CN106541009A - 一种锥形波纹金属管及成形方法 - Google Patents

Abstract

一种锥形波纹金属管，其为两端口径不同的锥型管且管壁是由相同波形参数的波纹组成的金属软管；其成形装置有与电机相连的下主动轮组件以及设在其上面并位于其两侧的两个从动轮组件，该两个从动轮组件设在锥形管壁外侧，下主动轮组件设在锥形管壁内侧，各组件的上、下滑块在活塞杆的推动下，紧贴锥形管侧壁；电机驱动齿轮D转动，进而驱动主动轮组件转动，下活塞杆推动下主动轮组件垂直方向进给，两个从动轮组件在摩擦力的驱动下转动，同时，上左从动轮组件向右移动，上右从动轮组件向左移动，多道次滚压，直至波形成形。本发明可提高锥形接头的柔韧性和补偿性，降低运输管路的维护成本，同时采用滚压成形设备简单，成本低，效率高。

Description

一种锥形波纹金属管及成形方法

技术领域

本发明涉及一种管材及其加工成形方法，特别涉及一种锥形波纹金属管及其成形方法。

技术背景

管道运输是用管道作为运输工具的一种长距离输送液体和气体物资的运输方式，专门由生产地向市场输送石油、煤和化学产品等物资，管道在密闭状态下运输，损耗少、运费低、占地少、污染低。在管道运输中，大口径转小口径接头，一般采用直壁形圆锥接头，工作过程中圆锥接头受到内、外侧的压力，易产生应力集中、裂纹破坏，导致管路故障、环境污染、资源浪费，所以提出和设计一种新型的大、小口径转换接头变得越来越迫切。

目前采用的直壁形圆锥接头无柔性补偿，在大口径转小口径接头时，容易产生应力集中，导致接头破坏，已不能满足实际生产需求。传统的滚压成形装置的两个从动轮在水平方向上可调，但是在垂直方向上不可实现单独调控，无法成形锥形波。

