CN103056207B - 大直径多层金属波纹管成形模及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种大直径多层金属波纹管成形模及其制造方法，其特征在于机械胀形模由棱锥动力系统、模瓣集成系统、模瓣水平支承系统、模瓣复位系统和管坯导向系统组成；当圆柱形胀模的棱锥沿铅直方向向下运动时，棱锥的十二个锥面分别与水平分布的各自一组钺形模瓣的尾部斜面之间相对滑动，各个模瓣受到斜面水平分力的推动，使模瓣沿径向扩张，在管坯上胀出波纹；模瓣集成部分中T形槽滑块、连接杆和模瓣径向连接延长，构成模瓣集成部分上平面，在连接杆下方，有与底座下法兰径向连接的槽钢延长臂及延长板形成下平面，上平面与下平面之间通过垂直的单柱支座、双柱支座构成模瓣集成部分及模瓣水平支承部分；该发明既可以实现多层金属波纹管的成形又可实现单层金属波纹管的成形。

Description

大直径多层金属波纹管成形模及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属波纹管制造中的加工技术，具体是大直径多层金属波纹管机械胀形模具及其制造方法。

背景技术

金属波纹管成形方法主要有液压成形、滚压成形和机械胀形。小直径波纹管一般采用液压成形，大直径波纹管一般采用滚压成形和机械胀形。滚压成形通常只能滚压单层波纹管，而机械胀形是近年来发展起来的较先进的大直径波纹管成形方法，但目前采用机械胀形加工的波纹管直径一般都在1000mm左右。当波纹管直径为几米时，现有的成形技术都只能实施大直径单层波纹管的加工，不能实现大直径多层波纹管的成形。

发明内容

本发明的目的是提供一种大直径多层金属波纹管成形模及其制造方法，该成形模具应用机械胀形技术，既可以实现大直径多层金属波纹管的成形又可实现大直径单层金属波纹管的成形加工。

本发明的大直径多层金属波纹管成形模，应用机械胀形的技术方法，机械胀形采用圆形内模，其特征在于机械胀形模由棱锥动力系统、模瓣集成系统、模瓣水平支承系统、模瓣复位系统和管坯导向系统五部分组成；棱锥动力系统是在圆柱形胀模的中心线上，有一个成形用的正棱锥，当它从大端向小端沿铅直方向向下运动时，棱锥的十二锥面分别与水平分布的模瓣集成系统的尾部斜面之间相对滑动，于是各个模瓣受到斜面水平分力的推动，沿径向向外扩张，模瓣顶在模具外周套着的管坯上使它胀出波纹；管坯导向系统保证在管坯上逐个成形出来的波纹排成圆柱形；模瓣集成系统的T形槽圆板上开了十二个辐射状的T形槽，每个T形槽里装一个T形槽滑块，它们可以沿T形槽圆板的径向滑动；T形槽滑块的左端与棱锥的十二锥面紧贴，T形槽滑块的右端有连接杆，在连接杆左端和T形槽滑块的上面搭有一块小连板，构成了模瓣集成系统的第一个节点，连接杆右端和模瓣尾部紧固在T形槽滑板上，构成了模瓣集成系统的第二个节点，成形时候，传递推力要通过两个节点；在小连板上安装模瓣复位系统，当活塞杆压着棱锥向下运动进行成形时，挂在小连扳上的拉簧伸长；当活塞杆提起棱锥向上运动时，拉簧收缩拉紧T形槽滑块的斜面一直贴在棱锥的十二锥面上相对滑动，使模瓣集成系统恢复到原始位置；模瓣水平支承系统使T形槽滑块、连接杆和模瓣组成的模瓣集成系统在传力的时候，三个零件的截面中心保持在一条直线上，保证模瓣集成系统不发生失稳。

