CN103316950B - 一种大口径薄壁管材旋压成型装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种涉及金属加工成型领域的大口径薄壁管材成型装置及其应用方法，所述的装置包含机体和安装在机体底部用于带动机体沿管材轴向平移的移动系统，以及安装在机体内部用于加工管材外形的旋压系统和用于焊接管材接缝的焊接系统；应用所述的装置能够有效提高加工出的管材质量，同时还能够相应的降低生产成本。

Description

一种大口径薄壁管材旋压成型装置及其应用方法

【技术领域】

本发明涉及金属加工成型领域，尤其是涉及一种用于加工制作大口径薄壁铜及铜基合金管材的旋压成型装置及其应用方法。

【背景技术】

公知的，由于大口径薄壁铜及铜基合金管材耐海水腐蚀冲击性能强、抗海生物污损特性突出和焊接性能好，因此其广泛应用于舰船制造业的海水管系、发电设备的冷凝器、海水淡化管系和制盐行业中；然而，由于现有的旋压加工装置在加工大口径薄壁铜及铜基合金管材的外形时，因铜及铜基合金韧性较大，需加工出的铜管直径和周长也较大, 且加工装置中用于旋压加工的铜管旋压轮的轴是固定的，即在铜管旋压过程中旋压轮的径向进给量无法调整，从而造成在铜管的表面厚度变化时，不能调整铜管表面的加载力，进而在加工过程中使铜管表面受力大小不稳定，这直接导致了大口径薄壁铜及铜基合金管材的管壁因为容易开裂而形成管壁裂纹；此外，由于现有的旋压加工装置是固定不动的，因此，在利用铜及铜基合金制作大口径薄壁铜管的过程中,大口径铜管的整体轴向移动速度与加工装置中的旋压接触压力滚轮移动的速度不匹配时,也极易导致管壁表面因开裂而出现管壁裂纹；综上所述，由于管壁裂纹极大的影响了大口径薄壁铜及铜基合金管材的外圆光洁度及尺寸精度，因此，目前的大口径薄壁铜及铜基合金管材存在有产品质量较差，成本较高的缺陷。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种大口径薄壁管材旋压成型装置及其应用方法，应用所述的装置能够有效提高加工出的管材质量，同时还能够相应的降低生产成本。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种大口径薄壁管材旋压成型装置及其应用方法，所述的装置包含机体和安装在机体内部用于加工大口径薄壁管材外形的旋压系统，以及安装在机体底部用于带动机体沿管材轴向平移的移动系统和用于焊接管材接缝的焊接系统；所述的移动系统、旋压系统和焊接系统均能够通过相应的工业控制计算机系统实现自动控制与监测；

所述的旋压系统包含驱动电机以及位于同一垂面的驱动轮、加载轮、浮动旋压轮和定位轮；所述驱动轮固定于机体支撑台的中部，且水平对应驱动轮轮缘上部的两侧分别设有一加载轮，垂直对应驱动轮的上部设有一定位轮；所述的驱动轮由固定安装在机体下部的驱动电机带动转动；所述的加载轮底部通过一加载轮导轨座与机体支撑台的上台面对应滑动连接，且加载轮通过固定于机体侧壁的加载轮液压油缸带动左右水平移动；所述的定位轮通过固定于机体顶壁的定位轮液压油缸带动上下垂直移动；所述的两加载轮与对应的驱动轮的轮缘之间分别夹持放置一浮动旋压轮，即所述的旋压系统采用两个浮动旋压轮和一个定位轮与管材相切，并通过驱动轮与浮动旋压轮的二级传动使管材进行与驱动轮同步同向的回转动作，同时使浮动旋压轮和定位轮形成对管材的向心旋压力；

