖詳細(xì)說明如下
圖la示出了應(yīng)用現(xiàn)有管材加工方法的管材示意圖。
圖lb示出了現(xiàn)有管材加工方法的示意圖。
圖2a到圖2c示出了根據(jù)現(xiàn)有管材加工方法，管材內(nèi)產(chǎn)生的位錯(cuò)的示意圖。
圖3a到圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的管材加工方法，順向抽管的流
程示意圖。
圖4a到圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的管材加工方法，反向抽管的流 程示意圖。
圖5a到圖5c示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的管材加工方法，順向抽管 的流程示意圖。
圖6a到圖6c示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的管材加工方法，管材內(nèi)產(chǎn) 生的位錯(cuò)的示意圖。
圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的管材加工方法，管材截面的示意圖。
圖7b示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的管材加工方法，管材截面的示意
圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下
100:管材 320:第二端
110:第一端 321:第二抵靠部
120:抵靠部 330:晶粒
130:第二端 331:第一滑移面
140:晶粒 332:第二滑移面
141:滑移面 333:位錯(cuò)
142:位錯(cuò)400:眼模
200:沖頭410:眼?？?br> 210:眼模500:眼模
220:眼模孔510:眼?？?br> 300:管材600:眼模
310:A^y 一山 第一頓610:眼模孔
311:第一抵靠部700:沖頭
313:第三抵靠部
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種管材加工方法，將管材由管材的第一端通 過眼模的眼?？缀蟪槌觯賹⒐懿姆崔D(zhuǎn)由管材的第二端通過眼模的眼?？缀?抽出。再將管材反轉(zhuǎn)由管材的第一端通過眼模的眼?？缀蟪槌?。如此重復(fù)前 述步驟，直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。管材可為圓管、方管或多角管等金 屬管。
請(qǐng)參照?qǐng)D3a至圖3c所示，在一個(gè)實(shí)施例中，維持管材300的內(nèi)徑而改 變管材300的外徑，實(shí)現(xiàn)縮小管材300的厚度以減少整體重量并增加強(qiáng)度。
管材300經(jīng)退火處理后，在管材300的第一端310形成第一抵靠部311。 第一抵靠部311是將管材300的第一端310加工縮限管徑而形成。而后對(duì)管 材300進(jìn)行表面皂化處理。
再使用沖頭700由管材300的第二端320穿入管材300，直到?jīng)_頭700 抵靠于第一抵靠部311時(shí)，沖頭700可通過油壓帶動(dòng)，并推動(dòng)管材300由管 材的第一端310通過眼模400 (第一眼模)的眼?？?10后抽出管材300。 將第一抵靠部311去除(如圖3c所示)。
請(qǐng)參照?qǐng)D4a至圖4c所示，在管材300的第二端320形成第二抵靠部321 。 相似的，第二抵靠部321是將管材300的第二端320加工縮限管徑而形成(如 圖4a所示)。
再使用沖頭700由管材300的第一端310穿入管材300，直至沖頭700 抵靠于該第二抵靠部321。相似的，沖頭700可通過油壓帶動(dòng)，并推動(dòng)管材 300由管材的第二端320通過眼模500 (第二眼模)的眼模孔510后抽出管
材300。將第二抵靠部321去除(如圖4c所示)。
