CN104028599B - 一种波纹管旋压成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波纹管旋压成型方法，它包括以下步骤：S1、将长薄壁管安装于旋压机的主轴（3）上，并对长薄壁管的尾端施加一轴向牵引力，由主轴（3）带动长薄壁管旋转；S2、旋压机的三个旋轮（5）同步沿径向进给，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮（5）后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为1～2mm/r，停止轴向进给后，三个旋轮（5）同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，再次同步沿径向进给，进行下一个循环。本发明的有益效果是：本发明不仅彻底消除了隧道管零件的纵向焊缝，而且可以减少环向焊缝，成形精度更高，便于产品装配；提高了合格率和加工效率，降低了生产成本；质量好，使用寿命大大提高。

Description

一种波纹管旋压成型方法

技术领域

本发明涉及金属管材加工技术领域，特别是一种波纹管旋压成型方法。

背景技术

波纹管的成型工艺包括液压成形、滚压成形和焊接成形等。液压成形是波纹管的最常用成形方法，利用在管坯中的液体压力，使管坯在限制环中胀形，直到沿环向出现屈服，然后再压缩管坯到所需的长度，小直径波纹管多采用这种方法。滚压成形工艺主要用于加工大型波纹管，是依靠设在管坯中的成形轮的滚压成形，可以单波滚制成形，有的装置亦可一次成数个波纹机械胀形波纹管，采用在管坯内部扩胀的胎具，逐个地胀压成波纹，初步成形后，再用内外锟精压定制。液压成形和滚压成形的波纹管，其波纹均为首内压膨胀形成，变形区形成拉应力，组织性能、稳定性和承受内压性能均较差。对于波高过大或波形特殊的波纹管，多采用冲压焊接工艺，当波高超过极限时，材料延伸率已不允许采用整体成形工艺，或因波形复杂，整体成形极其困难时也多采用焊接成形，这类波纹管由于不能承受内压，不太适用于作膨胀节的柔性段。

目前普遍使用的隧道管是分节成形、多节焊接获得的，即每一小节分别加工，然后采用焊接工艺将诸多小节焊接为一体。隧道管的规格要求为管径大于250mm、管壁厚2.7～3.5mm、波高10～15mm，由于管径大、管厚薄、波高较高，使得目前对每一小节的加工工艺，多采用“板材压筋—卷圆—焊接”的传统工艺方法，即选用厚度为2.7～3.5mm的板材，在板材上压制波形，然后将压制波形后的板材卷圆，对连接部进行焊接，得到一个小节，最终再将多个小节焊接得到隧道管1，如图1所示。

采用“板材压筋—卷圆—焊接”的传统制造方法，主要有以下工艺缺点：（1）焊接区域2容易产生应力集中，使产品的疲劳强度降低，焊缝区域在长期存放过程中可能产生微裂纹并进行扩展，影响产品的使用寿命；（2）数量众多的纵向焊缝、环向焊缝，尤其是交叉焊缝，使得隧道管的焊接质量难以保证，根据设计要求，产品的焊缝质量要百分之百检测，焊缝检测效率低且费用很高；（3）由于该工艺方法本身局限性，每一小节长度较短，目前主要是在1100mm以内，这使得隧道管的节数较多，加工工艺复杂，生产效率低；（4）焊接过程中产品变形较大，产品成形精度和一致性差。因此，传统工艺方法制造的产品不仅成形精度差、加工效率低、生产成本高，最重要的是产品质量可靠性差，无法满足产品的设计要求。

中国专利91106244.0，公开了一种波纹管加工方法及设备，由机床带动管坯旋转，旋压轮沿径向进给旋压，同时双等离子炬对管坯加热区加热，轴向压力头沿管坯轴向施加压力，一个波形成型后，旋压轮沿轴向移动一个波矩，进行下一波形旋压。但其加工的对象为外径D小（60～110mm）、壁厚δ大（3.5～5mm）的波纹管，因此，其不适用于管径大于250mm、管壁厚2.7～3.5mm的波纹管的加工。中国专利200810021178.9，公开了一种铜波纹管螺旋波纹成形设备及其成形工艺，铜管为硬质铜管,该成形设备上设滚轮装置，滚轮装置上设三个在所述铜管的圆周方向均布的滚轮对铜管进行滚压加工；三个滚轮与铜管的轴线的垂直方向均偏转一个相同的角度,，该角度即铜管螺旋波纹的螺旋升角。但其加工的对象为空调设备上的波纹管，由于空调设备上的波纹管外径小，因此其同样不适用于加工管径大于250mm、管壁厚2.7～3.5mm的波纹管。采用上述设备加工管径大于250mm、管壁厚2.7～3.5mm的波纹管，在成型过程中均存在由于管径大、壁厚薄而易出现变形缺陷，不能完成波纹管的加工。

面对当今形势，研究一种产品成形质量好、生产成本低、且简单、高效的隧道管零件制造方法成为现在该领域技术人员迫切需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种工序简单、成形质量好、成形精度和加工效率高的波纹管旋压成型方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种波纹管旋压成型方法，它包括以下步骤：

