CN107824631B - 一种不锈钢双层管的成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于双层管成形相关技术领域，其公开了一种不锈钢双层管的成形装置及方法，所述成形装置包括上拉头、套筒、弹簧夹、螺母件、上芯棒、下芯棒及下拉头，所述上拉头连接于所述套筒的一端，所述套筒的另一端连接于所述弹簧夹的一端，所述弹簧夹的另一端连接于所述上芯棒的一端，所述上芯棒用于与所述螺母件相配合而将连接于不锈钢管坯的载荷管连接于所述上拉头；所述下拉头连接于所述下芯棒的一端，所述下芯棒的另一端设置有压板，所述压板用于抵靠在所述管坯的内管上，以将所述内管连接于所述下拉头。本发明加工的工序少、绿色节能、成本较低，且能够有效的抑制失稳变形的发生。
Description
技术领域
本发明属于双层管成形相关技术领域，更具体地，涉及一种不锈钢双层管的成形装置及方法。
背景技术
先进塑性加工技术，特别是管成形技术，容易实现零件加工的强韧化、轻量化、柔性化以及高效低耗，在冲压成形领域占有的比重日益增大，已逐渐应用到汽车、航空航天、石化、机械电子、信息、锅炉电站、日用品等产业领域之中。
如图1所示的各类双层管的加工产品，这类双层管零件的一个用途是作为冲击吸能元件，可以用作吸能、减振、碰撞缓冲等保护装置，如飞船软着陆安全保护、直升机的抗坠毁座椅、汽车的碰撞吸能保护、桥墩和核电设施等重要结构件的防撞保护吸能装置；另一个用途是加工自行车、锅炉电站、石油化工等机械制造业管形件，如制造保温杯、阶梯管、异形管、半双管、波导管、消声器、换热器、中空双层圆管、管接头等。目前，这类零件一般采用多工步冲压或者焊接方法加工，难度大、工序多、费用高、外管质量差。然而，采用一种先进的塑性成形方法---翻管工艺可以制造这类双层管，能保证零件的使用可靠性、轻量化，并节省原材料，具有节省工序、减少焊缝、提高零件质量和降低成本的作用，故正日益得到应用。
如图2所示，作为一种特种管成形技术，翻管成形工艺是利用模具使金属管材翻卷成双壁或者多壁管零件的加工工艺，是一种集节能、柔性、高效、精密于一体的先进塑性加工技术。其中，翻管成形的模具形状简单，加工柔性(如一副锥形模具可以将多种材料和尺寸规格的管材加工成双壁管)，成形过程稳定，尺寸和形状质量好，成形件重量轻等优点。翻管工艺能制造其他方法难以制造的双壁管形零件，是一种很有前途的先进塑性成形加工工艺，按照管坯的受载方式不同主要分为轴压式翻管和拉伸式翻管两类。轴压翻管可以在材料试验机和油压机上翻管，应用起来非常方便，但容易产生失稳、起皱或者开裂、弯曲等缺陷；对于抗失稳能力较差的材料及管坯，轴压翻管是不可行的；拉伸翻管则是在外载荷作用下使管坯的变形部分处于拉应力状态，从而避免了翻管时的失稳现象，翻管件的尺寸精度完全由模具控制，尺寸精度较高，且能够获得较小缝隙的双壁管，但这种翻管方法的模具结构复杂，加工费用较高，且在翻管之前，管坯需要预成形，加工出夹紧固定用的法兰部分。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种不锈钢双层管的成形装置及方法，其基于现有双层管的成形特点，研究及设计了一种能够有效抑制失稳的不锈钢双层管的成形装置及方法。所述成形装置的上拉头及所述下拉头分别同时被施加方向相反的作用力，以使所述载荷管及所述内管分别受拉及受压，由此使所述管坯变形成不锈钢双层管，有效的抑制了失稳变形的发生，提高了成形精度。此外，成形加工的工序较少，绿色节能，加工成本较低，灵活性较好，适应性强。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种不锈钢双层管的成形装置，其特征在于：
