CN106903178B - 一种具有组合式挤压轴的挤压机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有组合式挤压轴的挤压机，其包括：安装于机架底部的工作台，所述工作台上侧固定设置具有中空结构的挤压轴本体，所述挤压轴本体的中空结构内设置沿竖直方向上下位移、用于挤压坯料成型的芯棒，所述挤压轴本体的上端固定连接有具有与所述芯棒外径相匹配的中空孔道的挤压垫，所述挤压垫的上方设置用于配合所述芯棒挤压坯料成型的动模机构。本发明的具有组合式挤压轴的挤压机，能够有效的提高作业效率、降低成本。

Description

一种具有组合式挤压轴的挤压机

技术领域

本发明涉及大口径无缝管材生产技术领域，更具体地，涉及一种具有组合式挤压轴的挤压机。

背景技术

挤压机是利用金属塑性压力成型，实现金属挤压加工的最主要设备。其主要的特点即是将金属坯料一次加工成型，加工处理速度快、质量可靠。

大口径管材挤压机分为长程挤压机与短程挤压机两种。短程挤压机指的是主缸行程比常规主缸行程要短，可减少空行程时间，提高效率。长程挤压机的挤压轴与芯棒相对位置固定，因此，在上料时需要挤压轴与芯棒移动更长的行程才能产生容纳坯料装填的空间。整体上，长程挤压机比短程挤压机的设计更加复杂，占用空间更多，成本也更高。

在挤压加工大口径黑色金属厚壁无缝管材时，因为其挤压力很大，通常需要重型挤压设备。对于重型挤压设备的设计与制造，长程挤压机的成本要明显高于短程挤压机。同时，由于重型挤压机设备的挤压筒吨位较大，采用挤压筒偏离挤压中心线上料的方式难度较大，因此，在挤压加工大口径黑色金属厚壁无缝管材时，主要采用挤压筒、挤压轴、芯棒可重合的短程挤压机结构。

大口径黑色金属厚壁无缝管材短程挤压机的挤压工艺中，挤压轴和芯棒是挤压工艺所需要的核心模具，其疲劳寿命、经济性和结构紧凑性都有很高的要求。传统的挤压轴主要采用整体式结构，即，挤压轴的内径直接与芯棒的直径相配合，挤压轴的内端面与芯棒的外端面密切接触但可以相对滑动。这种结构制造简单，但在加工不同直径尺寸的钢管时需要整体更换挤压轴与芯棒，成本较高。

当芯棒直径小于挤压轴内径时，无法完成钢管挤压工艺，原因主要有两点。第一，当芯棒直径小于挤压轴内径时，芯棒与挤压轴内孔之间会产生间隙，在挤压时高温的坯料会顺着该间隙反流形成飞刺。当飞刺形成过多，会增加芯棒及挤压轴内孔产生的磨损，同时也会使挤压力增大。同时，在挤压结束、芯棒回程时，飞刺的存在导致回程力过大甚至无法实现回程。第二，挤压钢管质量好坏的一个重要参数是钢管的偏心程度，当钢管偏心程度过大时只能以报废处理。为降低钢管的偏心程度，芯棒需具有良好的刚度。由于芯棒仅有下端固定，等效于一端固定的悬壁梁结构。当芯棒与挤压轴内孔之间存在一定间隙时，则芯棒的固定点将从与挤压轴接触的上端位置转移到芯棒的下端，如此，使得芯棒的等效悬壁梁长度增加，相应的刚度下降，不利于对挤压钢管的偏心程度控制。

此外，钢管最重要的结构参数包括钢管内径与外径，其中，钢管外径大小由挤压模内径尺寸决定；钢管内径尺寸则由芯棒直径决定。当挤压不同规格的钢管时，需要安装对应不同的挤压模与芯棒，因此，也需要对应更换与芯棒相匹配的挤压轴。

