CN203936205U

CN203936205U - 一种旋压部支撑式波纹管旋压设备

Info

Publication number: CN203936205U
Application number: CN201420296463.2U
Authority: CN
Inventors: 马飞; 崔旭昌; 熊秋萍
Original assignee: Changzheng Machinery Factory China Aerospace Science and Technology Corp
Current assignee: Changzheng Machinery Factory China Aerospace Science and Technology Corp
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2024-06-06

Abstract

本实用新型公开了一种旋压部支撑式波纹管旋压设备，它包括连接于旋压机主轴（1）上的芯轴（2），芯轴（2）的大径段（3）上设置有压块（6），芯轴（2）的小径段（4）套装有波纹模具（5），压块（6）压紧于波纹模具（5）的外表面，芯轴（2）的末端的锁紧螺母（7）用于将波纹模具（5）固定，芯轴（2）的末端由尾顶（9）压紧支撑。本实用新型的有益效果是：设备结构简单、设计合理，波纹加工精度高，有效防止了成形过程中管材的形变缺陷，从而有利于提高成形质量；波纹模具适用于不同长度管材的加工，并且方便拆装，结构牢固；减少产品的环向焊缝，产品质量好，使用寿命大大提高。

Description

一种旋压部支撑式波纹管旋压设备

技术领域

本实用新型涉及金属管材加工技术领域，特别是一种旋压部支撑式波纹管旋压设备。

背景技术

波纹管的成型工艺包括液压成形、滚压成形和焊接成形等。液压成形是波纹管的最常用成形方法，利用在管坯中的液体压力，使管坯在限制环中胀形，直到沿环向出现屈服，然后再压缩管坯到所需的长度，小直径波纹管多采用这种方法。滚压成形工艺主要用于加工大型波纹管，是依靠设在管坯中的成形轮的滚压成形，可以单波滚制成形，有的装置亦可一次成数个波纹机械胀形波纹管，采用在管坯内部扩胀的胎具，逐个地胀压成波纹，初步成形后，再用内外锟精压定制。液压成形和滚压成形的波纹管，其波纹均为首内压膨胀形成，变形区形成拉应力，组织性能、稳定性和承受内压性能均较差。对于波高过大或波形特殊的波纹管，多采用冲压焊接工艺，当波高超过极限时，材料延伸率已不允许采用整体成形工艺，或因波形复杂，整体成形极其困难时也多采用焊接成形，这类波纹管由于不能承受内压，不太适用于作膨胀节的柔性段。

目前普遍使用的隧道管是分节成形、多节焊接获得的，即每一小节分别加工，然后采用焊接工艺将诸多小节焊接为一体。隧道管的规格要求为管径大于250mm、管壁厚2.7～3.5mm、波高10～15mm，由于管径大、管厚薄、波高较高，使得目前对每一小节的加工工艺，多采用“板材压筋—卷圆—焊接”的传统工艺方法，即选用厚度为2.7～3.5mm的板材，在板材上压制波形，然后将压制波形后的板材卷圆，对连接部进行焊接，得到一个小节，最终再将多个小节焊接得到隧道管19，如图1所示。

采用“板材压筋—卷圆—焊接”的传统制造方法，主要有以下工艺缺点：（1）焊接区域容易产生应力集中，使产品的疲劳强度降低，焊缝区域在长期存放过程中可能产生微裂纹并进行扩展，影响产品的使用寿命；（2）数量众多的纵向焊缝、环向焊缝，尤其是交叉焊缝，使得隧道管的焊接质量难以保证，根据设计要求，产品的焊缝质量要百分之百检测，焊缝检测效率低且费用很高；（3）由于该工艺方法本身局限性，每一小节长度较短，目前主要是在1100mm以内，这使得隧道管的节数较多，加工工艺复杂，生产效率低；（4）焊接过程中产品变形较大，产品成形精度和一致性差。因此，传统工艺方法制造的产品不仅成形精度差、加工效率低、生产成本高，最重要的是产品质量可靠性差，无法满足产品的设计要求。

