CN103480686B - 一种异型截面螺旋管的成型设备及成型方法 - Google Patents

Abstract

一种异型截面螺旋管的成型设备及成型方法，成型设备包括机架以及其两端分别设有的主轴箱和管端顶紧座、中部设有的滑轨；主轴箱上安装卡盘；滑轨上安装可沿其往复移动的滑板，滑板上安装轴向推进机构、管体加热器以及径向压紧机构；径向压紧机构上安装成型辊；轴向推进机构推进时产生的轴向作用力作用于径向压紧机构时，能够转化为成型辊合拢的径向力；主轴箱、轴向推进机构、径向压紧机构以及管端顶紧座依次排列，且主轴箱、成型辊中心以及管端顶紧座位于同一轴线。本发明提供了一种异型截面螺旋管成型的设备和方法，能够生产不同截面形状的螺旋管，解决了冷轧和热轧螺旋管中出现的螺距不均和截面成型较差、截面精确度较差等问题。设备可在现有机床上改造完成，投资相对较小，具有较强的实用价值。

Description

一种异型截面螺旋管的成型设备及成型方法

技术领域

  本发明涉及机加工领域，具体涉及一种异型截面螺旋管的成型设备及成型方法。

背景技术

螺旋管的成型技术一直是一个技术难题。专利CN2858096公布了一种采用轮滚压成型螺旋管的设备和技术，成型的材料仅限于薄壁的不锈钢管，由于缺少支撑轮同步推进技术，各轮在高压下不能同步挤压，不适合厚壁螺旋管的精确成型，适用范围受限。  

另外专利CN100535443公布了一种全金属螺杆泵定子采用外高压的成型方法，由于成型压力达到400MPa，国内的高压泵和密封设备都难以承受如此高的压力，成型难度较大。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的提供一种异型截面螺旋管的成型设备及成型方法，来解决现有螺旋管加工工艺中出现的螺距不均和截面成型较差、截面精确度较差等问题。

以下首先提供一种异型截面螺旋管的成型设备，其包括机架，所述机架一端设有主轴箱，另一端设有管端顶紧座，所述机架中部设有的滑轨；所述的主轴箱上安装卡盘；所述的滑轨上安装可沿其往复移动的滑板，所述的滑板上安装轴向推进机构、管体加热器以及径向压紧机构；所述的径向压紧机构上安装成型辊；所述轴向推进机构推进时产生的轴向作用力作用于径向压紧机构时，能够转化为成型辊合拢的径向力；所述的主轴箱、轴向推进机构、径向压紧机构以及管端顶紧座依次排列，且主轴箱、成型辊中心以及管端顶紧座位于同一轴线。

上述方案可进一步改进为：

所述的轴向推进机构为螺旋推进机构或者液压推进机构；比如若选择螺旋推进机构，其设计包括安装在轴承座上的外筒以及其内部通过螺纹连接的周向固定的内筒，所述的外筒由电动机以及减速机构驱动旋转，所述的内筒与主轴箱、成型辊中心，管端顶紧座位于同一轴线，且内筒的一端为径向压紧机构提供轴向作用力。

所述的管体加热器包括壳体以及其内部套装的隔热筒，所述的壳体与隔热筒之间安装加热丝，所述壳体的两端分别设有隔热板。所述的加热丝可以为电阻丝或者中频加热线圈。

所述的径向压紧机构包括支架及其四周安装的多个导槽、后侧圆周均布多个长导槽的导板；每个导槽内均安装上楔形块，每个长导槽内安装与其滑动配合的成型辊架，成型辊架上侧固定下楔形块、下侧安装成型辊；所述的上楔形块的一侧均固定在推板上且上楔形块的凸形斜面与下楔形块的凹形斜面嵌入配合；所述的推板用于承受来自于轴向推进机构的轴向作用力。

所述管端顶紧座包括固定在支架上的前导板，其上固定有导向筒；导向筒内安装能够沿其滑动的支杆，支杆的前端通过轴承安装顶锥，顶锥和支架之间的支杆上安装压紧弹簧，支杆的后端用螺母紧固。