由此可知，传统的整体式挤压轴结构具有两大缺点：1、当挤压不同内径的钢管时需要使用对应不同直径的芯棒。为与不同直径的芯棒相配合就需要更换相应的不同内径的挤压轴。因此，为挤压不同规格的钢管就需要常备不同规格的挤压轴，同时，这些挤压轴大部分时间又将处于闲置状态，造成一定程度的浪费。另外，过多的整体式挤压轴的保养、维护、更新也需要大量的成本，从而使得模具成本过高；2、挤压轴与芯棒在使用过程中，会存在一定程度的磨损，其整体更换的成本也较高。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的能够有效提高不同内径管材加工效率、降低成本的具有组合式挤压轴的挤压机。

根据本发明的一个方面，提供一种具有组合式挤压轴的挤压机，其包括：安装于机架底部的工作台，所述工作台上侧固定设置具有中空结构的挤压轴本体，所述挤压轴本体的中空结构内设置沿竖直方向上下位移、用于挤压坯料成型的芯棒，所述挤压轴本体的上端固定连接有具有与所述芯棒直径相匹配的中空孔道的挤压垫，所述挤压垫的上方设置用于配合所述芯棒挤压坯料成型的动模机构。

在上述方案的基础上，所述挤压轴中空结构的直径大于所述芯棒的直径。

在上述方案的基础上，所述挤压垫的外径大于所述挤压轴本体的外径，且所述挤压垫的中空孔道的直径小于所述挤压轴本体中空结构的直径。

在上述方案的基础上，所述挤压轴本体包括上部柱体和底部锥台，所述底部锥台的外侧套设螺接在所述工作台上且具有与所述底部锥台外端面相匹配的固定环。

在上述方案的基础上，所述芯棒的下端螺接沿竖直方向贯穿所述机架底部和工作台的驱动装置。

在上述方案的基础上，所述驱动装置包括沿竖直方向安装的柱塞缸和沿所述柱塞缸上下位移并螺接所述芯棒底端的柱塞。

在上述方案的基础上，所述动模机构包括由主缸驱动而在竖直方向上下位移的动梁，所述动梁的下端面与所述芯棒对应的位置设置有挤压模。

在上述方案的基础上，所述主缸的上端螺接在所述机架的顶部，所述主缸的下端螺接在所述动梁的上侧，所述动梁的下侧设置用于支撑所述动梁、并与所述主缸配合而驱动所述动梁上下位移的回程缸。

在上述方案的基础上，所述动模机构还包括用于带动挤压筒在竖直方向上下位移的挤压筒支撑机构，所述挤压筒支撑机构包括对称设置的两个挤压件，所述挤压件包括固定于所述机架上靠近所述动梁的锁模支撑，所述锁模支撑上沿竖直位置安装有锁模缸体，所述锁模缸体的锁模缸柱塞上螺接有锁模滑块。

在上述方案的基础上，所述锁模滑块包括弧度与所述挤压筒外端面弧度相同的弧形片和弧形突起，所述弧形片的内端面的直径大于所述挤压筒的外径，所述弧形突起垂直设置于所述弧形片的下端且向内侧延伸，所述弧形突起的内端面的直径小于所述挤压筒的外径。

本申请提出的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其有益效果主要如下：

(1)采用挤压轴本体与挤压垫组合方式，再与芯棒相配合，使挤压加工具有不同内径的管材时，只需要更换挤压垫和芯棒，而不需要更换挤压轴本体，不仅降低更换作业难度，而且，能够减少挤压轴本体的备用量，有效的降低成本，增强挤压轴的适用性，此外，在该组合式结构中，为保证芯棒的刚度，只需要挤压垫与芯棒的配合，而挤压轴本体与芯棒无直接接触，能够有效的降低挤压轴本体与芯棒之间的摩擦及其产生的磨损量；