制造方法：棱锥动力系统中，十二根大拉杆把顶盖、T形槽圆板和导向座的上法兰连接在一起，构成鼠笼式框架；在顶盖的下面固定一个油缸，从吊杆架上穿过的两根吊杆把活塞杆、调整垫铁和棱锥紧固在一起，棱锥下面的导柱穿过导向座的中心孔，导向座固定在底座上，构成了整个的棱锥动力系统；模瓣集成系统中，T形槽滑块、连接杆和模瓣连接在一起，构成模瓣集成系统上平面；在连接杆下面，有与底座下法兰径向连接的槽钢延长臂及延长板形成下平面，并通过单柱支座、双柱支座、轴承滚轮等零件构成一个完整的模瓣集成系统及模瓣水平支承系统；模瓣复位系统中，拉簧的一端均布地挂在拉簧固定圈的周围，另一端分别挂在小连扳上，拉簧固定圈借助六个半环固定块用螺钉卡在大拉杆上；管坯导向系统结构中波纹管管坯的上模圈、下模圈分别用螺钉与限位板和双柱立座的上盖板的外缘紧固连接。

本发明解决了大直径多层金属波纹管的成形难题，机械胀形操作简单，生产效率高，劳动强度也大大降低。与常用的滚压成形相比较，该发明既可以实现多层金属波纹管的成形又可实现单层金属波纹管的成形。

具体实施方式

本发明的大直径多层金属波纹管成形模，应用机械胀形的技术方法。圆形波纹管机械胀形的基本原理是，在圆柱形胀模的中心线上，有一个成形用的正棱锥，当它从大端向小端沿铅直方向向下运动时，棱锥的锥面与水平分布的一组扇形模瓣的尾部斜面之间相对滑动，于是各个模瓣受到斜面水平分力的推动，沿径向向外扩张，模瓣顶在模具外面套着的管坯上使它胀出波纹。机械胀形模主要由棱锥动力系统、模瓣集成系统、模瓣水平支承系统、模瓣复位系统和管坯导向系统五大部分组成。

以下为大直径多层金属波纹管成形模的制造方法：

1、棱锥动力系统

棱锥动力系统的功能是，借助液压系统的作用，实现棱锥沿铅直方向的往复运动。

该系统由顶盖、油缸、调整垫铁、棱锥、大拉杆、环形的吊杆架、吊杆、T形槽圆板、导向座和底座等零部件构成。大拉杆共有十二根，它把顶盖、T形槽圆板和导向座的上法兰用螺母连接在一起，构成鼠笼式框架。在顶盖的下面用螺钉固定一个油缸，油缸的活塞杆压在调整垫铁上。在活塞杆上还套有吊杆架，两者靠螺纹连接。从吊杆架上穿过的两根吊杆把活塞杆、调整垫铁和棱锥紧固在一起。棱锥设有导柱，两者紧配合连接，形成一个整体。导柱穿过导向座下法兰及底座上法兰的中心孔，作业时保证导柱与导向座下法兰和底座上法兰之间上下移动自如。

制造时，导向座上法兰、导向座下法兰与导向座支承管对中垂直焊接，并焊接导向座加强筋板构成导向座。底座上法兰、底座下法兰与底座支承管对中垂直焊接，并焊接底座加强筋板构成底座。导向座和底座分别在车床上整体加工，以保证底座下法兰和底座上法兰的平行度要求、保证导向座下法兰和导向座上法兰的平行度要求。完成平行度要求的加工后，将导向座下法兰与底座上法兰中心孔对中，由螺钉连接。在导向座下法兰的下表面设计有大面积定位凸台，在底座上法兰上表面圆周设计定位凹面，保证导向座和底座的对中组对，这就构成了整个的棱锥动力系统。

2、模瓣集成系统

随着要制造的波纹管直径由小到大的变化，模具的模瓣结构也有了质的变化。模瓣由单体的小尺寸扇形零件，演变成多个零件集装而成的大尺寸钺形模瓣组件，这就是称之为模瓣集成系统的缘由。单个零件扇形模瓣：其轮廓是由圆弧线及其两线段为半径，在近圆心处的斜面与棱锥锥面相贴合，并有一定厚度。

模瓣集成系统是从接触棱锥锥面的T形槽滑块算起，连接杆、T形槽滑板、模瓣以及它们之间的小连板等，直到模瓣为止。钺形的模瓣，形似半月形中间有长柄，外缘为弧形，长柄轴向有长孔，端部有螺孔。连接杆为条状，截面为工字形，可以根据要成形的波纹管直径，设计一系列长度不等的连接杆。