所述的管体加热器安装在轴向推进机构和径向压紧机构之间，且所述管体加热器的壳体一端与螺旋推进机构的内筒连接、另一端与径向压紧机构的推板连接。

所述的减速机构为蜗轮—蜗杆减速器，且电动机通过联轴器与蜗轮—蜗杆减速器的蜗杆连接，所述的联轴器上安装扭矩采集器。

接着提供上述异型截面螺旋管的成型设备的成型方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）、制造与异型截面螺旋管截面相吻合的成型辊，将其安装在对应的成型辊架上；

（2）、计算异型截面螺旋管截面形状的尺寸，选取周长相近的圆管作为原料，并用车床对圆管表面加工，然后将圆管两端分别用卡盘和管端顶紧座固定；

（3）、启动管体加热器对圆管加热到成型温度时，启动滑板上的电动机，将圆管截面压制为要求的截面；

（4）、启动主轴箱带动圆管旋转的同时，滑板沿滑轨前移，将圆管成型为异型截面的螺旋管。

本发明提供了一种异型截面螺旋管成型的设备和方法，能够生产不同截面形状的螺旋管，解决了冷轧和热轧螺旋管中出现的螺距不均和截面成型较差、截面精确度较差等问题。设备可在现有机床上改造完成，投资相对较小，具有较强的实用价值。

附图说明

图1为异型截面螺旋管成型设备的结构示意图

图2为轴向推进机构的结构示意图

图3为管体加热器的结构示意图

图4为径向压紧机构的结构示意图

图5为不同的螺旋管截面型状示意图

图6为成型的异型截面螺旋管结构示意图

图中，主轴箱1，轴向推进机构2，管体加热器3，径向压紧机构4，工件5，管端顶紧座6，滑轨7，滑板8，减速箱体21，外筒22，蜗轮23，轴承座24，轴承25，内筒26，轴承27，蜗杆28，联轴器29，驱动电机210，底座211，隔热板31，壳体32，隔热筒33，电磁感应加热线圈34，推板41，上楔形块42，导槽43，支架44，下楔形块45，导板46，成型辊架47，成型辊48，前导板61，导向筒62，支杆63，顶锥64，压紧弹簧65，螺母66。

具体实施方式

如图1所示，一种异型截面螺旋管成型设备，设备的一端装有含卡盘的主轴箱1，另一端装有管端顶紧座6。滑板8安装在滑轨7上，主轴箱1通过丝杠或者其他传动机构带动滑板8按给定的速度前后移动。滑板8上安装有轴向推进机构2、管体加热器3和径向压紧机构4。工件5(圆管)一端用主轴箱1的卡盘固定，另一端用管端顶紧座6固定。

如图2所示，所述成型设备中的轴向推进机构2，采用螺旋传动机构，将旋转运动转化为直线往复运动。

作为动力源的驱动电机210安装在底座211上，并通过联轴器29和蜗轮—蜗杆减速器的蜗杆28连接在一起。联轴器29上安装扭矩采集器，扭矩采集器为成熟技术，采集数据通过控制系统控制驱动电机210的启停。

轴向推进机构2采用螺旋传动，外筒22内部加工有梯矩形内螺纹，前端安装减速箱体21的蜗轮23，外筒22通过轴承25安装在轴承座24上，可转动而轴向固定。内筒26外部加工矩形外螺纹，与外筒22螺纹啮合，一端为法兰结构，内筒26圆周固定，可轴向往复运动。驱动电机210经过减速箱减速，带动安装在轴承座24上的外筒22转动，外筒 22的转动通过螺旋传动转变为内筒26的进退，以推动推板41往复直线运动。

