CN102069121B - 一种变径管无模浮动滚珠旋压方法及夹具 - Google Patents

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Abstract

一种变径管无模浮动滚珠旋压方法及夹具，通过所设计的专用夹具，对管坯分段多道次旋压，具体过程包括通过试旋确定各缩径段的外径、对各缩径段分段旋压，并合理控制各旋压过程的旋压量，最终得到成形后的管件。本发明用于奥氏体不锈钢管的旋压成形，可替代性强，操作简单方便，工作效率高。由于奥氏体不锈钢强度低，延伸率在40％以上，塑性好，有利于缩径，应用滚珠旋压成形具有良好效果。本发明提出的工装夹具能够有效地控制薄壁管缩径处的直径，解决了变径管局部缩径的技术难题。该工装夹具原理简单，合理利用了普通车床的功能，并且加工容易，制造成本低。

Description

一种变径管无模浮动滚珠旋压方法及夹具
技术领域
本发明涉及机械加工中旋压制造领域，具体是一种滚珠旋压方法和旋压夹具。
技术背景
随着我国经济的迅速发展，对旋压产品的需求量也越来越大，旋压加工应用领域也越来越广。目前，滚珠旋压已有效地用于制造特薄壁管，特别是小直径薄壁管，与其他工艺相比，滚珠旋压获得的产品表面光滑，且尺寸精度高。
现有的滚珠旋压主要针对管型件进行壁厚减薄旋压，旋压过程产品的内径保持不变，因此无法满足变内径管的工艺要求，导致目前国内市场上需求的变内径薄壁管主要依靠国外进口。
发明内容
为克服现有技术中存在的采用滚珠旋压无法满足变内径管的工艺要求的不足，本发明提出了一种变径管无模浮动滚珠旋压方法及夹具。
本发明提出的变径管无模浮动滚珠旋压方法包括以下步骤：
第一步，安装旋压工装；将滚珠均布在模环的凹槽内，并通过压块将滚珠封闭在凹槽内；将管坯一端逐次穿过主轴箱主轴内孔、模环和压块的中心孔、以及叉形推杆的U形槽，并用夹头加紧管坯，夹头固定在套筒上；转动小托板上的刻度盘带动叉形推杆推动压块移动，当压块右侧端面距模环端面5.2mm时，压块压紧管坯；
第二步，缩径旋压；缩径旋压包括五步，具体过程是：
a.试旋，确定各缩径段的外径；试旋长度为20～30mm；车床转速118r/min，管坯轴向进给速度为60mm/min；启动车床，小托板上的刻度盘顺时针每转动1大格，压块轴向主轴箱方向运动0.05mm，当刻度盘顺时针转动10大格，压块前进0.5mm，滚珠径向下压0.3mm；旋压后缩径段管壁壁厚增加0.05～0.06mm，根据公式确定各缩径段的外径：
φ外＝φ内+2kδ
公式中，φ外为各缩径段的外径；φ内为各缩径段的内径；k为系数，取值范围为1.10～1.12；δ为管壁厚；
b.旋压第一处缩径段；旋压过程包括三道次；旋压中，管坯的进给速度60mm/分钟，管坯单向行进距离为35mm后返回初始起旋位置；重复上述过程，依次进行第二道次和第三道次旋压旋；第一道次和第二道次旋压中，每道次刻度盘分别转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，每道次滚珠径向下压0.3mm；第三道次旋压中，刻度盘转动8大格，压块亦分别前进0.4mm，滚珠径向下压0.2mm；
C.旋压第二处缩径段；第二处缩径段的旋压过程同旋压第一处缩径段的旋压过程；
d.旋压第三处缩径段；旋压过程包括三道次；旋压中，管坯的进给速度60mm/分钟，管坯单向行进距离为35mm后返回初始起旋位置；重复上述过程，依次进行第二道次和第三道次旋压；旋压中，每道次刻度盘分别转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，每道次滚珠径向下压0.3mm；
e.旋压第四处缩径段；第四处缩径段的旋压过程同旋压第三处缩径段的旋压过程；得到变径管；
第三步：卸料；将完成旋压的管件从夹具上卸下。