(2)挤压轴的中空结构的直径大于芯棒的直径，便于挤压轴内设置不同直径的芯棒；

(3)采用上置的动模机构，能够增加挤压力；

(4)挤压轴本体的下端设置为锥台结构，能够增加挤压轴本体的稳定性，同时，也能够便于与固定环相配合，更好地固定于工作台上；

(5)挤压筒支撑机构采用与挤压筒外端面弧度相同的弧形片和弧形突起结果，保证挤压筒上下位移的同时，增强其对挤压筒规格的适用性。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种具有组合式挤压轴的挤压机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1所示，一种具有组合式挤压轴的挤压机，其包括机架1，机架1通过机架支撑11固定于地基上。机架1还包括下拱梁12、上拱梁13和立柱14，立柱14至少有四根。下拱梁12、上拱梁13分别采用钢丝缠绕或螺接的方式固定于立柱14的下端和上端。机架1的立柱14螺接在机架支撑11上，机架支撑11固定于地基上。

机架1还包括下垫梁15和上垫梁16。下垫梁15螺接在下拱梁12的上侧，上垫梁16螺接在上拱梁13的下侧。在下拱梁12和上拱梁13的对应位置对应设置下垫梁15和上垫梁16，便于机架1上其他部件的安装。

下垫梁15的上侧安装工作台2，工作台2螺接在下垫梁15上，工作台2上侧螺接有挤压轴本体3。挤压轴本体3具有中空结构，该中空结构为中空柱体结构，在挤压轴本体3的顶端设置有挤压垫5，挤压垫5具有中空孔道的结构。挤压轴本体3与挤压垫5采用螺接的方式固定，螺栓设置在挤压轴本体3上，挤压垫5上对应的以螺母紧固。

在挤压轴本体3的中空结构内设置有芯棒4，芯棒4用于挤压坯料以完成挤压成型动作。芯棒4在挤压轴本体3内能够沿挤压轴本体3的轴向方向在竖直方向上下位移。并且，芯棒4与挤压垫5的中空孔道相匹配，使芯棒4在竖直方向上下位移时，能够穿过挤压垫5而不会发生水平方向的偏移。

在现有技术中，对挤压钢管的偏心程度影响最大的是芯棒的上端即坯料经挤压成为钢管的变形区，因此，欲提高芯棒的刚度应尽可能让芯棒的固定点接近于芯棒的上端。当芯棒与挤压轴内孔之间存在一定间隙时，芯棒的固定点将从与挤压轴接触的上端位置转移到芯棒的下端，如此将使得芯棒的等效悬壁梁长度增加，相应的刚度下降，不利于对挤压钢管的偏心程度控制。

而本发明中，采用挤压轴本体3与挤压轴本体3上端的挤压垫5组合、挤压垫5再与芯棒4相匹配的方式，不仅使芯棒4的等效悬臂减小，提高其刚度，还能够有效的减小或避免芯棒4与挤压轴本体3之间的摩擦及摩擦产生的磨损量，延长挤压轴本体3的使用寿命。

采用挤压轴本体3与设置于挤压轴本体3顶端的挤压垫5组合的方式，针对具有不同直径的芯棒4，设置对应的挤压垫5，使不同的芯棒4均对应有相匹配的挤压垫5。在挤压垫5的上方设置有动模机构6，动模机构6用于配合芯棒4完成挤压坯料成型。

当挤压不同内径的管材时，不需要整体更换挤压轴本体3，只需要更换挤压垫5和芯棒4，而挤压轴本体3能够反复使用。相比于现有方法中的整体式挤压轴，采用挤压轴本体3与挤压垫5组合的方式，能够降低操作难度，提高更换作业效率。并且，挤压垫5固定于挤压轴本体3的顶端，且与芯棒4相配合，充分保证了芯棒4的刚度。

此外，在挤压坯料过程中，挤压垫5与坯料相接触于高温高压的工作状态，容易产生磨损。当挤压垫5磨损量过大而无法正常使用时，只需更换挤压垫5即可，而无需更换挤压轴本体3。而现有方法中的整体式挤压轴，在整体式挤压轴的顶部磨损量过大而无法正常使用时，必须整体更换挤压轴。因此，采用挤压轴本体3与设置于挤压轴本体3顶端的挤压垫5组合的方式，能够有效的降低成本。