請(qǐng)參照?qǐng)D5a至圖5c所示，重復(fù)前述步驟，在管材300的第一端310形 成第三抵靠部313 (如圖5a所示)。再使用沖頭700由管材300的第二端 320穿入管材300，直到?jīng)_頭700抵靠于第三抵靠部313時(shí)，沖頭700可藉 通過油壓帶動(dòng)，并推動(dòng)管材300由管材的第一端310通過眼模600 (第三眼 模)的眼模孔610后抽出管材300。直到管材300達(dá)到預(yù)定厚度為止。
請(qǐng)參照?qǐng)D6a至圖6c所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的管材加工方法，反復(fù)將 管材由管材300的第一端310與第二端320推動(dòng)進(jìn)入管材眼?？祝瑢?duì)管材300 進(jìn)行雙向加工。這種做法可在管材300的晶粒330內(nèi)的不同方向的滑移面 (Slip planes)，如第一滑移面331和第二滑移面332附近產(chǎn)生大量的位錯(cuò) 333，產(chǎn)生的位錯(cuò)333以增加管材300的強(qiáng)度，同時(shí)降低管材300的整體重
請(qǐng)參照?qǐng)D7a至圖7b所示，管材300除可為前述公開的圓管外，也可為
非圓管、多角管如四角管(方管)或六角管等金屬管。 實(shí)施例1
以加工7050A1-Zn-Mg鋁管為例進(jìn)行說明。抽管加工前，管材的原始外 徑為31毫米(mm)，內(nèi)徑為25毫米，管壁厚度為3毫米，原始管長(zhǎng)為250 毫米。加工制作后，管材外徑變?yōu)?8毫米(變小)，而其內(nèi)徑仍為25毫米， 管壁厚度為1.5毫米
首先，管材經(jīng)退火處理(可使用現(xiàn)有工藝，例如將管材加熱至43(TC的 溫度一小時(shí)，爐冷)，使管材軟化。管材的第一端的25毫米長(zhǎng)度部分經(jīng)加 工縮管形成第一抵靠部。而后進(jìn)行管材表面皂化處理(可使用現(xiàn)有工藝也 就是說在管材經(jīng)表面清洗后，將管材置于硫化油脂、氯化石臘等槽中，使管 材表面附著一層含皂的固態(tài)潤(rùn)滑層)。
抽管加工所使用的設(shè)備包含抽管機(jī)一臺(tái)(75馬力)、眼模兩副(第一 副眼模的眼?？字睆綖?9毫米、第二副眼模的眼?？字睆綖?8毫米)、抽 管沖頭直徑固定為25毫米，其長(zhǎng)度為1公尺。
沖頭通過油壓帶動(dòng)，可以5公尺/分鐘的前進(jìn)速率推動(dòng)管材。第一次抽管 方向?yàn)橛晒懿牡牡诙酥凉懿牡牡谝欢?，也就是說沖頭進(jìn)入管材的第二端并 前進(jìn)至第一端。當(dāng)沖頭與管材一起通過眼?？?直徑為29毫米)時(shí)，由于
沖頭直徑等于原管材內(nèi)徑，而眼?？讖叫∮诠懿耐鈴?外徑為31毫米)， 故對(duì)管材進(jìn)行抽拉而使其通過眼模。待第二端也通過眼模后，則完成第一次 抽拉。第一次抽拉在不改變管材內(nèi)徑的情況下，將管材外徑由原先的31毫
米縮減至29毫米，也就是說管材被拉長(zhǎng)且厚度變薄。再進(jìn)行第二次抽管。
在第二次抽管前，先將第一抵靠部切除，并在第二端形成第二抵靠部。 第二次抽管方向?yàn)橛晒懿牡牡谝欢酥凉懿牡牡诙朔较?與第一次抽管方向
相反)。此時(shí)，采用第二副眼模，其眼?？讖綖?8毫米。此時(shí)沖頭直徑仍 為25毫米，長(zhǎng)1公尺。
沖頭通過油壓帶動(dòng)，可以5公尺/分鐘的前進(jìn)速率推動(dòng)管材。沖頭由管材 的第一端進(jìn)入并前進(jìn)至第二端。當(dāng)沖頭與管材一起通過眼?？讜r(shí)，此時(shí)由于 眼?？讖?為28毫米)小于原管材外徑(為29毫米)，故對(duì)管材進(jìn)行抽拉 而使其通過眼模，待第一端也通過眼模后，則完成第二次抽拉。第二次抽拉 將管材外徑進(jìn)一步減小至28毫米，管材內(nèi)徑仍為原先的25毫米，也就是說 管材被拉長(zhǎng)且厚度變薄至1.5毫米。
