CN103861981B - 用于滚压管外螺纹的方法、滚压头及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管外螺纹滚压加工方法、滚压头及其滚压设备。本发明的方法将滚压轮从螺纹的螺尾开始滚压切入，向螺纹头部方向完成螺纹滚压。本发明的滚压头包括至少一个沿圆周布置的滚压轮及相应的滚压轮轴和滚压轮座，滚压轮通过滚压轮轴可转动地固定到滚压轮座，滚压轮上设有管螺纹成型部分，管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的管外螺纹的有效螺纹长度。本发明的滚压头还包括能够动态滚压全过程实时调节其滚压轮径向位置从而形成滚压工艺所需要锥度的径向调节装置。本发明还提供一种包括上述滚压头的滚压设备。本发明的方案使钢管端部在滚压期间不容易变形、显著节约空心圆柱毛坯的材料、提高成品率。

Description

用于滚压管外螺纹的方法、滚压头及其设备

本申请要求2013年3月31日提交的申请号为CN201310110406.0的在先申请的优先权。

技术领域

本发明总体涉及管道产品和管道加工机械领域，且具体涉及一种用于滚压管外螺纹的方法、滚压头及其设备。

背景技术

由于滚压管外螺纹相比切削管外螺纹具有管螺纹机械连接强度高、密封性能好等优点，被越来越多的人们所重视，相应的制造工艺在国家发明专利“CN200310111695.2”和发明专利“CN200710106912.7”也有所披露。然而，上述的二个发明专利所揭示的二种滚压管外螺纹加工方法都是先进行轴向冲压或径向挤压圆锥面然后再进行管外螺纹滚压加工的工艺。相比切削管外螺纹一道加工成形方法，这二种加工工艺均需要利用圆锥形模具机械的或者是液压的轴向冲压或者是径向挤压空心圆柱毛坯工件，即先加工形成圆锥面，再在圆锥面上滚压加工管外螺纹。

显然所述的这二种滚压管外螺纹加工工艺至少存在着下列3个问题：

1.由于滚压管外螺纹加工工艺比目前套丝或者是切削加工管外螺纹工艺多了一道设备庞大的圆锥面加工工序，不但费时，而且对于管网现场加工管外螺纹操作非常不便，无法使人接受。

2.由于巨大的轴向瞬间冲压或径向挤压压力，锥面成形时，钢管原始外径与圆锥面交界处的管体材料，特别是焊管的此处焊缝，容易受到隐性和显性的破坏，造成管外螺纹产品安全隐患。

3.由于现有滚压钢管毛坯外径是以切削工艺而定的钢管外径，对于滚压而言其外径偏大。在冲压形成圆锥面时，尽管圆锥面为1:16，但滚压后产品内径锥面往往大于标准锥度1:16，或者是锥面长度(高度)远远大于标准允许的长度，造成滚压管外螺纹产品内孔最大缩小量大于标准允许的钢管外径和钢管壁厚最大偏差值之累计所造成的最大内径缩小量，对流体输送稳定性可能产生一定影响。

从另一方面而言，如果不对现有标准钢管外径采用圆锥面加工的话，要么滚压加工成形的管外螺纹尺寸过大，要么管体容易变型或者是开裂。因此，冲压或挤压是现有管外螺纹滚压技术的必须工艺。究其原因，这是上述二项发明专利工艺设计上的缺陷以及以切削管螺纹技术制定的钢管标准外径作为滚压钢管外径滚压加工管外螺纹等原因所造成的。

针对切削钢管外径过大不适合直接滚压，有一种利用滚压工艺在钢管标准外径上先进行滚压使钢管外径缩减至一定尺寸，即标准管外螺纹的中径，然后再滚压加工圆锥管外螺纹的方法。这种方法在滚压缩小钢管外径加工时会产生不易控制钢管椭圆度、钢管表面镀层受损以及滚压后产生钢管内孔缩小过多等现象。解决此问题的方法是在生产钢管时直接生产出符合滚压工艺要求的比标准钢管外径偏小的滚压专用外径钢管。但滚压钢管外径与壁厚尚无国家和国际标准，市场推广和接受需要一定的时间，这势必会影响到滚压管外螺纹工艺的推广和应用。

通过上述描述与分析，不难发现：在使用现有标准外径的钢管情况下，省略轴向冲压或径向挤压工艺，简化工艺步骤，使滚压管外螺纹既符合国家和国际标准，又符合目前人们操作习惯是推广滚压管外螺纹这一优秀工艺的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以现有的管材标准外径作为滚压管外螺纹的空心圆柱毛坯外径，可以不通过圆锥形模具机械的或者是液压的轴向冲压或径向挤压空心圆柱毛坯加工形成圆锥面的预备工艺，仅仅通过一次滚压这一贯穿始终的工艺方法，直接在管材标准外径的空心圆柱体毛坯上滚压加工成形密封圆锥管外螺纹的制造方法、滚压头及其设备，使滚压圆锥管外螺纹加工工艺简单、实用和完整，并且尽量符合人们目前的操作习惯。

本发明一方面提供一种滚压加工管外螺纹的方法，其特征在于，将滚压轮从所述管外螺纹的螺尾开始滚压切入，向螺纹头部方向完成螺纹滚压。

现有螺纹滚压工艺有二种：径向滚压法和轴向滚压法。70多年来径向滚压工艺技术被实际证明无法实施不借助芯棒的管外螺纹的滚压，而现有的管外螺纹滚压工艺沿袭的是管外螺纹切削的加工方式，是从内外螺纹啮合的起始端，亦即螺纹头部开始切入滚压完整管外螺纹开始的轴向滚压法。除了技术偏见之外，目前的轴向滚压技术也只能从螺纹头部开始滚压，否则管螺纹产品的螺纹长度大大超出标准管螺纹长度。径向与轴向滚压的工艺技术困难和对切削工艺的承袭造成滚压管外螺纹从螺纹头部开始滚压这一工艺技术的必然。由于管口端是管外螺纹最小直径端，其径向变形是整个管螺纹段最大处。在滚压加工初始阶段(也即数个滚压轮对牙时)管口受到较大的径向应力；同时随着管外螺纹成形过程的深入和材料冷作硬化，管材受到的滚压力不断增强，对于焊管或者是薄壁管极易产生由管口端部开始的管体焊缝开裂或者是管体变形，直接导致现有的管外螺纹滚压技术对管材有矫圆缩径或者是冲压或挤压锥度的要求；同时对管材的成分、壁厚、壁厚均匀度以及焊缝质量等技术指标要求很高。即便如此，在实际操作中受到管材标准宽松的影响，现有滚压技术生产的滚压管外螺纹产品合格率仍然难以在80％以上，滚压管外螺纹工艺不可靠，造成现有滚压管外螺纹工艺，特别是现场施工滚压管外螺纹工艺，难以推广。本发明克服了目前径向滚压的技术困难，破除现有轴向滚压管外螺纹这一偏见，创造性地采取从管外螺纹尾端开始滚压切入，向螺纹头部方向完成滚压的管外螺纹加工方法。一方面利用管材非端口部(内侧)受挤压后比端口部不容易变形的特点；另一方面，对于管外螺纹，特别是圆锥管外螺纹，利用其螺纹尾部不完整螺纹的技术标准，有效地降低了滚压加工初始滚压轮与空心圆柱毛坯啮合阶段的滚压力要求，极大地放宽了管材的适用度，不但适用于现有的有缝与无缝、厚壁与薄壁管材，而且适用于相对较软的各种壁厚的铜管或者是铝合金管等等其它各类金属管材；通过对不同管材屈服强度与滚压管外螺纹形成力的计算，合理的控制滚压力，使产品合格率达到99.9％以上，使滚压管螺纹技术的实用性大大增强。

为了进一步减小作用在空心圆柱毛坯上的滚压力，在本发明如上所述的管外螺纹滚压加工方法中，优选地其进一步的特征在于，所述滚压轮上含有管螺纹成型部分，所述管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度。更优选地，所述管螺纹成型部分的螺纹长度为所述管外螺纹的一道螺纹长度、二道螺纹长度、三道螺纹长度、四道螺纹长度或五道螺纹长度。优选的是一道、二道、三道和四道螺纹。

目前现有技术的管外螺纹滚压设备所使用的滚压轮的管螺纹成型部分的螺纹长度大于或等于管外螺纹有效螺纹的长度，这样随着滚压的进行，滚压轮与管材圆柱毛坯的接触面积不断增加，随着材料的冷作硬化，管材圆柱毛坯受到的滚压力也不断增加，极易导致管材，特别是端口的变形与开裂，本发明采用管外螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度的滚压轮，有效地减小了接触面积，在保证螺纹充分成形的前提下，亦即减小了管材圆柱毛坯所受到的滚压力的径向分力，不但对管材的材质、焊缝、壁厚等要求降低，而且降低了滚压轮材料成本和制造成本，同时使滚压管螺纹工艺可靠成熟，产品合格率提高至99.9％以上。

本发明提供的上述滚压方法既可以用于圆柱管外螺纹的滚压，也可以用于圆锥管螺纹的滚压。

本发明在上述滚压方法用于滚压圆锥管外螺纹时创造性地应用了管外螺纹实时锥度概念，增加滚压全过程中径向位置动态实时调节装置，所述管外螺纹实时锥度径向位置调节装置能够在滚压全过程中实时动态调节所述滚压轮座沿径向移动的位置，其目的是为了在滚压管外螺纹的同时，实现其实时锥度的滚压，打破了轴向冲压或径向挤压形成圆锥面的技术偏见。本发明利用滚压时产生的滚压轴向分力，使所述滚压轮由螺尾向螺纹头部沿轴向滚压移动，或者是空心圆柱毛坯相对于滚压轮由螺尾向螺纹头部轴向移动；同时通过所述径向位置调节装置控制的滚压轮同步按实时锥度径向动态进给，使得滚压轮径向进给随着轴向滚压位置的变化而变化，从而避免了冲压或挤压圆锥面的工艺而直接滚压加工成形圆锥管外螺纹，使滚压管螺纹工艺方便实用。现有滚压管螺纹技术采用轴向滚压技术，也就是说一旦滚压设备中滚压轮径向位置调整完毕，空心圆锥毛坯进入滚压工位，滚压轮径向位置固定直至滚压完成，滚压轮径向退出，工件退出。虽然滚压轮也可以径向进给和退出调节，但其进给运动关系与管螺纹的牙型成形特别是圆锥面成形过程无关，其目的、实施的技术手段和最终技术效果与本发明是完全不同。

优选地，所述滚压轮能够通过径向位置调节装置在动态滚压全过程实时调节其沿径向的位置，从而形成滚压工艺所需要的锥度。

优选地，利用滚压时所述滚压轮产生的滚压轴向分力，使所述滚压轮相对于空心圆柱毛坯由螺尾向螺纹头部滚压移动，同时通过所述径向位置调节装置控制滚压轮径向进给，使得滚压轮径向进给随着轴向位置的变化而变化，从而直接滚压加工成形圆锥管外螺纹。

优选地，所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向滚压移动是所述滚压头轴向移动而所述空心圆柱毛坯轴向静止，或者是所述空心圆柱毛坯轴向移动而所述滚压头轴向静止，或者是二者同时轴向的相对移动。

优选地，所述滚压轮的径向进给速率和所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向移动速率的比值等于所述管外螺纹实时锥度的1/2。

用于滚压BSPT，NPT标准圆锥管外螺纹时，所述滚压轮的径向进给速率和所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向移动速率的比值等于1/32。