如图3所示，管体加热器3用于加热管体和传递推力。采用现有的成熟技术电磁感应原理将需要成型的管体加热。它安装在轴向推进机构2和径向压紧机构4中间，将轴向推进机构2的推力传递给径向压紧机构4的推板41。管体加热器3由外到内包括壳体32、电磁感应加热线圈34以及隔热筒33，壳体32的两端分别装有隔热板31。电磁感应加热线圈34外接电磁感应加热控制器。壳体32为两端采用法兰结构的筒体，一端法兰与轴向推进机构2的内筒26法兰螺栓连接，另一端法兰与径向压紧机构4的推板41螺栓连接。壳体32内装有隔热保温作用的隔热筒33，隔热筒33外装有加热管体用的电磁感应加热线圈34。线圈外接的电磁感应加热控制器为现有成熟技术。

轴向推进机构2的轴向推力通过壳体32传给径向压紧机构4的挡板41，进而调节成型辊48的合拢程度。同时，线圈34采用电磁感应原理将电磁能转化为热能，快速加热工件5至800～900℃。

如图4所示，为径向压紧机构4，采用楔形原理，将轴向运动转化为径向运动。

径向压紧机构的支架44为多块角钢焊接而成，框架的四周安装导槽43，支架44的后侧为含有圆周均布四个长导槽的导板46。

推板41与上楔形块42紧固在一起，当推板41受轴向力向前运动时，导槽43的底面限制上楔形块42径向运动，导槽43的两侧面限制上楔形块42摆动，上楔形块42仅能够沿轴向前进。

安装有成型辊48的成型辊架47的侧面通过螺栓连接块和挡块紧固在一起，安装在导板46的长导槽内。这样，成型辊架47的其它方向运动受限，只能沿长导槽方向滑动。成型辊架47的上面与下楔形块45紧固在一起。

上楔形块42的凸形斜面和下楔形块45凹形斜面嵌入配合。当上楔形块42受到推板41的推力产生轴向运动时，下楔形块45带动成型辊架47沿导槽向导板46中心运动。圆周均布的成型辊48一起向中心靠拢，产生需要的截面形状。

仅通过更换成型辊48的方式就可产生不同的截面形状，单台设备可生产多种异性截面的螺旋管。

如图1所示，管端顶紧座6的前导板61和导向筒62通过螺栓紧固在支架上。支杆63安装在导向筒62内并能够沿导向筒62滑动，支杆63的前端通过轴承安装顶锥64，顶锥64和支架之间的支杆63上安装压紧弹簧65。支杆63的后端用螺母66紧固。由于压紧弹簧65的压紧作用，顶锥64一直顶紧在管子的一端。在成型过程中，当固定在顶锥64上的管体的长度发生变化时，支杆63上的压紧弹簧65被压缩，支杆63后退，防止管子弯曲。

如图5所示，为成型的异型截面螺旋管，根据生产需要，调换不同成型辊的形状可以生产不同截面的螺旋管，如圆形、方形、菱形、三角形等。

本发明提供的异型截面螺旋管的成型方法：

1.制造成型辊48：根据需要生产的螺旋管截面形状，加工相其吻合的若干个成型辊48，这些成型辊的合围成的形状与螺旋管截面形状一致，将其安装在对应的成型辊架47上。本实施例中的成型辊48包括四个，这四个成型辊48合围成螺旋管的截面外形。

2.选取工件5：计算螺旋管的截面形状的尺寸选取周长相近的圆管作为工件5，矫直，并用车床对圆管表面加工，使圆管的壁厚与螺旋管的壁厚相等，两端分别用卡盘和管端顶紧座6固定。本实施例中，要求成型的螺旋管外形为长圆形，两端外圆的直径D=46mm，直线部分E=10mm，周长为L=3.14D+2E=164.5mm，壁厚为δ=8mm，长度L=400mm。选取圆管的直径C=L/3.14=52.4，取标准的热轧无缝管d=54，δ=8.5mm，L=4000mm，加工后壁厚为8mm。