以加工7050A1-Zn-Mg鋁管為例進(jìn)行說明。抽管加工前，鋁管的原始外 徑31毫米(mm)，內(nèi)徑25毫米，管壁厚度3毫米，原始管長(zhǎng)250毫米。 通過抽管制作加工后，鋁管外徑仍為31毫米，而內(nèi)徑變?yōu)?8毫米，管厚度 為1.5毫米
首先，管材經(jīng)退火處理(可使用現(xiàn)有工藝，例如將管材加熱至43(TC的 溫度一小時(shí)，爐冷)，使材料軟化。管材的第一端的前25毫米部分經(jīng)打頭 縮管形成第一抵靠部。
而后對(duì)管材進(jìn)行表面與內(nèi)面的皂化處理(可使用現(xiàn)有工藝也就是說管 材經(jīng)表面清洗后，將管材置于硫化油脂、氯化石臘等槽中，使管材表面與內(nèi) 面附著一層含皂的固態(tài)潤(rùn)滑層)。
抽管加工所使用的設(shè)備包含抽管機(jī)一臺(tái)(75馬力)、眼模一副(眼模 孔直徑31毫米，與鋁管外徑相同)以及三支抽管沖頭，其中沖頭直徑分別 為26毫米、27毫米以及28毫米，長(zhǎng)皆為1公尺。
第一沖頭(直徑為26毫米)通過油壓帶動(dòng)，可以5公尺/分鐘的前進(jìn)速 率進(jìn)入管材并推動(dòng)管材。第一次抽管方向?yàn)橛晒懿牡牡诙酥凉懿牡牡谝欢?br> 方向，也就是說第一沖頭由管材的第二端進(jìn)入管材并前進(jìn)至第一端。因?yàn)榈?一沖頭前端有斜度，其形狀較尖，且由于鋁合金具備良好的塑性能力，所以 在加工時(shí)首先在眼模前設(shè)置一金屬檔板。管材的第一端先抵住金屬檔板，第 一沖頭由管材的第二端強(qiáng)制插入管材，直至第一沖頭抵靠于第一抵靠部。而 后，移開金屬檔板，第一沖頭推動(dòng)管材，由第一端至第二端先后通過眼?？?。 第一沖頭與管材一起通過眼模孔時(shí)，由于沖頭直徑(直徑為26毫米)大于
原管材內(nèi)徑(內(nèi)徑為25毫米)，故對(duì)管材進(jìn)行抽拉而使其通過眼模。待第
二端也通過眼模后，則完成第一次抽拉。此次抽拉在不改變管材外徑的情況
下，將管材內(nèi)徑由原先的25毫米擴(kuò)增至26毫米，也就是說管材被拉長(zhǎng)且厚 度變薄。
緊接著進(jìn)行第二次抽管；在第二次抽管前，先將原第一抵靠部(第一端) 切除，并在管材的第二端形成第二抵靠部。第二次抽管方向?yàn)橛晒懿牡牡谝?端至第二端(與第一次抽管方向相反)。眼模孔徑仍為31毫米，此時(shí)改換 第二沖頭(直徑為27毫米)。第二沖頭通過油壓帶動(dòng)，以5公尺/分鐘的前 進(jìn)速率進(jìn)入管材。即由管材的第一端進(jìn)入直至抵靠于第二抵靠部時(shí)為止。
第二沖頭與管材一起通過眼?？讜r(shí)，由于第二沖頭直徑(為27亳米) 大于原管材內(nèi)徑(為26毫米)，故對(duì)管材進(jìn)行抽拉而使其通過眼模。待管 材第一端也通過眼模，則完成第二次抽拉。此次抽拉在不改變管材外徑的情 況下，將管材內(nèi)徑由原先的26毫米擴(kuò)增至27毫米，也就是說管材被拉長(zhǎng)且 厚度變薄至2毫米。
在第三次抽管前，材料可經(jīng)退火(200°C，恒溫1.5小時(shí)，空冷)，退火 后，如上述的皂化方式，對(duì)材料進(jìn)行表面與內(nèi)面的皂化潤(rùn)滑處理。切除第二 抵靠部(第二端)，在管材第一端形成新的第一抵靠部。此次抽管(第三次 抽)方向?yàn)橛晒懿牡牡诙酥恋谝欢?，也就是說第三沖頭進(jìn)入管材的第二端 并前進(jìn)至第一端。第三沖頭與管材一起通過眼?？讜r(shí)，由于第三沖頭(直徑 為28毫米)大于管材內(nèi)徑(27毫米)，故對(duì)管材進(jìn)行抽拉而使其通過眼模。 待管材的第二端也通過眼模，則完成第三次抽拉。此次抽拉在不改變管材外 徑的情況下，將管材內(nèi)徑由原先的27毫米擴(kuò)增至28毫米，也就是說管材被 拉長(zhǎng)且厚度變薄至1.5毫米。