发明内容

本发明的目的是设计一种能使接头产生柔韧性和补偿性且滚压成形设备简单、成本低、效率高的锥形波纹金属管及成形方法。

本发明的技术方案如下：

一、本发明的锥形波纹金属管为两端口径不同的锥型管，其管壁是由相同波形参数的波纹组成的金属软管。

二、本发明锥形波纹金属管的成形装置主要包括：与电机相连的下主动轮组件以及设在其上面并位于其两侧的两个从动轮组件，其位于下主动轮组件左侧的为上左从动轮组件，其位于下主动轮组件右侧的为上右从动轮组件。其中上左从动轮组件主要包括上滚轮A，上轮毂A，支座A、B，上滑块A，阶梯轴A及轴承A、B；上右从动轮组件包括上滚轮B，上轮毂B，支座C、D，上滑块B，阶梯轴B，轴承C、D；下主动轮装置包括下滚轮，下轮毂，支座E、F，下滑块，阶梯轴C、D，轴承E、F、G、H，齿轮A、B、C、D。其中，上滚轮A紧箍在上轮毂A上，上轮毂A与阶梯轴A采用键连接，阶梯轴A左端固定在轴承A上，轴承A与支座A上的轴承孔过盈配合，轴承A外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂A之间靠轴肩定位，阶梯轴A右端固定在轴承B上，轴承B与支座B上的轴承孔过盈配合，轴承B外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂A之间靠轴轴肩定位，支座A和支座B上留有沉头孔，与上滑块A通过螺栓连接，上滑块A上部与旋压机的上推块A上固定的液压缸活塞杆对应并相连，上滚轮A的厚度等于锥形波纹金属管波谷的宽度，支座A、B下端距离锥形侧壁的高度大于波高。上滚轮B紧箍在上轮毂B上，上轮毂B与阶梯轴B采用键连接，阶梯轴B右端固定在轴承D上，轴承D与支座D上的轴承孔过盈配合，轴承D外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂B之间靠轴肩定位，阶梯轴B左端固定在轴承C上，轴承C与支座C上的轴承孔过盈配合，轴承C外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂B之间靠轴轴肩定位，支座C和支座D上留有沉头孔，与上滑块B通过螺栓连接，上滑块B上部与旋压机的上推块B上固定的液压缸活塞杆对应并相连，上滚轮B的厚度等于锥形波纹金属管波谷的宽度，支座C、D下端距离锥形侧壁的高度大于波高。下滚轮紧箍在下轮毂上，下轮毂与阶梯轴C采用键连接，阶梯轴C左端固定在轴承E上，轴承E与支座E上的轴承孔过盈配合，轴承E外侧安装轴承端盖，内侧与下轮毂之间靠轴肩定位，下轮毂右侧的阶梯轴C上设有齿轮A，齿轮A与阶梯轴C采用键连接，齿轮A与左侧下轮毂之间、右侧轴承F之间都是靠轴肩定位，阶梯轴C右端固定在轴承F上，轴承F与支座F上的轴承孔过盈配合，轴承F外侧安装轴承端盖，齿轮A与齿轮B啮合，齿轮B与阶梯轴D采用键连接，阶梯轴D左端固定在轴承G上，轴承G与支座E上的轴承孔过盈配合，轴承G外侧安装轴承端盖，轴承G与齿轮B之间靠轴肩定位，阶梯轴D的右部固定在轴承H上，轴承H与支座F上的轴承孔过盈配合，轴承H与左侧的齿轮B、右侧的齿轮C靠轴肩定位，齿轮C与阶梯轴D采用键连接，阶梯轴D的右端用圆螺母定位，齿轮C与齿轮D啮合，齿轮D固定联接在电机上，支座E和支座F上留有沉头孔，与下滑块通过螺栓连接，下滑块下部与旋压机的工作横梁上固定的液压缸活塞杆对应并相连，下滚轮的厚度等于锥形波纹金属管波峰的宽度，支座E、F上端距离锥形侧壁的高度大于波高。上左从动轮组件随推块A左右移动，上滑块A在活塞杆的推动下带动上左从动轮组件上下运动；上右从动轮组件随推块B左右移动，上滑块B在活塞杆的推动下带动上右从动轮组件上下运动；主动轮组件随工作横梁左右移动，下滑块在活塞杆的推动下带动主动轮组件沿工作横梁上的导向部分上下滑动，实现成形装置在水平和垂直方向上均可调动。

三、本发明锥形波纹金属管的成形方法

1、成形装置按下列顺序并列设置，上滚轮A和上滚轮B在锥形管壁外侧，水平方向上关于下滚轮对称，垂直方向上右侧上滚轮B的垂直高度＝上滚轮A的垂直高度+s·tanα，其中s为波距，α为锥形管壁与轴线的夹角，α大小可由公式计算求得。下主动轮装置在锥形管壁内侧，各组件的上、下滑块在活塞杆的推动下，使滚轮在相应的位置上紧贴锥形侧壁，形成定位。

2、电机驱动齿轮D转动，通过齿轮间啮合，将动力传递给阶梯轴D，进而带动下滚轮转动，下活塞杆推动下主动轮装置垂直方向进给，上滚轮A和上滚轮B在摩擦力的驱动下开始转动，同时，上左从动轮组件在推块A的驱动下向右移动，上右从动轮组件在推块B的驱动下向左移动，多道次滚压，直至波形成形。

3、之后上左从动轮组件，上右从动轮组件及下主动轮装置在活塞杆作用下，分别上下移动垂直方向上复位，并且每一次成形后垂直方向上的复位都遵循锥形侧壁曲线函数轨迹，上左从动轮组件和上右从动轮组件分别向左、右移动在水平方向上复位。