3.加热工件5：启动管体加热器3，管体加热器采用电磁加热原理，设备为现有成熟技术，对工件5加热到要求温度。本实施例中，加热温度为800～1000℃。

4.截面挤压：启动滑板8上的驱动电机210，通过传动机构，成型辊架带动成型辊向中心移动，将工件5圆管截面压制为要求的截面。本实施例中，四个成型辊48向中心移动，共同作用，将圆管压制为需要的长圆形。

5.螺旋管成型：启动主轴箱1带动圆管旋转的同时，滑板8沿滑轨7前移，将圆管成型为异型截面的螺旋管。本实施例中，螺旋管的导程为320mm，即卡盘旋转一周，滑板前进320mm。

6.矫直螺旋管：将螺旋管从成型设备上取下，用现用成熟技术将螺旋管矫直，使其直线度符合产品要求。

Claims (6)

1.一种异型截面螺旋管的成型设备，其特征在于：包括机架，所述机架一端设有主轴箱，另一端设有管端顶紧座，所述机架中部设有的滑轨；所述的主轴箱上安装卡盘；所述的滑轨上安装可沿其往复移动的滑板，所述的滑板上安装轴向推进机构、管体加热器以及径向压紧机构；所述的径向压紧机构上安装成型辊；所述轴向推进机构推进时产生的轴向作用力作用于径向压紧机构时，能够转化为成型辊合拢的径向力；所述的主轴箱、轴向推进机构、径向压紧机构以及管端顶紧座依次排列，且主轴箱、成型辊中心以及管端顶紧座位于同一轴线；所述的轴向推进机构为螺旋推进机构或者液压推进机构；所述的螺旋推进机构包括安装在轴承座上的外筒以及其内部通过螺纹连接的周向固定的内筒，所述的外筒由电动机以及减速机构驱动旋转，所述的内筒与主轴箱、成型辊中心，管端顶紧座位于同一轴线，且内筒的一端为径向压紧机构提供轴向作用力；所述的管体加热器包括壳体以及其内部套装的隔热筒，所述的壳体与隔热筒之间安装加热丝，所述壳体的两端分别设有隔热板。

2.根据权利要求1所述的异型截面螺旋管的成型设备，其特征是：所述的加热丝为电阻丝或者中频加热线圈。

3.根据权利要求1或2所述的异型截面螺旋管的成型设备，其特征是：所述的径向压紧机构包括支架及其四周安装的多个导槽、后侧圆周均布多个长导槽的导板；每个导槽内均安装上楔形块，每个长导槽内安装与其滑动配合的成型辊架，成型辊架上侧固定下楔形块、下侧安装成型辊；所述的上楔形块的一侧均固定在推板上且上楔形块的凸形斜面与下楔形块的凹形斜面嵌入配合；所述的推板用于承受来自于轴向推进机构的轴向作用力。

4.根据权利要求3所述的异型截面螺旋管的成型设备，其特征是：所述管端顶紧座包括固定在支架上的前导板，其上固定有导向筒；导向筒内安装能够沿其滑动的支杆，支杆的前端通过轴承安装顶锥，顶锥和支架之间的支杆上安装压紧弹簧，支杆的后端用螺母紧固。

5.根据权利要求3所述的异型截面螺旋管的成型设备，其特征是：所述的管体加热器安装在轴向推进机构和径向压紧机构之间，且所述管体加热器的壳体一端与螺旋推进机构的内筒连接、另一端与径向压紧机构的推板连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的异型截面螺旋管的成型设备的成型方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）、制造与异型截面螺旋管截面相吻合的成型辊，将其安装在对应的成型辊架上；

（2）、计算异型截面螺旋管截面形状的尺寸，选取周长相近的圆管作为原料，并用车床对圆管表面加工，然后将圆管一端用卡盘固定另一端用管端顶紧座固定；

（3）、启动管体加热器对圆管加热到成型温度时，启动滑板上的电动机，将圆管截面压制为要求的截面；

（4）、启动主轴箱带动圆管旋转的同时，滑板沿滑轨前移，将圆管成型为异型截面的螺旋管。