S1、将长薄壁管安装于旋压机的主轴上，并对长薄壁管的尾端施加一轴向牵引力，由主轴带动长薄壁管旋转，主轴转速为50r/min～100r/min；

S2、采用三个旋轮旋压成型，三个旋轮沿芯模周向均布，旋压机的三个旋轮同步沿径向进给，径向进给速度为0.5～5.0mm/s，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为1～2mm/r，当旋压的波谷达到预定长度后，停止轴向进给，三个旋轮同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，停止轴向进给，三个旋轮再次同步沿径向进给，进行下一个循环。

所述的长薄壁管的管径大于250mm，壁厚为2.7～3.5mm。

所述的轴向牵引力F=0.3σS～0.7σS，其中，σ为薄壁管坯的屈服强度，S为薄壁管坯的横截面积。

所述的缩颈旋压工艺采用的旋轮外径φ=0.5D～2D，D为成品波纹管零件波谷处的外径，旋轮的边缘由过旋轮的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A和对称设置于圆弧A两侧的圆弧B和圆弧C，圆弧的半径R1=1t～3t，t为长薄壁管的壁厚，圆弧B和圆弧C的半径R₀=1.0R～1.2R，R为成品波纹管波形顶端的圆角半径。

本发明具有以下优点：

产品质量好：本发明不仅彻底去除了隧道管零件的纵向焊缝，而且采用长薄壁管加工的隧道波纹管的长度不受工艺限制，远远大于现有工艺长度仅能达到的1100mm以内，可以大大减少产品的环向焊缝。同时新工艺的成形精度更高，便于产品装配。并且，与传统工艺相比，新工艺成形的产品在旋压过程中晶粒细化，旋压变形使金相组织均匀致密，同时晶粒被压扁拉长，在旋压方向形成纤维组织，产品质量好，使用寿命大大提高。

成品率提高：由于取消了纵向焊缝，本工艺方法能够彻底避免产品上出现纵向和环向焊缝相交区域，环向焊缝大大减少且能够采用自动焊接工艺，大大降低了焊接难度，提高了产品的合格率。

由于减少了焊缝焊接量，使得焊接、焊缝检测和打磨工序的工作量相应减少，从而提高了加工效率，并且能够节省大量的焊接材料费用和焊缝检测费用，降低了产品的生产成本。

附图说明

图1为现有技术加工产品的结构示意图

图2为本发明的加工结构示意图

图3为本发明加工结构的右视结构示意图

图4为本发明采用的旋轮的结构示意图

图5为旋轮的局部放大结构示意图

图6为本发明加工成品的结构示意图

图中，1-隧道管，2-焊接区域，3-主轴，4-牵引马达，5-旋轮，6-圆弧A，7-圆弧B，8-圆弧C。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

实施例1：

选用材料为5A03（LF3）的长薄壁管，其内径d=264.6mm，壁厚为3mm，成品波纹管的波谷处内径d=247mm、外径D=253mm，成品波纹管波形顶端的圆角半径R=13.2mm。一种波纹管旋压成型方法，它包括以下步骤：

S1、如图2、图3所示，将长薄壁管安装于旋压机的主轴3上，在长薄壁管的另一端安装设置一牵引马达4，由牵引马达4对长薄壁管的尾端施加一轴向牵引力，这个轴向牵引力能够大大降低波纹管成形过程中的轴向起皱趋势，提高成形极限，由主轴3带动长薄壁管旋转，主轴3转速为60r/min；

S2、采用三个旋轮5旋压成型，三个旋轮5沿芯模周向均布，其径向力可相互平衡，变形区成近似环形，工件尺寸、形状及表面质量较好，旋压机的三个旋轮5同步沿径向进给，径向进给速度为0.5～5.0mm/s，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮5后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为2mm/r，当旋压的波谷达到预定长度后，停止轴向进给，三个旋轮5同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，停止轴向进给，三个旋轮5再次同步沿径向进给，进行下一个循环，最终得到隧道管11，如图6所示。

所述的轴向牵引力F=7吨。

如图4、图5所示，所述的缩颈旋压工艺采用的旋轮5外径φ=300mm，旋轮5的边缘由过旋轮5的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A6和对称设置于圆弧A6两侧的圆弧B7和圆弧C8，圆弧A6的半径R₁=6mm，t为长薄壁管的壁厚，圆弧B7和圆弧C8的半径R₀=16.2mm，该旋轮5能较好的成形波纹形状和避免波峰区域的失稳现象。

实施例2：

选用材料为5A03（LF3）的长薄壁管，其内径d=264.6mm，壁厚为2.7mm，成品波纹管的波谷处内径d=244.6mm、外径D=250mm，成品波纹管波形顶端的圆角半径R=16.2mm。一种波纹管旋压成型方法，它包括以下步骤：