所述的移动系统采用步进电机进行分度控制定位，从而通过调整传动丝杠的回转速度使管材的同一圆截面受到等间隔、等强度的循环接触载荷，同时使旋压系统中的浮动旋压轮和定位轮对应管材的径向旋压行程与机体对应管材的轴向行程相匹配；该移动系统包含底座、步进电机、传动蜗杆、传动蜗轮、传动丝杠和安装在机体底面中部前后两端的两个丝杠螺母；所述的底座一端固定安装有步进电机，步进电机的输出轴通过传动蜗杆与传动蜗轮连接；所述的传动丝杠与两个丝杠螺母丝接，且传动丝杠的一端固定连接传动蜗轮；所述的底座上表面设有分别与丝杠螺母的底端和机体支脚的底端对应滑动连接的导轨凹槽；

所述的焊接系统采用在扩散摩擦焊的工艺基础前进行前期预热，从而利用前期预热使管材的残余应力小，不易变形；该焊接系统包含焊接座、加热喷管、搅拌磨擦杆和焊缝加压滚轮；所述的焊接座设于机体的顶壁，焊接座底部面有间隔的依次设有加热喷管、搅拌磨擦杆和焊缝加压滚轮；所述的加热喷管、搅拌磨擦杆和焊缝加压滚轮位于同一垂直平面内，且加热喷管喷出的火焰外焰与搅拌磨擦杆底端的球头面以及焊缝加压滚轮的下轮缘位于同一水平面；所述的加热喷管通过焊接座与外部气源连通；所述的搅拌磨擦杆由设于焊接座顶部的搅拌电机带动转动；

当应用所述的装置加工管材外形时，先将管材套于相应的支撑模具外壁，使管材的内壁得到稳定支撑，再使管材处于水平状态，并将管材的一端放置在两浮动旋压轮和定位轮之间加以固定，然后，通过驱动轮带动浮动旋压轮转动，并同时带动管材转动，从而达到利用两浮动旋压轮和一定位轮对管材的同一圆截面进行加工的目的；在加工的同时，所述的装置能够利用移动系统沿管材轴向移动，从而完成整个管材外形的旋压加工操作；当利用相应板材制造大口径薄壁管材，需要焊接板材弯圆后对接在一起形成的接缝时，只需利用所述装置中移动系统和焊接系统的配合操作对弯圆后的板材进行加工，即在利用移动系统使所述的装置沿弯成圆管状的板材轴向移动的同时，利用准确对应板材接缝处的焊接系统对板材的对接缝进行焊接操作即能够将弯圆的板材制成相应的管材。

所述的大口径薄壁管材旋压成型装置，所述的加载轮两端轴头与对应的浮动旋压轮的两端轴头对应铰接。

所述的大口径薄壁管材旋压成型装置，所述的浮动旋压轮外轮面设有便于浮动旋压轮对应管材进行轴向移动的凸起弧面。

所述的大口径薄壁管材旋压成型装置，所述的加热喷管、搅拌磨擦杆和焊缝加压滚轮能够同步进行垂直升降动作。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的大口径薄壁管材旋压成型装置及其应用方法能够有效的在加工过程中避免铜管表面出现裂纹，从而确保了铜管外圆的光洁度及尺寸精度，进而有效的提高了加工出的大口径薄壁铜及铜基合金管材的整体质量，同时也相应的降低了生产成本；此外，利用所述的装置加工大口径薄壁管材时，可加工的管材长度能够达到10米，管径能够达到2.5米；同时，由于所述的装置还能够将相应的板材制成管材，且为无切削精密加工，因此，与现有的加工工艺相比，所述的装置能够有效的提高节能节材的效果。

【附图说明】

图1是本发明的示意图；

图2是本发明的侧面示意图。

图中：1、机体；2、底座；3、步进电机；4、传动蜗杆；5、传动蜗轮；6、传动丝杠；7、丝杠螺母；8、导轨凹槽；9、驱动电机；10、驱动轮；11、加载轮；12、浮动旋压轮；13、定位轮；14、支撑台；15、加载轮导轨座；16、加载轮液压油缸；17、定位轮液压油缸；18、焊接座；19、加热喷管；20、搅拌磨擦杆；21、焊缝加压滚轮；22、搅拌电机；23、管材。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例：

