各種不銹鋼管和合金管材以及空心型材擠壓時使用的芯棒種類繁多,按照其結構情況可以分為短芯棒、長芯棒和特殊結構的芯棒三大類(圖7-13)。
短芯棒用于沒有穿孔系統的擠壓機上,擠壓時芯棒固定在擠壓桿上(圖7-13(a));長芯棒用于有穿孔系統的擠壓機上,擠壓時芯棒固定在穿孔系統的芯棒支承上(圖7-13(b));特殊結構的芯棒,如瓶頸式芯棒(圖7-13(d))、錐形芯棒(圖7-13(e))和異形芯棒。
短芯棒是在最嚴酷的條件下工作。工作時與變形金屬長時間接觸使用時,為了降低芯棒的受熱,采用高溫潤滑保護涂層,擠壓溫度可以達到1600℃.同時可以用于鋼和難熔金屬的擠壓。
長芯棒在使用過程中,在變形區內可以移動500~700mm,有利于降低受熱溫度和磨損程度。同時,可以采用水冷芯棒,即采用壓力為1MPa的內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。
特殊結構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,芯棒的最大外徑和芯棒頭的直徑之比不應超過2.0~2.5。
不銹鋼管擠壓芯棒的結構隨著擠壓機結構和擠壓工藝的不同而異,結構復雜,種品繁多。圖7-15所示為根據擠壓機的結構及滿足不同工藝的要求而設計的各種擠壓芯棒。
芯棒的種類還可以分為:
1. 固定在臥式擠壓機或立式擠壓機擠壓桿上的芯棒
(圖7-15(c)).擠壓機無獨立的穿孔裝置系統,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. 固定在擠壓機的獨立穿孔裝置芯棒座上的芯棒(圖7-15(a)、圖7-15(b))
采用空心或實心坯料,具有獨立的穿孔裝置,擠壓時先穿孔。穿孔和擠壓在同一臺設備上完成。這種工藝在有色金屬擠壓時普遍采用。在鋼擠壓的領域內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,必須準確調節穿孔裝置的行程,使芯棒的定徑端頭部準確地處于模孔中心。芯棒的過渡部分的細端采用熱穩定性較好的材料制作。
5. 小尺寸的游動芯棒(圖7-15(g))
這種芯棒本體的一端有標準螺紋,用在芯棒座中固定芯棒,在本體的全長上鉆有直徑變化的通孔,然后在其內部插入具有圓帽塞狀的小直徑的工作定徑芯棒。穿孔時芯棒縮進本體,外面僅留出不長的一段(10~15mm);穿孔結束后被流動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,芯棒相對于模子的調整用制動銷調節。
8. 用來擠壓斷面沿長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根沿長度上斷面變化的T形型材。在芯棒的3個面上刨出沿長度上變化的輪廓,伸入六角形的模孔的芯棒緊閉型材的翼緣,移動擠壓桿時芯棒與模子共同形成3個T形孔。
有的擠壓機同時還可以在擠壓過程中轉動芯棒的位置,以旋轉調節芯棒。這在擠壓非圓形管材時,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。芯棒的長度應保證擠壓開始時伸出模子定徑帶,即芯棒長度大于或等于坯料長度、擠壓墊厚度、玻璃墊厚度和擠壓模厚度之和。有時為了減小摩擦力或采用固定芯棒擠壓,可將芯棒設計成帶錐度,其前后直徑差為0.15~1.00mm,具體要由產品的公差范圍來確定。芯棒與芯棒支承器或擠壓桿(型材擠壓機擠壓鋼管時)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擠壓芯棒、固定擠壓芯棒和游動擠壓芯棒3種:
1. 隨動擠壓芯棒
用于沒有獨立的穿孔系統裝置的擠壓機上。擠壓鋼管時,芯棒固定在擠壓桿上,采用空心坯料(有時也擠壓實心的坯料)。此時坯料上僅有一個定心孔或導向孔。在這種工藝條件下,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移動。因此,這種工藝條件有利于擠壓制品內表面質量和芯棒使用壽命的提高。但是在擠壓結束之后,抽出芯棒時比較困難一些。
2. 固定擠壓芯棒
用于具有獨立穿孔裝置的擠壓機上。擠壓時,芯棒固定在獨立穿孔系統裝置的芯棒座上(圖7-15(a)、圖7-15(b)),采用空心或實心坯料。擠壓前必須預先將芯棒的位置調整到芯棒頭部工作帶,進入擠壓模孔的工作位置并加以固定。在整個擠壓過程中,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,而且擠壓制品的內表面質量得不到改善。
3. 游動擠壓芯棒
在現代的臥式管型材擠壓機上,已經有設計成在結構上允許與擠壓桿運動無關的獨立調節芯棒運動速度的擠壓機穿孔系統裝置。這種芯棒運動速度獨立調節裝置,允許芯棒在40%的擠壓桿行程范圍內,以比擠壓桿運動速度快的速度通過擠壓模模孔移動。即,在金屬流動過程中,芯棒在擠壓變形區內可以移動500~700mm,因而使芯棒的受熱溫度和磨損情況有所降低。
采用游動針擠壓工藝,既有利于產品內表面質量的改善,又有利于芯棒使用壽命的提高。同時,可以生產各種異形斷面的空心型材。