旋压道次是以尾顶带动管坯沿车床轴向运动一个往复为一道次。
本发明还提出了一种变径管无模浮动滚珠旋压方法的夹具，包括模环、滚珠、压块和叉形推杆；滚珠均布在模环的U形凹槽内，压块大端的外圆与模环内孔壁间隙配合；叉形推杆的U形叉口套在管坯上，叉形推杆另一端固定在刀架上。
模环一端的小径内孔为管坯的过孔，模环另一端的大径内孔为压块的安装孔，模环中部的内孔孔径略大于压块小直径端的外径；模环中部内孔与管坯的过孔之间形成径向台阶面，并且该径向台阶面与孔壁之间为R10的圆弧过渡，当管坯穿过模环的过孔后，在模环中部形成了用于安放滚珠的U形凹槽；滚珠逐个均匀排布在凹槽内。
压块的小端端面为内凹圆弧形；压块的内孔为管坯的过孔。叉形推杆一端开有U形槽，该U形槽的槽底为直径略大于管坯外径的圆弧形；叉形推杆另一端为该叉形推杆的固定端，固定在刀架内。
本发明用于奥氏体不锈钢管的旋压成形，可替代性强，操作简单方便，工作效率高。由于奥氏体不锈钢强度低，延伸率在40％以上，塑性好，有利于缩径，应用滚珠旋压成形具有良好效果。
本发明采取的工装夹具，能够有效地控制薄壁管缩径处的直径，根据缩径段内径的尺寸要求获得不同的直径，解决了变径管局部缩径的技术难题。该工装夹具原理简单，合理利用了普通车床的功能，并且加工容易，制造成本低。
附图说明
图1为变径管无模浮动滚珠旋压夹具的结构示意图；
图2为变径管无模浮动滚珠旋压夹具结构示意图的A-A向视图；
图3为模环的结构示意图；
图4为压块的结构示意图；
图5为叉形推杆的结构示意图，其中a为叉形推杆的主视图，b为叉形推杆的主视图的侧视图；
图6为缩径前夹具的装配位置示意图；
图7为缩径过程中滚珠在模环内的工作位置。其中：
1.卡盘、2.模环、3.滚珠、4.压块、5.管坯、6.叉形推杆、7.夹头、8.套筒、9.尾顶、10.小托板、11.刀架。
具体实施例
本实施例是一种变径管无模浮动滚珠旋压方法，其具体过程是：
第一步，安装旋压工装。在模环的凹槽内涂抹润滑油，选用7颗φ8滚珠，将其逐个均布在模环的凹槽内，并通过压块将滚珠封闭在凹槽内。将管坯一端逐次穿过主轴箱主轴内孔、模环和压块的中心孔、以及叉形推杆的U形槽，并用夹头加紧管坯，夹头固定在套筒上；通过控制小托板上的刻度盘的格数确定叉形推杆的轴向移动距离，叉形推杆进一步推动压块移动，当压块右侧端面距模环端面5.2mm时，压块压紧管坯；
第二步：缩径旋压；缩径旋压包括五步，
a.进行试旋，确定各缩径段的外径。车床转速118r/min，管坯轴向进给速度为60mm/min；启动车床，小托板上的刻度盘顺时针每转动1大格，压块轴向主轴箱方向运动0.05mm，当刻度盘顺时针转动10大格，压块前进0.5mm，滚珠径向下压0.3mm；试旋20～30mm长度后，旋压后缩径段管壁壁厚增加0.05～0.06mm，根据公式确定各缩径段的外径。
φ外＝φ内+2kδ
公式中，φ外为各缩径段的外径；φ内为各缩径段的内径；k为系数，取值范围为1.10～1.12；δ为管壁厚。
本实施例中，第一处缩径段和第二处缩径段的系数k均取1.10，第一处缩径段和第二处缩径段外径φ外均为11.40mm。第三处缩径段和第四处缩径段的系数k均取1.12，第三处缩径段和第四处缩径段外径φ外均为11.48mm。
b.旋压第一处缩径段；旋压过程包括三道次，以尾顶带动管坯沿车床轴向运动一个往复为一道次。旋压中，管坯的进给速度60mm/分钟，管坯单向行进距离为35mm后返回初始起旋位置。重复上述过程，依次进行第二道次旋压，如此再往复一个行程后，进行第三道次精旋。旋完后该缩径段长度达到45mm。第一道次和第二道次旋压过程中，每道次刻度盘分别转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，每道次滚珠径向下压0.3mm。第三道次为精旋，刻度盘转动8大格，压块亦分别前进0.4mm，滚珠径向下压0.2mm。
