專利名稱：管材加工方法
技術領域：
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 的強度并減輕管材重量的加工方法。
背景技術：
管材已經(jīng)廣泛應用于各種工業(yè)產(chǎn)品中。如何能加工或制造出兼具高強度 和低重量的管材， 一直是相關業(yè)界人士長久研發(fā)與努力的目標。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 料強度的加工方法。劇烈塑性變形法通過對材料產(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 (Dislocation)，通過產(chǎn)生的位錯來提高材料的強度。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，而無法適用于管材(Tube)的加 工。
請參照圖la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 來提高材料的強度的原理，現(xiàn)有管材加工方法是以抽管(Drawing)方式進 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推動管材100進入眼模210的眼?？?20。 當管材100通過眼模孔210時，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推動管材100進入另一眼模的眼模？L(內(nèi) 徑縮小)后抽出。如此反復直到管材100達到預定的厚度為止。
請參照圖2a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反復推動管材100的第一端110進入眼模孔，即管材100是單方向 進行加工。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142，產(chǎn)生的位錯142的數(shù)量與效果有限，因此 影響了管材強度的提高。
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 強度，同時減少管材的厚度以減低管材的整體重量。
根據(jù)本發(fā)明實施例的一種管材加工方法，其包含對管材進行順向抽管， 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，重復進行順向抽管和反向抽管，直到該管材達到預定厚度為止。
根據(jù)本發(fā)明實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?，其中第一眼模孔的直徑小于管材的外徑。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?，其中第二眼模孔的 直徑小于管材的外徑。重復前述步驟，直到管材達到預定厚度為止。
根據(jù)本發(fā)明實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，并推動管材通過眼?？缀蟪槌龉懿?，其中第一沖頭的外徑大于管 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，并推動管 材通過眼?？缀蟪槌龉懿模渲械诙_頭的外徑大于管材的內(nèi)徑。
接著，去除該第二抵靠部，并重復前述步驟，直到該管材達到預定厚度 為止。
由上述本發(fā)明的優(yōu)選實施例可知，應用本發(fā)明所能實現(xiàn)的有益效果在
于
通過反復從管材的第一端與第二端推動管材進入管材眼?？祝瑢懿倪M
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，產(chǎn)生的位錯可以增加管材的強 度，同時降低管材整體的重量。也就是說，在符合相同強度的要求下，可使 管材的厚度減低，以同時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)點與實施例，對附 圖詳細說明如下
圖la示出了應用現(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)生的位錯的示意圖。
圖3a到圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明實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)明一個實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)明一個實施例的管材加工方法，管材內(nèi)產(chǎn) 生的位錯的示意圖。
圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明一個實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)明一個實施例的管材加工方法，管材截面的示意
圖。其中，附圖標記說明如下
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
142:位錯400:眼模
200:沖頭410:眼?？?br>
210:眼模500:眼模
220:眼?？?10: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
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實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模孔后抽出。如此重復前 述步驟，直到該管材達到預定厚度為止。管材可為圓管、方管或多角管等金 屬管。
請參照圖3a至圖3c所示，在一個實施例中，維持管材300的內(nèi)徑而改 變管材300的外徑，實現(xiàn)縮小管材300的厚度以減少整體重量并增加強度。
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。而后對管 材300進行表面皂化處理。
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，沖頭700可通過油壓帶動，并推動管材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)。
請參照圖4a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，并推動管材 300由管材的第二端320通過眼模500 (第二眼模)的眼?？?10后抽出管
材300。將第二抵靠部321去除(如圖4c所示)。
請參照圖5a至圖5c所示，重復前述步驟，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，沖頭700可藉 通過油壓帶動，并推動管材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達到預定厚度為止。
請參照圖6a至圖6c所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的管材加工方法，反復將 管材由管材300的第一端310與第二端320推動進入管材眼?？祝瑢懿?00 進行雙向加工。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 333，產(chǎn)生的位錯333以增加管材300的強度，同時降低管材300的整體重