本发明另一方面提供一种滚压管外螺纹的滚压头，包括至少一个沿圆周布置的滚压轮及相应的滚压轮轴和滚压轮座，所述滚压轮通过所述滚压轮轴可转动地固定到所述滚压轮座上，所述滚压轮上设有管螺纹成型部分，所述管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度。

所述的管外螺纹滚压头中，所述滚压轮的个数为2个以上，优选地为4个和5个。

本发明滚压头可以方便地用于滚压圆锥管外螺纹。在所述滚压轮座上还可以在所述滚压轮座上设有沿径向调节所述滚压轮座的径向位置调节装置，从而沿径向在动态滚压全过程实时调节所述滚压轮的径向位置，从而形成滚压工艺所需要的锥度。滚压圆锥管外螺纹时利用滚压时所述滚压轮产生的滚压轴向分力，使所述滚压轮相对于空心圆柱毛坯由螺尾向螺纹头部沿轴向滚压移动，同时通过所述径向位置调节装置控制滚压轮径向进给，使得滚压轮径向进给随着轴向滚压位置的变化而变化，从而直接滚压加工成形圆锥管外螺纹。

优选地，所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向滚压移动是所述滚压头轴向移动而所述空心圆柱毛坯轴向静止，或者是所述空心圆柱毛坯轴向移动而所述滚压头轴向静止，或者是二者同时轴向的相对移动。

优选地，所述径向位置调节装置的径向力动力源可以来自使滚压头与空心圆柱毛坯相对转动的动力源或者是来自其它独立的动力源。

优选地，所述径向位置调节装置可以是手动调节、机械传动调节、液压比例调节、气动比例调节、电机带动蜗轮蜗杆调节、电机带动齿轮齿条调节、电机滚珠丝杠调节以及由滚压头轴向运动联动径向位置进给调节中的一种，或者其中多种的组合。

优选地，管外螺纹滚压头还包括外圆壳体盘、旋转盘、以及滚压轮座和滚压轮；所述外圆壳体盘与滚压设备上的滑座间隙相连；所述旋转盘在所述外圆壳体盘一侧通过轴孔配合与所述外圆壳体盘同轴心地安装在其内圆轴上，并在与所述外圆壳体盘相对的一侧上设有螺旋凹槽；所述外圆壳体盘上开有至少一个径向滚压轮座滑槽，所述滚压轮座通过其底部的多个螺旋凸槽与所述旋转盘的所述螺旋凹槽的相互配合作用而在外圆壳体盘的所述滚压轮座滑槽内作径向移动，所述滚压轮座上装有滚压轮，当旋转盘旋转时，通过与其螺旋凹槽相匹配的螺旋凸槽，带动滚压轮座沿着外圆壳体盘上相应滑槽作径向移动。

优选地，管外螺纹滚压头还包括齿轮控制杆，所述旋转盘的另一侧是伞形齿轮，所述伞形齿轮中心轴线大致与滚压头的中心轴线重合；齿轮控制杆在其一端部设有与所述旋转盘的伞形齿轮啮合且中心轴线沿所述齿轮控制杆纵向轴线的另一伞形齿轮，所述齿轮控制杆的纵向轴线与所述旋转盘的中心轴线成一定角度；所述旋转齿轮控制杆能够使所述旋转盘绕其自身轴线旋转。

优选地，管外螺纹滚压头还包括动力电机，所述动力电机通过蜗轮蜗杆、齿轮齿条、滚珠丝杠、皮带轮、凸轮或曲柄连杆驱动所述齿轮控制杆旋转。

优选地，管外螺纹滚压头还包括动力旋转柄、丝杆、上杆、中杆、下杆、一对导向柱；所述一对导向柱在其上端和下端分别固定到所述上杆和下杆的两侧，构成固定框架结构，且所述一对导向柱穿过所述中杆两侧上的孔，且所述中杆能沿所述导向柱上下滑动；所述上杆内设有竖直方向的螺纹孔；所述丝杠可与所述螺纹孔啮合，且所述丝杆上端与所述动力旋转柄固定连接，而下端抵靠所述中杆，从而所述动力旋转柄带动所述丝杆转动下可使所述中杆沿两侧的导向柱上下移动；所述中杆和下杆上分别设有滚压轮座和相应的滚压轮。

优选地，管外螺纹滚压头还包括：圆柱体、弹簧以及调节螺栓；所述圆柱体上端与所述下杆固定相连；所述圆柱体下端与滚压设备滑座的轴孔活动配合，通过套设在所述圆柱体上且两端分别抵靠所述下杆和所述滚压设备滑座的所述弹簧使整个所述固定框架结构与所述滚压设备滑座浮动相连；所述调节螺栓从所述下杆向下突出并与所述滚压设备滑座间隔开一定距离，通过调节所述调节螺栓的长短，从而调节其与所述滚压设备滑座间隔开的距离，能够控制所述固定框架结构的摆动幅度以保证所述空心圆柱毛坯与滚压头同轴；通过转动所述动力旋转柄，所述丝杆带动中杆在导向柱上下移动由此实现在滚压头轴向移动时径向滚压轮位置的动态调整。

优选地，所述滚压轮管螺纹成型部分含有至少一道螺纹，所述螺纹的螺牙形状与所加工的圆柱管外螺纹螺牙或者是所加工的圆锥管外螺纹螺牙对应。

优选地，所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹，管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过6道螺纹，优选的是一道或二道，对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过9道螺纹，优选的是一道、二道或三道，对于管径为DN100、DN125、DN150及以上，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过14道螺纹，优选的是一道、二道、三道或四道；所述滚压轮用于滚压60°NPT圆锥管外螺纹，管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过5道螺纹，优选的是一道或二道，对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过8道螺纹，优选的是一道、二道或三道，对于管径为DN100、DN125、DN150及以上，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过13道螺纹，优选的是一道、二道、三道或四道；所述滚压轮用于滚压API圆锥管外螺纹时，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过其相应有效螺纹长度的90％，优选的是一道、二道、三道、四道或五道螺纹。

优选地，所述滚压轮可以是螺旋滚压轮或者是环型滚压轮，或者是它们二者的合理组合。

优选地，所述滚压轮在所述管螺纹成型部分的头部进一步包括预成型部分，所述预成型部分的形状包括圆柱面、圆锥面、圆柱螺纹、非完整圆锥螺纹、或其组合。

优选地，所述滚压轮在所述管螺纹成型部分的头部进一步包括导入部分，所述导入部分的形状包括锥面、弧面、渐进曲面或其组合。

优选地，所述滚压轮在所述预成型部分的头部进一步包括导入部分，所述导入部分的形状包括锥面、弧面、渐进曲面或其组合。

优选地，所述导入部分、所述预成型部分以及所述管螺纹成型部分是一体化结构，或是组合结构。

利用本发明的滚压轮，可同时对管材进行矫圆与缩径等滚压预处理，有效地降低了滚压管螺纹对管材的要求，同时大大提高了管螺纹产品的合格率。

优选地，所述滚压轮包括所述管螺纹成型部分，所述滚压轮相对所述滚压轮座沿所述滚压轮轴的方向上有一轴向活动空间。所述滚压轮相对于所述滚压轮座沿所述滚压轮轴的径向上有一径向活动空间。

需要说明的是，本发明的滚压轮和滚压轮轴可以是一体的也可以是分开的。

所述轴向活动空间优选的是滚压轮管螺纹成型部分对应螺纹的0.1个螺距至1个螺距，更优选的，是0.5个螺距至1个螺距，更优选的，是0.5个螺距或1个螺距；所述径向活动空间优选的是不超过所述管螺纹成型部分对应螺纹的1个螺距，更优选的是不超过所述管螺纹成型部分对应螺纹的0.5个螺距。

优选地，所述轴向活动空间和所述径向活动空间是通过选自以下任一组结构来实现的：

a)所述滚压轮轴和所述滚压轮座之间的浮动连接；

b)所述滚压轮与所述滚压轮轴之间的浮动连接；

a)组和b)组的组合；

所述浮动连接选自：轴孔浮动连接或轴承浮动连接。

在一实施例中，所述轴孔浮动连接包括：所述滚压轮轴孔表面与所述滚压轮轴表面任一呈弧形或均为弧形的接触连接；或所述滚压轮轴和所述滚压轮座之间的轴孔连接位置处表面任一呈弧形或均为弧形的接触连接。

在一实施例中，所述轴承浮动连接是通过滚针轴承或者是端面轴承或者是二者组合连接实现的。

本发明另外提供一种利用上述任一滚压头滚压管外螺纹的方法，亦即将滚压轮从所述管外螺纹的螺尾开始滚压切入，向螺纹头部方向完成螺纹滚压。

本发明还提供一种运用上述任一滚压头的管螺纹滚压设备。该滚压设备可以进一步包括：机座、动力电机、夹紧装置、电机开关以及联接动力电机与空心圆柱夹紧装置或者是滚压头的变速装置；其中，所述机座上部设有所述动力电机及所述电机开关及用于夹紧待加工空心圆柱毛坯的所述夹紧装置，所述动力电机在电机开关的控制下，通过所述变速装置，使所述滚压轮与所述夹紧装置夹持的空心圆柱毛坯产生相对滚压运动。

在另一实施例中所述滚压设备还可以进一步包括：空心主轴、两根轴向导柱、滑座；

其中，所述机座上部一侧设有所述动力电机及所述变速装置和所述电机开关，所述动力电机上方有所述空心主轴，所述变速装置将所述动力电机的主轴与所述空心主轴相连；

所述机座上部还有用于夹紧待加工空心圆柱毛坯并使其旋转的所述夹紧装置，所述夹紧装置与所述空心主轴同轴心并连为一体；

所述两轴向导柱设置在所述机座上部的另一侧，且平行于所述空心主轴中心线前后设置；

所述滑座设置在所述两轴向导柱上，可沿所述轴向导柱水平自由滑动；

所述滚压头浮动设置在所述滑座上，与所述空心主轴同轴心。

本发明上述滚压设备还可以包括一倒角装置和/或一滚压切料装置和/或一光电感应装置；其中，所述倒角装置浮动设置在所述滑座上相对所述动力电机和所述变速装置一侧，与所述空心主轴同轴心；

所述切料滚压装置，设置在所述滑座上相对所述动力电机变速装置一侧，与所述空心主轴同轴心；

所述的光电感应装置设置在所述滚压头中的所述滚压轮座上，控制滚压时间和滚压正反转顺序。

一种在钢管标准外径上直接滚压圆锥管外螺纹的方法，由至少二个非全长度尺寸的沿圆周方向分布的滚压轮组成的滚压装置，从管外螺纹的不完整螺纹尾部开始滚压切入，利用滚压时产生的滚压轴向分力，使所述滚压装置由螺纹尾部向螺纹头部沿轴向移动，同时通过所述滚压装置中由传动机构控制的滚压轮的径向同步进给，直接一次滚压加工成形圆锥管外螺纹产品。

上述在钢管标准外径上直接滚压圆锥管外螺纹的方法中，优选地，滚压装置的轴向移动是在滚压轮与圆柱毛坯的螺纹螺旋角差异所致的轴向力的作用下，从管外螺纹螺纹尾部不完整螺纹开始向管外螺纹头部的完整管外螺纹方向逐步的轴向滚压移动。

本发明还提供一种在钢管标准外径上直接滚压圆锥管外螺纹的装置，由至少二个非全长度尺寸的沿圆周方向分布的滚压轮组成的滚压装置，从管外螺纹的不完整螺纹尾部开始滚压切入，利用滚压时产生的滚压轴向分力，使所述滚压装置由螺纹尾部向螺纹头部沿轴向移动，同时通过所述滚压装置中由传动机构控制的滚压轮的径向同步进给，直接一次滚压加工成形圆锥管外螺纹产品。

