本發(fā)明涉及一種制作帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的制備裝置及方法。

背景技術(shù)：
鋁材是僅次于鋼材的第二大金屬材料，近幾十年發(fā)展十分迅速，在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活各領(lǐng)域獲得了十分廣泛的應(yīng)用。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對管材斷面提出了多種多樣的要求，通用的圓管不再是最優(yōu)選的結(jié)構(gòu)形式，因此，出現(xiàn)了變截面鋁合金管材的研制和開發(fā)。在國外，變截面鋁合金鉆桿管材的品種數(shù)量、生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量水平都有了很大的提高。變截面鋁合金鉆桿管材主要特點(diǎn)是能最大限度的滿足各種零件的強(qiáng)度和剛度要求，可按等強(qiáng)度來設(shè)計(jì)各種零部件，不僅安全可靠，而且能大大減輕零件的重量，節(jié)省技術(shù)損耗，減少加工工時(shí)和減輕勞動(dòng)量，減低成本，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。工業(yè)發(fā)達(dá)國家雖然已經(jīng)開發(fā)出生產(chǎn)各種變截面鋁合金鉆桿的生產(chǎn)方法和技術(shù)，但仍然不能大批量穩(wěn)定的生產(chǎn)，而且很多品種仍在研制之中，我國在制造變截面鋁合金管材目前還是空白，需加加大開發(fā)力度。變截面鋁合金管材的應(yīng)用將越來越廣。變截面鋁合金管材目前的應(yīng)用例如：應(yīng)用于超深井鉆井、定向鉆井或大陸架海洋鉆井等各種復(fù)雜鉆井的鋁合金鉆桿。鋁合金鉆桿管體就是管體兩端部位為外加厚、內(nèi)加厚或者內(nèi)外加厚形式的一種變截面管。目前，國內(nèi)外擠壓變截面管材最常用的擠壓工模具是采用多套分瓣模分步擠壓基本管材部分和變斷面部分。這就需要在擠壓過程中停機(jī)，以便更換模具和調(diào)整機(jī)構(gòu),經(jīng)常因模瓣組合不佳、模瓣組合的間隙大,使管材部分的金屬實(shí)體尺寸超標(biāo)。由于是采用分段擠壓,手工換模,易在近過渡區(qū)處發(fā)生模具碰傷管材表面，影響表面質(zhì)量；對于尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品,往往需要進(jìn)行后續(xù)的機(jī)械加工,使擠壓的特點(diǎn)不能充分發(fā)揮。特別是這些擠壓工模具只能擠壓截面由小到大一次變化的變截面管材,無法擠壓截面由大到小、再由小到大重復(fù)變化的連續(xù)變截面管材或異形零件,因而不能充分發(fā)揮變截面型材的優(yōu)越性,限制了變截面擠壓件的品種和應(yīng)用范圍。專利文獻(xiàn)CN201482818U、CN201482817U和CN102019303A分別針對制作內(nèi)加厚和增厚保護(hù)器鋁合金鉆桿的擠壓模具、制作外加厚鋁合金鉆桿的擠壓模具和鋁合金鉆桿管體的制備裝置及方法，這些方案具有各自的針對性，與本制備裝置及方法有所區(qū)別，各自具有不同的優(yōu)勢和使用對象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制作帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的制備裝置及方法，利用本裝置和方法可制作帶內(nèi)外加厚形式的變截面鋁合金管材，其克服了傳統(tǒng)制作方法的缺陷，提高了變截面鋁合金管材的制作質(zhì)量和效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明制作帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的制備裝置，包括擠壓機(jī)和擠壓工模具，所述擠壓機(jī)是雙動(dòng)擠壓機(jī)，所述擠壓工模具包括擠壓筒、擠壓軸、擠壓針和擠壓模，所述擠壓軸位于所述擠壓筒內(nèi)，所述擠壓針位于所述擠壓軸的中心通孔內(nèi)，所述擠壓模設(shè)于所述擠壓筒頭端，所述擠壓機(jī)對所述擠壓針獨(dú)立控制，其特征在于：所述擠壓模是一個(gè)?？椎恼w擠壓模，所述擠壓模?？