所述成形装置包括上拉头、套筒、弹簧夹、螺母件、上芯棒、下芯棒及下拉头，所述上拉头连接于所述套筒的一端，所述套筒的另一端连接于所述弹簧夹的一端，所述弹簧夹的另一端连接于所述上芯棒的一端，所述上芯棒用于与所述螺母件相配合而将连接于不锈钢管坯的载荷管连接于所述上拉头；所述下拉头连接于所述下芯棒的一端，所述下芯棒的另一端设置有压板，所述压板用于抵靠在所述管坯的内管上，以将所述内管连接于所述下拉头；
所述成形装置工作时，所述上拉头及所述下拉头分别同时被施加方向相反的作用力，以使所述载荷管及所述内管分别受拉及受压，由此使所述管坯变形成不锈钢双层管。
进一步地，所述下芯棒基本呈阶梯状，其部分地收容于所述内管内，所述压板收容于所述载荷管内。
进一步地，所述弹簧夹部分地收容于所述套筒内。
进一步地，所述螺母件开设有阶梯孔，所述弹簧夹远离所述上拉头的一端收容于所述阶梯孔内。
进一步地，所述套筒远离所述上拉头的一端形成有外螺纹，其通过所述外螺纹与所述螺母件形成螺纹连接。
进一步地，所述成形装置为阶梯状结构。
进一步地，所述压板可拆卸地连接于所述下芯棒。
按照本发明的另一个方面，提供了一种不锈钢双层管的成形方法，该成形方法包括以下步骤：
(1)提供不锈钢管，并将所述不锈钢管按照预定长度切断以得到不锈钢管坯；
(2)将所述不锈钢管坯成形出预定尺寸的圆角半径及预定翻卷角度的翻边；
(3)将不锈钢载荷管焊接在所述翻边上，且所述载荷管的中心轴与所述管坯的中心轴重合；
(4)提供如上所述的不锈钢双层管的成形装置，所述上芯棒远离所述上拉头的一端收容于所述载荷管内，调节所述螺母件与所述套筒之间的连接长度，所述弹簧夹与所述上芯棒将所述载荷管夹紧以使所述载荷管连接于所述上拉头；所述下芯棒部分的收容于所述内管内，所述压板抵靠在所述内管上，由此使所述内管连接于所述下拉头，分别同时给所述下拉头及所述上拉头施加方向相反的作用力，以使所述管坯变形成不锈钢双层管；
(5)当所述不锈钢双层管的长度满足要求后，切除所述载荷管以得到所需的不锈钢双层管。
进一步地，所述预定翻卷角度大于180°。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的不锈钢双层管的成形装置及方法主要具有以下有益效果：
1.所述成形装置工作时，所述上拉头及所述下拉头分别同时被施加方向相反的作用力，以使所述载荷管及所述内管分别受拉及受压，由此使所述管坯变形成不锈钢双层管，有效的抑制了失稳变形的发生，提高了成形精度；
2.成形加工的工序较少，绿色节能，加工成本较低，灵活性较好，适应性强；
3.所述成形装置的结构简单，使用方便，成形尺寸和形状的质量较好，成形过程稳定，有利于推广应用。
附图说明
图1中的a、b、c、d分别是现有的双层管、阶梯管、异型管及凸底杯的示意图；
图2中的(a)、(b)、(c)及(d)分别是现有的翻管成形方法涉及的锥形模、圆角模、槽型模及拉伸翻管模的示意图；
图3中的(a)、(b)、(c)、(d)及(e)分别是本发明较佳实施方式提供的不锈钢双层管的成形方法涉及的各步骤示意图；
图4中的(a)、(b)分别是图3中的不锈钢双层管涉及的管坯的成形示意图；
图5是本发明第一实施方式提供的不锈钢双层管的成形装置的局部剖视图；