优选地，所述的滚压装置中的二个或者是二个以上滚压轮，在滚压装置整体轴向移动滚压过程中滚压轮同时是通过手动同步径向进给的或者是机械同步径向进给的或者是液压同步径向进给的或者是电机带动蜗杆和蜗轮机构同步径向进给的；滚压装置中的滚压轮的径向进给速度和比例是随着滚压装置轴向移动的速度和比例按锥管管外螺纹的滚压工艺要求设置的。

优选地，滚压轮的内孔与安装在可径向滑动的滑块的鼓形销轴相匹配或者是滚压轮圆弧形内孔与安装在可径向滑动的滑块的标准销轴相匹配，滚压轮内孔与销轴之间有一定的空间自由度，滚压轮能轴向和径向非常灵活地运动。

优选地，所述非全长度尺寸的管外螺纹滚压轮有至少一道相应标准的圆锥管外螺纹螺牙。

优选地，所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹，管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时，其螺牙道数不超过6道，对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90，其螺牙道数不超过9道，对于管径为DN100、DN125或DN150，其螺牙道数不超过14道；所述滚压轮用于滚压60°NPT圆锥管外螺纹，管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时，其螺牙道数不超过6道，对于管径为DN50、DN65、DN80、DN90、DN100、DN125或DN150，其螺牙道数不超过7道；所述滚压轮用于滚压API圆锥管外螺纹时，其螺牙道数不超过其相应有效螺纹长度的80％。

优选地，管外螺纹滚压轮是螺旋滚压轮或者是环型滚压轮，或者是它们二者的组合。

优选地，所述滚压轮是非全长度尺寸管外螺纹滚压轮或者是由导入部分和非全长度尺寸管外螺纹部分组合成一体的滚压轮。

优选地，所述滚压装置，是安装在被加工圆柱毛坯一边的设计用于滚压加工单头管外螺纹产品，或者是安装在被加工圆柱毛坯两边的设计用于同时滚压加工双头管外螺纹产品。

本发明的有益效果是：现有技术的圆锥管外螺纹滚压装置都是从管口端(螺纹头部)开始进行螺纹滚压，所用的滚压轮的螺纹成型部分的螺纹长度均大于或等于其所加工的管外螺纹的有效螺纹长度，而且滚压过程中，滚压轮径向位置不是随着圆锥管螺纹的加工过程而实时变化的，而是滚压初期径向调整好后，径向固定的轴向滚压方法。因而在滚压加工前要对空心圆柱毛坯要进行矫圆缩径或者是冲压或挤压圆锥面等前道预成型工艺，增加了实施现场滚压加工管螺纹的技术难度、生产成本和对管材的破坏。同时在滚压管外螺纹过程中，滚压轮和管材的接触范围随着螺纹的成型而不断加大以及材料冷作硬化的增强，滚压力也相应地增大，对管材的材料成分、焊缝、壁厚及其均匀度和口径要求很高，使得滚压管外螺纹滚压的推广难以进行。本发明摈弃技术偏见，创造性地运用从管螺纹尾部至管螺纹头部的滚压工艺，同时采用螺纹成型部分的螺纹长度较所述管外螺纹的有效螺纹长度要小的滚压轮以及滚压轮径向进给滚压圆锥面等技术手段，充分利用管外螺纹尾部不完整螺纹所需滚压力比管口处管外螺纹头部成形完整管外螺纹的滚压力、钢管非端部不容易变形等特点，通过本发明的滚压轮在钢管非端部管外螺纹尾部开始滚压不完整管外螺纹，逐步径向进给矫圆缩径锥度管材，同时滚压完整管外螺纹直至完成管外螺纹滚压加工；在强化螺纹密度和减小钢管内孔直径缩小量的同时，有效地避免了滚压过程中滚压径向力过大或突变所造成的管材变型和焊缝开裂等现象。本发明省略了目前滚压圆锥管外螺纹工艺中轴向冲压或径向挤压圆锥面工序，解决了冲压对管材原始外径与圆锥面交界处的管体材料，特别是焊管焊缝，的破坏等问题，实现了与目前沿用100多年的套丝加工管螺纹操作步骤基本一致的加工方法，使滚压管外螺纹工艺简化与实用，并且完全符合人们目前的操作习惯，使管网安装施工现场实现滚压加工管外螺纹成为可能。与此同时，由于滚压成形的管外螺纹产品其单位长度重量与滚压前的原始钢管单位长度重量一样并受滚压的冷作硬化作用，相比目前传统的去金属工艺法切削管外螺纹工艺，在大大提高了管外螺纹机械连接与密封安全性能基础上，实现非去金属工艺法使钢管壁厚减薄的目标，可望节约15％－35％的钢管材料，提供了一种低成本节能减排的方法。同时，利用本发明涉及的制造圆锥管外螺纹的方法、滚压头和其设备，将开启传统管外螺纹加工设备和产品生产结构升级换代，革命性地提升管材施工机具的制造，对全球管道加工机械领域具有重大的社会和经济意义。

下面将结合附图说明和具体实施方式对本发明的前述目的、技术方案和有益效果进行详细的描述。

附图说明

图1是根据现有的滚压管外螺纹技术制造圆锥管外螺纹产品的工艺示意图。

图2是图1的滚压过程工艺的示意图。

图3是根据现有的滚压技术加工成形的管外螺纹产品的结构剖视图。

图4是根据本发明的用二道螺纹滚压轮滚压圆锥管外螺纹工艺示意图。

图5是图4滚压工艺过程的示意图。

图6是根据本发明的方法、滚压头和设备滚压成形的管外螺纹产品的结构剖视图。

图7是根据本发明的利用使滚压轮与空心圆柱毛坯之间相对转动的扭矩dT和滚压轮径向力dF来实现滚压头相对空心圆柱毛坯的轴向移动和滚压轮径向同步进给的示意图。

图8显示了三个滚压轮滚压圆锥管螺纹过程中工件受力情况分析。

图9是图8的螺纹滚压力分解进一步示意图。

图10是轴向移动速率与径向进给速率的关系。

图11是二段不同锥度的非标准管外螺纹轴向移动速率与径向进给速率的示意图。

图12是一个沿圆周布置的滚压轮可转动地固定在滚压轮座上滚压头一实施例示意图。

图13是包含2个沿圆周布置的滚压轮可转动地固定滚压轮座上滚压头一实施例示意图。

图14是包含5个沿圆周布置的滚压轮的滚压头一实施例示意图。

图15是根据本发明的四个滚压轮滚压头的一实施例的结构正视图。

图16是图15的结构侧视图。

图17是图16中外圆壳体盘的结构剖视图。

图18是图15中滚压头中滚压轮座结构剖视图。

图19是图18中的滚压轮结构与滚压轮轴配合结构剖视图。

图20是图16中的一面为螺旋凹槽而另一面为伞齿轮的旋转盘与控制杆配合的结构剖视图。

图21是根据本发明的带有四个滚压轮滚压头的手动调节径向进给的一实施例的结构示意图。

图22是根据本发明的带有三个滚压轮由液压或气动比例调节滚压轮径向位置的滚压头的一实施例的结构示意图。

图23至图25是本发明滚压轮与滚压轮轴为一体的滚压轮与滚压轮座之间使用轴孔配合实现浮动连接的有轴向和径向活动空间的示意图。

图26是本发明环形螺纹滚压轮与滚压轮轴为一体的滚压轮二端装配滚针(轴承)与滚压轮座轴承孔之间使用轴承配合实现浮动连接的有轴向和径向活动空间的示意图。

图27是本发明滚压轮与滚压轮轴作为一体成型的替代方案—(平)键槽配合的示意图。

图28是本发明滚压轮轴与滚压轮座之间使用无间隙轴孔静配合并非浮动的连接，依靠滚压轮和滚压轮轴之间的浮动连接来实现自由轴向和径向活动的示意图。

图29是本发明滚压轮轴与滚压轮座之间使用有间隙轴孔配合连接，但非浮动的连接，主要依靠滚压轮和滚压轮轴以及滚压轮轴和滚压轮座之间的浮动连接来实现自由轴向和径向活动的示意图。

图30至图31为本发明滚压轮和滚压轮轴为滚针(轴承)同时滚压轮一端面与滚压轮座为端面轴承浮动连接来实现自由轴向和径向活动的示意图。

图32至图34为本发明滚压轮和滚压轮轴三种轴孔配合浮动连接来实现自由轴向和径向活动空间的示意图。

图35至图36分别表示本发明滚压轮管螺纹成型部分可以是圆锥螺纹和圆柱螺纹的结构示意图。

图37至图41是本发明滚压轮中三个部分的详细图示，分别是：导入部分、预成型部分和管螺纹成型部分的各类组合示意图。

图42是本发明滚压轮三部分：导入、预成型和管螺纹成型部分分体形式示意图。

图43是根据本发明的管外螺纹滚压设备的一实施例的结构正视图。

图44是图43的结构侧视图。

图45是根据本发明的管外螺纹滚压方法、滚压头及其设备在空心圆柱毛坯上滚压成形圆锥管外螺纹的一实施例的工艺示意图。

图46是图45的滚压过程结束时的工艺示意图。

图47显示包含本发明的滚压头转动的另一滚压设备的结构示意图。

图48是根据本发明的管外螺纹滚压方法的双头圆锥管外螺纹生产设备的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合较佳的实施例对本发明进行详细的描述，应当注意的是，在后述的描述中，尽管所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是有些术语则是申请人按其判断来选择的，其详细含义应根据本发明欲揭示的精神来理解。本文中使用的“上”、“下”、“左”、“右”等关于方向的表述仅表示是说明性的，并不表示对各装置和部件在使用时的方向进行限制。

本发明所述滚压头是指用于在空心圆柱毛坯上滚压加工出管外螺纹的装置，主体部件包括用于滚压管外螺纹的一个或者是数个滚压轮以及用于支撑或固定滚压轮的滚压轮轴和滚压轮座。所述滚压轮通过所述滚压轮轴与所述滚压轮座配合。值得注意的是本发明所述的滚压轮和滚压轮轴可以是分体的，也可以是一体的。

本发明所述的管外螺纹是指管螺纹连接中用于与管内螺纹配合的管螺纹，包括圆柱管外螺纹以及圆锥管外螺纹。螺纹术语的定义基本参考国家标准GB/T 14791，其中管外螺纹包括完整螺纹、不完整螺纹和螺尾，所述的完整螺纹是指螺纹的牙顶和牙底均具有完整形状的螺纹，所述的不完整螺纹是指牙底完整而牙顶不完整的螺纹，但特别值得指出的是本发明中所述的螺尾除指向光滑表面过渡的牙底不完整的螺纹外，还包括了与此牙底不完整的螺纹相邻的一道或数道牙底完整的螺纹。本发明所述的管外螺纹的有效螺纹包括管外螺纹的完整螺纹和不完整螺纹部分，所述的管外螺纹的有效螺纹长度可以理解为有效螺纹的轴向长度。本发明中螺纹头部是指与内螺纹首先啮合的部分。但在具体的实施当中，螺纹头部不一定是在管口，例如在管材的变径区域加工锥管外螺纹，其相应的螺纹头部应该为螺纹中径最小的一侧。