4、锥形管坯在送料装置的推动下再进给所需步长，成形下个波纹。

本发明与现有技术相比具有如下优点：提高大口径转小口径锥形接头的柔韧性和补偿性，降低运输管路的维护成本；同时采用滚压成形工艺，设备简单，成本低，效率高。

附图说明

图1是本发明的锥形波纹金属管主视剖面示意简图；

图2是本发明成形过程定位阶段主视剖面示意简图；

图3是本发明成形过程滚压阶段主视剖面示意简图；

图4是本发明成形过程复位阶段主视剖面示意简图。

图中：1-锥形波纹金属管，2-下滑块，3-支座E，4-轴承G，5-阶梯轴D，6-下滚轮，7-下轮毂，8-阶梯轴C，9-轴承E，10-上滚轮A，11-轴承B，12-轴承A，13-阶梯轴A，14-上轮毂A，15-支座A，16-上滑块A，17-支座B，18-支座C，19-上滑块B，20-支座D，21-上滚轮B，22-轴承C，23-上轮毂B，24-阶梯轴B，25-轴承D，26-轴承F，27-齿轮A，28-支座F，29-齿轮B，30-轴承H，31-齿轮C，32-电机，33-齿轮D。

具体实施方式

在图2所示的本发明成形过程定位阶段模具的主视剖面示意简图中，上滚轮A10紧箍在上轮毂A14上，上轮毂A14与阶梯轴A13采用键连接，阶梯轴A13左端固定在轴承A12上，轴承A12与支座A15上的轴承孔过盈配合，轴承A12外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂A14之间靠轴肩定位，阶梯轴A13右端固定在轴承B11上，轴承B11与支座B17上的轴承孔过盈配合，轴承B11外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂A之间靠轴轴肩定位，支座A15和支座B17上留有沉头孔，与上滑块A16通过螺栓连接，上滑块A16上部与旋压机的上横梁对应并相连，上滚轮A10的厚度等于锥形波纹金属管波谷的宽度，支座A15、B17下端距离锥形侧壁的高度大于波高。上滚轮B21紧箍在上轮毂B23上，上轮毂B23与阶梯轴B24采用键连接，阶梯轴B24右端固定在轴承D25上，轴承D25与支座D20上的轴承孔过盈配合，轴承D25外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂B23之间靠轴肩定位，阶梯轴B24左端固定在轴承C22上，轴承C22与支座C18上的轴承孔过盈配合，轴承C22外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂B23之间靠轴轴肩定位，支座C18和支座D20上留有沉头孔，与上滑块B19通过螺栓连接，上滑块B19上部与旋压机的上横梁对应并相连，上滚轮B21的厚度等于锥形波纹金属管波谷的宽度，支座C18、D20下端距离锥形侧壁的高度大于波高。下滚轮6紧箍在下轮毂7上，下轮毂与阶梯轴C8采用键连接，阶梯轴C8左端固定在轴承E9上，轴承E9与支座E3上的轴承孔过盈配合，轴承E9外侧安装轴承端盖，内侧与下轮毂之间靠轴肩定位，下轮毂右侧的阶梯轴C8上设有齿轮A27，齿轮A27与阶梯轴C8采用键连接，齿轮A27与左侧下轮毂之间、右侧轴承F之间都是靠轴肩定位，阶梯轴C8右端固定在轴承F26上，轴承F26与支座F28上的轴承孔过盈配合，轴承F28外侧安装轴承端盖，齿轮A27与齿轮B29啮合，齿轮B29与阶梯轴D5采用键连接，阶梯轴D5左端固定在轴承G4上，轴承G4与支座E3上的轴承孔过盈配合，轴承G4外侧安装轴承端盖，轴承G4与齿轮B29之间靠轴肩定位，阶梯轴D5的右部固定在轴承H30上，轴承H30与支座F28上的轴承孔过盈配合，轴承H30与左侧的齿轮B29、右侧的齿轮C31靠轴肩定位，齿轮C31与阶梯轴D5采用键连接，阶梯轴D5的右端用圆螺母定位，齿轮C31与齿轮D33啮合，齿轮D33固定联接在电机32上，支座E3和支座F28上留有沉头孔，与下滑块2通过螺栓连接，下滑块下部与旋压机的工作横梁对应并相连，下滚轮的厚度等于锥形波纹金属管波峰的宽度，支座E3、F28上端距离锥形侧壁的高度大于波高。