图6是本发明第二实施方式提供的不锈钢双层管的成形装置的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图3及图4，本发明较佳实施方式提供的不锈钢双层管的成形方法主要包括以下步骤：
步骤一，提供不锈钢管，并将所述不锈钢管按照预定长度切断以得到不锈钢管坯。具体地，将所述不锈钢管按照预定长度切断，且将两端车平以保证端面的平整和上下两面的平行度。
步骤二，将所述不锈钢管坯成形出预定尺寸的圆角半径及预定翻卷角度的翻边。具体地，将所述不锈钢管坯成形出圆角半径为R、翻卷角度为α的翻边，其中圆角半径R应取得合适，既不能过大也不能过小，圆角半径R过大，管坯端部由于扩口变形过大，管端容易产生撕裂，圆角半径R过小，轴压成形时容易产生失稳变形；角度α应大于180°；所述不锈钢管坯被放在下模块上，上模块下行以使得所述不锈钢管坯受到轴向压力的作用而产生变形。
步骤三，将不锈钢载荷管焊接在所述翻边上，且所述载荷管的中心轴与所述管坯的中心轴重合。具体地，所述载荷管与所述翻边之间形成有焊点，且所述载荷管与所述管坯之间的焊接完好。
步骤四，施加拉力给所述载荷管，同时施加压力给所述管坯的内管，所述拉力和所述压力分别同时作用于所述载荷管及所述内管，以使所述管坯变形成不锈钢双层管。
步骤五，当所述不锈钢双层管的长度满足要求后，切除所述载荷管以得到所需的不锈钢双层管。
请参阅图5，本发明第一实施方式提供的不锈钢双层管的成形装置，所述成形装置是上述的不锈钢双层管的成形方法所涉及的。所述成形装置基本呈阶梯状，其包括上拉头、套筒、弹簧夹、螺母件、上芯棒、下芯棒及下拉头，所述上拉头连接于所述套筒的一端，所述套筒的另一端连接于所述弹簧夹的一端，所述弹簧夹的另一端连接于所述上芯棒的一端，所述上芯棒的一端收容于所述载荷管内，以与所述螺母件相配合而将所述载荷管固定连接于所述上拉头。所述下拉头连接于所述下芯棒的一端，所述下芯棒的另一端收容于所述管坯的内管内，其远离所述下拉头的一端形成有压板，所述压板抵靠在所述内管上。本实施方式中，所述压板可拆卸地连接于所述下芯棒。
本实施方式中，所述弹簧夹部分的收容于所述套筒内，所述螺母件形成有阶梯孔，所述弹簧夹部分的收容于所述阶梯孔内；所述套筒形成有外螺纹，其通过所述外螺纹与所述螺母件形成螺纹连接，通过改变所述套筒与所述螺母件之间的连接长度可以改变所述弹簧夹与所述载荷管之间的夹紧力。所述成形装置工作时，所述上拉头及所述下拉头分别同时被施加方向相反的作用力，以使所述载荷管受拉、所述内管受压而产生变形，之后去除所述载荷管而得到所需要的不锈钢双层管。
请参阅图6，本发明第二实施方式提供的不锈钢双层管的成形装置，所述成形装置是上述的不锈钢双层管的成形方法所涉及的。所述成形装置包括上拉杆、连接于所述上拉杆的一端的支撑板、与所述支撑板间隔设置的连接板、连接所述支撑板及所述连接板的连接件、部分收容于所述连接板内的压紧圈、螺纹连接于所述压紧圈的锁紧螺母、位于所述支撑板及所述连接板之间的压块、一端穿过所述压紧圈而连接于所述压块的下拉杆、套设在所述下拉杆上且位于所述支撑板及所述连接板之间的芯棒、套设在所述芯棒外的夹持块及套设在所述芯棒外的套筒。所述套筒内形成有锥形孔，所述夹持块收容于所述锥形孔内。所述压块与所述套筒通过螺栓相连接。
所述成形装置工作时，所述下拉杆穿过不锈钢管坯的内管，所述压紧圈部分的收容于所述压边与所述内管之间的空间内，其与所述锁紧螺母相配合而将所述压边固定连接于所述连接板；同时，所述芯棒收容于所述内管内，通过调节所述螺栓使所述夹持块与所述芯棒相配合而夹紧所述内管，由此使所述内管固定连接于所述压块；所述上拉杆及所述下拉杆分别同时被施加方向相反的作用力。