本发明所述的滚压轮外表面上具有管螺纹成型部分，所述的管螺纹成型部分是指与要求滚压出的完整螺纹对应的螺纹，可以包括圆柱管外螺纹或者圆锥管外螺纹；所述的圆柱管外螺纹和圆锥外螺纹包括：BSPT，NPT，API以及米制标准圆柱管外螺纹和圆锥外管螺纹。所述的管螺纹成型部分的螺纹长度可以理解为该螺纹的轴向长度。在现有的圆锥管外螺纹滚压工艺当中，滚压轮管螺纹成型部分的螺纹长度大于或等于上述的管外螺纹的完整螺纹长度；而在本发明中，创造性地采用管螺纹成型部分的螺纹长度小于相应管外螺纹的完整螺纹长度的滚压轮，大大减少了管材在滚压时所承受的滚压力，同时也降低了滚压轮的材料与制造成本。本发明管外螺纹成型部分的螺纹长度小于相应管外螺纹的有效螺纹长度的滚压轮也称为非全长尺寸滚压轮。

本发明的滚压轮管螺纹成型部分含有至少一道螺纹，所述的一道螺纹是指连续的轴向长度为一个螺距的螺纹，所述螺纹的螺牙形状与所加工的圆柱管外螺纹螺牙或者是所加工的圆锥管外螺纹螺牙对应，亦即运用包含上述管外螺纹成型部分的滚压轮可以滚压加工出上述的圆柱管外螺纹或者圆锥管外螺纹。

除上述管外螺纹成型部分外，滚压轮还可以在空心圆柱毛坯加工的起始位置再增加一预成型部分或者导入部分，所述空心圆柱毛坯加工的起始位置为管外螺纹滚压加工时滚压轮与空心圆柱毛坯最先接触的位置。本发明所述的管螺纹成型部分的头部是指管螺纹成型部分靠近空心圆柱毛坯加工起始位置端。所述预成型部分的形状包括圆柱面、圆锥面、圆柱螺纹、非完整锥螺纹、或其组合。预成型部分为圆柱管外螺纹时，圆柱管外螺纹的牙型和管外螺纹成型部分的牙型相同。预成型部分为非完整圆锥管外螺纹时，非完整圆锥管外螺纹的螺距与管外螺纹成型部分螺纹的螺距相等，非完整锥螺纹的牙底与管螺纹成型部分螺纹的牙底相同，而牙顶较小。所述导入部分的形状包括锥面、弧面、渐进曲面或其组合。

除此之外，滚压轮还可以从空心圆柱毛坯加工的起始位置依次同时具有导入部分、预成型部分以及管螺纹成型部分。上述的各个部分可以是一体化结构，也可以是组合结构。所述的组合结构是指，各部分依次分设在空心圆柱毛坯加工方向上，可以是在同一个滚压轮轴上，也可以是分设在不同的滚压轮轴上，甚至是分设在不同的滚压头上。

本发明所述滚压轮座上设有沿径向调节所述滚压轮座的径向位置调节装置，从而沿径向在动态滚压全过程实时调节所述滚压轮的径向位置，所述的动态滚压全过程是至指滚压轮在轴向滚压进给过程中，滚压轮同时连续不间断地径向进给直至滚压工艺结束。通过反馈系统轴向进给与径向进给可以实时互补进给距离，以满足滚压锥度工艺要求。

该径向位置调节装置可以控制滚压轮在滚压头内沿径向方向自由活动，所述的径向方向应当理解为空心圆柱毛坯加工轴线的垂直方向。在实际的滚压过程中，滚压轮从管外螺纹内侧的螺尾端滚压切入，由于滚压轮的螺纹螺旋升角与空心圆柱毛坯的导入角存在差异，滚压时随着空心圆柱毛坯和滚压轮的相对运动，滚压轮受到滚压轴向分力的作用，使滚压头相对空心圆柱毛坯由螺尾向螺纹头部沿轴向移动；与此同时，通过所述径向位置调节装置控制滚压轮径向进给，使滚压头相对空心圆柱毛坯的轴向移动速率和滚压轮的径向进给速率保持设定的比例关系，即可直接滚压加工成形圆锥管外螺纹。所述的轴向移动速率是指滚压头相对空心圆柱毛坯在空心圆柱毛坯加工轴线方向上的移动速率；所述的径向进给速率是指滚压轮在空心圆柱毛坯加工轴线的垂直方向上的进给速率。本发明的所述径向进给速率和所述轴向移动速率的比值等于所述管外螺纹实时锥度的1/2。所述的实时锥度是指螺纹滚压处所对应的管外螺纹的锥度，为该点处所欲加工的管外螺纹的基线的切线与螺纹轴线夹角的两倍，所述的管外螺纹的基线可以理解为所欲加工管外螺纹过轴心的同一轴向截面内同侧螺纹牙底的连线，为一假想曲线。例如，滚压圆柱管螺纹时，实时锥度为0，此时径向进给速率也为0；滚压BSPT，NPT标准圆锥管螺纹时，实时锥度即为螺纹锥度，为1/16，此时滚压轮的径向进给速率是滚压头相对空心圆柱毛坯的轴向移动速率的1/32；滚压其他包含变异螺纹的管外螺纹时，实时锥度可以随时间变化，相应地，滚压轮的径向进给速率和滚压头相对于空心圆柱毛坯的轴向移动速率的比值按照实时锥度的1/2进行设置。

本发明所述的55°的圆锥管外螺纹或60°的圆锥管外螺纹分别对应的是相应的国内或国际标准圆锥管外螺纹，所参考的标准圆锥管外螺纹包括BSPT(GB/T 7306.2-2000)，NPT(GB/T 12716-2002)，以及API(GB/T 9253.2-1999)圆锥管外螺纹，本发明用于滚压API标准螺纹时，所述管外螺纹可以是管线管螺纹，套管圆螺纹，油管圆螺纹或偏梯形套管螺纹等。应注意的是本发明的滚压方法、滚压头和滚压装置所能滚压的螺纹并不受本发明此处所列举的螺纹标准的限制，其他未提及的标准或非标准螺纹同样可依据本发明披露的思想滚压获得。本发明所述的空心圆柱毛坯的公称直径(DN)参考的是管材标准《低压流体输送用焊接钢管》(GB3091-2008)，但在本发明的实际运用过程中其他类型的管材也能够根据本发明的精神进行滚压螺纹加工。

本发明所述的活动空间应当理解为存在一个空间可以使得滚压轮在该空间内自由地活动。所述的轴向活动空间指所述滚压轮在滚压轮轴的轴线方向上的活动空间。所述轴向活动空间的轴向距离应当理解为所述滚压轮在沿所述滚压轮轴的轴线方向上可自由活动的最大距离；该最大距离优选的是滚压轮管螺纹成型部分对应螺纹的0.1个螺距至1个螺距；更优选的，是0.5个螺距至1个螺距；更优选的，是0.5个螺距或1个螺距。所述的滚压轮管螺纹成型部分是指与要求滚压出的管螺纹对应的滚压轮上的螺纹。所述的径向活动空间指所述滚压轮在沿所述空心圆柱毛坯加工轴线的垂直方向上的活动空间，该径向活动空间应当理解为所述滚压轮管螺纹成型部分沿所述空心圆柱毛坯加工轴线的垂直方向上可相对预加工的空心圆柱毛坯自由活动的最大距离。该最大距离优选的是不超过滚压轮管螺纹成型部分对应螺纹的1个螺距。更优选的是不超过滚压轮管螺纹成型部分对应螺纹的0.5个螺距。

图1至图6是一种现有滚压管外螺纹工艺与根据本发明的滚压管外螺纹工艺的一组对比示意图，显示了从空心圆柱毛坯准备到加工圆锥管外螺纹产品的全过程以及其产品的差异。

图1至图3显示了现有的利用有效螺纹长度管外螺纹滚压轮的有轴向移动但无径向进给的滚压工艺示意图及其产品。

图1中显示了一种现有技术的有效螺纹长度圆锥管外螺纹滚压轮80,滚压轮的管螺纹成型部分的长度尺寸为相应的有效螺纹长度，425为圆锥面。

在滚压管螺纹之前，先对空心圆柱毛坯进行冲压形成圆锥面425，然后由管口420(也即欲加工管外螺纹的头部460)处开始轴向滚压至管材的加工结束端421(也即欲加工管外螺纹的尾部461)结束。图2中清晰地显示了在滚压过程中空心圆锥毛坯与滚压轮80的接触面不断增加直至滚压轮80与圆锥面425全部滚压接触的过程。显然，管口从滚压开始就要承受形成完整螺纹的径向力，同时随着轴向滚压进行，管口420至加工结束端421段所受到的径向力不断增加。这样的滚压工艺，对管材的材料成分、焊缝、壁厚和口径有相当的要求，对冲压预成型圆锥面工艺要求也很高。在冲压或挤压圆锥面和滚压过程中，产品46端口(螺纹头部)的内径462缩小量难以控制，往往圆锥面465大于管螺纹产品标准要求。同时对于镀锌管而言，管外螺纹类产品头部460处的锌层受到的滚压(摩擦)次数和破坏要比其它部位大。

图4至图6显示了本发明的管外螺纹滚压轮的有轴向移动，同时径向按滚压工艺要求在滚压全过程动态实时进给的滚压工艺示意及其产品。

图4中的空心圆柱毛坯为管材原始外径毛坯而非图1中的预成型的空心圆锥毛坯，而二道螺纹滚压轮相比最短的55度DN6管外螺纹的7道螺纹长度要少5道螺纹。利用本发明滚压轮82从加工起始端411(也即欲加工管外螺纹尾部481)处开始向管口410处(也即欲加工管外螺纹头部480)轴向径向同时进给滚压，直至图5中管外螺纹产品的螺纹头部480处结束。显然，相比图1至图3所示的现有滚压管螺纹技术，管材在滚压过程中受到的滚压力明显地减小，在保证管螺纹牙型完全成形的前提下，保护了目前各种标准壁厚管材的圆度和焊缝完整。由于滚压过程中径向进给力完全受控，图6中产品48内径482的值对于不同管材材料的相同尺寸管螺纹产品是基本恒定的，并可保证完全符合管螺纹产品各种标准。同时管材螺纹段所受到的滚压次数是相同的，时间基本一致，大大优化了管材螺纹段内部金相结构的均匀度。

图7至图9显示了三个滚压轮滚压圆锥管螺纹过程中工件受力情况分析。滚压时外界施加一个径向力dF和一个动力扭矩dT。径向力dF和由径向力dF产生的滚压切向(摩擦)分力dTf以及由动力扭矩dT产生的滚压切向(摩擦)分力dTt三者综合产生X、Y和Z轴方向的圆锥管螺纹的三个滚压分力dX、dY和dZ(沿垂直于图面方向)；分力dX、dY和dZ分配比例关系与螺纹牙型、螺旋角、螺距、空心圆柱毛坯直径与材料、滚压轮(安装)形式、滚压轮直径以及滚压轮与空心圆柱毛坯的相对转速等密切相关。使空心圆柱毛坯变形为圆锥管螺纹的主要力(包括滚压螺纹牙型径向分力dF1和滚压锥度径向分力dF2)为滚压轮施加给工件的径向滚压力dR，图9中的径向滚压力dR近似等于径向力dF，其方向与滚压轮中心和空心圆柱毛坯中心的连线平行或者重叠；由动力扭矩dT使空心圆柱毛坯和滚压轮产生相对旋转而产生的滚压切向(摩擦)分力dTt和由径向力dF产生的滚压切向分力dTf使工件旋转；由于空心圆柱毛坯的初始角和滚压轮实际螺旋角有差异，主要是动力扭矩使空心圆柱毛坯与滚压头在旋转的同时产生相对轴向(Z轴方向)移动；同时继续动态地施加滚压锥度径向分力dF2，从而用本发明的方法完成管外螺纹加工。