挤压轴本体3的中空结构的直径大于芯棒4的直径。由于挤压垫5的中空孔道与芯棒4相匹配，使芯棒4在竖直方向上下位移时，挤压垫5能够起到导向的作用，保证芯棒4在竖直方向的运动不会发生水平方向的偏移。而挤压轴本体3中空结构的直径大于芯棒4的直径，使挤压轴本体3内能够设置具有不同直径的芯棒4。当需要更换具有不同直径的芯棒4时，只需要对应更换挤压垫5即可，而无需更换挤压轴本体3。使同一挤压轴本体3能够配合具有不同直径的芯棒4作业，增强挤压轴本体3的适用性。

挤压垫5的中空孔道的直径小于挤压轴本体3中空结构的直径，挤压垫5的外径大于挤压轴本体3的外径。为了便于同一挤压轴本体3内能够设置具有不同直径的芯棒4，适用于挤压生产不同内径的管材，挤压轴本体3的中空结构的直径大于芯棒4的直径；同时，为保证芯棒4在竖直方向上的运动不会发生偏移，在挤压轴本体3上侧设置的挤压垫5的中空孔道的直径需与芯棒4的直径相匹配，即挤压垫5的中空孔道的直径需小于挤压轴本体3的中空结构的直径。

挤压垫5的外径大于挤压轴本体3的外径。在挤压过程中，为防止坯料从挤压垫5与挤压筒之间反向流出，挤压垫5与挤压筒之间的匹配间隙必须尽可能小，则挤压垫5与挤压筒之间不可避免产生摩擦。当挤压垫5的外径大于挤压轴本体3的外径时，只有挤压垫5与挤压筒内端面接触，挤压轴本体3与挤压筒内端面则不会产生接触，从而大大减少对挤压轴本体3的磨损量。并且，当挤压垫5因磨损量过大而无法正常使用时，只需要更换挤压垫5即可，而无需更换挤压轴本体3，不仅能够提高更换作业效率，也能够有效降低成本。

挤压轴本体3包括上部柱体和底部锥台，底部锥台上端面的外径与上部柱体的横截面外径相同。底部锥台的外侧套设有固定环7，固定环7的内端面与底部锥台的外端面相匹配，并且，固定环7螺接在工作台上。底部锥台的设置，不仅能够增强挤压轴本体3的稳定性，还能够使挤压轴本体3更简便的固定于工作台上。

固定环7为整体结构或具有对称结构的两部分。在使用过程中，当固定环7为整体结构时，将固定环7由挤压轴本体3的上端由上至下整体套设于挤压轴本体3底部锥台的外侧，再将固定环7螺接在工作台上，实现挤压轴本体3的固定。当固定环7为对称结构的两部分时，直接将固定环7的两部分对称放置于底部锥台的两侧，并使固定环7与底部锥台紧密贴合，再将固定环7螺接在工作台上，实现挤压轴本体3的固定。

芯棒4的下端设置有驱动芯棒4在竖直方向上下位移的驱动装置8，驱动装置8与芯棒4的下端螺接以使芯棒4固定于驱动装置8上，驱动装置8沿竖直方向贯穿机架1的底部和工作台2。

驱动装置8包括沿竖直方向安装的柱塞缸81和柱塞82。柱塞缸81安装于机架1的下拱梁12中，柱塞82由下而上依次嵌设于机架1的下拱梁12、机架1的下垫梁15和工作台2中，柱塞82的上端螺接芯棒4的下端。嵌设于机架1和工作台2中的驱动装置8与挤压轴本体3上端的挤压垫5一同确保芯棒4在竖直方向上位移的准确性和可靠性。

设置于芯棒4上方的动模机构6包括主缸61和动梁62，主缸61驱动动梁62在竖直方向上下位移。在动梁62的下端面面向芯棒4且与芯棒4对应的位置设置有挤压模，挤压模螺接在动梁62的下端面。当执行挤压作业时，坯料置于挤压模和芯棒4之间，二者配合完成挤压成型作业。

