CN104103381A - 一种制造皱纹金属管用轧纹模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造皱纹金属管用轧纹模具，其结构由弯月形模片、底座和套圈三个部分组成，所述底座包括一圆柱形筒体及一凸缘盘，所述底座中间设有内孔，该内孔直径略大于待加工的光金属管外径，所述圆柱形筒体外侧设有一斜槽，所述弯月形模片安设于该斜槽内，且弯月形模片的一部分凸出至底座的内孔中，所述套圈压设在圆柱形外侧并固定弯月形模片。本发明轧纹模具轧制出的皱纹金属管尺寸精度高，特别能防止皱纹尺寸出现周期性的变化，适合于高精度射频电缆皱纹导体的制造。而且摩擦力小，不易使被轧金属管扭曲变形，使用寿命长，适宜于大长度皱纹金属管的制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造皱纹金属管用轧纹模具，是将平滑金属管连续轧制成螺旋皱纹金属管的冷加工技术，属于同轴电缆皱纹金属管外导体的加工模具技术领域。
技术背景
螺旋皱纹金属管，在电缆中使用，可以使电缆具有损耗低、驻波小、相位一致性好以及屏蔽性能好等优良的电气性能，同时具有机械强度高、柔软性适中等优良的机械特性，所以该结构形式被广泛地采用。螺旋皱纹金属管通常为铜管或铝管，作为半硬同轴射频电缆的外导体是一种较为理想的结构形式。为了改善电缆的电气和机械性能，提高螺旋皱纹金属管的制造精度是关键技术之一，而皱纹管制造精度通常是指皱纹节距和深度的均匀一致性。
螺旋皱纹金属管是由一定长度的圆形金属管连续通过一高速旋转轧纹模具而被轧制成皱纹金属管，通常轧纹模具有偏心环模片和整体螺旋模两种结构。
如图1和图2所示，为偏心环模片，该偏心环模片100实质为一环状的薄片。该偏心环模片是安装在特殊结构的轧纹头内。安装时，模片的轴线与轧纹头的旋转中心轴线并不重合，而是偏离一定的距离，故称之为“偏心环”。偏心环模片的端面与旋转中心轴线并不垂直，而是偏转一定的角度，以便轧制出螺旋皱纹。偏心环模片与轧纹头之间不采用硬连接，而是通过一滚珠轴承相互连接，所以当轧纹头高速旋转时，偏心环模片并不跟随旋转，而仅仅是环绕轧纹头的旋转中心轴线浮动。被轧的光滑金属管101通过轧纹头和偏心环模片的内孔沿着轧纹头的旋转中心轴线前进的同时轧纹头高速旋转带动模片浮动并压向光滑圆管轧出螺旋状的皱纹来。偏心环模片轧纹的工作原理如图3和图4所示，偏心环模片轧纹的工作过程如图5、图6、图7及图8所示，该偏心环模片的运动状态酷似呼啦圈环绕人体的浮动。
轧纹头两端的进出口托模可以确保被轧的光滑金属管101沿轧纹头的旋转中心轴线前进。螺纹的深度通过改变偏心环模片的偏心度来调节，螺纹的节距则通过改变偏心环模片的偏转角θ来调节。
由于轧纹时偏心环模片与被轧金属管间是滚动接触，因此摩擦力小，轧纹时金属管承受的扭矩小因而不易扭曲损坏，这是偏心环模片轧纹的最大优点。偏心环模片轧纹还具备其它许多优点，例如：模片结构简单，加工方便，模片寿命长，螺纹深度和节距可以根据需要任意调节等等。
但是偏心环模片轧纹的最大缺点是易受种种原因的影响，例如偏心环模片的安装偏差、连接轴承的间隙、进出口托模的孔径大小、托模离模片的轴向距离以及润滑状态的变化等等，轧制的精度较差，表现为轧出的皱纹管的螺纹深度和节距的一致性差，甚至可能产生周期性的变化。这种尺寸精度较差的皱纹管制成的射频电缆的高频驻波特性将变坏，特别是周期性的尺寸变化会导致驻波峰值的出现。
如图9和图10所示为整体螺旋模片结构，整体螺旋模片200是指具有至少一个螺距的内螺纹。内螺纹的节距等于被轧皱纹管所要求的节距，螺纹深度由浅到深逐渐地变化。内螺纹最深处的半径等于皱纹管皱纹波谷处的半径，最浅处的半径大于皱纹管的外径。
整体螺旋模片采用硬连接方式同心地安装在轧纹头内，也就是说，整体螺旋模片的轴线与轧纹头的旋转中心轴重合，模片端面与中心轴线垂直，整体螺旋模片跟随轧纹头同步高速旋转。当金属管沿中心轴线通过高速旋转的模片内孔时，就被轧出螺旋状的皱纹来。
整体螺旋模片的最大优点在于轧纹过程受各种外界因素的影响较小，因而轧纹精度较高，轧出皱纹的深度和节距的一致性较好，因此制成电缆的驻波特性较为优异，并能避免驻波峰值的出现。