图10至图11进一步说明了标准螺纹与非标准螺纹径向和轴向同步进给的速率关系。

在图10标准管螺纹锥度的标示中，滚压轮在轴向滚压过程中，按标准锥度进给。在BSPT、NPT和米制管螺纹中a等于1/32,在圆柱管螺纹滚压中，a等于0。

在图11非标准管螺纹锥度的标示中，a1不等于a2,滚压轮在轴向滚压过程中其径向进给位置会由按a1的锥度进给实时地变更到按a2的锥度进给，实现实时锥度滚压径向进给控制。

图12至图14显示了本发明的三种滚压头的滚压轮分布方式。

图12是数量为一个滚压轮的滚压头实施例的示意图。在空心圆柱毛坯40相对于该一个滚压轮82高速旋转时，可以产生多个滚压轮同时滚压空心圆柱毛坯40的相同工艺效果。这种单个滚压轮高速旋转可以使空心圆柱毛坯圆周表面相同点滚压间隔时间等效于数个滚压轮滚压工件的间隔时间。

图13沿圆周方向等分分布的2个滚压轮滚压头实施例示意图。图中的40为空心圆柱毛坯，61为滚压轮座滑槽，86为滚压轮座，82为滚压轮。

图12和图13的滚压轮座86借助传动机构实现沿滚压轮座滑槽按工艺需要的径向进给。

图14是分别沿圆周方向等分分布的5个滚压轮滚压头实施例示意图。

图中1为机座，40为空心圆柱毛坯，61为滚压轮座滑槽，62为伺服电机、69为滚珠丝杆，82为滚压轮。空心圆柱毛坯40高速旋转时，伺服电机62转动通过丝杆69带动滚压轮座86上的滚压轮82径向运动。

图15至图20显示了本发明的一种带有四个滚压轮的管外螺纹滚压头，包括：外圆壳体盘60、旋转盘66、齿轮控制杆64、蜗轮蜗杆装置63、伺服电机62以及滚压轮座86和滚压轮82。图15显示出外圆壳体盘60，其底部二边通过二块链接板601上的二个固定盘体轴602与滚压设备中滑座二边的中心圆孔间隙浮动相连；间隙浮动相连是为了解决在实际操作中空心圆柱毛坯的中心与滚压头中心位置一致的问题。图16示出外圆壳体盘60和旋转盘66。该旋转盘66通过轴孔配合在外圆壳体盘60右侧并与外圆壳体盘60同心地安装在其圆轴部分上，旋转盘66在与外圆壳体盘60相对的一侧上设有螺旋凹槽662(如图20所示)。图17显示出外圆壳体盘60上开有四个径向滚压轮座滑槽61。图18显示出滚压轮座86通过其右侧部多个螺旋凸槽861与旋转盘66的螺旋凹槽662的相互配合作用而在外圆壳体盘60的滚压轮座滑槽61作径向移动。如图20所示，在旋转盘66的右侧形成伞形齿轮661，其中心轴线大致与滚压头的中心轴线重合。该伞形齿轮661与齿轮控制杆64上的另一伞齿轮啮合。该齿轮控制杆64的另一伞齿轮的中心轴线沿该齿轮控制杆64的纵向轴线并与伞形齿轮661的中心轴线成一定角度，在所示具体实施例中，该角度为90°。旋转齿轮控制杆64可使旋转盘66绕其自身轴线旋转。当旋转盘66旋转时，通过与其螺旋凹槽662相匹配的螺旋凸槽861，带动滚压轮座86沿着外圆壳体盘60上滚压轮座滑槽61作径向移动。如图18所示，滚压轮座86前端通过圆弧销轴83装有非全长度尺寸的管外螺纹滚压轮82，滚压轮82纵向二边均带有导入部分8A1、预成型部分8B1和圆锥管螺纹成形部分8C,管螺纹成形部分的螺纹道数为2道，但也可采用其它道数而不偏离本发明的范围。二边相同的成形结构是为了双倍滚压轮的使用寿命。管外螺纹滚压轮82的中心孔与圆弧销轴83配合并存在一定的轴向间隙891和径向间隙892，以便在滚压初始阶段四个滚压轮能自动对牙，进一步减少滚压径向力对管材的破坏。伺服电机62通过蜗轮蜗杆装置63带动齿轮控制杆64旋转，从而带动旋转盘66旋转，通过滚压轮座86上的螺旋凸槽861与旋转盘66上的螺旋凹槽662相互作用，在外圆壳体盘60的滚压轮滑槽61中径向上下同步控制四个滚压轮座上的四个非全长度尺寸的管外螺纹滚压轮82，由此构成由多个可径向运动非全长度尺寸滚压轮组成的可轴向移动的圆锥管外螺纹滚压头，并可实现滚压不同尺寸管外螺纹产品的目的。应理解，旋转盘的转动也可通过除齿轮传动之外的其它传动方式来实现。还应理解该蜗轮蜗杆装置63也可由本领域公知的其它传动机构，如滚珠丝杠、曲柄连杆来代替。

以上滚压头中滚压轮的数量除了上述实施例中的1个、2个、4个、5个之外，也可以为其它数量，例如3个、6个或更多个。其中优选地是4个或5个。

图21显示了另一种管外螺纹滚压头的一实施例。该管外螺纹滚压头包括设有弹簧的浮动弹簧柱75、两个导向柱71、中杆771和安装在中杆771上的上滚压轮座761、下杆772和安装在下杆772上的下滚压轮座762、上杆770、丝杆73、动力旋转柄72、以及四个浮动调节螺栓74(后面调节二个螺栓未示出)。尽管在该实施例中调节螺栓的数量是4个，但应理解，其可以是如2个、3个等。其中两个导向柱71的上端和下端分别与管外螺纹滚压装置的上杆770和下杆772的两侧固定连接组成框架结构。两个导向柱71分别穿过中杆771两侧上设置的孔，中杆771可相对于该孔上下滑动。上杆770中开有竖直方向的螺纹孔。丝杠73与该螺纹孔啮合，且丝杆73上端与动力旋转柄72固定连接，而下端抵靠中杆771，从而在旋转柄72带动丝杆73转动下可使中杆771沿两侧的导向柱71上下移动,带动中杆771上的上滚压轮座761径向运动。其中浮动弹簧柱75的底部与滚压设备滑座102中心圆孔间隙浮动相连，套在浮动弹簧柱75上的螺旋弹簧的两端分别抵靠滚压设备滑座102和下杆772，从而实现滚压头的浮动连接。四个浮动调节螺栓74(后面二个调节螺栓未显出)与下杆772内螺纹连接并从其下表面向下突出且其突出端与滚压设备滑座102面间隔开一定距离，其从下杆突出的长度可通过该螺纹连接进行调整，从而调整与滚压设备滑座102的间隔距离，从而控制滚压头左右前后摆动幅度。上下端滚压轮座上沿空心圆柱毛坯40的圆周方向分布上边两个滚压轮82和下边两个滚压轮82，滚压轮螺牙道数优选的是二道，上下滚压轮座与滚压轮82的装配方式类似于前述的实施例方法，在此不再赘述。通过旋转调节旋转柄72，控制中杆771的上下进给，从而控制滚压轮82的径向进给位置，用于实现本发明的在滚压装置轴向移动时滚压轮径向按滚压锥度和螺纹工艺要求进行径向同步进给，并可实现滚压不同尺寸钢管管外螺纹产品的目的。应指出，其中旋转柄72的转动可手动实现，但也借助于电机直接驱动转动或通过本领域已知的任何传动机构驱动转动。

图22显示了一种液压调节的管外螺纹滚压头一实施例，包括:外圆壳体盘60、沿圆周方向安装的三个液压油缸68以及油缸比例伺服阀67；油缸内端安装着滚压轮座86以及安装在滚压轮座上的本发明滚压轮82；滚压轮座86与滚压轮82的装配方式类似于前述的二个实施例的方法，在此不再赘述。启动动力源油缸通过比例伺服阀67带动滚压轮座86用于实现本发明的在空心圆柱毛坯轴向移动时滚压轮径向按滚压锥度工艺要求进行径向同步进给，并可实现滚压不同尺寸钢管管外螺纹产品的目的。除了液压油缸外，通过控制气缸也可以实现同步控制与气缸活塞杆相连的滚压轮座86和滚压轮82实现径向同步进给，来实现本发明所揭示的目的。

结合图4至图6和图15至图22,本发明滚压工艺的技术特征清晰可见。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作出种种的等效的变化或替换，例如：所述滚压头的结构还可以参照下面所列专利中涉及到的相应滚压头装置进行合理的设置和改造：US5699691A、US3058196A、EP282889A2、US3452567A、、US3058196A、、US20060162411A1、JP10034270A、JP10244340A、JP2003126937A、JP9327742A、CN100542735C、CN2555962Y、CN103264128A、CN103286245A、SU1344479A1、US20120011912A1、US4617816A、US4785649A、US5870918A、GB1150525A、JP1273637A、SU703197A1。

图23至图36显示了本发明的管外螺纹滚压轮以及其轴向和径向间隙各种配合示意图。

图23至图25是本发明滚压轮与滚压轮轴为一体的滚压轮与滚压轮座之间使用轴孔配合实现浮动连接的有轴向和径向活动空间的示意图。

上述各图中均示意了滚压轮82通过两端的圆弧销轴83嵌设在滚压轮座76的轴套766上，轴套766增加了滚压轮与滚压轮座间隙浮动的灵活度。标记891、892分别是各种配合的轴向间隙、径向间隙。

图23是螺旋滚压轮82的二端为外凸圆弧形轴柱与滚压轮座76的圆柱孔之间的轴孔配合实现浮动连接形成有轴向和径向活动空间，即轴向间隙和径向间隙891、892。

图24是环形滚压轮82的二端为圆柱形轴柱与滚压轮座76的外凸圆弧形孔之间的轴孔配合实现浮动连接，形成有轴向和径向活动空间，即轴向间隙和径向间隙891、892。

图25是螺旋滚压轮82的二端为外凸圆弧形轴柱与滚压轮座76的外凸圆弧形孔之间的轴孔配合实现浮动连接，形成有轴向和径向活动空间，即轴向间隙和径向间隙891、892。

上述结构中均使用的是一体滚压轮，即圆弧销轴83和滚压轮82是一体成型结构，使用一体滚压轮的最大好处是滚压轮直径不受滚压轮82内孔直径和其圆弧销轴83直径的影响，因而滚压轮直径可以很小，比如：10毫米，甚至更小。这为增加滚压头中的滚压轮数量创造了技术条件。

图26是本发明环形滚压轮与滚压轮轴为一体的滚压轮二端装配滚针轴承与滚压轮座轴承孔之间使用滚针轴承配合实现浮动连接的有轴向和径向活动空间的结构示意图。图示中，图26与图23、图24、图25不同之处再于，在滚压轮座76上采用了滚针轴承836，使用滚针轴承836可以进一步大大改善圆弧销轴83与滚压轮座76孔之间的滑动转动效果。

图27是本发明滚压轮82与圆弧销轴83作为一体成型的替代方案，即使用(平)键槽835配合的示意图。

图28是本发明圆弧销轴83与滚压轮座76之间使用无间隙轴孔静配合并非浮动的连接，依靠滚压轮82和圆弧销轴83之间的浮动连接来实现自由轴向间隙891和径向间隙892的情况。

图29是本发明圆弧销轴83与滚压轮座76之间使用有间隙轴孔配合连接，但并非浮动连接，主要依靠滚压轮82和圆弧销轴83之间的浮动连接来实现自由轴向和径向活动情况，其中示意了滚压轮82与圆弧销轴83、圆弧销轴83和滚压轮座76之间轴向间隙891和两个位置的径向间隙8921、8922。