实施例1

将成形装置按下列顺序并列设置，上滚轮A和上滚轮B在锥形管壁外侧，水平方向上关于下滚轮对称，垂直方向上右侧上滚轮B的垂直高度＝上滚轮A的垂直高度+s·tanα，其中s为波距12mm，α为锥形管壁与轴线的夹角7.5°。下主动轮装置在锥形管壁内侧，各组件的上、下滑块在活塞杆的推动下，使滚轮在相应的位置上紧贴锥形侧壁，形成定位，如图2所示。电机驱动齿轮D转动，通过齿轮间啮合，将动力传递给阶梯轴D，进而带动下滚轮转动，下活塞杆推动下主动轮装置垂直方向进给，上滚轮A和上滚轮B在摩擦力的驱动下开始转动，同时，上左从动轮组件在推块A的驱动下向右移动，上右从动轮组件在推块B的驱动下向左移动，多道次滚压，直至波形成形，如图3所示。之后上左从动轮组件，上右从动轮组件及下主动轮装置在活塞杆作用下，分别上下移动垂直方向上复位，并且每一次成形后垂直方向上的复位都遵循锥形侧壁曲线函数轨迹，上左从动轮组件和上右从动轮组件分别向左、右移动在水平方向上复位。锥形管坯在送料装置的推动下再进给所需步长，成形下个波纹，如图4所示。最后获得一种所需的锥形波纹金属管，如图1所示，其直径D1为108mm，D2为133mm，长度L为95mm，波高H为11mm，h为8mm，大波长S为12mm，波宽W为7mm的锥形波纹金属管，经模拟计算得到其轴向刚度为235，补偿值为5mm，弯曲刚度为175，补偿值为7mm。而直径D1为108mm，D2为133mm，长度L为95mm的锥形直壁管的轴向刚度为315，补偿值为0.2mm，弯曲刚度为245，补偿值为1mm，。因此，管道运输中锥形波纹金属管可承受管道内部液体、气体较大冲击载荷下的弹性变形，具有较好的柔韧性和补偿性。

实施例2

其操作过程与例1相同，最后获得一种所需的锥形波纹金属管，如图1所示，其直径D1为114mm，D2为159mm，长度L为105mm，波高H为12mm，h为9mm，大波长S为14mm，波宽W为8mm的锥形波纹金属管，经模拟计算得到其轴向刚度为275，补偿值为4.5mm，弯曲刚度为212，补偿值为6mm，。而直径D1为114mm，D2为159mm，长度L为105mm，的锥形直壁管的轴向刚度为365，补偿值为0.1mm，弯曲刚度为283，补偿值为0.5mm。因此，管道运输中锥形波纹金属管可承受管道内部液体、气体较大冲击载荷下的弹性变形，具有较好的柔韧性和补偿性。

Claims (3)