但是在轧纹过程中，整体螺旋模片与被轧金属管间的接触长度较大，至少有一个螺距的螺纹长度，并且相互滑动摩擦，摩擦力较大，因此被轧金属管在轧纹过程中承受较大的扭矩，易产生扭曲损坏。这是整体螺旋模轧纹的最大缺点。为了克服这一问题，需要选择良好的润滑剂以及适当的润滑及冷却方式。但选用润滑效果好的润滑剂又可能会带来不易清洗的麻烦。整体螺旋模片轧纹的其它缺点是模片加工比较麻烦，机加工后还需经多次手工修整才能满足皱纹管尺寸的要求，手工修整模片的内螺纹的难度很大；模片容易磨损，寿命不长等。
发明内容
针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种制造皱纹金属管用轧纹模具，该轧纹模具加工的皱纹节距和深度的均匀一致性好，且加工方便、寿命长。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是这样实现的：一种制造皱纹金属管用轧纹模具，所述轧纹模具由弯月形模片、底座和套圈三个部分组成，所述底座包括一圆柱形筒体及一凸缘盘，所述底座中间设有内孔，该内孔直径略大于待加工的光金属管外径，所述圆柱形筒体外侧设有一斜槽，所述弯月形模片安设于该斜槽内，且弯月形模片的一部分凸出至底座的内孔中，所述套圈压设在圆柱形外侧并固定弯月形模片。
进一步，所述弯月形模片凸出至底座的内孔中的高度与加工出的螺旋皱纹金属管的皱纹深度相匹配。
进一步地，所述斜槽与所述圆柱形筒体的横截面间的倾斜角等于螺旋皱纹金属管螺纹波谷处的螺旋升角。
进一步地，所述斜槽宽度与所述弯月形模片的厚度相配合，所述斜槽的深度为所述底座圆柱形筒体的半径。
进一步地，所述底座内孔径比待加工的光金属管的外径大0.2～0.5mm；所述底座内孔的承径段长度为皱纹金属管的螺纹节距的1～1.5倍。
进一步地，所述底座的凸缘盘上设有键槽，通过该键槽使模具与轧纹头之间键连接，且同步高速旋转。
进一步地，所述弯月形模片为一带有弓形缺口的半圆形薄片。
进一步地，所述弯月形模片半圆的半径等于底座的圆柱形筒体的半径，所述弯月形模片的厚度为螺纹节距的0.3～0.5倍。
进一步地，所述弯月形模片的弓形缺口的弦高H按下式计算：
H＝D-D1/2-δ
式中D为所述螺旋皱纹金属管的外径；
D1为底座内孔的直径；
δ为螺旋皱纹金属管螺纹的深度。
进一步地，所述弓形缺口的弦长不得大于所述弯月形模片半圆的曲率半径的2倍，所述弓形缺口的圆弧倒出圆角，所述圆角的半径为所述弯月形模片厚度的一半。
进一步地，所述套圈的内径与所述底座圆柱形筒体的外径相对应，所述套圈的外径与轧纹头中心孔的孔径相配合，所述套圈在侧面通过紧定螺钉与圆柱体相固定。
本发明有益效果：本发明轧纹模具与偏心环模片相比，由于轧纹时模具对被轧管的依托点正好与模片对被轧管的施压点相对，使被轧金属管晃动较小，轧纹受外界因素影响相对较小，因而轧制出皱纹金属管的尺寸精度提高，特别能防止皱纹尺寸周期性的变化，因此适合于高精度射频电缆皱纹导体的制造。本发明轧纹模具与整体螺旋轧纹模片相比，轧纹时的模片与被轧金属管间的接触弧长较短，因此摩擦力大为减小，不易使被轧金属管扭曲变形。由于模片磨损小因此使用寿命长，适宜大长度皱纹金属管的制造。因此，本发明吸取了上述两种模片各自的优点，并最大限度地克服了它们的缺点。
另外，由于本发明轧纹模具以键连接的方式被安装在轧纹头的内孔中心，因而可以跟随轧纹头高速旋转。由于轧纹模具与轧纹头同心地安装，转动惯量较小，旋转平稳，有利于提高轧纹的质量。
附图说明
图1为现有偏心环模片结构示意图。
图2为图1的侧视结构示意图。
图3为现有偏心环模片轧纹工作过程示意图的正视图。
图4为现有偏心环模片轧纹工作过程示意图的顶视图。
图5为现有偏心环模片初始工作状态示意图。
图6为现有偏心环模片轧纹头旋转90度时工作状态示意图。
图7为现有偏心环模片轧纹头旋转180度时工作状态示意图。
图8为现有偏心环模片轧纹头旋转270度时工作状态示意图。
图9为现有整体螺旋模结构示意图。
图10为图9的侧面结构示意图。
图11为本发明弯月形轧纹模具结构示意图的正视图。
图12为图11的结构示意图的侧视图。
图13为图11的结构示意图的顶视图。
图14为本发明弯月形轧纹模具底座的结构示意图的正视图。