图30至图31为根据图26中本发明滚压轮82和圆弧销轴83采用滚针(轴承)浮动连接配合，同时滚压轮二个端面采用端面轴承来实现自由轴向和径向活动的情况；使用滚针(轴承)836和端面轴承837可以进一步大大改善滚压轮82与圆弧销轴83之间和滚压轮82与滚压轮座76之间的滑动转动效果。

图32至图34为本发明滚压轮82和圆弧销轴83三种轴孔配合浮动连接来实现自由轴向和径向活动空间的情况，其中仅仅示意了径向间隙892。

其中，图32是圆弧销轴83中部为外凸圆弧形结构，螺旋滚压轮82内孔为圆柱形结构。

图33是圆弧销轴83为圆柱形结构，环形滚压轮82内孔为外凸圆弧形结构。

图34是圆弧销轴83中部为外凸圆弧形结构，环形滚压轮82内孔也为外凸圆弧形结构。

图35至图36分别表示本发明滚压轮82的螺纹成型部分分别是圆锥管螺纹和圆柱管螺纹的结构。其中，825是滚压轮二个端孔的直径，其等于所述滚压轮轴直径加上0.1至1个对应滚压轮螺纹的螺距来形成径向间隙892。

需要指出是，尽管图32至图36没有标示轴向间隙，但在实际滚压中，轴向间隙是必须存在的。

上述各个滚压轮的螺纹形式可以是螺旋螺纹或者是环形螺纹，圆柱滚压轮或者是圆锥滚压轮，完全取决于滚压工艺需要。上述的轴孔配合或者是轴承配合或者是其它配合形式，其目的是要产生滚压轮相对于滚压轮座或者是滚压轮相对于滚压轮轴可实现轴向与径向的本发明揭示的自由活动空间，以便在滚压初始瞬间数个滚压轮可自由活动对牙。

图37至图41是本发明滚压轮82中三个部分的详细图示，分别是：导入部分A、预成型部分B和管螺纹成型部分C的各类组合示意图。

其中，图37是在滚压轮82上呈外凸圆弧面的导入部分A1、圆柱管螺纹预成型部分B1和圆锥管螺纹成型部分C为一体的组合结构；

图38是在滚压轮82上圆锥面导入部分A2、非完整圆锥管螺纹预成型部分B2和圆锥管螺纹成型部分C为一体的组合结构；

图39是在滚压轮82上包括呈渐进曲面的导入部分A3、圆柱面预成型部分B3和圆锥管螺纹成型部分C为一体的组合结构；

图40是在滚压轮82上包括呈外凸圆弧面的导入部分A1和圆锥管螺纹成型部分C为一体的组合结构；

图41是在滚压轮82上包括非完整圆柱管螺纹预成型部分B2和圆锥管螺纹成型部分C为一体的组合结构。

图42给出了本发明滚压轮82的三部分分体结构，即导入部分A、预成型部分B和圆锥管螺纹成型部分C依次分立在圆弧销轴83上形成滚压轮82的示意图。

上述各个滚压轮的导入部分、预成型部分和成形部分螺纹的各种组合完全取决于空心圆柱毛坯的壁厚、椭圆度、口径及其材料等状况、滚压轮材料和其预期寿命、滚压头与设备设计以及滚压工艺等需要。

图43是根据本发明的管外螺纹滚压设备的结构正视图。

图44是图43的结构侧视图。该设备包括机座1，机座1上部一侧设有动力电机22和变速装置21以及电机开关20，用于夹紧空心圆柱毛坯40并使其旋转的夹紧装置3；在机座1上部另一侧，平行主轴中心线并排设有位于一水平面内两根轴向导柱11,导柱设有齿条；滑座10底部二侧安装在二根轴向导柱11上，滑座10底部二侧与轴向导柱11配合的内孔设有齿轮，与前述的轴向导柱11上的齿条相匹配，通过摇柄101旋转可轴向移动滑座10；在滑座10上相对动力电机变速装置21一侧设有与主轴同轴心的并且浮动的圆锥管外螺纹滚压装置6，滚压装置6上装有沿圆周分布的四个可以作径向同步运动的本发明的滚压轮螺纹长度为二道的滚压轮82；滚压装置6在一定的轴向力作用下可带动滑座10在轴向导柱11上移动，伺服电机62通过蜗轮蜗杆装置63控制滚压轮82径向锥度与螺纹滚压工艺进给。光电感应器121与光电感应触杆122组成光电感应装置。当滚压轮从空心圆柱毛坯的滚压起始端开始向管口端完成滚压时，产品螺纹头部接触光电感应触杆122，启动光电感应器121使动力电机22停止工作，同时伺服电机62反向旋转，滚压轮82退出滚压加工工位。如图45所示，根据工艺需要，滚压设备上可配有滚压切料装置5和倒角装置9，使设备具有加工任意长短产品和倒角去毛刺的功能。

图45是根据本发明的管外螺纹滚压方法、滚压头和设备在空心圆柱体毛坯上滚压成形圆锥管外螺纹的一实施例的设备结构示意图。

图46是图45的本发明滚压工艺结束时的示意图。

图45显示了设备从完成切料开始、准备滚压的状况。图46显示了滚压完成时，在光电感应装置12作用下，滚压轮82径向退出，管外螺纹类产品完成加工并准备倒角加工的示意图。

图47是包含本发明的滚压头旋转的一设备的结构示意图。该设备包括机座1，机座1上部左侧设有动力电机22和变速装置21以及电机开关20，变速装置21与空心主轴23相连，将动力电机22的高速小扭矩转动变为空心主轴低速大扭矩转动；空心主轴23与滚压装置6相连；这样动力电机22转动通过空心主轴带动滚压装置6转动滚压一端被夹紧装置3固定，另一端被中心孔定位顶针装置91中心定位的空心圆柱毛坯40的管外螺纹；在机座1上部，平行主轴中心线设有位于同一水平面内的双平面导轨11’；滑座10底部安装在平面导轨11’上，在滑座10一侧设有夹紧装置3,另一侧设有同平面同轴心的空心圆柱毛坯中心孔定位顶针装置91。管螺纹滚压装置6上装有沿圆周分布的四个可以作径向同步运动的滚压轮82。当滚压圆锥管外螺纹时，其工作原理与前述图43至图44相同。当空心圆柱毛坯完成滚压时，产品螺纹头部接触光电感应器121，使动力电机22停止工作，同时伺服电机62反向旋转，滚压轮82退出滚压加工工位,完成滚压管外螺纹类产品的加工。如同图45所示，根据工艺需要，滚压设备上可配有滚压切料装置。将空心圆柱毛坯中心孔定位顶针装置91改为倒角装置9，使设备另外具有加工任意长短产品和倒角去毛刺的功能。

本发明所述的滚压头不仅可以运用于上述滚压设备当中，本专业技术人员根据本发明的精神经过改造，也可以运用于下面所列专利中涉及到的相应滚压设备的任何一种或它们之间的可能组合：US4771625A、JP1273637A、CN102198590A、CN202316603U、CN103264128A、CN1251821C。

图48根据本发明的方法制造的双头圆锥管外螺纹生产设备的一实施例的结构示意图。图中左右二边分别设置不同转向的滚压装置6。当空心圆柱毛坯40被按设定的转速旋转时，左右二个滚压装置6分别由加工起始端411处也即欲加工的螺纹尾部开始滚压切入，由里向外至管口410处也即欲加工的螺纹头部开始滚压切入。同时通过滚压装置6的径向进给装置的伺服电机62，完成双头圆锥管外螺纹类产品滚压加工。左右二个滚压头的轴向与径向工作方式、设备的基本配置与功能与前述的相同，在此不在赘述。

实例

下面以燃气行业常用规格为DN32、长度为6000毫米、壁厚为3.5毫米的燃气专用镀锌焊管现场安装为例,结合图1至图6、图15至图20以及图45至图46，对比现有滚压加工管外螺纹工艺，对本发明的前述目的、技术方案和有益效果加以进一步详细说明。

根据现有国家标准《低压流体输送用焊接钢管》(GB3091-2008)DN32燃气专用镀锌钢管的外径423为42.4毫米、普通壁厚为3.50毫米、内径422为35.40毫米。如图1所示，采用现有滚压管外螺纹工艺，采用大吨位轴向冲压装置，首先加工1:16的圆锥面425；如图2和3所示，然后利用有效螺纹长度的滚压轮80，从管口420处也既欲加工的管外螺纹头部460处开始滚压切入至加工结束端421处也既欲加工的管外螺纹尾部461处方向轴向滚压加工管外螺纹产品，完成管外螺纹类产品46的滚压加工。但造成下列问题：

1.钢管的内径422缩小量为3.11毫米，即滚压加工后的管外螺纹类产品内径不但受到锥面冲压内缩径约1.6毫米的影响，而且也受到滚压约1.5毫米内径再缩径的影响，内径最小端462处仅为32.29毫米，钢管内孔缩小百分比为9％，远远大于前述的国家和国际标准允许的3.4％钢管内孔缩小百分比，影响管内流体输送的稳定性；

2.每个管网施工安装现场不可能配有大吨位轴向冲压或者是径向挤压设备，专门用于加工圆锥面425；

3.冲压或挤压压力在成形锥面时，对管体材料，特别是钢管原始外径423与圆锥面交集处的焊管焊缝，造成隐性和显性的破坏，给滚压管外螺纹产品留下安全隐患。

为了解决前述问题，如图4至图6以及图15至图20所示，采用本发明的管螺纹成型部分只有二道螺纹的滚压轮82，其螺纹长度不到其产品有效螺纹长度l1道螺纹长度的20％，也既本发明滚压轮的滚压轮长度为现有滚压技术滚压轮长度的20％不到。滚压头由加工起始端411处也既欲加工的管外螺纹尾部481处开始滚压，利用滚压头上的滚压轮与空心圆柱毛坯的螺旋角差异在滚压过程中产生的轴向分力，在向管口410处也即欲加工管外螺纹头部480处轴向滚压移动过程时，如图15和图16所示，利用伺服电机62和蜗轮蜗杆装置63，将伺服电机62的旋转变为按滚压锥度工艺要求的滚压轮82径向同步进给，边滚压管螺纹边形成圆锥面，同时直接在标准DN32钢管外径上滚压管外螺纹。由于采用直接滚压方法，摈弃了冲压工艺和设备，避免了冲压压力在锥面成形时对管体材料，特别是在钢管标准外径与锥面交集处的焊管焊缝的隐性和显性破坏，大大减少了现有滚压技术对管外螺纹产品产生的安全隐患，同时减少了产品内径482缩小量，仅为现有技术的50％，增加了管内流体输送的稳定性。

下面结合图45和图46进一步详细说明具体加工实施步骤。首先，将前述标准钢管外径毛坯40的DN32置于夹紧装置3之中并夹紧，打开电机开关20使空心圆柱毛坯40旋转，手动将浮动的滚压切料装置5按工艺径向进给，滚压切断空心圆柱毛坯40的6000毫米的长度至所需长度2750毫米，手动反向旋转松开滚压切料装置5，关闭电机开关20,完成切料工位。通过摇柄101手动将管外螺纹滚压装置6轴向进给推至加工起始端411也即欲加工的管外螺纹的尾部位置；手动将浮动的滚压装置6中的滚压轮82径向接触空心圆柱毛坯40的加工起始端411，该被接触的加工起始端411，当管外螺纹加工完毕后，就是管外螺纹尾部481；打开电机开关20，空心圆柱毛坯40旋转；进一步径向进给滚压轮82使滚压轮滚压切入加工起始端411位置，利用滚压轮的螺旋升角与空心圆柱毛坯40的导入角差异使滑座10沿轴向导柱11由加工起始端411位置开始自动向管口410处也既欲加工的管外螺纹头部480处轴向移动。与此同时，伺服电机62通过预先设定的程序自动径向按滚压锥度工艺要求进给；当滑座10上的滚压装置6中的滚压轮82轴向移动到管外螺纹头部480时,光电感应装置12工作，关闭主动力电机，同时启动伺服电机62反向旋转，滚压轮82脱离管外螺纹产品48,滚压加工完成。在加工管外螺纹过程中，根据滚压工艺需要，可以将浮动的倒角装置9一并使用。