1.一种锥形波纹金属管，其特征在于：其为两端口径不同的锥型管，其管壁是由相同波形参数的波纹组成的金属软管。

2.权利要求1所述的锥形波纹金属管的成形装置，其特征在于：与电机相连的下主动轮组件以及设在其上面并位于其两侧的两个从动轮组件，其位于下主动轮组件左侧的为上左从动轮组件，其位于下主动轮组件右侧的为上右从动轮组件，其中，上滚轮A紧箍在上轮毂A上，上轮毂A与阶梯轴A采用键连接，阶梯轴A左端固定在轴承A上，轴承A与支座A上的轴承孔过盈配合，轴承A外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂A之间靠轴肩定位，阶梯轴A右端固定在轴承B上，轴承B与支座B上的轴承孔过盈配合，轴承B外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂A之间靠轴轴肩定位，支座A和支座B上留有沉头孔，与上滑块A通过螺栓连接，上滑块A上部与旋压机的上推块A上固定的液压缸活塞杆对应并相连，上滚轮A的厚度等于锥形波纹金属管波谷的宽度，支座A、B下端距离锥形侧壁的高度大于波高，上滚轮B紧箍在上轮毂B上，上轮毂B与阶梯轴B采用键连接，阶梯轴B右端固定在轴承D上，轴承D与支座D上的轴承孔过盈配合，轴承D外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂B之间靠轴肩定位，阶梯轴B左端固定在轴承C上，轴承C与支座C上的轴承孔过盈配合，轴承C外侧安装轴承端盖，内侧与上轮毂B之间靠轴轴肩定位，支座C和支座D上留有沉头孔，与上滑块B通过螺栓连接，上滑块B上部与旋压机的上推块B上固定的液压缸活塞杆对应并相连，上滚轮B的厚度等于锥形波纹金属管波谷的宽度，支座C、D下端距离锥形侧壁的高度大于波高，下滚轮紧箍在下轮毂上，下轮毂与阶梯轴C采用键连接，阶梯轴C左端固定在轴承E上，轴承E与支座E上的轴承孔过盈配合，轴承E外侧安装轴承端盖，内侧与下轮毂之间靠轴肩定位，下轮毂右侧的阶梯轴C上设有齿轮A，齿轮A与阶梯轴C采用键连接，齿轮A与左侧下轮毂之间、右侧轴承F之间都是靠轴肩定位，阶梯轴C右端固定在轴承F上，轴承F与支座F上的轴承孔过盈配合，轴承F外侧安装轴承端盖，齿轮A与齿轮B啮合，齿轮B与阶梯轴D采用键连接，阶梯轴D左端固定在轴承G上，轴承G与支座E上的轴承孔过盈配合，轴承G外侧安装轴承端盖，轴承G与齿轮B之间靠轴肩定位，阶梯轴D的右部固定在轴承H上，轴承H与支座F上的轴承孔过盈配合，轴承H与左侧的齿轮B、右侧的齿轮C靠轴肩定位，齿轮C与阶梯轴D采用键连接，阶梯轴D的右端用圆螺母定位，齿轮C与齿轮D啮合，齿轮D固定联接在电机上，支座E和支座F上留有沉头孔，与下滑块通过螺栓连接，下滑块下部与旋压机的工作横梁上固定的液压缸活塞杆对应并相连，下滚轮的厚度等于锥形波纹金属管波峰的宽度，支座E、F上端距离锥形侧壁的高度大于波高。

3.采用权利要求2所述的成形装置进行锥形波纹金属管成形的方法，其特征在于：

1)成形装置按下列顺序并列设置，上滚轮A和上滚轮B在锥形管壁外侧，水平方向上关于下滚轮对称，垂直方向上右侧上滚轮B的垂直高度＝上滚轮A的垂直高度+s·tanα，其s为波距，α为锥形管壁与轴线的夹角，下主动轮装置在锥形管壁内侧，各组件的上、下滑块在活塞杆的推动下，使滚轮在相应的位置上紧贴锥形侧壁，形成定位；

2)电机驱动齿轮D转动，通过齿轮间啮合，将动力传递给阶梯轴D，进而带动下滚轮转动，下活塞杆推动下主动轮装置垂直方向进给，上滚轮A和上滚轮B在摩擦力的驱动下开始转动，同时，上左从动轮组件在推块A的驱动下向右移动，上右从动轮组件在推块B的驱动下向左移动，多道次滚压，直至波形成形；

3)之后上左从动轮组件，上右从动轮组件及下主动轮装置在活塞杆作用下，分别上下移动垂直方向上复位，并且每一次成形后垂直方向上的复位都遵循锥形侧壁曲线函数轨迹，上左从动轮组件和上右从动轮组件分别向左、右移动在水平方向上复位；

4)锥形管坯在送料装置的推动下再进给所需步长，成形下个波纹。