C.旋压第二处缩径段；旋压过程包括三道次，以尾顶带动管坯沿车床轴向运动一个往复为一道次。旋压中，管坯的进给速度60mm/分钟，管坯单向行进距离为35mm后返回初始起旋位置。重复上述过程，依次进行第二道次旋压，如此再往复一个行程后，进行第三道次精旋。旋完后该缩径段长度达到45mm。第一道次和第二道次旋压过程中，每道次刻度盘分别转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，每道次滚珠径向下压0.3mm。第三道次为精旋，刻度盘转动8大格，压块亦分别前进0.4mm，滚珠径向下压0.2mm。
d.旋压第三处缩径段；旋压过程包括三道次，以尾顶带动管坯沿车床轴向运动一个往复为一道次。旋压中，管坯的进给速度60mm/分钟，管坯单向行进距离为35mm后返回初始起旋位置。重复上述过程，依次进行第二道次旋压，如此再往复一个行程后，进行第三道次精旋。旋完后该缩径段长度达到45mm。第一道次和第二道次旋压过程中，每道次刻度盘分别转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，每道次滚珠径向下压0.3mm。第三道次为精旋，刻度盘转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，滚珠径向下压0.3mm。
e.旋压第四处缩径段；旋压过程包括三道次，以尾顶带动管坯沿车床轴向运动一个往复为一道次。旋压中，管坯的进给速度60mm/分钟，管坯单向行进距离为35mm后返回初始起旋位置。重复上述过程，依次进行第二道次旋压，如此再往复一个行程后，进行第三道次精旋。旋完后该缩径段长度达到45mm。第一道次和第二道次旋压过程中，每道次刻度盘分别转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，每道次滚珠径向下压0.3mm。第三道次为精旋，刻度盘转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，滚珠径向下压0.3mm。
第三步：卸料。四处缩径段全部旋完后，首先松开夹头，尾顶后退，叉形推杆从刀架上卸下，然后松开卡盘，将模环连同压块一起沿轴向后退，脱离管坯，最后管坯从主轴箱的主轴内孔抽出，操作完毕。
为实施上述变径管无模浮动滚珠旋压方法，本实施例还提出了一种变径管无模浮动滚珠旋压夹具。
所述变径管无模浮动滚珠旋压的夹具包括模环2、滚珠3、压块4、叉形推杆6、刀架11、小托板10、夹头7、套筒8和尾顶9。模环2夹紧在车床的卡盘1上，滚珠3均布在模环2的凹槽内，压块4大端的外圆与模环2内孔配合，形成H7/g6间隙配合。叉形推杆6一端的U形叉口套在管坯5上，叉形推杆6另一端固定在刀架11上。管坯5依次穿过车床的主轴箱的主轴内孔、模环和压块的中心孔，夹头7夹紧管坯5的端头，并固定在套筒8内，套筒8位于尾顶9内。通过小托板10上刻度盘的格数确定叉形推杆的轴向移动距离。
如图3所示。模环2为中空回转体。模环2的内孔为阶梯孔，其中一端的小径内孔为管坯5的过孔，该过孔的孔径同管坯5的外径。模环2另一端的大径内孔为压块4的安装孔，该安装孔的孔径同压块4大直径端的外径。模环2中部的内孔孔径略大于压块4小直径端的外径。模环2中部内孔与管坯5的过孔之间形成径向台阶面，并且该径向台阶面与孔壁之间为R10的圆弧过渡，当管坯5穿过模环2的过孔后，在模环2中部形成了用于安放滚珠的U形凹槽；8个φ8的滚珠逐个均匀排布在凹槽内。
如图4所示。压块4亦为中空回转体，其外形为阶梯状。压块4小直径端的端面为R10的内凹圆弧形。当压块4与模环2配合后，小直径端的端面与滚珠的弧面配合。压块4大直径端与模环2的大径内孔配合。压块4的内孔为管坯5的过孔。
如图5所示。叉形推杆6一端端面开有U形槽，该U形槽的槽底为圆弧形，并且该圆弧的直径略大于管坯5的外径。叉形推杆6另一端为该叉形推杆的固定端，固定在刀架6内。