模瓣集成系统的每种部件都有十二件，沿圆周均匀分布。T形槽圆板上开了十二个辐射状的T形槽，各自分布在两个大拉杆之间对应夹角的平分线上。每个T形槽里装一个T形槽滑块，它们可以沿T形槽圆板的径向滑动。T形槽滑块的左端是斜面，它与棱锥的十二个锥面紧贴。T形槽滑块的右端是阶梯平台，在这个阶梯平台上坐着连接杆的左端，在连接杆左端和T形槽滑块的上面搭有一块小连板，用螺钉固定；这就在T形槽滑块处构成了模瓣集成系统的第一个节点。

连接杆的右端搭在T形槽滑板的左端，模瓣搭在T形槽滑板的右端，其尾部顶住连接杆右端，分别用螺钉紧固在T形槽滑板上。T形槽滑板安装在T形槽座的T形槽中，这就在T形槽滑板处构成了模瓣集成系统的第二个节点。T形槽滑块处和T形槽滑板处的两个节点把T形槽滑块、连接杆和模瓣三个零件组成一体，构成了钺形的模瓣集成系统。

模瓣集成系统在工作的时候相当于一个压杆，传递推力要通过两个节点，无论是连接杆本身还是在两个节点上，都不允许发生失稳现象。这就需要用下面要讲到的模瓣水平支承系统来保证。

模瓣安装时，让其长条孔穿过装在滚轮托架上的两个导柱，导柱给模瓣导向，让模瓣准确地沿径向运动。在两个导柱的上面用螺钉连着一块限位板，它保证模瓣稳定地落在四个滚轮上之后，不会向上跳动。装配时要调整好四个滚轮形成的平面与限位板之间的间距，保证模瓣运动自如。

3、模瓣水平支承系统

模瓣水平支承系统的作用就是使T形槽滑块、连接杆和模瓣组成的模瓣集成系统在传力的时候，三个零件的截面中心保持在一条直线上，作为上平面，这样才能保证模瓣集成系统不发生失稳。

该水平支撑系统包括槽钢延长臂、单柱支座、延长板、双柱支座和滚轮托架等部件。每种部件都有十二件，沿圆周均匀分布。因此，模瓣支撑系统不仅仅是支承模瓣和连接杆的自重，更重要的是要能把十二个连接杆、T形槽滑板和滚轮托架都以T形槽滑块为基准，调整在一个水平面上。这样，成形出来的波纹才不会发生扭曲。

在连接杆下方，有与底座下法兰径向连接的槽钢延长臂及延长板形成下平面，模瓣集成系统构成的上平面与下平面之间通过垂直的单柱支座、双柱支座等零件构成一个完整的模瓣集成系统及模瓣水平支承系统。

槽钢延长臂为条状，上面两排螺孔。装配时，槽钢延长臂左端与延长臂固定块焊接、右边与螺纹调节块焊接，将两个螺纹调节垫拧入螺纹调节块中。然后将延长臂连接块落在底座下法兰上，螺纹调节垫落在地上。改变螺纹调节垫的高度，使十二个槽钢延长臂都在一个水平面上，用螺钉将延长臂连接块与底座下法兰连接。

单柱支座下固定板、单柱支座上固定板与单柱支座两端垂直焊接，机加后用螺钉固定在槽钢延长臂的两排孔上，并用T形槽座螺钉固定单柱支座的上固定板；槽钢延长臂双排螺孔间距相等，每一排内的螺孔间距都是50mm，当单柱支座在槽钢延长臂上的位置沿径向每变化50mm时，就可以使波纹管直径的系列尺寸改变100mm。在现有槽钢延长臂的长度范围内，波纹管的最大内径可以做到￠3000mm以下。当制造￠4500mm的波纹管时，就需要在把槽钢延长臂再加长，即在它的上面搭了一块条状的延长板。延长板下面有四个水平调节螺杆，旋入延长板的螺纹孔中，以槽钢延长臂为基准，调整延长板的水平位置，然后用锁紧螺母锁死，并用螺钉将延长板与槽钢延长臂连接。

延长板的板面上也有与上述槽钢延长臂类似的两排螺孔。双柱支座固定板、双柱支座的上盖板与双柱支座两端垂直焊接，机加后将双柱支座固定板用螺钉固定在延长板上的两排螺纹孔中。