中国专利91106244.0，公开了一种波纹管加工方法及设备，由机床带动管坯旋转，旋压轮沿径向进给旋压，同时双等离子炬对管坯加热区加热，轴向压力头沿管坯轴向施加压力，一个波形成型后，旋压轮沿轴向移动一个波矩，进行下一波形旋压。但其加工的对象为外径D小（60～110mm）、壁厚δ大（3.5～5mm）的波纹管，因此，其不适用于管径大于250mm、管壁厚2.7～3.5mm的波纹管的加工。中国专利200810021178.9，公开了一种铜波纹管螺旋波纹成形设备及其成形工艺，铜管为硬质铜管,该成形设备上设滚轮装置，滚轮装置上设三个在所述铜管的圆周方向均布的滚轮对铜管进行滚压加工；三个滚轮与铜管的轴线的垂直方向均偏转一个相同的角度,，该角度即铜管螺旋波纹的螺旋升角。但其加工的对象为空调设备上的波纹管，由于空调设备上的波纹管外径小，因此其同样不适用于加工管径大于250mm、管壁厚2.7～3.5mm的波纹管。采用上述设备加工管径大于250mm、管壁厚2.7～3.5mm的波纹管，在成型过程中均存在由于管径大、壁厚薄而易出现变形缺陷，不能完成波纹管的加工。

面对当今形势，研究一种产品成形质量好、生产成本低、且简单、高效的隧道管零件制造方法成为现在该领域技术人员迫切需要解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、设计合理、成形质量好、成形精度和加工效率高的旋压部支撑式波纹管旋压设备。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种旋压部支撑式波纹管旋压设备，它包括连接于旋压机主轴上的芯轴，芯轴的端部设置有一台阶，芯轴连接旋压机主轴的一端为大径段，大径段上设置有压块，芯轴的小径段的外部套装有波纹模具，压块的一端固定于大径段上，压块的另一端压紧于波纹模具的外表面，芯轴的大径段上沿周向布置有多个压块，芯轴的末端套装有用于将波纹模具固定于芯轴上的锁紧螺母，所述的波纹模具为由多个弧形瓣周向拼合成的圆筒形，波纹模具外表面设置有均匀间隔的环形凸棱，芯轴的末端由尾顶压紧支撑。

所述的波纹模具包括前端压环、模具单元和尾端套筒，所述的模具单元为末端外表面设置有周向延伸的凸棱的弧形板，弧形板的末端的内表面设置有高度与弧形板前端厚度相配合的凹口，前端压环的末端内表面设置有高度与弧形板前端厚度相配合的凹槽，尾端套筒的厚度与弧形板高度相等，多个模具单元周向拼合成末端外表面为环形凸棱、末端内表面为环形凹槽的圆筒形单元，前端压环固定设置于芯轴的小径段的前端部，前端压环和尾端套筒之间设置有多个圆筒形单元，位于后侧的圆筒形单元的前端插接于前侧的圆筒形单元的后端的环形凹槽内，位于最前端的圆筒形单元的前端插接于前端压环的凹槽内，尾端套筒的前端插接于位于最后端的圆筒形单元的环形凹槽内，锁紧螺母压紧尾端套筒的后端面。

所述的芯轴的末端设置有位于轴心处的锥形孔，尾顶的前端设置有锥形顶针，尾顶的锥形顶针顶压于芯轴的锥形孔内，形成压紧支撑结构，该结构能实现心轴的稳定旋转，防止偏心现象发生。

所述的旋压机具有三个旋轮，三个旋轮沿旋压机主轴周向均布。

所述的旋轮外径φ=0.5D～2D，D为成品波纹管零件波谷处的外径，旋轮的边缘由过旋轮的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A和对称设置于圆弧A两侧的圆弧B和圆弧C，圆弧A的半径R1=1t～3t，t为长薄壁管的壁厚，圆弧B和圆弧C的半径R₀=1.0 R～1.2R，R为成品波纹管波形顶端的圆角半径。