图15为本发明弯月形轧纹模具底座的结构示意图的侧视图。
图16为图15的结构示意图的顶视图。
图17为本发明弯月形轧纹模具底座图16的A-A剖视结构示意图。
图18为本发明弯月形模片的结构示意图。
图19为本发明弯月形模片图18的侧视结构示意图。
图20为本发明弯月形模片图18的仰视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构和工作原理作进一步详细说明。
如图11、图12及图13所示，本发明一种制造皱纹金属管用轧纹模具，由底座1、弯月形模片2和套圈3三个部分组成。
图14、图15、图16及图17所示，为底座1的结构示意图。所述底座1包括一圆柱形筒体11和一凸缘盘12，所述圆柱形筒体11和凸缘盘12为一体结构，所述底座1的中间设有内孔13，加工时该内孔13的光洁度应尽可能地高。内孔13的直径为D1，内孔13的承径段长度为L。在圆柱形筒体11的圆柱体部分的外径为D2，在圆柱形筒体11上设有斜槽14，该斜槽14的宽度为b，斜槽14的倾斜角为θ，它们都会直接影响皱纹金属管成品的尺寸及其精度。
底座1可以采用优质的45碳素钢或更加耐磨的合金钢材料以车削和磨削的方法加工，采用优质45碳素钢，加工方便；采用耐磨的合金钢，加工难度增大，但可以提高使用寿命。斜槽14可以在圆柱形筒上以线切割的方法加工。
为使被轧金属管顺利通过并对其起到较佳的依托作用，底座1的内孔直径D1取
D1＝D0+(0.2～0.5) (1)
其中D0为待加工的光滑金属管的外径，孔径增大部分视管径的大小而定。
底座1的内孔13具有一定长度的承径段，以对被轧金属管起依托作用，减小轧纹时被轧管的晃动，提高轧制精度。但是由于承径段过短不利于模具对被轧金属管的依托，而承径段过长则会增加模具对被轧金属管的摩擦扭矩。因此，承径段的长度L取
L＝(1.0～1.5)P (2)
其中P为皱纹金属管的螺纹节距。
斜槽14的槽宽b等于弯月形模片2的厚度。斜槽的深度等于圆柱形筒体11的半径，即D2/2，D2为圆柱形筒体11的直径。
斜槽14的倾斜角度θ计算如下：
θ＝tg-1(P/πd) (3)
式中d为皱纹金属管螺纹波谷处的直径，P为皱纹金属管的螺纹节距。该θ角的大小取决于皱纹金属管螺旋皱纹的节距，通常取螺纹底径处的螺旋升角。
如图18、图19及图20所示，为弯月形模片2的结构示意图，所述弯月形模片2为一个带有弓形缺口的半圆形薄片，弯月形模片2安设于底座1的斜槽14内，斜槽14的宽度正好等于弯月形模片2的厚度，使弯月形模片2正好鑲嵌入底座的斜槽13内并通过套入套圈3使之定位。弯月形模片2的一部分凸出至底座1的内孔13中，且凸出的高度取决于螺旋皱纹金属管所要求的皱纹深度。
弯月形模片2的半径为R1；弓形缺口圆弧的曲率半径为R2，弦高为H，圆弧R2被修出半径为r的圆角；弯月形模片的厚度为b。为了提高使用寿命，弯月形模片2材料可以选用优质的合金工具钢，如Cr12等。
为使该弯月形模片2正好嵌入底座1圆柱形筒体11的斜槽14内，弯月形模片2的半径R1应与底座1的圆柱形筒体11的半径相应，即
R1＝D2/2 (4)
弓形缺口的弦高H由要求的皱纹金属管螺旋皱纹的深度确定，弓形部分的弦高H可以由下式计算
H＝D-D1/2-δ (5)
式中D为皱纹金属管的外径；D1为底座内孔的直径；δ为皱纹金属管螺纹的深度。
弯月形模片2的弓形缺口圆弧的曲率半径为R2的确定原则有两个：一方面是根据稳定轧纹时弯月形模片与被轧金属管接触弧长的需要而定。R2越小，接触弧长越大，轧纹的稳定性越好，但是产生的扭矩也越大。在保证足够的接触弧长的前提下，增大R2可将扭矩降至最低程度；另一方面是根据模具整体结构的要求，在确定R2时必须确保弓形部分的弦长小于2倍的R1，否则弯月形模片2无法定位。
所述弯月形模片2的厚度b通常根据要求的皱纹金属管的螺纹形状尺寸(节距、深度等)而定。根据经验可取
b＝(0.3～0.5)P (6)
式中P为皱纹金属管的螺纹节距。
弯月形模片2的弓形缺口的圆弧R2应倒出圆角，圆角半径r通常取为b/2，即弯月形模片2厚度的一半，如图19所示。弯月形模片2修缮完毕后进行淬硬处理。