双柱支座的上面装有滚轮托架，在滚轮托架上架着两根平行轴，采用四个轴承作为滚轮托着模瓣。这是因为波纹管直径增大之后，模瓣的自重太大，如果还沿用T形槽导向的话，滑动摩擦力太大，成形时容易发生失稳。装配时，先将两个导柱与滚轮托架连接，连接时保证两个导柱的对中位置。滚轮托架用螺钉与双柱支座的上盖板紧固连接，由固定在延长板上的两个双柱立座支撑。轴座通过螺钉固定在滚轮托架上，轴承安装在轴上，由轴承挡圈固定。轴安装在轴座上，并用螺钉将轴固定在滚轮托架上。

4、模瓣复位系统

模瓣复位系统的作用是，让模瓣集成系统在完成成形动作之后，能够自动缩回到上模圈和下模圈之间的原始位置。这个动作靠二十四个拉簧完成，每两个拉簧为一组。

复位系统装配时，拉簧固定圈借助于六个均布的半环固定块，用螺钉卡在大拉杆上。六个半环固定块的内半圆与大拉杆贴合，用螺钉旋入拉簧固定圈外圆均布的螺纹孔内，紧固后使拉簧固定圈的位置固定。拉簧的一端均布地挂在拉簧固定圈的周围，另一端分别挂在十二个小连板的螺钉上。当活塞杆压着十二棱锥向下运动进行成形时，棱锥推动模瓣集成系统向外扩张，使T形槽滑块上的拉簧伸长；当成形动作完成后，活塞杆提起棱锥向上运动时，拉簧收缩，由于受到拉簧的拉力，T形槽滑块的斜面一直贴在棱锥的锥面上相对滑动，使模瓣集成系统恢复到上模圈和下模圈之间的原始位置。

5、管坯导向系统

管坯导向系统的作用是，保证在管坯上逐个成形出来的波纹排成圆柱形，使做出来的波纹管不发生歪斜。主要包括上模圈和下模圈两个零件。上模圈和下模圈的截面形状都是T形。它们的外部圆周是直径相同的一段短圆筒，圆筒的内部有支撑圆环，支撑圆环与圆筒内壁垂直，圆环上有均布的十二个孔，用以固定模圈。

为了使管坯在成形过程中导向良好，上模圈和下模圈的直径要求完全相等，并且在调整安装时要保证同心。这对于制造几米直径的零件来说，工艺上有一定困难。为此，在焊制模圈时，最初上模圈和下模圈是一个整体，只焊接一个圆筒，焊后把圆筒校圆，再在圆筒两端焊上各自的支撑圆环，然后从圆筒的中间气割成上、下两件，这样就保证了上模圈和下模圈的直径完全一致。最后分别在支撑圆环平面画线钻出十二个孔，就完成了上模圈和下模圈的制造。将上模圈固定在导柱上面的限位板端部，下模圈固定在双柱支座的上盖板端部，保证同心要求。

作业状态：完成以上组装后，即可以进行波纹管成形。根据成形波纹外径大小，调整垫铁的高度。然后将需要成形的波纹管管坯套在上模圈和下模圈外面，用标尺定好第一个波的位置，用托架将波纹管管坯托住。托架只是用来固定波纹管位置，不是模具的零件。开机后，油缸的压力通过活塞杆压在棱锥上面的调整垫铁上，棱锥在压力作用下向下移动。当棱锥下行时，T形槽滑块在T形槽圆板上沿径向向外滑行。T形槽滑块通过阶梯平台的立面向连接杆传递推力，连接杆再经过T形槽滑板把推力传给模瓣，模瓣顶在模具外面套着的管坯上，使它成形出波纹。与此同时，使挂在小连扳上的拉簧伸长；当成形动作完成后，液压系统提起活塞杆向上运动，活塞杆带着吊杆架圆环和吊杆拉起棱锥回到成形前的初始位置。