本实用新型具有以下优点：本实用新型结构简单、设计合理，通过波纹模具和旋轮旋压共同配合完成成形加工，波纹加工精度高，并且由于波纹模具的存在有效防止了成形过程中管材的形变缺陷，从而有利于提高成形质量；波纹模具结构的设计，可以根据管材的长度确定模具单元的使用数量，从而使得波纹模具可以适用于不同长度管材的加工，并且方便拆装，结构牢固。

本实用新型不仅彻底去除了隧道管零件的纵向焊缝，而且采用长薄壁管加工的隧道波纹管的长度不受工艺限制，远远大于现有工艺长度仅能达到的1100mm以内，可以大大减少产品的环向焊缝。同时新工艺的成形精度更高，便于产品装配。并且，与传统工艺相比，新工艺成形的产品在旋压过程中晶粒细化，旋压变形使金相组织均匀致密，同时晶粒被压扁拉长，在旋压方向形成纤维组织，产品质量好，使用寿命大大提高。

由于取消了纵向焊缝，本工艺方法能够彻底避免产品上出现纵向和环向焊缝相交区域，环向焊缝大大减少且能够采用自动焊接工艺，大大降低了焊接难度，提高了产品的合格率。

由于减少了焊缝焊接量，使得焊接、焊缝检测和打磨工序的工作量相应减少，从而提高了加工效率，并且能够节省大量的焊接材料费用和焊缝检测费用，降低了产品的生产成本。

附图说明

图1 为现有技术加工产品的结构示意图

图2 为本实用新型的结构示意图

图3 为本实用新型的加工结构示意图

图4 为本实用新型采用的旋轮的结构示意图

图5 为本实用新型加工成品的结构示意图

图中，1-旋压机主轴，2-芯轴，3-大径段，4-小径段，5-波纹模具，6-压块，7-锁紧螺母，8-环形凸棱，9-尾顶，10-端压环，11-尾端套筒，12-弧形板，13-锥形孔，14-锥形顶针，15-旋轮，16-圆弧A，17-圆弧B，18-圆弧C，19-隧道管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的描述，本实用新型的保护范围不局限于以下所述：

实施例1：

选用材料为5A03（LF3）的长薄壁管，其内径d=264.6mm，壁厚为3mm，成品波纹管的波谷处内径d=247mm、外径D=253mm，成品波纹管波形顶端的圆角半径R=13.2mm。

如图2所示，一种旋压部支撑式波纹管旋压设备，它包括连接于旋压机主轴1上的芯轴2，芯轴2的端部设置有一台阶，芯轴2连接旋压机主轴1的一端为大径段3，大径段3上设置有压块6，芯轴2的小径段4的外部套装有波纹模具5，压块6的一端固定于大径段3上，压块6的另一端压紧于波纹模具5的外表面，芯轴2的大径段3上沿周向布置有多个压块6，芯轴2的末端套装有用于将波纹模具5固定于芯轴2上的锁紧螺母7，所述的波纹模具5为由多个弧形瓣周向拼合成的圆筒形，波纹模具5外表面设置有均匀间隔的环形凸棱8，芯轴2的末端由尾顶9压紧支撑。

所述的波纹模具5包括前端压环10、模具单元和尾端套筒11，所述的模具单元为末端外表面设置有周向延伸的凸棱的弧形板12，弧形板12的末端的内表面设置有高度与弧形板12前端厚度相配合的凹口，前端压环10的末端内表面设置有高度与弧形板12前端厚度相配合的凹槽，尾端套筒11的厚度与弧形板12高度相等，多个模具单元周向拼合成末端外表面为环形凸棱8、末端内表面为环形凹槽的圆筒形单元，本实施例中每个圆筒形单元由三个模具单元周向拼合成，前端压环10固定设置于芯轴2的小径段4的前端部，前端压环10和尾端套筒11之间设置有多个圆筒形单元，本实施例中设置有12个圆筒形单元，位于后侧的圆筒形单元的前端插接于前侧的圆筒形单元的后端的环形凹槽内，位于最前端的圆筒形单元的前端插接于前端压环10的凹槽内，尾端套筒11的前端插接于位于最后端的圆筒形单元的环形凹槽内，锁紧螺母7压紧尾端套筒11的后端面。