结合图1至图6以及图45、图46，将它们相对比，本发明的圆锥管外螺纹产品的方法、滚压头及其设备与现有技术的圆锥管外螺纹产品的制造方法、滚压头及其设备的差异性显而易见，由此带来其有益效果是：

1.比目前滚压管外螺纹工艺节省了轴向冲压或者是径向挤压工艺，与目前现场100％采用的切削套丝工艺步骤基本接近，加工装置简易轻便，符合人们目前使用习惯，便于大量推广使用；

2.采用管螺纹成型部分螺纹长度较有效管螺纹长度短的滚压轮，并旋转逐步滚压工艺来完成圆锥面与管外螺纹一次定位加工，避免了对钢管管体，特别是焊管焊缝，隐性和显性的破坏，提高了螺纹密实均匀度、螺纹连接强度与密封安全性能，同时提高了管外螺纹产品的同心度；

3.管外螺纹产品的内孔缩小量符合现有国际与国家标准；

4.降低了滚压轮的材料成本和制造成本；

5.比目前切削套丝加工管外螺纹工艺，滚压成形的管外螺纹产品其钢管单位长度重量与滚压前的原始钢管单位长度重量是一样的并受到滚压的冷作硬化作用，其承压能力比相对应的标准的切削管外螺纹产品提高了约100％；显而易见，在提高管外螺纹连接安全性的基础上，可以探讨减少钢管的外径或壁厚，从而减少钢管用钢量，达到节能减排的绿色环保目的。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作出种种的等效的变化或替换，并不受前述的滚压方法与方向、滚压轮长度、滚压轮数量与安装形式、滚压头数量与安装形式、滚压轮座径向与轴向运动形式等限制。例如：滚压轮开始滚压切入点可以是从管外螺纹的螺尾开始，也可以是从有效螺纹的螺尾或者是从完整螺纹的螺尾或者是完整螺纹的其它非螺纹口端开始滚压切入，向螺纹头部方向完成螺纹滚压。对于厚壁管外螺纹，滚压轮可以是从管外螺纹的头部开始滚压切入，滚压轮径向地逐步由内向外按滚压锥度工艺要求滚压至圆锥管外螺纹的尾部。滚压头可以是相对于固定空心圆柱钢管毛坯的装置的转动或者是固定空心圆柱管材毛坯的装置相对于滚压头装置的转动或者是二者相对的转动。每个滚压轮也可以自带旋转动力以滚压轮轴为中心自行旋转产生相对于空心圆柱毛坯的运动。数个滚压轮座可以是同步径向进给运动或者是非同步运动。前述的滚压轮螺纹道数，对于不同钢管种类：如碳钢管、不锈钢管、铜钢管、钛合金钢管至24以及特殊合金钢管等，对于不同尺寸钢管：如1/16寸以及以上等，或者是其它非标准外径尺寸管材，对于不同钢管厚度、有缝无缝钢管，对于不同管外螺纹牙型：如NPT,BSPT、API以及米制管螺纹等等，可以根据本发明前述的合适滚压力原则来调整，通过调整滚压头装置轴向与径向进给比例，然后利用本发明所揭示的滚压方法加工管外螺纹确定滚压轮长度，以适应各种标准和非标准的管材。本发明的滚压方法不但适合空心圆柱毛坯，还适合于实心圆柱毛坯。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求所界定的范围为准。

附图标记列表

1 机座及机座架

2 动力电机及变速装置

20 电机开关

21 变速装置

22 动力电机

23 空心主轴

3 夹紧装置

4 空心圆柱毛坯与管螺纹产品

40 空心圆柱毛坯

41 现有切削技术空心圆柱毛坯

410 管口

411 加工起始端

42 现有滚压技术空心圆柱毛坯

420 管口

421 加工结束端

422 圆柱内径

423 圆柱外径

425 圆锥面

46 现有滚压技术管螺纹产品

460 螺纹头部

461 螺纹尾部

462 产品内径

465 圆锥面

48 本发明管螺纹产品

480 螺纹头部

481 螺纹尾部

482 产品内径

5 滚压切料装置

6 滚压装置

60 外圆壳体盘

601 链接板

602 固定盘体轴

61 滚压轮座滑槽

62 伺服电机

63 蜗轮蜗杆装置

64 齿轮控制杆

66 旋转盘

661 伞形齿轮

662 螺旋凹槽

67 比例伺服阀

68 液压油缸或者是气缸

69 滚珠丝杆

7 (方形)滚压头

70 滚压头本体

71 导向柱

72 动力旋转柄

73 丝杆

74 浮动调节螺栓

75 浮动弹簧柱

76 滚压轮座

761 上滚压轮座

762 下滚压轮座

766 轴套

77 横杆

770 上杆

771 中杆

772 下杆

8 滚压轮

80 现有技术滚压轮

82 本发明滚压轮

825 滚压轮体端口直径

83 圆弧销轴

835 (平)键槽

836 本发明滚压轮轴上滚针轴承

837 端面轴承

86 滚压轮座

861 螺旋凸槽

89 间隙

891 轴向间隙

892 径向间隙

8A (滚压轮体的)导入部分

A1 外凸圆弧面导入部分

A2 圆锥面或者是圆锥面导入部分

A3 渐进曲面导入部分

8B (滚压轮的)预成型部分

B1 圆柱管螺纹预成型部分

B2 非完整管螺纹预成型部分

B3 圆柱面预成型部分

8C (滚压轮的)圆锥管螺纹成型部分

9 倒角装置

91 中心孔定位顶针装置

10 滑座

101 滑座的摇柄

11 轴向导柱

11’ 平面导轨

12 光电感应装置

121 光电感应器

122 光电感应触杆

a 实时锥度

a1 实时锥度1的1/2

a2 实时锥度2的1/2

dF 径向力

dF1 滚压螺纹牙型径向分力

dF2 滚压锥度径向分力

dTf 滚压切向分力

dT 动力扭矩

dTt 滚压切向分力

dZ 由滚压轮与圆柱毛坯螺旋角差产生轴向分力

dR 产生的滚压力

dX 产生的X轴分力

dY 产生的Y轴分力

Claims (51)

1.一种对空心圆柱毛坯进行管外螺纹滚压加工方法，其特征在于，将滚压轮从所述管外螺纹的螺尾开始滚压切入，向螺纹头部方向完成螺纹滚压，所述滚压轮上含有管螺纹成型部分，所述管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度，所述管外螺纹是圆锥管外螺纹，并且所述滚压轮能够通过径向位置调节装置在动态滚压全过程在进行轴向运动的同时实时以径向进给方式调节其沿径向的位置，从而形成滚压工艺所需要的锥度。

2.如权利要求1所述的管外螺纹滚压加工方法，其特征在于，所述管螺纹成型部分的螺纹长度为所述管外螺纹的一道螺纹长度、二道螺纹长度、三道螺纹长度、四道螺纹长度或五道螺纹长度。

3.如权利要求1所述的管外螺纹滚压加工方法，其特征在于，利用滚压时所述滚压轮产生的滚压轴向分力，使所述滚压轮相对于空心圆柱毛坯由螺尾向螺纹头部滚压移动，同时通过所述径向位置调节装置控制滚压轮径向进给，使得滚压轮径向进给随着轴向位置的变化而变化，从而直接滚压加工成形圆锥管外螺纹。

4.如权利要求3所述的管外螺纹滚压加工方法，其特征在于，所述滚压轮的径向进给速率和所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向移动速率的比值等于所述管外螺纹实时锥度的1/2。

5.如权利要求4所述的管外螺纹滚压加工方法，其特征在于，所述滚压轮的径向进给速率和所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向移动速率的比值等于1/32。

6.一种用于空心圆柱毛坯的管外螺纹滚压头，包括至少一个沿圆周布置的滚压轮及相应的滚压轮轴和滚压轮座，所述滚压轮通过所述滚压轮轴可转动地固定到所述滚压轮座上，所述滚压轮上设有管螺纹成型部分，所述管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度，所述管外螺纹为圆锥管外螺纹，在所述滚压轮座上设有沿径向调节所述滚压轮座的径向位置调节装置，从而沿径向在动态滚压全过程在进行轴向运动的同时实时以径向进给方式调节所述滚压轮的径向位置，从而形成滚压工艺所需要的锥度，所述滚压轮相对于所述滚压轮座沿所述滚压轮轴的方向上有一轴向活动空间；同时所述滚压轮相对于所述滚压轮座沿所述滚压轮轴的径向上有一径向活动空间，所述滚压轮在所述管螺纹成型部分的头部进一步包括预成型部分，所述预成型部分的形状包括圆柱面、圆锥面、圆柱螺纹、非完整圆锥螺纹或其组合；所述滚压轮在所述预成型部分的头部进一步包括导入部分，所述导入部分的形状包括锥面、渐进曲面或其组合；滚压轮纵向二边均带有导入部分、预成型部分和圆锥管螺纹成形部分。

7.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮的个数为2个以上。

8.如权利要求7所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮的个数为4个或5个。

9.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，利用滚压时所述滚压轮产生的滚压轴向分力，使所述滚压轮相对于空心圆柱毛坯由螺尾向螺纹头部沿轴向滚压移动，同时通过所述径向位置调节装置控制滚压轮径向进给，使得滚压轮径向进给随着轴向滚压位置的变化而变化，从而直接滚压加工成形圆锥管外螺纹。

10.如权利要求9所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向滚压移动是所述滚压头轴向移动而所述空心圆柱毛坯轴向静止，或者是所述空心圆柱毛坯轴向移动而所述滚压头轴向静止，或者是二者同时轴向的相对移动。

11.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述径向位置调节装置的径向力动力源可以来自使滚压头与所述空心圆柱毛坯相对转动的动力源或者是来自其它独立的动力源。

12.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述径向位置调节装置可以是手动调节、液压比例调节、气动比例调节、电机带动蜗轮蜗杆调节、电机带动齿轮齿条调节、电机滚珠丝杠调节以及由滚压头轴向运动联动径向位置进给调节中的一种，或者其中多种的组合。

13.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，还包括外圆壳体盘、旋转盘、以及滚压轮座和滚压轮；所述外圆壳体盘与滚压设备上的滑座间隙相连；所述旋转盘在所述外圆壳体盘一侧通过轴孔配合与所述外圆壳体盘同轴心地安装在其内圆轴上，并在与所述外圆壳体盘相对的一侧上设有螺旋凹槽；所述外圆壳体盘上开有至少一个径向滚压轮座滑槽，所述滚压轮座通过其底部的多个螺旋凸槽与所述旋转盘的所述螺旋凹槽的相互配合作用而在外圆壳体盘的所述滚压轮座滑槽内作径向移动，所述滚压轮座上装有滚压轮，当旋转盘旋转时，通过与其螺旋凹槽相匹配的螺旋凸槽，带动滚压轮座沿着外圆壳体盘上相应滑槽作径向移动。

14.如权利要求13所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，还包括：齿轮控制杆，所述旋转盘的另一侧是伞形齿轮，所述伞形齿轮中心轴线大致与滚压头的中心轴线重合；齿轮控制杆在其一端部设有与所述旋转盘的伞形齿轮啮合且中心轴线沿所述齿轮控制杆纵向轴线的另一伞形齿轮，所述齿轮控制杆的纵向轴线与所述旋转盘的中心轴线成一定角度；旋转齿轮控制杆能够使所述旋转盘绕其自身轴线旋转。