Claims (6)

1.一种变径管无模浮动滚珠旋压方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步，安装旋压工装；将滚珠均布在模环的凹槽内，并通过压块将滚珠封闭在凹槽内；将管坯一端逐次穿过主轴箱主轴内孔、模环和压块的中心孔、以及叉形推杆的U形槽，并用夹头加紧管坯，夹头固定在套筒上；转动小托板上的刻度盘带动叉形推杆推动压块移动，当压块右侧端面距模环端面5.2mm时，压块压紧管坯；
第二步：缩径旋压；缩径旋压包括五步，具体过程是，
a.试旋，确定各缩径段的外径；试旋长度为20～30mm；车床转速118r/min，管坯轴向进给速度为60mm/min；启动车床，小托板上的刻度盘顺时针每转动1大格，压块轴向主轴箱方向运动0.05mm，当刻度盘顺时针转动10大格，压块前进0.5mm，滚珠径向下压0.3mm；旋压后缩径段管壁壁厚增加0.05～0.06mm，根据公式确定各缩径段的外径：
φ外＝φ内+2kδ
公式中，φ外为各缩径段的外径；φ内为各缩径段的内径；k为系数，取值范围为1.10～1.12；δ为管壁厚；
b.旋压第一处缩径段；旋压过程包括三道次；旋压中，管坯的进给速度60mm/分钟，管坯单向行进距离为35mm后返回初始起旋位置；重复上述过程，依次进行第二道次和第三道次旋压；第一道次和第二道次旋压中，每道次刻度盘分别转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，每道次滚珠径向下压0.3mm；第三道次旋压中，刻度盘转动8大格，压块亦分别前进0.4mm，滚珠径向下压0.2mm；
c.旋压第二处缩径段；第二处缩径段的旋压过程同旋压第一处缩径段的旋压过程；
d.旋压第三处缩径段；旋压过程包括三道次；旋压中，管坯的进给速度60mm/分钟，管坯单向行进距离为35mm后返回初始起旋位置；重复上述过程，依次进行第二道次和第三道次旋压；旋压中，每道次刻度盘分别转动10大格，压块亦分别前进0.5mm，每道次滚珠径向下压0.3mm；
e.旋压第四处缩径段；第四处缩径段的旋压过程同旋压第三处缩径段的旋压过程；
得到变径管；
第三步：卸料；将完成旋压的管件从夹具上卸下。
2.如权利要求1所述一种变径管无模浮动滚珠旋压方法，其特征在于，所述的旋压道次是以尾顶带动管坯沿车床轴向运动一个往复为一道次。
3.一种实现权利要求1所述一种变径管无模浮动滚珠旋压方法的夹具，其特征在于，该装置包括模环(2)、滚珠(3)、压块(4)和叉形推杆(6)；滚珠(3)均布在模环(2)的U形凹槽内，压块(4)大端的外圆与模环(2)内孔壁间隙配合；叉形推杆(6)的U形叉口套在管坯(5)上，叉形推杆(6)另一端固定在刀架(11)上。
4.如权利要求3所述一种实现变径管无模浮动滚珠旋压方法的夹具，其特征在于，模环(2)一端的小径内孔为管坯(5)的过孔，模环(2)另一端的大径内孔为压块(4)的安装孔，模环(2)中部的内孔孔径略大于压块(4)小直径端的外径；模环(2)中部内孔与管坯(5)的过孔之间形成径向台阶面，并且该径向台阶面与孔壁之间为圆弧过渡，当管坯(5)穿过模环(2)的过孔后，在模环(2)中部形成了用于安放滚珠的U形凹槽；滚珠逐个均匀排布在凹槽内。
5.如权利要求3所述一种实现变径管无模浮动滚珠旋压方法的夹具，其特征在于，压块(4)的小端端面为内凹圆弧形；压块(4)的内孔为管坯(5)的过孔。
6.如权利要求3所述一种实现变径管无模浮动滚珠旋压方法的夹具，其特征在于，叉形推杆(6)一端开有U形槽，该U形槽的槽底为直径略大于管坯(5)外径的圆弧形；叉形推杆(6)另一端为该叉形推杆的固定端，固定在刀架(11)内。
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