管材的精密剪断方法及装置制造方法及图纸

一种管材的精密剪断方法，在使用芯棒剪断管材的方法中，在对管材施加轴向拉伸力的状态下以高速剪断管材。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及剪断管材的方法及装置，用于得到高精度的管材切口面，切口面不但凹凸不平极小，而且没有擦伤和烧斑。
技术介绍
以S45C、S20C、S15C等型号为代表的钢材已被广泛用作为塑性加工用材料。但是，近年来，为减少加工次数和适应加工制品形状复杂化的问题，常要求用短管材代替实心材作锻造用材料。用作锻造材料的短管材要求具有高精度的切口面，不但要求形变(压陷)极小，而且要求没有二次剪断面和大的凹凸不平。作为切断管材的方法已知有切断法和利用旋转刀具的切断法，但是这些方法的生产效率低。切口面的精度差。与此相反，利用压力机的剪断法，虽然生产效率高，但有管材压陷的问题。为防止这种压陷，已知有使用芯棒的精密剪断加工方法，特公昭56-45727号公报中已经提出了使用浮动芯棒的方法，可以作为这种方法的代表。按照这种方法，在冲头一侧设置可套上待切管材的固定芯棒，再在管材中放入对着该固定芯棒的芯棒，然后沿固定芯棒和浮动芯棒的相接面进行切断。实施这种先有技术时，虽然可以消除压陷的问题，但不能期待改善切口面的性质。作为具体示例，本专利技术人等对各种壁厚的管材(材料S45C型钢，φ22mm恒定的外径D，内径d分别为φ4、φ6、φ10和φ14mm)，利用浮动芯棒法，在恒定的刀具间隙C为0.1mm、剪断速度V为20mm(0.02m)/s的低速度条件下进行了剪断实验。在这些实验中，移动刀具和固定刀具的内径均为φ22.1mm，芯棒的外径比管材的内径小0.4mm，使芯棒和材料(管材)之间的间隙为0.2mm。结果不管d(管内径)/D(管外径)的数值大小，在余料侧的切口面下部区域均发生擦伤。另外，在切下侧的切口面上部区域发生剪切面，而且随着d/D的增加凹凸不平增加，同时还有擦伤。而且在余料侧的下部区域也发生相同程度的擦伤。附图说明图1示意示出d/D=10/22时的切口面，图2示意示出d/D=14/22时的切口面。在图1和图2中(a)是切下侧，(b)是余料侧，A表示凹凸不平，B表示擦伤。因为这种凹凸不平和擦伤是不可避免的，所以不能应用先有技术的浮动芯棒法来剪断适合于作锻造材料的短管材。为解决上述问题提出本专利技术，本专利技术的第一目的在于提供一种管材剪断方法，不仅能够消除压陷形变，而且还能够得到没有凹凸或擦伤的高精度切口面。本专利技术的第二目的在于提供一种适合于实施上述剪断方法的结构比较简单和紧凑的剪断装置。专利技术的公开为达到第一目的，本专利技术提出使用芯棒的剪断管材的方法，方法的特征在于，在沿管材轴向施加拉伸力的状态下进行高速剪断。更详细地讲，将管内插入浮动芯棒的管材穿过固定刀具，然后将要切去长度的距离插入可动刀具内，使其套在固定芯棒上，随后沿固定芯棒和浮动芯棒的相接面移动可动刀具将管材剪断。另外，在固定芯棒和浮动芯棒相接的状况下夹紧可动刀具内的管材的前端区域，并沿管材轴向拉伸管材。这种沿轴向的拉伸状态从剪断操作开始一直继续到切下部分被剪断分开。上述沿轴向的拉伸力不小于材料屈服应力的1.5%，但小于该应力的100%，剪断速度一般不小于1m/s。本专利技术由于使用芯棒剪断管材，所以可以防止压陷形变。而且由于在沿轴方向存在拉力应力的状态下剪断管材，所以在材料刚有裂纹的瞬间，余料侧和切下侧沿轴的方向分开，因而有助于材料的断开，在裂纹连通的瞬间，余料侧稍为沿轴线方向脱开。因此切下侧的切口面上部区域不会与余料侧的切口面下部区域接触而被切下，因此不会产生擦伤或由摩擦热产生的烧斑。为达到第二目的，本专利技术提供一种剪断装置，该装置包括固定刀具、浮动芯棒、可动刀具和卡盘。