活塞杆提起棱锥向上运动时，拉簧收缩，由于受到拉簧的拉力，和小连扳固定连接的T形槽滑块的斜面一直贴在棱锥的十二锥面上相对滑动，使模瓣集成系统恢复到原始位置。

待完成复位后，按波纹管参数要求将管坯移动一定的距离，再进行第二个波的成形。根据成形波数，依次完成上述动作即可完成波纹管全部波纹的成形。

调整垫铁是厚度不等的一组圆板，通过改变调整垫铁圆板的组合高度，可以保证活塞杆向下运动到油缸的极限位置时，棱锥推动十二个模瓣成形出来的波峰尺寸恰好等于波纹管产品要求的外径。

Claims (7)

1.一种大直径多层金属波纹管成形模，机械胀形采用圆形内模，其特征在于机械胀形模由棱锥动力系统、模瓣集成系统、模瓣水平支承系统、模瓣复位系统和模瓣导向系统共五部分组成；在圆柱形胀模的中心线上，有一个成形用的棱锥，当它从大端向小端沿铅直方向向下运动时，棱锥的十二个锥面分别与水平分布模瓣集成系统的各自一组模瓣的尾部斜面之间相对滑动，于是各个模瓣受到斜面水平分力的推动，沿径向向外扩张，将模瓣顶在模具外面套着的管坯上使它胀出波纹，模瓣导向系统保证在管坯上逐个成形出来的波纹排成圆柱形；模瓣集成系统的T形槽圆板上开了十二个辐射状的T形槽，T形槽滑块的左端与棱锥的十二锥面紧贴，可以沿T形槽圆板径向滑动，T形槽滑块的右端有连接杆，并在连接杆和T形槽滑块之间搭有小连板，在小连板上安装模瓣复位系统，此处构成了模瓣集成系统的第一个节点，连接杆和模瓣尾部紧固在T形槽滑板和T形槽座中，构成了模瓣集成系统的第二个节点，成形时，传递推力要通过模瓣集成系统的两个节点；当活塞杆压着棱锥向下运动成形时，模瓣复位系统的拉簧伸长；成形后，活塞杆提起棱锥向上运动时，模瓣复位系统的拉簧收缩拉紧T形槽滑块的斜面一直贴在棱锥的十二锥面上相对滑动，使模瓣集成系统恢复到原始位置。

2.一种制造权利要求1所述的大直径多层金属波纹管成形模的方法，其特征在于棱锥动力系统的结构：大拉杆共有十二根，将顶盖、T形槽圆板和导向座的上法兰用螺母连接在一起，构成鼠笼式框架；在顶盖的下面固定油缸，油缸的活塞杆压在调整垫铁上，在活塞杆上还套有环形吊杆架，两者靠螺纹连接，从吊杆架上穿过的两根吊杆把活塞杆、调整垫铁和棱锥紧固在一起，棱锥与导柱紧配合连接，形成一个整体，构成了整个的棱锥动力系统。

3.一种制造权利要求1所述的大直径多层金属波纹管成形模的方法，其特征在于模瓣集成系统的每种部件都有十二件，沿圆周均匀分布，模瓣集成系统的T形槽圆板上开了十二个辐射状的T形槽，各自分布在两个大拉杆之间对应夹角的平分线上，每个T形槽里装一个T形槽滑块，它们可以沿T形槽圆板径向滑动，T形槽滑块的左端是斜面，与棱锥的锥面紧贴，T形槽滑块的右端阶梯平台上坐着连接杆的左端，并在连接杆左端和T形槽滑块的上面搭有一块小连板，构成了模瓣集成系统的第一个节点；连接杆和模瓣尾部分别用螺钉紧固在T形槽滑板上，T形槽滑板再置于T形槽座中，构成了模瓣集成系统的第二个节点；两个节点把T形槽滑块、连接杆和模瓣三个零件组成一体，构成了钺形的模瓣集成系统；模瓣安装时，让长条孔穿过两个导柱，使得模瓣的右端稳定地落在四个轴承上，然后用螺钉将限位板连接在两个导柱上，至此构成模瓣集成系统。

4.一种制造权利要求1所述的大直径多层金属波纹管成形模的方法，其特征在于模瓣水平支承系统的结构：钺形模瓣组件T形槽滑块、连接杆和模瓣构成模瓣集成系统上水平面，在连接杆下方，有与底座下法兰径向连接的槽钢延长臂及延长板形成下平面，上平面与下平面之间通过垂直的单柱支座、双柱支座构成模瓣集成系统及模瓣水平支承系统；双柱支座的上面装有滚轮托架，在滚轮托架上架着两根平行的轴，采用四个轴承作为滚轮托着模瓣；