籽剌S向分別間隔設(shè)有異徑第一定徑帶和第二定徑帶，所述第二定徑帶內(nèi)徑大于所述第一定徑帶內(nèi)徑，所述第一定徑帶內(nèi)徑由變截面鋁合金管標(biāo)稱外徑?jīng)Q定，所述第二定徑帶內(nèi)徑由變截面鋁合金管內(nèi)外加厚端的外徑?jīng)Q定，所述第一定徑帶和第二定徑帶之間斜面連接，所述擠壓針前端向后沿軸向依次間隔設(shè)有異徑第二工作帶、徑縮帶和第一工作帶，所述第一工作帶控制變截面鋁合金管標(biāo)稱內(nèi)徑，第一工作帶外徑由變截面鋁合金管標(biāo)稱內(nèi)徑?jīng)Q定，所述第二工作帶控制變截面鋁合金管內(nèi)外加厚部位的內(nèi)徑，所述第二工作帶外徑由變截面鋁合金管加厚部位內(nèi)徑?jīng)Q定，第一工作帶外徑大于第二工作帶外徑，第二工作帶外徑大于徑縮帶外徑，所述第一工作帶、徑縮帶和第二工作帶之間斜面圓滑過渡連接。為保證在擠壓變截面鋁合金管加厚部位過程中擠壓料流通具有充足流通空間，所述擠壓模第一定徑帶橫斷面與擠壓針徑縮帶橫斷面面積之差不小于擠壓模第二定徑帶橫斷面與擠壓針第二工作帶橫斷面面積之差。采用上述制備裝置制作帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的方法包括如下步驟：步驟一：首先將預(yù)熱好的鋁合金鑄錠裝入擠壓筒內(nèi)，移動(dòng)擠壓軸入擠壓筒，將擠壓針穿過擠壓軸中心通孔擠壓入鋁合金鑄錠內(nèi)，并由擠壓針控制系統(tǒng)控制擠壓針前移使擠壓針的第二工作帶移入擠壓模?？孜挥跀D壓模第二定徑帶，利用擠壓軸控制系統(tǒng)開始擠壓，在此位置鋁合金鑄錠在擠壓力作用下通過擠壓針第二工作帶控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的加厚端內(nèi)徑，擠壓模第二定徑帶控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的加厚端外徑，最終擠壓成帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管加厚端；擠壓針的徑縮帶和擠壓模的第一定徑帶所組成的環(huán)形空間在擠壓步驟中為擠壓鋁合金加厚端提供充足的鋁合金擠壓料；步驟二：當(dāng)帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管加厚端的長度達(dá)到設(shè)計(jì)要求長度后，擠壓軸控制系統(tǒng)控制擠壓鋁合金鑄錠，擠壓針控制系統(tǒng)將擠壓針前移，這時(shí)，擠壓模第一定徑帶與擠壓針第一工作帶和徑縮帶兩者之間過渡斜面的間隙逐漸減小并準(zhǔn)確控制擠壓軸的位移及控制鋁合金鑄錠的擠壓量，最終擠壓形成帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管加厚過渡段；步驟三：擠壓軸控制系統(tǒng)繼續(xù)擠壓鋁合金鑄錠，擠壓針控制系統(tǒng)將擠壓針前移使擠壓針第一工作帶位于擠壓模第一定徑帶位置，通過擠壓針第一工作帶控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱管體的內(nèi)徑，用擠壓模第一定徑帶控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱管體的外徑；這時(shí)擠壓針第一工作帶與擠壓模第一定徑帶之間的環(huán)形空間是鋁合金擠壓時(shí)通過的最小空間，這樣擠壓控制成形為帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱管體部分；步驟四：擠壓軸控制系統(tǒng)控制擠壓鋁合金鑄錠，當(dāng)帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱管體的長度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，擠壓針控制系統(tǒng)將擠壓針向后移動(dòng)，擠壓模第一定徑帶與擠壓針第一工作帶和徑縮帶兩者之間過渡斜面的間隙逐漸增大并準(zhǔn)確控制擠壓軸的位移及控制鋁合金鑄錠的擠壓量，這樣擠壓控制成形為帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管由標(biāo)稱管體逐漸向加厚端過渡的加厚過渡段；步驟五：擠壓軸控制系統(tǒng)繼續(xù)擠壓鋁合金鑄錠，擠壓針控制系統(tǒng)將擠壓針向后移動(dòng)使擠壓針的第二工作帶位于擠壓模第二定徑帶，通過擠壓針第二工作帶控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管另一加厚端內(nèi)徑，擠壓模第二定徑帶控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管另一加厚端外徑，這樣再次擠壓成帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管另一加厚端。