驱动动梁62上下位移的主缸61的下端螺接在动梁62的上端，主缸61的上端螺接在机架1的上垫梁16上。

在动梁62下侧靠近动梁62外周的位置均匀螺接有至少四个回程缸63，回程缸63的另一端螺接在回程缸支撑块64上，回程缸支撑块64固定于机架1的立柱14上。回程缸63用于支撑动梁62，且回程缸63与主缸61相配合。当主缸61驱动动梁62在竖直方向发生位移时，回程缸63与主缸61发生相同方向、相同大小的位移。回程缸63的设置，不仅能够为动梁62的回程提供动力，还能够通过对各回程缸63的调节，提供不同的支撑力，以调整并充分保证动梁62的平稳性。

在挤压坯料的过程中，用于确定坯料外径的挤压筒通过挤压筒支撑机构65实现在竖直方向上的位移。挤压筒支撑机构65包括两个对称设置的挤压件。挤压件包括螺接于立柱14上的锁模支撑，锁模支撑位于立柱14中部靠上的位置，锁模支撑上螺接有沿竖直方向安装的锁模缸体，锁模缸体的锁模缸柱塞上螺接有锁模滑块。

锁模滑块包括弧形片和弧形突起，锁模缸柱塞螺接在弧形片的上端。弧形突起设置于弧形片的下端，与弧形片垂直且向弧形结构的内侧延伸，弧形片和弧形突起的内端面弧度与挤压筒的外端面弧度相同。弧形片与弧形突起为一体成型的整体结构或者是通过螺接或焊接的方式固定在一起，并且，弧形片内端面的直径大于挤压筒的外径，而弧形突起内端面的直径小于挤压筒的外径。

锁模滑块的弧形突起位于挤压筒的下端，弧形片位于挤压筒的两侧。液压驱动下，锁模缸柱塞驱动锁模滑块在竖直方向上下位移，从而带动挤压筒在竖直方向上下位移。当执行挤压作业时，柱塞82带动芯棒4向下回程，使芯棒4的顶端低于挤压垫5的上端面，挤压筒支撑机构65带动挤压筒向下移动至与挤压轴本体3重合，此时，挤压垫5的高度高出挤压筒的高度。

然后，在动梁62的下端面安装对应的挤压模，将加热到预定温度的坯料放置在挤压垫5上。挤压筒支撑机构65带动挤压筒向上移动至与动梁62接触并将挤压筒压紧在动梁62上。此时，柱塞82驱动芯棒4向上行程并穿过坯料中心至预定高度。

随后，动梁62、挤压模与挤压筒一起向下运动至挤压模与坯料接触，此时坯料置于挤压筒内，之后继续下压以完成挤压作业，。完成挤压作业后，挤压筒、挤压模随动梁62一起向上移动，取出挤压完成的钢管，芯棒向下回程至挤压垫5以下，进行下一挤压作业。

进行下一挤压作业，当加工具有相同内径的管材时，无需更换芯棒4和挤压垫5，直接放置新的坯料进行挤压作业；当需要加工具有不同内径以及外径的管材时，在放置新的坯料前，先更换相对应的芯棒4、挤压垫5以及挤压模，再进行挤压作业。

本发明的一种具有组合式挤压轴的挤压机，采用挤压轴本体3与设置于挤压轴本体3上端的挤压垫5组合的方式，配合芯棒4完成挤压作业。在挤压加工具有不同内径的管材时，只需要更换具有对应直径或内径的芯棒4和挤压垫5，而不需要更换挤压轴本体3。在挤压加工具有不同内径的管材时，降低了更换加工部件的难度，提高更换效率。并且，在挤压垫5磨损量过大而无法正常使用时，只需要更换挤压垫5，而无需更换挤压轴本体3，能够有效的降低成本。