轴承滚轮结构：轴承安装在轴上，由轴承挡圈固定，两个平行的轴安装在轴座上，并用螺钉将轴座固定在滚轮托架上，滚轮托架用螺钉与上盖板紧固连接，由双柱支座支撑；两个导柱在滚轮托架上对中连接，导柱穿过模瓣长孔，使模瓣准确地沿径向运动，再将这个组件用螺钉与双柱支座的上盖板紧固连接，在两个导柱的上面连着一块限位板，装配时要调整好四个轴承形成的平面与限位板之间的间距，保证模瓣落在轴承上之后，不会向上跳动，让其水平运动自如，四个轴承作为滚轮托着模瓣；

水平支承下平面的结构：在模具底座圆周上，单柱支座下固定板、单柱支座上固定板与单柱支座两端垂直焊接，机加后用螺钉固定在槽钢延长臂的两排孔上，并用T形槽座螺钉固定单柱支座的上固定板；双柱支座两端垂直焊接双柱支座固定板、双柱支座的上盖板，双柱支座下端的双柱支座固定板拧在延长板的两排螺孔中；槽钢延长臂左端与延长臂固定块焊接、槽钢延长臂右端螺栓固定延长板，四个水平锁紧螺母、调节螺杆旋入延长板下面的螺纹孔中，槽钢延长臂下部拧入螺纹调节块、调节垫，然后将延长臂固定块与底座下法兰固定；以槽钢延长臂为基准，调整延长板的水平位置，然后用锁紧螺母锁死水平调节螺杆，至此构成了模瓣水平支承系统。

5.一种制造权利要求1所述的大直径多层金属波纹管成形模的方法，其特征在于模瓣复位系统的结构：每两个拉簧为一组，拉簧的一端均布地挂在拉簧固定圈上均布的螺钉头上的圆孔，另一端勾住小连板上的螺钉，在小连板上装有固定拉簧的螺钉，小连板通过螺钉固定在T形槽滑块上；拉簧固定圈借助于六个均布的半环固定块，用螺钉卡在大拉杆上，六个半环固定块的内半圆与大拉杆贴合，用螺钉旋入拉簧固定圈外圆均布的螺纹孔内，紧固后使拉簧固定圈的位置固定。

6.一种制造权利要求1所述的大直径多层金属波纹管成形模的方法，其特征在于模瓣导向系统结构：主要包括上模圈和下模圈两个零件，上模圈和下模圈的截面形状都是T形，它们的外部圆周是直径相同的一段短圆筒，圆筒的内部有支撑圆环，支撑圆环与圆筒内壁垂直，圆环上有均布的十二个孔，用以固定模圈；

上模圈和下模圈在焊制初始时是一个整体，只焊接一个圆筒，焊后把圆筒校圆，再在圆筒两端焊上各自的支撑圆环，然后从圆筒的中间气割成两件，形成了上模圈和下模圈，这样就保证了上模圈和下模圈的直径完全一致，最后将上模圈固定在导柱上面的限位板端部，下模圈固定在双柱支座的上盖板端部，保证同心要求。

7.一种制造权利要求1所述的大直径多层金属波纹管成形模的方法，其特征在于(一)模瓣集成系统中的零件：钺形模瓣组件是由T形槽滑块加连接杆再加模瓣构成，模瓣为钺形，形似半月形中间有长柄，外缘为弧形，长柄轴向有长孔，端部有螺孔；限位板上有孔，通过螺钉固定在模瓣的导柱上；连接杆为条状，截面为工字形，可以根据要成形的波纹管直径，设计一系列长度不等的连接杆；槽钢延长臂上有两排螺孔，螺孔间距相等，延长板的板面上也有两排螺孔；(二)棱锥动力系统的零件：棱锥是有十二个锥面的正棱锥；调整垫铁是厚度不等的一组圆板，通过改变调整垫铁圆板的组合高度，可以保证活塞杆向下运动到油缸的极限位置时，棱锥的十二锥面推动十二个模瓣成形出来的波峰尺寸恰好等于波纹管产品要求的外径。