结合附图1～2所述的大口径薄壁管材旋压成型装置及其应用方法，所述的装置包含机体1和安装在机体1内部用于加工管材23外形的旋压系统，以及安装在机体1底部用于带动机体1沿管材23轴向平移的移动系统和用于焊接管材23接缝的焊接系统；

所述的旋压系统包含驱动电机9以及位于同一垂直平面的驱动轮10、加载轮11、浮动旋压轮12和定位轮13；所述驱动轮10固定于机体1支撑台14的中部，且驱动轮10由固定安装在机体1下部的驱动电机9带动转动；水平对应驱动轮10轮缘上部的两侧分别设有一加载轮11，垂直对应驱动轮10的上部设有一定位轮13；所述的加载轮11底部通过一加载轮导轨座15与机体1支撑台14的上台面对应滑动连接，且加载轮11通过固定于机体1侧壁的加载轮液压油缸16的带动进行左右水平移动，即加载轮液压油缸16能够带动加载轮11利用加载轮导轨座15在支撑台14上进行水平的左右移动，从而达到通过两加载轮11支撑夹持管材23的目的；

所述的定位轮13能够通过固定于机体1顶壁的定位轮液压油缸17的带动进行上下垂直的升降动作，即位于管材23下部的两浮动旋压轮12和位于管材23上部的定位轮13一起在加工过程中达到了使管材23得以准确定位的目的；为更利于对管材23的旋压加工，能够于加工前分别在两加载轮11与对应的驱动轮10轮缘之间夹持放置一浮动旋压轮12，即所述的旋压系统采用两个浮动旋压轮12和一个定位轮13与管材23相切，并通过驱动轮10与浮动旋压轮12的二级传动使管材23能够进行与驱动轮10同步同向的回转动作，从而使浮动旋压轮12和定位轮13形成对管材23的向心旋压力，同时，也通过两浮动旋压轮12在加工过程中满足了稳定管材23表面受力大小的要求；

在实际应用中，为便于放置浮动旋压轮12，能够将加载轮11两端的轴头和与该加载轮11对应的浮动旋压轮12两端的轴头对应铰接在一起，从而在加工管材23前只需将浮动旋压轮12沿加载轮11的外壁转动至相应位置，然后再放置管材23即能够很方便的达到由两浮动旋压轮12共同支撑管材23的目的；此外，为更利于管材23产生塑性延伸变形，达到利用浮动旋压轮12沿管材23轴向移动的同时连续对管材23微小面积进行体积变形壁厚减薄的目的，所述的浮动旋压轮12外轮面设有便于浮动旋压轮12对应管材23进行轴向移动的凸起弧面；

所述的移动系统包含底座2、步进电机3、传动蜗杆4、传动蜗轮5、传动丝杠6和安装在机体1底面中部前后两端的两个丝杠螺母7；所述的底座2一端固定安装有用于稳定带动机体1移动的步进电机3，步进电机3的输出轴通过传动蜗杆4与传动蜗轮5连接，同时，与两个丝杠螺母7对应丝接的传动丝杠6的一端与传动蜗轮5的一侧中心固定连接，且在底座2的上表面分别设有与丝杠螺母7的底端和机体1支脚的底端对应滑动连接的导轨凹槽8，即步进电机3通过传动蜗杆4和传动蜗轮5带动传动丝杠6转动，传动丝杠6在转动的同时带动机体1沿底座2的导轨凹槽8对应管材23的轴向滑动，即所述的移动系统采用步进电机3进行分度控制定位，从而不但使浮动旋压轮12和定位轮13对应管材23的径向旋压行程与机体1对应管材23的轴向行程相匹配，而且还能够通过调整传动丝杠6的回转速度达到使管材23的同一圆截面受到等间隔、等强度的循环接触载荷的目的；