由于本發(fā)明制作帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的制備裝置及方法采用了上述技術(shù)方案，即采用擠壓針和擠壓模作為擠壓模具，擠壓模是一個(gè)模孔的整體擠壓模，其模孔沿軸向間隔設(shè)有兩個(gè)異徑定徑帶，兩個(gè)定徑帶之間斜面連接；擠壓針針前端向后沿軸向間隔設(shè)有第二工作帶、徑縮帶和第一工作帶，第一工作帶外徑大于第二工作帶外徑，第二工作帶外徑大于徑縮帶外徑，兩個(gè)工作帶和徑縮帶之間通過斜面連接；鋁合金管制作時(shí)，通過控制系統(tǒng)分別控制鋁合金鑄錠的擠壓量及擠壓針在擠壓模內(nèi)的位置，得到帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管。利用本制備裝置和方法可制作帶內(nèi)外加厚形式的變截面鋁合金管材，其克服了傳統(tǒng)制作方法的缺陷，提高了變截面鋁合金管材的制作質(zhì)量和效率。附圖說明下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：圖1為本發(fā)明制作帶內(nèi)外加厚形式的變截面鋁合金管制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為擠壓帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管加厚端時(shí)擠壓示意圖；圖3為擠壓帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管加厚過渡段時(shí)擠壓示意圖；圖4為擠壓帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱段時(shí)擠壓示意圖；圖5為擠壓帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管由標(biāo)稱管體逐漸向加厚端過渡的加厚過渡段擠壓示意圖；圖6為再次擠壓帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管另一加厚端時(shí)擠壓示意圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，本發(fā)明制作帶內(nèi)外加厚形式的變截面鋁合金管的制備裝置，包括擠壓機(jī)和擠壓工模具，所述擠壓機(jī)是雙動(dòng)擠壓機(jī)，所述擠壓工模具包括擠壓筒4、擠壓軸3、擠壓針1和擠壓模2，所述擠壓軸3位于所述擠壓筒4內(nèi)，所述擠壓針1位于所述擠壓軸3的中心通孔內(nèi)，所述擠壓模2設(shè)于所述擠壓筒4頭端，所述擠壓機(jī)對所述擠壓針1獨(dú)立控制，其特征在于：所述擠壓模2是一個(gè)模孔23的整體擠壓模，所述擠壓模2的模孔23沿軸向分別間隔設(shè)有異徑第一定徑帶21和第二定徑帶22，所述第二定徑帶22內(nèi)徑大于所述第一定徑帶21內(nèi)徑，所述第一定徑帶21內(nèi)徑由變截面鋁合金管標(biāo)稱外徑?jīng)Q定，所述第二定徑帶22內(nèi)徑由變截面鋁合金管內(nèi)外加厚端的外徑?jīng)Q定，所述第一定徑帶21和第二定徑帶22之間斜面連接，所述擠壓針1前端向后沿軸向依次間隔設(shè)有異徑第二工作帶13、徑縮帶12和第一工作帶11，所述第一工作帶11控制變截面鋁合金管標(biāo)稱內(nèi)徑，第一工作帶11外徑由變截面鋁合金管標(biāo)稱內(nèi)徑?jīng)Q定，所述第二工作帶13控制變截面鋁合金管內(nèi)外加厚部位的內(nèi)徑，所述第二工作帶13外徑由變截面鋁合金管內(nèi)外加厚部位的內(nèi)徑?jīng)Q定，第一工作帶11外徑大于第二工作帶13外徑，第二工作帶13外徑大于徑縮帶12外徑，所述第一工作帶11、第二工作帶13和徑縮帶12之間斜面連接。