各種不銹鋼管和合金管材以及空心型材擠壓時(shí)使用的芯棒種類繁多,按照其結(jié)構(gòu)情況可以分為短芯棒、長(zhǎng)芯棒和特殊結(jié)構(gòu)的芯棒三大類(圖7-13)。
短芯棒用于沒有穿孔系統(tǒng)的擠壓機(jī)上,擠壓時(shí)芯棒固定在擠壓桿上(圖7-13(a));長(zhǎng)芯棒用于有穿孔系統(tǒng)的擠壓機(jī)上,擠壓時(shí)芯棒固定在穿孔系統(tǒng)的芯棒支承上(圖7-13(b));特殊結(jié)構(gòu)的芯棒,如瓶頸式芯棒(圖7-13(d))、錐形芯棒(圖7-13(e))和異形芯棒。
短芯棒是在最嚴(yán)酷的條件下工作。工作時(shí)與變形金屬長(zhǎng)時(shí)間接觸使用時(shí),為了降低芯棒的受熱,采用高溫潤(rùn)滑保護(hù)涂層,擠壓溫度可以達(dá)到1600℃.同時(shí)可以用于鋼和難熔金屬的擠壓。
長(zhǎng)芯棒在使用過程中,在變形區(qū)內(nèi)可以移動(dòng)500~700mm,有利于降低受熱溫度和磨損程度。同時(shí),可以采用水冷芯棒,即采用壓力為1MPa的內(nèi)冷式或借助于專用噴水器的外冷式的裝置冷卻芯棒,以提高芯棒的使用壽命。
特殊結(jié)構(gòu)芯棒一般用于擠壓特殊斷面空心型材,如擠壓不銹鋼厚壁管的瓶頸式芯棒(圖7-13(d)),擠壓變截面管的錐形芯棒(圖7-13(e))以及其他形狀內(nèi)孔的異形芯棒。
圖7-14所示為尼科波爾南方不銹鋼管廠31.5MN(3150t)臥式擠壓機(jī)的瓶頸式芯棒,其除了用于擠壓超厚壁管之外,也可用于擠壓最小內(nèi)徑小于φ25mm的管材和空心型材。瓶頸式芯棒的頭部采用Nimonic 合金制造。采用這種組合芯棒擠壓時(shí),芯棒的最大外徑和芯棒頭的直徑之比不應(yīng)超過2.0~2.5。
不銹鋼管擠壓芯棒的結(jié)構(gòu)隨著擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)和擠壓工藝的不同而異,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,種品繁多。圖7-15所示為根據(jù)擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)及滿足不同工藝的要求而設(shè)計(jì)的各種擠壓芯棒。
芯棒的種類還可以分為:
1. 固定在臥式擠壓機(jī)或立式擠壓機(jī)擠壓桿上的芯棒
(圖7-15(c)).擠壓機(jī)無獨(dú)立的穿孔裝置系統(tǒng),采用空心坯料。
2. 游離芯棒
芯棒不固定在擠壓桿上,坯料中心鉆孔。
3. 固定在擠壓機(jī)的獨(dú)立穿孔裝置芯棒座上的芯棒(圖7-15(a)、圖7-15(b))
采用空心或?qū)嵭呐髁?,具有?dú)立的穿孔裝置,擠壓時(shí)先穿孔。穿孔和擠壓在同一臺(tái)設(shè)備上完成。這種工藝在有色金屬擠壓時(shí)普遍采用。在鋼擠壓的領(lǐng)域內(nèi)日本和西班牙曾有試用,西班牙吐巴塞克斯公司還曾采用穿孔一擠壓聯(lián)合工藝,試用于連鑄方坯,取得了一定的成效。
4. 階梯式或瓶頸式芯棒(圖7-15(f)、圖7-15(k))
用于擠壓具有小孔的管材和空心型材。擠壓時(shí),必須準(zhǔn)確調(diào)節(jié)穿孔裝置的行程,使芯棒的定徑端頭部準(zhǔn)確地處于??字行摹P景舻倪^渡部分的細(xì)端采用熱穩(wěn)定性較好的材料制作。
5. 小尺寸的游動(dòng)芯棒(圖7-15(g))
這種芯棒本體的一端有標(biāo)準(zhǔn)螺紋,用在芯棒座中固定芯棒,在本體的全長(zhǎng)上鉆有直徑變化的通孔,然后在其內(nèi)部插入具有圓帽塞狀的小直徑的工作定徑芯棒。穿孔時(shí)芯棒縮進(jìn)本體,外面僅留出不長(zhǎng)的一段(10~15mm);穿孔結(jié)束后被流動(dòng)金屬拉入擠壓模的定徑芯棒向前拉出,形成管材或空心型材的內(nèi)表面。
6. 用于在擠壓制品中形成各種異形孔腔(正方形、矩形、六角形)的異形芯棒(圖7-15(d))