所述的焊接系统采用在扩散摩擦焊的工艺基础前进行前期预热，从而利用前期预热使管材23的残余应力小，不易变形；该焊接系统包含焊接座18、加热喷管19、搅拌磨擦杆20和焊缝加压滚轮21；所述的焊接座18设于机体1的顶壁，焊接座18底部面有间隔的依次设有加热喷管19、搅拌磨擦杆20和焊缝加压滚轮21；所述的加热喷管19、搅拌磨擦杆20和焊缝加压滚轮21位于同一垂直平面内，且加热喷管19喷出的火焰外焰与搅拌磨擦杆20底端的球头面以及焊缝加压滚轮21的下轮缘位于同一水平面，从而有效的达到了使所述的焊接发系统能够准确对应管材23接缝的目的；为便于加工不同管径的管材23，所述的加热喷管19、搅拌磨擦杆20和焊缝加压滚轮21能够同步进行垂直升降的动作，从而达到适应不同管径管材23的目的；

所述的加热喷管19通过焊接座18与外部的相应气源连通，从而只需在加工时点燃加热喷管19喷头处喷出的气体即能够达到对管材23的接缝处喷火加热的目的；所述的搅拌磨擦杆20由设于焊接座18顶部的搅拌电机22带动转动，即搅拌电机22带动搅拌磨擦杆20转动时，搅拌磨擦杆20底端的球头面同时对已经被加热喷管19喷出的火焰加热并产生塑性流变的管材23接缝处进行磨擦搅拌，从而使管材23接缝处的接合面达到分子扩散并熔合的目的；随后，再通过焊缝加压滚轮21对已经熔合的管材23接缝进行旋压，确保了管材23的表面光洁无突包，从而满足了加工出的管材23外径尺寸精度准确的要求。

实施本发明所述的大口径薄壁管材旋压成型装置，当需要加工管材外形时，先将管材套于相应的支撑模具外壁，使管材的内壁得到稳定支撑，再使管材处于水平状态，并将管材的一端放置在两浮动旋压轮和定位轮之间加以固定，然后，通过驱动轮带动浮动旋压轮转动，并同时带动管材转动，从而达到利用两浮动旋压轮和一定位轮对管材的同一圆截面进行加工的目的；在加工的同时，所述的装置能够利用移动系统沿管材轴向移动，从而完成整个管材旋压加工的操作；当利用相应板材制造大口径薄壁管材，需要焊接板材弯圆后对接在一起形成的接缝时，只需利用所述装置中移动系统和焊接系统的配合操作对弯圆后的板材进行加工，即在利用移动系统使所述的装置沿弯成圆管状的板材轴向移动的同时，利用准确对应板材接缝处的焊接系统对板材的对接缝进行焊接操作即能够将弯圆的板材制成相应的管材；为便于自动化控制所述装置的动作，所述的旋压系统、移动系统和焊接系统均能够通过相应的工业控制计算机系统实现自动控制与监测。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。

Claims (4)

1.一种大口径薄壁管材旋压成型装置，其特征是：所述的装置包含机体(1)和安装在机体(1)内用于加工大口径薄壁管材(23)外形的旋压系统，以及安装在机体(1)底部用于带动机体(1)沿管材(23)轴向平移的移动系统和用于焊接管材(23)接缝的焊接系统；所述的旋压系统、移动系统和焊接系统均能够通过相应的工业控制计算机系统实现自动控制与监测；

所述的旋压系统包含驱动电机(9)以及位于同一垂面的驱动轮(10)、加载轮(11)、浮动旋压轮(12)和定位轮(13)；所述驱动轮(10)固定于机体(1)支撑台(14)的中部，且水平对应驱动轮(10)轮缘上部的两侧分别设有一加载轮(11)，垂直对应驱动轮(10)的上部设有一定位轮(13)；所述的驱动轮(10)由固定安装在机体(1)下部的驱动电机(9)带动转动；所述的加载轮(11)底部通过一加载轮导轨座(15)与机体(1)支撑台(14)的上台面对应滑动连接，且加载轮(11)通过固定于机体(1)侧壁的加载轮液压油缸(16)带动左右水平移动；所述的定位轮(13)通过固定于机体(1)顶壁的定位轮液压油缸(17)带动上下垂直移动；所述的两加载轮(11)与驱动轮(10)的轮缘之间分别夹置一浮动旋压轮(12)，即所述的旋压系统采用两个浮动旋压轮(12)和一个定位轮(13)与管材(23)相切，并通过驱动轮(10)与浮动旋压轮(12)的二级传动使管材(23)进行与驱动轮(10)同步同向的回转动作，同时使浮动旋压轮(12)和定位轮(13)形成对管材(23)的向心旋压力；