所述的芯轴2的末端设置有位于轴心处的锥形孔13，尾顶9的前端设置有锥形顶针14，尾顶9的锥形顶针14顶压于芯轴2的锥形孔13内，形成压紧支撑结构，该结构能实现心轴的稳定旋转，防止偏心现象发生。

如图3所示，所述的旋压机具有三个旋轮15，三个旋轮15沿旋压机主轴1周向均布，该结构使得其径向力可相互平衡，变形区成近似环形，工件尺寸、形状及表面质量较好。

如图4所示，所述的旋轮15外径φ=300mm，旋轮15的边缘由过旋轮15的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A16和对称设置于圆弧A16两侧的圆弧B17和圆弧C18，圆弧A16的半径R₁=6mm，圆弧B17和圆弧C18的半径R₀=16.2mm，该旋轮1519能较好的成形波纹形状和避免波峰区域的失稳现象。

采用上述一种旋压部支撑式波纹管旋压设备的波纹管成型方法，它包括以下步骤：

S1、将长薄壁管套装于波纹模具5外部，长薄壁管的端部设置于波纹模具5与压块6之间，本实施例中，长薄壁管的端部设置于前端压环10与压块6之间，由压块6将长薄壁管的端部压紧固定；

S2、主轴带动芯轴2旋转，主轴转速为60r/min，旋压机的三个旋轮15同步沿径向进给，径向进给速度为0.5～5.0mm/s，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮15后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为2mm/r，当旋压的波谷达到预定长度后，停止轴向进给，三个旋轮15同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，停止轴向进给，三个旋轮15再次同步沿径向进给，进行下一个循环，最终得到隧道管19，如图5所示。

在进行步骤S1之前还包括一个组装波纹模具5的步骤：将前端压环10固定于芯轴2的小径段4前端部，然后将数个弧形板12套装于芯轴2外部拼合成圆筒形单元，并将该圆筒形单元的前端部插接于前端压环10的凹槽内，然后依次拼合圆筒形单元并插接于前侧圆筒形单元的环形凹槽内，圆筒形单元长度达到加工要求后，将尾端套筒11的前端部插接于位于最末端的圆筒形单元的环形凹槽内，最后将锁紧螺母7套装于芯轴2上，由锁紧螺母7压紧尾端套筒11。

实施例2：

选用材料为5A03（LF3）的长薄壁管，其内径d=264.6mm，壁厚为2.7mm，成品波纹管的波谷处内径d=244.6mm、外径D=250mm，成品波纹管波形顶端的圆角半径R=16.2mm。

如图4所示，所述的旋轮15外径φ=500mm，旋轮15的边缘由过旋轮15的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A16和对称设置于圆弧A16两侧的圆弧B17和圆弧C18，圆弧A16的半径R₁=8.1mm，圆弧B17和圆弧C18的半径R₀=16.2mm，该旋轮1519能较好的成形波纹形状和避免波峰区域的失稳现象。

S2、主轴带动芯轴2旋转，主轴转速为50r/min，旋压机的三个旋轮15同步沿径向进给，径向进给速度为0.5～5.0mm/s，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮15后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为1.5mm/r，当旋压的波谷达到预定长度后，停止轴向进给，三个旋轮15同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，停止轴向进给，三个旋轮15再次同步沿径向进给，进行下一个循环，最终得到隧道管19，如图5所示。

实施例3：

选用材料为5A03（LF3）的长薄壁管，其内径d=264.6mm，壁厚为3.5mm，成品波纹管的波谷处内径d=246mm、外径D=253mm，成品波纹管波形顶端的圆角半径R=13.2mm。