芯棒的固定方法同通常的芯棒一樣,但芯棒都加工成產(chǎn)品孔腔所要求的形狀和尺寸。
7. 用于擠壓任意輪廓形狀管材的芯棒(圖7-15(k))
一般做成裝配式,可更換的芯棒端部做成異形,芯棒相對(duì)于模子的調(diào)整用制動(dòng)銷調(diào)節(jié)。
8. 用來擠壓斷面沿長(zhǎng)度上變化的管材和型材的錐形芯棒(圖7-15(h))
芯棒固定在擠壓機(jī)的擠壓桿上,特殊異形芯棒也屬于這一類。
9. 特殊的異形芯棒(圖7-15(i))
芯棒表面上有異形的輪廓部分,如六角形斷面的芯棒,伸入六角形的擠壓模,可以擠壓3根沿長(zhǎng)度上斷面變化的T形型材。在芯棒的3個(gè)面上刨出沿長(zhǎng)度上變化的輪廓,伸入六角形的??椎男景艟o閉型材的翼緣,移動(dòng)擠壓桿時(shí)芯棒與模子共同形成3個(gè)T形孔。
有的擠壓機(jī)同時(shí)還可以在擠壓過程中轉(zhuǎn)動(dòng)芯棒的位置,以旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)芯棒。這在擠壓非圓形管材時(shí),使芯棒能夠精確的裝在擠壓模的模孔中。
芯棒的斷面形狀和尺寸取決于擠壓工藝表的要求。芯棒的長(zhǎng)度應(yīng)保證擠壓開始時(shí)伸出模子定徑帶,即芯棒長(zhǎng)度大于或等于坯料長(zhǎng)度、擠壓墊厚度、玻璃墊厚度和擠壓模厚度之和。有時(shí)為了減小摩擦力或采用固定芯棒擠壓,可將芯棒設(shè)計(jì)成帶錐度,其前后直徑差為0.15~1.00mm,具體要由產(chǎn)品的公差范圍來確定。芯棒與芯棒支承器或擠壓桿(型材擠壓機(jī)擠壓鋼管時(shí))采用螺紋連接。
此外,擠壓芯棒按照擠壓工藝的不同可以分為隨動(dòng)擠壓芯棒、固定擠壓芯棒和游動(dòng)擠壓芯棒3種:
1. 隨動(dòng)擠壓芯棒
用于沒有獨(dú)立的穿孔系統(tǒng)裝置的擠壓機(jī)上。擠壓鋼管時(shí),芯棒固定在擠壓桿上,采用空心坯料(有時(shí)也擠壓實(shí)心的坯料)。此時(shí)坯料上僅有一個(gè)定心孔或?qū)蚩住T谶@種工藝條件下,擠壓芯棒和擠壓桿速度同步,而擠壓金屬流出擠壓模出口的速度明顯超過芯棒的前進(jìn)速度,即在出口處擠壓金屬和芯棒之間存在著速度差,引起變形金屬與芯棒間的相對(duì)移動(dòng)。因此,這種工藝條件有利于擠壓制品內(nèi)表面質(zhì)量和芯棒使用壽命的提高。但是在擠壓結(jié)束之后,抽出芯棒時(shí)比較困難一些。
2. 固定擠壓芯棒
用于具有獨(dú)立穿孔裝置的擠壓機(jī)上。擠壓時(shí),芯棒固定在獨(dú)立穿孔系統(tǒng)裝置的芯棒座上(圖7-15(a)、圖7-15(b)),采用空心或?qū)嵭呐髁?。擠壓前必須預(yù)先將芯棒的位置調(diào)整到芯棒頭部工作帶,進(jìn)入擠壓??椎墓ぷ魑恢貌⒓右怨潭?。在整個(gè)擠壓過程中,芯棒的位置不變,變形金屬和芯棒之間沒有速度差。這種工藝條件使芯棒的磨損集中,使用壽命降低,而且擠壓制品的內(nèi)表面質(zhì)量得不到改善。
3. 游動(dòng)擠壓芯棒
在現(xiàn)代的臥式管型材擠壓機(jī)上,已經(jīng)有設(shè)計(jì)成在結(jié)構(gòu)上允許與擠壓桿運(yùn)動(dòng)無關(guān)的獨(dú)立調(diào)節(jié)芯棒運(yùn)動(dòng)速度的擠壓機(jī)穿孔系統(tǒng)裝置。這種芯棒運(yùn)動(dòng)速度獨(dú)立調(diào)節(jié)裝置,允許芯棒在40%的擠壓桿行程范圍內(nèi),以比擠壓桿運(yùn)動(dòng)速度快的速度通過擠壓模??滓苿?dòng)。即,在金屬流動(dòng)過程中,芯棒在擠壓變形區(qū)內(nèi)可以移動(dòng)500~700mm,因而使芯棒的受熱溫度和磨損情況有所降低。
采用游動(dòng)針擠壓工藝,既有利于產(chǎn)品內(nèi)表面質(zhì)量的改善,又有利于芯棒使用壽命的提高。同時(shí),可以生產(chǎn)各種異形斷面的空心型材。