本发明提供的不锈钢双层管的成形装置及方法，所述成形装置的上拉头及所述下拉头分别同时被施加方向相反的作用力，以使所述载荷管及所述内管分别受拉及受压，由此使所述管坯变形成不锈钢双层管，有效的抑制了失稳变形的发生，提高了成形精度。此外，成形加工的工序较少，绿色节能，加工成本较低，灵活性较好，适应性强。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种不锈钢双层管的成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）提供不锈钢管，并将所述不锈钢管按照预定长度切断以得到不锈钢管坯；
（2）将所述不锈钢管坯成形出预定尺寸的圆角半径及预定翻卷角度的翻边；
（3）将不锈钢载荷管焊接在所述翻边上，且所述载荷管的中心轴与所述管坯的中心轴重合；
（4）提供不锈钢双层管的成形装置，所述成形装置包括上拉头、套筒、弹簧夹、螺母件、上芯棒、下芯棒及下拉头，所述上拉头连接于所述套筒的一端，所述套筒的另一端连接于所述弹簧夹的一端，所述弹簧夹的另一端连接于所述上芯棒的一端，所述上芯棒用于与所述螺母件相配合而将连接于不锈钢管坯的载荷管连接于所述上拉头；所述下拉头连接于所述下芯棒的一端，所述下芯棒的另一端设置有压板，所述压板用于抵靠在所述管坯的内管上，以将所述内管连接于所述下拉头；所述成形装置工作时，所述上拉头及所述下拉头分别同时被施加方向相反的作用力，以使所述载荷管及所述内管分别受拉及受压，由此使所述管坯变形成不锈钢双层管；
所述上芯棒远离所述上拉头的一端收容于所述载荷管内，调节所述螺母件与所述套筒之间的连接长度，所述弹簧夹与所述上芯棒将所述载荷管夹紧以使所述载荷管连接于所述上拉头；所述下芯棒部分的收容于所述内管内，所述压板抵靠在所述内管上，由此使所述内管连接于所述下拉头，分别同时给所述下拉头及所述上拉头施加方向相反的作用力，以使所述管坯变形成不锈钢双层管；
（5）当所述不锈钢双层管的长度满足要求后，切除所述载荷管以得到所需的不锈钢双层管；
其中，所述预定翻卷角度大于180°；所述弹簧夹部分地收容于所述套筒内；所述套筒远离所述上拉头的一端形成有外螺纹，其通过所述外螺纹与所述螺母件形成螺纹连接。
2.如权利要求1所述的不锈钢双层管的成形方法，其特征在于：所述下芯棒基本呈阶梯状，其部分地收容于所述内管内，所述压板收容于所述载荷管内。
3.如权利要求1-2任一项所述的不锈钢双层管的成形方法，其特征在于：所述螺母件开设有阶梯孔，所述弹簧夹远离所述上拉头的一端收容于所述阶梯孔内。
4.如权利要求1-2任一项所述的不锈钢双层管的成形方法，其特征在于：所述成形装置为阶梯状结构。
5.如权利要求1-2任一项所述的不锈钢双层管的成形方法，其特征在于：所述压板可拆卸地连接于所述下芯棒。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| 翻管变形机理及翻管成形极限的研究;罗云华;中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑;正文第93-101页 * |
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|---|---|
| CN107824631A (zh) | 2018-03-23 |
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