所述的移动系统采用步进电机(3)进行分度控制定位，从而通过调整传动丝杠(6)的回转速度使管材(23)的同一圆截面受到等间隔、等强度的循环接触载荷，同时使浮动旋压轮(12)和定位轮(13)对应管材(23)的径向旋压行程与机体(1)对应管材(23)的轴向行程相匹配；该移动系统包含底座(2)、步进电机(3)、传动蜗杆(4)、传动蜗轮(5)、传动丝杠(6)和安装在机体(1)底面中部前后两端的两个丝杠螺母(7)；所述的底座(2)一端固定安装有步进电机(3)，步进电机(3)的输出轴通过传动蜗杆(4)与传动蜗轮(5)连接；所述的传动丝杠(6)与两个丝杠螺母(7)丝接，且传动丝杠(6)的一端固定连接传动蜗轮(5)；所述的底座(2)上表面设有分别与丝杠螺母(7)的底端和机体(1)支脚的底端对应滑动连接的导轨凹槽(8)；

所述的焊接系统采用在扩散摩擦焊的工艺基础前进行前期预热，从而利用前期预热使管材(23)的残余应力小，不易变形；该焊接系统包含焊接座(18)、加热喷管(19)、搅拌磨擦杆(20)和焊缝加压滚轮(21)；所述的焊接座(18)设于机体(1)的顶壁，焊接座(18)底部面有间隔的依次设有加热喷管(19)、搅拌磨擦杆(20)和焊缝加压滚轮(21)；所述的加热喷管(19)、搅拌磨擦杆(20)和焊缝加压滚轮(21)位于同一垂直平面内，且加热喷管(19)喷出的火焰外焰与搅拌磨擦杆(20)底端的球头面以及焊缝加压滚轮(21)的下轮缘位于同一水平面；所述的加热喷管(19)通过焊接座(18)与外部气源连通；所述的搅拌磨擦杆(20)由设于焊接座(18)顶部的搅拌电机(22)带动转动；

应用所述的装置加工管材(23)外形时，先将管材(23)套于相应的支撑模具外壁，使管材(23)的内壁得到稳定支撑，再使管材(23)处于水平状态，并将管材(23)的一端放置在两浮动旋压轮(12)和定位轮(13)之间加以固定，然后，通过驱动轮(10)带动浮动旋压轮(12)转动，并同时带动管材(23)转动，从而达到利用两浮动旋压轮(12)和一定位轮(13)对管材(23)的同一圆截面进行加工的目的；在加工的同时，所述的装置能够利用移动系统沿管材(23)轴向移动，从而完成整个管材(23)外形的旋压加工操作；当利用相应板材制造大口径薄壁管材，需要焊接板材弯圆后对接在一起形成的接缝时，只需利用所述装置中移动系统和焊接系统的配合操作对弯圆后的板材进行加工，即在利用移动系统使所述的装置沿弯成圆管状的板材轴向移动的同时，利用准确对应板材接缝处的焊接系统对板材的对接缝进行焊接操作即能够将弯圆的板材制成相应的管材。

2.根据权利要求1所述的大口径薄壁管材旋压成型装置，其特征是：所述的加载轮(11)两端轴头与对应的浮动旋压轮(11)的两端轴头对应铰接。

3.根据权利要求1或2所述的大口径薄壁管材旋压成型装置，其特征是：所述的浮动旋压轮(12)外轮面设有便于浮动旋压轮(12)对应管材(23)进行轴向移动的凸起弧面。

4.根据权利要求1所述的大口径薄壁管材旋压成型装置，其特征是：所述的加热喷管(19)、搅拌磨擦杆(20)和焊缝加压滚轮(21)能够同步进行垂直升降动作。