上述固定刀具固定在剪断装置的框架上并在规定位置加工有穿过管材的孔；上述浮动芯棒插入管材内；上述可动刀具具有插入管材的孔和与该孔同心的固定芯棒；上述卡盘用于固定可动刀具并用压头移动；在该装置的上述卡盘上设置了夹紧机构，该机构用于约束套在固定芯棒上的管材的前端部分。另外，在该装置固定刀具后面的剪断装置框架内装有扩缩自如并且在轴向移动自如的牵引机构，该牵引机构用于夹紧管材并在轴向施加牵引力。上述夹紧机构包括管夹紧件和流体压力缸，管夹紧件具有配合管材轮廓的夹紧表面，流体压力缸具有移动上述管夹紧件的活塞。上述牵引机构具有有底孔、筒形主体、若干管夹具、沿管材传送方向的反方向弹性作用上述筒形主体的弹性部件、沿管材传送方向的反方向弹性作用管夹具的弹性部件和驱动器。上述有底孔与管材的传送线同心，设置在剪断装置的框架内；上述筒形主体可滑动自如地嵌合在上述有底孔中；上述若干管夹具可相对滑动地插入该筒形主体中；上述驱动器用于反抗弹性部件的弹力使管夹具沿管材传送方向移动。另外，在筒形主体的内侧形成倾斜面，使得沿管材传送方向的反方向横截面积减小。每个管夹具的内表面具有对应于管材轮廓的凹部，其外表面为倾斜面，其角度对应于上述筒形主体倾斜面。按照这种装置，可以在邻近剪断部位在剪断装置框架内在轴向拉伸管材，而不需要在剪断装置框架外部用特殊的轴向拉伸装置，所以利用紧凑的结构便可以实现精密的剪断。附图的简要说明图1是切口端面图，示意示出利用常规浮动芯棒法低速剪断时的管材切口面，(a)表示切下侧，(b)表示余料侧。图2是切口端面图，示意出利用常规浮动芯棒法低速剪断时的管材切口面，(a)表示切下侧，(b)表示余料侧。图3是说明图，示出在剪断过程中管材横断面的状态。图4是刀具切入初期阶段时的图3各部分的放大截面图。图5是刀具进一步切入时的图3各部分的放大截面图。图6是管材剪断时的剪断负荷-行程曲线图。图7是切口端面图，示意示出在施加轴向压缩力时高速切断的切口面，(a)表示切下侧，(b)表示余料侧。图8是切口端面图，示意示出在施加轴向压缩力时高速切断的切口面，(a)表示切下侧，(b)表示余料侧。图9是说明图，示意示出本专利技术的方法。图10是纵向截面侧视图，示出适合于实施本专利技术的剪断装置的一个实施例。图11是图10中牵引机构部分的纵向截面正视图。图12是图10剪断装置中管材输送阶段时的纵向截面侧视图。图13是在管材上施加轴向拉伸力时的纵向截面侧视图。图14是剪断完成时的纵向截面侧视图。图15是曲线图，示出在管材上施加大小为管材屈服应力的0-10%的轴向拉伸力进行剪断操作时烧斑面积和轴向拉伸力的关系。专利技术的详细说明以下根据附图详细说明本专利技术。为了查明切口面发生上述凹凸不平和擦伤的原因，本专利技术人首先观察了在剪断过程中管材的状态。图3至图5示出了在剪断过程中管材(d/D=14/22)的横截面。图4和图5的C部、E部和F部相应于图3所示的区域。图4示出刀具切入量K小到外径的5%时的各个部分。在这一阶段，C部，即沿剪断方向，上侧部分被裂纹Cr已经穿透，材料被分离，但在剪断方向下侧部分E仅在可动刀具的刃部处发现小裂纹Cr，材料还处于未分离的状态。另外，F部即和剪断方向垂直相交的左右部分则处于完全没有发现裂纹的状态。图5示出刀具切入量K增加到外径的9%时的各个部分，虽然在C部和E部裂纹Cr已穿透，材料被分离，但在F部仅在靠近可动刀具和固定刀具的两刀刃处发现小裂纹Cr，材料还处于未完全分离的状态。图6示出剪断负荷-行程关系的测量结果，与材料分离有密切的关系。由图6可知，对于d/D=0/22的实心材料，剪断负荷从越过最大负荷的行程位置急剧降低，但对于管材，即使越过最大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：村川正夫，古闲伸裕，远山健一，铃木孝司，滨野秀光，
申请(专利权)人：村川正夫，日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：