為保證在擠壓變截面鋁合金管加厚部位過程中擠壓料流通具有充足流通空間，所述擠壓模2第一定徑帶21橫斷面與擠壓針1徑縮帶12橫斷面面積之差不小于擠壓模2第二定徑帶22橫斷面與擠壓針1第二工作帶13橫斷面面積之差。采用上述制備裝置制作帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的方法包括如下步驟：步驟一：如圖2所示，首先將預(yù)熱好的鋁合金鑄錠5裝入擠壓筒4內(nèi)，移動(dòng)擠壓軸3入擠壓筒4，將擠壓針1穿過擠壓軸3中心通孔擠壓入鋁合金鑄錠5內(nèi)，并由擠壓針1控制系統(tǒng)控制擠壓針1前移使擠壓針1的第二工作帶13移入擠壓模模孔23位于擠壓模2第二定徑帶22，利用擠壓軸3控制系統(tǒng)開始擠壓，在此位置鋁合金鑄錠5在擠壓力作用下通過擠壓針1第二工作帶13控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的加厚端61內(nèi)徑，擠壓模2第二定徑帶22控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管的加厚端61外徑，最終擠壓成帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管加厚端61；擠壓針1的徑縮帶12和擠壓模2的第一定徑帶21所組成的環(huán)形空間在擠壓步驟中為擠壓鋁合金加厚端提供充足的鋁合金擠壓料；步驟二：如圖3所示，當(dāng)帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管加厚端61的長度達(dá)到設(shè)計(jì)要求長度后，擠壓軸3控制系統(tǒng)控制擠壓鋁合金鑄錠5，擠壓針1控制系統(tǒng)將擠壓針1前移，這時(shí)，擠壓模2第一定徑帶21與擠壓針1第一工作帶11和徑縮帶12兩者之間過渡斜面的間隙逐漸減小并準(zhǔn)確控制擠壓軸3的位移及控制鋁合金鑄錠5的擠壓量，最終擠壓形成帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管加厚過渡段62；步驟三：如圖4所示，擠壓軸3控制系統(tǒng)繼續(xù)擠壓鋁合金鑄錠5，擠壓針1控制系統(tǒng)將擠壓針1前移使擠壓針1第一工作帶11位于擠壓模2第一定徑帶21位置，通過擠壓針1第一工作帶11控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱管體63的內(nèi)徑，用擠壓模2第一定徑帶21控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱管體63的外徑；這時(shí)擠壓針1第一工作帶11與擠壓模2第一定徑帶21之間的環(huán)形空間是鋁合金擠壓時(shí)通過的最小空間，這樣擠壓控制成形為帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱管體63部分；步驟四：如圖5所示，擠壓軸3控制系統(tǒng)控制擠壓鋁合金鑄錠5，當(dāng)帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管標(biāo)稱管體63的長度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，擠壓針1控制系統(tǒng)將擠壓針1向后移動(dòng)，擠壓模2第一定徑帶21與擠壓針1第一工作帶11和徑縮帶12兩者之間過渡斜面的間隙逐漸增大并準(zhǔn)確控制擠壓軸3的位移及控制鋁合金鑄錠5的擠壓量，這樣擠壓控制成形為帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管由標(biāo)稱管體63逐漸向加厚端過渡的加厚過渡段64；步驟五：如圖6所示，擠壓軸3控制系統(tǒng)繼續(xù)擠壓鋁合金鑄錠5，擠壓針1控制系統(tǒng)將擠壓針1向后移動(dòng)使擠壓針1的第二工作帶13位于擠壓模2第二定徑帶22，通過擠壓針1第二工作帶13控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管另一加厚端65內(nèi)徑，擠壓模2第二定徑帶22控制帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管另一加厚端65外徑，這樣再次擠壓成帶內(nèi)外加厚形式變截面鋁合金管另一加厚端65。