所述套圈3主要用于弯月形模片2与底座1的相互固定以及模具与轧纹头的安装定位。所以套圈3的内径与底座1的圆柱形筒体外径D2相配合，使套圈3套设在圆柱形筒体11的外径上，套圈3套入底座1的圆柱形筒体11后用紧定螺钉予以固定。套圈3的外径应与轧纹头中心孔的孔径相配，以保证模具与轧纹头同心地旋转。
所述底座1的凸缘盘12上开有键槽15，使轧纹模具以键连接的方式同心地安装在轧纹头的中心，轧纹时模具跟随轧纹头同步高速旋转。当被轧光滑圆管通过高速旋转的模具时就被压出螺旋状的皱纹来。
本发明的轧纹模具在轧纹过程受外界因素的影响较小，因而能轧制出较为均匀的皱纹，由于弯月形模片与被轧金属管的接触面较整体螺旋模小得多，因此阻力也小得多，被轧金属管承受的扭矩可比使用整体模时明显地减小。弯月形模片的另一优点是模片的加工和修整较为方便，一旦磨损只需及时更换模片。对于一个新研制的电缆的导体轧制而言，为了满足电缆尺寸及其精度的要求，通过数次调试便可确定模片的最终尺寸。就总体而言，模片的加工很方便。
Claims (11)
1.一种制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述轧纹模具由弯月形模片、底座和套圈三个部分组成，所述底座包括一圆柱形筒体及一凸缘盘，所述底座中间设有内孔，该内孔直径略大于待加工的光金属管外径，所述圆柱形筒体外侧设有一斜槽，所述弯月形模片安设于该斜槽内，且弯月形模片的一部分凸出至底座的内孔中，所述套圈压设在圆柱形外侧并固定弯月形模片。
2.根据权利要求1所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述弯月形模片凸出至底座的内孔中的高度与加工出的螺旋皱纹金属管的皱纹深度相匹配。
3.根据权利要求1所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述斜槽与所述圆柱形筒体的横截面间的倾斜角等于螺旋皱纹金属管螺纹波谷处的螺旋升角。
4.根据权利要求1所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述斜槽宽度与所述弯月形模片的厚度相配合，所述斜槽的深度为所述底座圆柱形筒体的半径。
5.根据权利要求1所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述底座内孔径比待加工的光金属管的外径大0.2～0.5mm；所述底座内孔的承径段长度为皱纹金属管的螺纹节距的1～1.5倍。
6.根据权利要求1所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述底座的凸缘盘上设有键槽，通过该键槽使模具与轧纹头之间实现键连接，且同步高速旋转。
7.根据权利要求1所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述弯月形模片为一带有弓形缺口的半圆形薄片。
8.根据权利要求7所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述弯月形模片半圆的半径等于底座的圆柱形筒体的半径，所述弯月形模片的厚度为螺纹节距的0.3～0.5倍。
9.根据权利要求8所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述弯月形模片的弓形缺口的弦高H按下式计算：
H＝D-D1/2-δ
式中D为所述螺旋皱纹金属管的外径；
D1为底座内孔的直径；
δ为螺旋皱纹金属管螺纹的深度。
10.根据权利要求8所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述弓形缺口的弦长不得大于所述弯月形模片半圆的曲率半径的2倍，所述弓形缺口的圆弧倒出圆角，所述圆角的半径为所述弯月形模片厚度的一半。
11.根据权利要求1所述的制造皱纹金属管用轧纹模具，其特征在于：所述套圈的内径与所述底座圆柱形筒体的外径相对应，所述套圈的外径与轧纹头中心孔的孔径相配合，所述套圈在其侧面通过紧定螺钉与圆柱形筒体相固定。
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