雖然己經(jīng)以多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例公開了本發(fā)明，但是這些實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 可對(duì)本發(fā)明做出各種變化與改型，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以后附的權(quán)利要求 書所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種管材加工方法，至少包含以下步驟a. 提供一管材，其具有第一端與第二端；b. 進(jìn)行順向抽管，該順向抽管為沿該第一端至該第二端的方向抽拉該管材；c. 進(jìn)行反向抽管，該反向抽管為沿該第二端至該第一端的方向抽拉該管材；以及d. 重復(fù)步驟b至步驟c，直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
2. 如權(quán)利要求1所述的管材加工方法，其中該方法還包含對(duì)該管材進(jìn)行 退火處理。
3. 如權(quán)利要求1所述的管材加工方法，其中該方法還包含對(duì)該管材進(jìn)行 表面皂化處理。
4. 如權(quán)利要求1所述的管材加工方法，其中該管材為金屬圓管。
5. 如權(quán)利要求1所述的管材加工方法，其中該管材為金屬多角管。
6. —種管材的加工方法，至少包含以下步驟a. 提供一管材，其具有第一端與第二端；b. 將該管材由管材的第一端通過第一眼?？缀蟪槌鲈摴懿?，其中該第一 眼?？椎闹睆叫∮谠摴懿牡耐鈴?；c. 將該管材由管材第二端通過第二眼?？缀蟪槌鲈摴懿?，其中該第二眼 ?？椎闹睆叫∮谠摴懿牡耐鈴?；以及d. 重復(fù)步驟b到步驟c，直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
7. 如權(quán)利要求6所述的管材加工方法，其中該方法還包含對(duì)該管材進(jìn)行 退火處理。
8. —種管材的加工方法，至少包含以下步驟-a. 提供一管材，其具有第一端與第二端；b. 在該管材的第一端形成第一抵靠部；c. 使用第一沖頭由該管材的第二端穿入該管材直到該第一沖頭抵靠于 該第一抵靠部，并推動(dòng)該管材通過一眼?？缀蟪槌鲈摴懿模渲性摰谝粵_頭 的外徑大于該管材的內(nèi)徑； d. 去除該第一抵靠部；e. 在該管材的第二端形成第二抵靠部；f. 使用第二沖頭由該管材的第一端穿入該管材直到該第二沖頭抵靠于 該第二抵靠部，并推動(dòng)該管材通過該眼?？缀蟪槌鲈摴懿模渲性摰诙_頭 的外徑大于該管材的內(nèi)徑；g. 去除該第二抵靠部；以及h. 重復(fù)步驟b到步驟g，直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。
9. 如權(quán)利要求8所述的管材加工方法，其中該方法還包含對(duì)該管材進(jìn)行 退火處理。
10. 如權(quán)利要求8所述的管材加工方法，其中該方法還包含對(duì)該管材進(jìn) 行表面皂化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種管材加工方法，其包含對(duì)管材進(jìn)行順向抽管，該順向抽管為沿管材的第一端至第二端的方向抽拉管材。接著，將管材反轉(zhuǎn)以進(jìn)行反向抽管，該反向抽管為沿管材第二端至第一端的方向抽拉該管材。如此，重復(fù)進(jìn)行順向抽管和反向抽管，直到該管材達(dá)到預(yù)定厚度為止。該管材加工方法對(duì)管材進(jìn)行雙向加工，既可以增加管材的強(qiáng)度，又能夠降低管材的整體重量。
文檔編號(hào)B21C1/16GK101380646SQ200710149798
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者汪俊延, 蔡德昌 申請(qǐng)人:汪俊延;蔡德昌