S1、如图2、图3所示，将长薄壁管安装于旋压机的主轴3上，在长薄壁管的另一端安装设置一牵引马达4，由牵引马达4对长薄壁管的尾端施加一轴向牵引力，这个轴向牵引力能够大大降低波纹管成形过程中的轴向起皱趋势，提高成形极限，由主轴3带动长薄壁管旋转，主轴3转速为50r/min；

S2、采用三个旋轮5旋压成型，三个旋轮5沿芯模周向均布，其径向力可相互平衡，变形区成近似环形，工件尺寸、形状及表面质量较好，旋压机的三个旋轮5同步沿径向进给，径向进给速度为0.5～5.0mm/s，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮5后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为1.5mm/r，当旋压的波谷达到预定长度后，停止轴向进给，三个旋轮5同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，停止轴向进给，三个旋轮5再次同步沿径向进给，进行下一个循环，最终得到隧道管1，如图6所示。

所述的轴向牵引力F=7吨。

如图4、图5所示，所述的缩颈旋压工艺采用的旋轮5外径φ=500mm，旋轮5的边缘由过旋轮5的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A6和对称设置于圆弧A6两侧的圆弧B7和圆弧C8，圆弧A6的半径R₁=8.1mm，t为长薄壁管的壁厚，圆弧B7和圆弧C8的半径R₀=16.2mm，该旋轮5能较好的成形波纹形状和避免波峰区域的失稳现象。

实施例3：

选用材料为5A03（LF3）的长薄壁管，其内径d=264.6mm，壁厚为3.5mm，成品波纹管的波谷处内径d=246mm、外径D=253mm，成品波纹管波形顶端的圆角半径R=13.2mm。一种波纹管旋压成型方法，它包括以下步骤：

S1、如图2、图3所示，将长薄壁管安装于旋压机的主轴3上，在长薄壁管的另一端安装设置一牵引马达4，由牵引马达4对长薄壁管的尾端施加一轴向牵引力，这个轴向牵引力能够大大降低波纹管成形过程中的轴向起皱趋势，提高成形极限，由主轴3带动长薄壁管旋转，主轴3转速为100r/min；

S2、采用三个旋轮5旋压成型，三个旋轮5沿芯模周向均布，其径向力可相互平衡，变形区成近似环形，工件尺寸、形状及表面质量较好，旋压机的三个旋轮5同步沿径向进给，径向进给速度为0.5～5.0mm/s，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮5后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为1mm/r，当旋压的波谷达到预定长度后，停止轴向进给，三个旋轮5同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，停止轴向进给，三个旋轮5再次同步沿径向进给，进行下一个循环，最终得到隧道管1，如图6所示。

所述的轴向牵引力F=7吨。

如图4、图5所示，所述的缩颈旋压工艺采用的旋轮5外径φ=126.5mm，旋轮5的边缘由过旋轮5的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段圆弧为顶部的圆弧A6和对称设置于圆弧A6两侧的圆弧B7和圆弧C8，圆弧A6的半径R₁=3.5mm，t为长薄壁管的壁厚，圆弧B7和圆弧C8的半径R₀=14.5mm，该旋轮5能较好的成形波纹形状和避免波峰区域的失稳现象。

Claims (4)

1.一种波纹管旋压成型方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、将长薄壁管安装于旋压机的主轴（3）上，并对长薄壁管的尾端施加一轴向牵引力，由主轴（3）带动长薄壁管旋转，主轴（3）转速为50r/min～100r/min；

S2、采用三个旋轮（5）旋压成型，三个旋轮（5）沿芯模周向均布，旋压机的三个旋轮（5）同步沿径向进给，径向进给速度为0.5～5.0mm/s，对长薄壁管的管壁进行旋压，旋轮（5）后侧波形旋压成型后，开始作轴向进给运动，轴向进给率为1～2mm/r，当旋压的波谷达到预定长度后，停止轴向进给，三个旋轮（5）同步沿径向退回，再沿轴向进给一个波形宽度后，停止轴向进给，三个旋轮（5）再次同步沿径向进给，进行下一个循环。

2.根据权利要求1所述的一种波纹管旋压成型方法，其特征在于：所述的长薄壁管的外径大于250mm，壁厚为2.7～3.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种波纹管旋压成型方法，其特征在于：所述的轴向牵引力F=0.3σS～0.7σS，其中，σ为长薄壁管的屈服强度，S为长薄壁管的横截面积。

4.根据权利要求1所述的一种波纹管旋压成型方法，其特征在于：所述的旋轮（5）外径φ=0.5D～2D，D为成品波纹管零件波谷处的外径，旋轮（5）的边缘由过旋轮（5）的回转轴心线的平面截得的轮廓由三段顺次连接的圆弧构成，所述三段顺次连接的圆弧为顶部的圆弧A（6）和对称设置于圆弧A（6）两侧的圆弧B（7）和圆弧C（8），圆弧A（6）的半径R1=1t～3t，t为长薄壁管的壁厚，圆弧B（7）和圆弧C（8）的半径R0=1.0R～1.2R，R为成品波纹管波形顶端的圆角半径。