该挤压机在执行挤压加工具有不同内径的管材时的具体动作为：

A.将芯棒4向下回程至其顶端置于设置于挤压轴本体3上端的挤压垫5的上端面之下；

B.挤压筒支撑机构65将挤压筒下移至挤压垫5从挤压筒上部穿出；

C.在动梁62上安装挤压模，将加热到预定温度的坯料放置在挤压垫5上表面，挤压筒支撑机构65将挤压筒抬升至与动梁62接触并压紧与动梁62上；

D.将芯棒4从挤压轴本体3的中空结构中向上顶出，穿过挤压垫5的中空孔道和坯料，并从坯料上方穿出；

E.动梁62及挤压筒向下移动至动梁62下端面上的挤压模与坯料接触；

F.动梁62、挤压筒与挤压模一起下移挤压坯料完成挤压行程；

G.动梁62、挤压筒与挤压模一起上移，芯棒4向下回程至挤压垫5的上端面以下，取出挤压钢管；

H.将挤压垫取下，并安装新的不同内径的挤压垫5与芯棒4；

I.开始下一不同尺寸钢管的挤压。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于，其包括：安装于机架(1)底部的工作台(2)，所述工作台(2)上侧固定设置具有中空结构的挤压轴本体(3)，所述挤压轴本体(3)的中空结构内设置沿竖直方向上下位移、用于挤压坯料成型的芯棒(4)，所述挤压轴本体(3)的上端固定连接有具有与所述芯棒(4)直径相匹配的中空孔道的挤压垫(5)，所述挤压垫(5)的上方设置用于配合所述芯棒(4)挤压坯料成型的动模机构(6)；

所述动模机构(6)包括由主缸(61)驱动而在竖直方向上下位移的动梁(62)，所述动梁(62)的下端面与所述芯棒(4)对应的位置设置有挤压模。

2.如权利要求1的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于：所述挤压轴本体(3)中空结构的直径大于所述芯棒(4)的直径。

3.如权利要求1的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于：所述挤压垫(5)的外径大于所述挤压轴本体(3)的外径，且所述挤压垫(5)的中空孔道的直径小于所述挤压轴本体(3)中空结构的直径。

4.如权利要求1的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于：所述挤压轴本体(3)包括上部柱体和底部锥台，所述底部锥台的外侧套设螺接在所述工作台(2)上且具有与所述底部锥台外端面相匹配的固定环(7)。

5.如权利要求1的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于：所述芯棒(4)的下端螺接沿竖直方向贯穿所述机架(1)底部和工作台(2)的驱动装置(8)。

6.如权利要求5的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于：所述驱动装置(8)包括沿竖直方向安装的柱塞缸(81)和沿所述柱塞缸(81)上下位移并螺接所述芯棒(4)底端的柱塞(82)。

7.如权利要求1的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于：所述主缸(61)的上端螺接在所述机架(1)的顶部，所述主缸(61)的下端螺接在所述动梁(62)的上侧，所述动梁(62)的下侧设置用于支撑所述动梁(62)、并与所述主缸(61)配合而驱动所述动梁(62)上下位移的回程缸(63)。

8.如权利要求1的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于：所述动模机构(6)还包括用于带动挤压筒在竖直方向上下位移的挤压筒支撑机构(65)，所述挤压筒支撑机构(65)包括对称设置的两个挤压件，所述挤压件包括固定于所述机架(1)上靠近所述动梁(62)的锁模支撑，所述锁模支撑上沿竖直位置安装有锁模缸体，所述锁模缸体的锁模缸柱塞上螺接有锁模滑块。

9.如权利要求8的一种具有组合式挤压轴的挤压机，其特征在于：所述锁模滑块包括弧度与所述挤压筒外端面弧度相同的弧形片和弧形突起，所述弧形片的内端面的直径大于所述挤压筒的外径，所述弧形突起垂直设置于所述弧形片的下端且向内侧延伸，所述弧形突起的内端面的直径小于所述挤压筒的外径。