各种不锈钢管和合金管材以及空心型材挤压时使用的芯棒种类繁多,按照其结构情况可以分为短芯棒、长芯棒和特殊结构的芯棒三大类(图7-13)。
短芯棒用于没有穿孔系统的挤压机上,挤压时芯棒固定在挤压杆上(图7-13(a));长芯棒用于有穿孔系统的挤压机上,挤压时芯棒固定在穿孔系统的芯棒支承上(图7-13(b));特殊结构的芯棒,如瓶颈式芯棒(图7-13(d))、锥形芯棒(图7-13(e))和异形芯棒。
短芯棒是在最严酷的条件下工作。工作时与变形金属长时间接触使用时,为了降低芯棒的受热,采用高温润滑保护涂层,挤压温度可以达到1600℃.同时可以用于钢和难熔金属的挤压。
长芯棒在使用过程中,在变形区内可以移动500~700mm,有利于降低受热温度和磨损程度。同时,可以采用水冷芯棒,即采用压力为1MPa的内冷式或借助于专用喷水器的外冷式的装置冷却芯棒,以提高芯棒的使用寿命。
特殊结构芯棒一般用于挤压特殊断面空心型材,如挤压不锈钢厚壁管的瓶颈式芯棒(图7-13(d)),挤压变截面管的锥形芯棒(图7-13(e))以及其他形状内孔的异形芯棒。
图7-14所示为尼科波尔南方不锈钢管厂31.5MN(3150t)卧式挤压机的瓶颈式芯棒,其除了用于挤压超厚壁管之外,也可用于挤压最小内径小于φ25mm的管材和空心型材。瓶颈式芯棒的头部采用Nimonic 合金制造。采用这种组合芯棒挤压时,芯棒的最大外径和芯棒头的直径之比不应超过2.0~2.5。
不锈钢管挤压芯棒的结构随着挤压机结构和挤压工艺的不同而异,结构复杂,种品繁多。图7-15所示为根据挤压机的结构及满足不同工艺的要求而设计的各种挤压芯棒。
芯棒的种类还可以分为:
1. 固定在卧式挤压机或立式挤压机挤压杆上的芯棒
(图7-15(c)).挤压机无独立的穿孔装置系统,采用空心坯料。
2. 游离芯棒
芯棒不固定在挤压杆上,坯料中心钻孔。
3. 固定在挤压机的独立穿孔装置芯棒座上的芯棒(图7-15(a)、图7-15(b))
采用空心或实心坯料,具有独立的穿孔装置,挤压时先穿孔。穿孔和挤压在同一台设备上完成。这种工艺在有色金属挤压时普遍采用。在钢挤压的领域内日本和西班牙曾有试用,西班牙吐巴塞克斯公司还曾采用穿孔一挤压联合工艺,试用于连铸方坯,取得了一定的成效。
4. 阶梯式或瓶颈式芯棒(图7-15(f)、图7-15(k))
用于挤压具有小孔的管材和空心型材。挤压时,必须准确调节穿孔装置的行程,使芯棒的定径端头部准确地处于模孔中心。芯棒的过渡部分的细端采用热稳定性较好的材料制作。
5. 小尺寸的游动芯棒(图7-15(g))
这种芯棒本体的一端有标准螺纹,用在芯棒座中固定芯棒,在本体的全长上钻有直径变化的通孔,然后在其内部插入具有圆帽塞状的小直径的工作定径芯棒。穿孔时芯棒缩进本体,外面仅留出不长的一段(10~15mm);穿孔结束后被流动金属拉入挤压模的定径芯棒向前拉出,形成管材或空心型材的内表面。
6. 用于在挤压制品中形成各种异形孔腔(正方形、矩形、六角形)的异形芯棒(图7-15(d))
芯棒的固定方法同通常的芯棒一样,但芯棒都加工成产品孔腔所要求的形状和尺寸。
7. 用于挤压任意轮廓形状管材的芯棒(图7-15(k))
一般做成装配式,可更换的芯棒端部做成异形,芯棒相对于模子的调整用制动销调节。
8. 用来挤压断面沿长度上变化的管材和型材的锥形芯棒(图7-15(h))
芯棒固定在挤压机的挤压杆上,特殊异形芯棒也属于这一类。
9. 特殊的异形芯棒(图7-15(i))
芯棒表面上有异形的轮廓部分,如六角形断面的芯棒,伸入六角形的挤压模,可以挤压3根沿长度上断面变化的T形型材。在芯棒的3个面上刨出沿长度上变化的轮廓,伸入六角形的模孔的芯棒紧闭型材的翼缘,移动挤压杆时芯棒与模子共同形成3个T形孔。
有的挤压机同时还可以在挤压过程中转动芯棒的位置,以旋转调节芯棒。这在挤压非圆形管材时,使芯棒能够精确的装在挤压模的模孔中。
芯棒的断面形状和尺寸取决于挤压工艺表的要求。芯棒的长度应保证挤压开始时伸出模子定径带,即芯棒长度大于或等于坯料长度、挤压垫厚度、玻璃垫厚度和挤压模厚度之和。有时为了减小摩擦力或采用固定芯棒挤压,可将芯棒设计成带锥度,其前后直径差为0.15~1.00mm,具体要由产品的公差范围来确定。芯棒与芯棒支承器或挤压杆(型材挤压机挤压钢管时)采用螺纹连接。
此外,挤压芯棒按照挤压工艺的不同可以分为随动挤压芯棒、固定挤压芯棒和游动挤压芯棒3种:
1. 随动挤压芯棒
用于没有独立的穿孔系统装置的挤压机上。挤压钢管时,芯棒固定在挤压杆上,采用空心坯料(有时也挤压实心的坯料)。此时坯料上仅有一个定心孔或导向孔。在这种工艺条件下,挤压芯棒和挤压杆速度同步,而挤压金属流出挤压模出口的速度明显超过芯棒的前进速度,即在出口处挤压金属和芯棒之间存在着速度差,引起变形金属与芯棒间的相对移动。因此,这种工艺条件有利于挤压制品内表面质量和芯棒使用寿命的提高。但是在挤压结束之后,抽出芯棒时比较困难一些。
2. 固定挤压芯棒
用于具有独立穿孔装置的挤压机上。挤压时,芯棒固定在独立穿孔系统装置的芯棒座上(图7-15(a)、图7-15(b)),采用空心或实心坯料。挤压前必须预先将芯棒的位置调整到芯棒头部工作带,进入挤压模孔的工作位置并加以固定。在整个挤压过程中,芯棒的位置不变,变形金属和芯棒之间没有速度差。这种工艺条件使芯棒的磨损集中,使用寿命降低,而且挤压制品的内表面质量得不到改善。
3. 游动挤压芯棒
在现代的卧式管型材挤压机上,已经有设计成在结构上允许与挤压杆运动无关的独立调节芯棒运动速度的挤压机穿孔系统装置。这种芯棒运动速度独立调节装置,允许芯棒在40%的挤压杆行程范围内,以比挤压杆运动速度快的速度通过挤压模模孔移动。即,在金属流动过程中,芯棒在挤压变形区内可以移动500~700mm,因而使芯棒的受热温度和磨损情况有所降低。
采用游动针挤压工艺,既有利于产品内表面质量的改善,又有利于芯棒使用寿命的提高。同时,可以生产各种异形断面的空心型材。