請參照圖7a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。 實施例1
以加工7050A1-Zn-Mg鋁管為例進行說明。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，爐冷)，使管材軟化。管材的第一端的25毫米長度部分經(jīng)加 工縮管形成第一抵靠部。而后進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)潤滑層)。
抽管加工所使用的設備包含抽管機一臺(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，其長度為1公尺。
沖頭通過油壓帶動，可以5公尺/分鐘的前進速率推動管材。第一次抽管 方向為由管材的第二端至管材的第一端，也就是說沖頭進入管材的第二端并 前進至第一端。當沖頭與管材一起通過眼?？?直徑為29毫米)時，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)， 故對管材進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且厚度變薄。再進行第二次抽管。
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。 第二次抽管方向為由管材的第一端至管材的第二端方向(與第一次抽管方向
相反)。此時，采用第二副眼模，其眼?？讖綖?8毫米。此時沖頭直徑仍 為25毫米，長1公尺。
沖頭通過油壓帶動，可以5公尺/分鐘的前進速率推動管材。沖頭由管材 的第一端進入并前進至第二端。當沖頭與管材一起通過眼?？讜r，此時由于 眼?？讖?為28毫米)小于原管材外徑(為29毫米)，故對管材進行抽拉 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 管材被拉長且厚度變薄至1.5毫米。
以加工7050A1-Zn-Mg鋁管為例進行說明。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，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。
而后對管材進行表面與內(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)潤滑層)。
抽管加工所使用的設備包含抽管機一臺(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，長皆為1公尺。
第一沖頭(直徑為26毫米)通過油壓帶動，可以5公尺/分鐘的前進速 率進入管材并推動管材。第一次抽管方向為由管材的第二端至管材的第一端
方向，也就是說第一沖頭由管材的第二端進入管材并前進至第一端。因為第 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 在加工時首先在眼模前設置一金屬檔板。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，第一沖頭推動管材，由第一端至第二端先后通過眼模孔。 第一沖頭與管材一起通過眼模孔時，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)，故對管材進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毫米擴增至26毫米，也就是說管材被拉長且厚 度變薄。
緊接著進行第二次抽管；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。第二次抽管方向為由管材的第一 端至第二端(與第一次抽管方向相反)。眼?？讖饺詾?1毫米，此時改換 第二沖頭(直徑為27毫米)。第二沖頭通過油壓帶動，以5公尺/分鐘的前 進速率進入管材。即由管材的第一端進入直至抵靠于第二抵靠部時為止。
第二沖頭與管材一起通過眼?？讜r，由于第二沖頭直徑(為27亳米) 大于原管材內(nèi)徑(為26毫米)，故對管材進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毫米擴增至27毫米，也就是說管材被拉長且 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，空冷)，退火 后，如上述的皂化方式，對材料進行表面與內(nèi)面的皂化潤滑處理。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)方向為由管材的第二端至第一端，也就是說第三沖頭進入管材的第二端 并前進至第一端。第三沖頭與管材一起通過眼?？讜r，由于第三沖頭(直徑 為28毫米)大于管材內(nèi)徑(27毫米)，故對管材進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毫米擴增至28毫米，也就是說管材被 拉長且厚度變薄至1.5毫米。
雖然己經(jīng)以多個優(yōu)選實施例公開了本發(fā)明，但是這些實施例并非用以限定本發(fā)明，本領域的普通技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 可對本發(fā)明做出各種變化與改型，因此本發(fā)明的保護范圍以后附的權利要求 書所限定的范圍為準。
權利要求
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. 重復步驟b至步驟c，直到該管材達到預定厚度為止。
2. 如權利要求1所述的管材加工方法，其中該方法還包含對該管材進行 退火處理。
3. 如權利要求1所述的管材加工方法，其中該方法還包含對該管材進行 表面皂化處理。
4. 如權利要求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∮谠摴懿牡耐鈴剑籧. 將該管材由管材第二端通過第二眼?？缀蟪槌鲈摴懿模渲性摰诙??？椎闹睆叫∮谠摴懿牡耐鈴?；以及d. 重復步驟b到步驟c，直到該管材達到預定厚度為止。
7. 如權利要求6所述的管材加工方法，其中該方法還包含對該管材進行 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，并推動該管材通過該眼?？缀蟪槌鲈摴懿?，其中該第二沖頭 的外徑大于該管材的內(nèi)徑；g. 去除該第二抵靠部；以及h. 重復步驟b到步驟g，直到該管材達到預定厚度為止。
9. 如權利要求8所述的管材加工方法，其中該方法還包含對該管材進行 退火處理。
10. 如權利要求8所述的管材加工方法，其中該方法還包含對該管材進 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，其包含對管材進行順向抽管，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，重復進行順向抽管和反向抽管，直到該管材達到預定厚度為止。該管材加工方法對管材進行雙向加工，既可以增加管材的強度，又能夠降低管材的整體重量。
文檔編號B21C1/16GK101380646SQ200710149798
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權日2007年9月5日
發(fā)明者汪俊延, 蔡德昌 申請人:汪俊延;蔡德昌