如图4所示，所述的旋轮15外径φ=126.5mm，旋轮15的边缘由过旋轮15的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A16和对称设置于圆弧A16两侧的圆弧B17和圆弧C18，圆弧A16的半径R₁=3.5mm，圆弧B17和圆弧C18的半径R₀=14.5mm，该旋轮1519能较好的成形波纹形状和避免波峰区域的失稳现象。

S2、主轴带动芯轴2旋转，主轴转速为100r/min，旋压机的三个旋轮15同步沿径向进给，径向进给速度为0.5～5.0mm/s，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮15后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为1mm/r，当旋压的波谷达到预定长度后，停止轴向进给，三个旋轮15同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，停止轴向进给，三个旋轮15再次同步沿径向进给，进行下一个循环，最终得到隧道管19，如图5所示。

Claims

1.一种旋压部支撑式波纹管旋压设备，其特征在于：它包括连接于旋压机主轴（1）上的芯轴（2），芯轴（2）的端部设置有一台阶，芯轴（2）连接旋压机主轴（1）的一端为大径段（3），大径段（3）上设置有压块（6），芯轴（2）的小径段（4）的外部套装有波纹模具（5），压块（6）的一端固定于大径段（3）上，压块（6）的另一端压紧于波纹模具（5）的外表面，芯轴（2）的大径段（3）上沿周向布置有多个压块（6），芯轴（2）的末端套装有用于将波纹模具（5）固定于芯轴（2）上的锁紧螺母（7），所述的波纹模具（5）为由多个弧形瓣周向拼合成的圆筒形，波纹模具（5）外表面设置有均匀间隔的环形凸棱（8），芯轴（2）的末端由尾顶（9）压紧支撑。

2.根据权利要求1所述的一种旋压部支撑式波纹管旋压设备，其特征在于：所述的波纹模具（5）包括前端压环（10）、模具单元和尾端套筒（11），所述的模具单元为末端外表面设置有周向延伸的凸棱的弧形板（12），弧形板（12）的末端的内表面设置有高度与弧形板（12）前端厚度相配合的凹口，前端压环（10）的末端内表面设置有高度与弧形板（12）前端厚度相配合的凹槽，尾端套筒（11）的厚度与弧形板（12）高度相等，多个模具单元周向拼合成末端外表面为环形凸棱（8）、末端内表面为环形凹槽的圆筒形单元，前端压环（10）固定设置于芯轴（2）的小径段（4）的前端部，前端压环（10）和尾端套筒（11）之间设置有多个圆筒形单元，位于后侧的圆筒形单元的前端插接于前侧的圆筒形单元的后端的环形凹槽内，位于最前端的圆筒形单元的前端插接于前端压环（10）的凹槽内，尾端套筒（11）的前端插接于位于最后端的圆筒形单元的环形凹槽内，锁紧螺母（7）压紧尾端套筒（11）的后端面。

3.根据权利要求1所述的一种旋压部支撑式波纹管旋压设备，其特征在于：所述的芯轴（2）的末端设置有位于轴心处的锥形孔（13），尾顶（9）的前端设置有锥形顶针（14），尾顶（9）的锥形顶针（14）顶压于芯轴（2）的锥形孔（13）内。

4.根据权利要求1所述的一种旋压部支撑式波纹管旋压设备，其特征在于：所述的旋压机具有三个旋轮（15），三个旋轮（15）沿旋压机主轴（1）周向均布。

5.根据权利要求4所述的一种旋压部支撑式波纹管旋压设备，其特征在于：所述的旋轮（15）外径φ=0.5D～2D，D为成品波纹管零件波谷处的外径，旋轮（15）的边缘由过旋轮（15）的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A（16）和对称设置于圆弧A（16）两侧的圆弧B（17）和圆弧C（18），圆弧A（16）的半径R₁=1t～3t，t为长薄壁管的壁厚，圆弧B（17）和圆弧C（18）的半径R₀=1.0 R～1.2R，R为成品波纹管波形顶端的圆角半径。