15.如权利要求14所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，还包括动力电机，所述动力电机通过蜗轮蜗杆、齿轮齿条、滚珠丝杠、皮带轮、凸轮或曲柄连杆驱动所述齿轮控制杆旋转。

16.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，还包括：动力旋转柄、丝杆、上杆、中杆、下杆、一对导向柱；所述一对导向柱在其上端和下端分别固定到所述上杆和下杆的两侧，构成固定框架结构，且所述一对导向柱穿过所述中杆两侧上的孔，且所述中杆能沿所述导向柱上下滑动；所述上杆内设有竖直方向的螺纹孔；所述丝杆可与所述螺纹孔啮合，且所述丝杆上端与所述动力旋转柄固定连接，而下端抵靠所述中杆，从而所述动力旋转柄带动所述丝杆转动下可使所述中杆沿两侧的导向柱上下移动；所述中杆和下杆上分别设有滚压轮座和相应的滚压轮。

17.如权利要求16所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，还包括：圆柱体、弹簧以及调节螺栓；所述圆柱体上端与所述下杆固定相连；所述圆柱体下端与滚压设备滑座的轴孔活动配合，通过套设在所述圆柱体上且两端分别抵靠所述下杆和所述滚压设备滑座的所述弹簧使整个所述固定框架结构与所述滚压设备滑座浮动相连；所述调节螺栓从所述下杆向下突出并与所述滚压设备滑座间隔开一定距离，通过调节所述调节螺栓的长短，从而调节其与所述滚压设备滑座间隔开的距离，能够控制所述固定框架结构的摆动幅度以保证空心圆柱毛坯与滚压头同心；通过转动所述动力旋转柄，所述丝杆带动中杆在导向柱上下移动由此实现在滚压头轴向移动时径向滚压轮位置的动态调整。

18.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮管螺纹成型部分含有至少一道螺纹，所述螺纹的螺牙形状与所加工的圆锥管外螺纹螺牙对应。

19.如权利要求18所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述管螺纹成型部分的螺纹长度为所述管外螺纹的一道螺纹长度、二道螺纹长度、三道螺纹长度、四道螺纹长度或五道螺纹长度。

20.如权利要求18所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹，管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过6道螺纹，对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过9道螺纹，对于管径为DN100、DN125、DN150及以上，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过14道螺纹；所述滚压轮用于滚压60°NPT圆锥管外螺纹，管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过5道螺纹，对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过8道螺纹，对于管径为DN100、DN125、DN150及以上，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过13道螺纹；所述滚压轮用于滚压API圆锥管外螺纹时，其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过所述API圆锥管外螺纹相应有效螺纹长度的90％。

21.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹，对于管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时，其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道或二道螺纹。

22.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹，对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90，其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道、二道或三道螺纹。

23.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹，对于管径为DN100、DN125、DN150及以上，其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道、二道、三道或四道螺纹。

24.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮用于滚压60°NPT圆锥管外螺纹，对于管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时，其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道或二道螺纹。

25.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮用于滚压60°NPT圆锥管外螺纹，对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90，其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道、二道或三道螺纹。

26.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮用于滚压60°NPT圆锥管外螺纹，对于管径为DN100、DN125、DN150及以上，其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道、二道、三道或四道螺纹。

27.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮用于滚压API圆锥管外螺纹时，其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道、二道、三道、四道或五道螺纹。

28.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述滚压轮是螺旋滚压轮或者是环型滚压轮，或者是它们二者的合理组合。

29.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头,其特征在于，所述滚压轮的所述导入部分、所述预成型部分以及所述管螺纹成型部分是一体化结构，或是组合结构。

30.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述轴向活动空间是所述管螺纹成型部分对应螺纹的0.1个螺距至1个螺距，同时所述径向活动空间是不超过所述管螺纹成型部分对应螺纹的1个螺距。

31.如权利要求30所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述轴向活动空间是所述管螺纹成型部分对应螺纹的是0.5个螺距至1个螺距。

32.如权利要求31所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述轴向活动空间是所述管螺纹成型部分对应螺纹的是0.5个螺距或1个螺距。

33.如权利要求30所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述径向活动空间是不超过所述管螺纹成型部分对应螺纹的0.5个螺距。

34.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述轴向活动空间和所述径向活动空间是通过选自以下任一组结构来实现的：

a)所述滚压轮轴和所述滚压轮座之间的浮动连接；

b)所述滚压轮与所述滚压轮轴之间的浮动连接；

c)a)组和b)组的组合；

所述浮动连接选自：轴孔浮动连接或轴承浮动连接。

35.如权利要求34所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述轴孔浮动连接包括：

a)所述滚压轮轴孔表面与所述滚压轮轴表面任一呈弧形或均为弧形的接触连接；或

b)所述滚压轮轴和所述滚压轮座之间的轴孔连接位置处表面任一呈弧形或均为弧形的接触连接。

36.如权利要求34所述的管外螺纹滚压头，其特征在于，所述轴承浮动连接是通过滚针轴承或者是端面轴承或者是二者组合连接实现的。

37.一种利用权利要求6-36中所述任一滚压头滚压加工管外螺纹的方法，其特征在于，将所述滚压轮从所述管外螺纹的螺尾开始滚压切入，向螺纹头部方向完成螺纹滚压。

38.一种管外螺纹滚压设备，包含权利要求6-36中任一项所述的滚压头。

39.如权利要求38所述的管外螺纹滚压设备，进一步包括：机座、动力电机、夹紧装置、电机开关以及联接动力电机与空心圆柱夹紧装置或者是滚压头的变速装置；其中，所述机座上部设有所述动力电机及所述电机开关及用于夹紧待加工空心圆柱毛坯的所述夹紧装置，所述动力电机在电机开关的控制下，通过所述变速装置，使所述滚压轮与所述夹紧装置夹持的空心圆柱毛坯产生相对滚压运动。

40.如权利要求39所述的管外螺纹滚压设备，进一步包括：空心主轴、两根轴向导柱、滑座；

其中，所述机座上部一侧设有所述动力电机及所述变速装置和所述电机开关，所述动力电机上方有所述空心主轴，所述变速装置将所述动力电机的主轴与所述空心主轴相连；

所述机座上部还有用于夹紧待加工空心圆柱毛坯并使其旋转的所述夹紧装置，所述夹紧装置与所述空心主轴同轴心并连为一体；

所述两根轴向导柱设置在所述机座上部的另一侧，且平行于所述空心主轴中心线前后设置；

所述滑座设置在所述两轴向导柱上，可沿所述轴向导柱水平自由滑动；

所述滚压头浮动设置在所述滑座上，与所述空心主轴同轴心。

41.如权利要求39所述的管外螺纹滚压设备，进一步包括：空心主轴、轴向导轨、滑座以及空心圆柱毛坯中心孔定位顶针装置；

其中，所述机座上部一侧设有所述动力电机及所述变速装置和所述电机开关，所述动力电机上方有所述空心主轴，所述变速装置将所述动力电机的主轴与所述空心主轴相连,所述空心主轴与一滚压头固定相连；

所述机座上部滑座一侧设有用于夹紧待加工毛坯的夹紧装置，滑座另一侧设有与其匹配的空心圆柱毛坯中心孔定位顶针装置；

所述轴向导轨设置在所述机座上部，且平行于所述空心主轴中心线前后设置；

所述滑座设置在所述轴向导轨上，可沿所述轴向导轨水平自由滑动；

所述夹紧装置和中心孔定位顶针装置设置在所述滑座上，与所述滚压头同轴心。

42.如权利要求40或41所述的滚压设备，其特征在于，所述滚压设备还包括一倒角装置和/或一滚压切料装置和/或一光电感应装置；

其中，所述倒角装置浮动设置在所述滑座上相对所述动力电机一侧，与所述空心主轴同轴心；

所述滚压切料装置，设置在所述滑座上相对所述动力电机一侧，与所述空心主轴同轴心；

所述的光电感应装置设置在所述滚压头中，控制滚压时间和滚压正反转顺序。

43.一种在钢管标准外径上直接滚压圆锥管外螺纹的方法，其特征在于，由至少二个的非全长度尺寸的沿圆周方向分布的滚压轮组成的滚压装置，从管外螺纹的不完整螺纹尾部开始滚压切入，利用滚压时产生的滚压轴向分力，使所述滚压装置由螺纹尾部向螺纹头部沿轴向移动，同时通过所述滚压装置中由传动机构控制的滚压轮的径向同步进给，直接一次滚压加工成形圆锥管外螺纹产品。

44.如权利要求43所述的在钢管标准外径上直接滚压圆锥管外螺纹的方法，其特征在于，滚压装置的轴向移动是在滚压轮与空心圆柱毛坯的螺纹螺旋角差异所致的轴向力的作用下，从管外螺纹螺纹尾部不完整螺纹开始向管外螺纹头部的完整管外螺纹方向逐步的轴向滚压移动。

45.一种在钢管标准外径上直接滚压圆锥管外螺纹的滚压装置，其特征在于，由至少二个非全长度尺寸的沿圆周方向分布的滚压轮组成的滚压装置，从管外螺纹的不完整螺纹尾部开始滚压切入，利用滚压时产生的滚压轴向分力，使所述滚压装置由螺纹尾部向螺纹头部沿轴向移动，同时通过所述滚压装置中由传动机构控制的滚压轮的径向同步进给，直接一次滚压加工成形圆锥管外螺纹产品。

46.一种如权利要求45所述的滚压装置，其特征在于，所述的滚压装置中的至少二个滚压轮，在滚压装置整体轴向移动滚压过程中滚压轮同时是通过手动同步径向进给的或者是机械同步径向进给的或者是液压同步径向进给的；滚压装置中的滚压轮的径向进给速度和比例是随着滚压装置轴向移动的速度和比例按锥管管外螺纹的滚压工艺要求设置的。

47.如权利要求45所述的滚压装置，其特征在于，滚压轮的内孔与安装在可径向滑动的滑块的鼓形销轴相匹配或者是滚压轮圆弧形内孔与安装在可径向滑动的滑块的标准销轴相匹配，滚压轮内孔与销轴之间有一定的空间自由度，滚压轮能轴向和径向非常灵活地运动。

48.如权利要求45所述的滚压装置，其特征在于，所述非全长度尺寸的管外螺纹滚压轮有一道以上的相应标准的圆锥管外螺纹螺牙。

49.如权利要求48所述的滚压装置，其特征在于，所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹，管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32和DN40时，其螺牙道数不超过6道，对于管径为DN50、DN65、DN80和DN90，其螺牙道数不超过9道，对于管径为DN100、DN125和DN150，其螺牙道数不超过14道；所述滚压轮用于滚压60°NPT圆锥管外螺纹，管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32和DN40时，其螺牙道数不超过6道，对于管径为DN50、DN65、DN80、DN90、DN100、DN125和DN150，其螺牙道数不超过7道；所述滚压轮用于滚压API圆锥管外螺纹时，其螺牙道数不超过其相应有效螺纹长度的80％。

50.如权利要求45所述的滚压装置，其特征在于，管外螺纹滚压轮是螺旋滚压轮或者是环型滚压轮，或者是它们二者的组合。

51.如权利要求45所述的滚压装置，其特征在于，所述滚压装置，是安装在被加工空心圆柱毛坯一边的设计用于滚压加工单头管外螺纹产品，或者是安装在被加工空心圆柱毛坯两边的设计用于同时滚压加工双头管外螺纹产品。