CN109909343B - 超大变形量薄壁管的步进辊压成形方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超大变形量薄壁管的步进辊压成形方法及装置，包括管坯预成形和管坯整形，管坯预成形：采用步进辊压的方式将待加工管坯外表面辊压出波纹；管坯整形：采用步进辊压的方式将管坯上的波纹压平。本发明在管坯预成形阶段采用步进辊压的方式加工，不仅解决了传统辊压成形难的问题，同时也解决了传统辊压管坯因在同步辊压多个波时，波谷处材料无法流入而导致过渡减薄的问题；在管坯整形阶段采用步进辊压的方式加工，能够减小了变形过程中材料的流动阻力，确保整形后的管壁各处材料能够分布均匀。
Description
技术领域
本发明涉及薄壁管件成形技术领域，尤其是涉及一种超大变形量薄壁管的步进辊压成形方法及装置。
背景技术
传统对薄壁管件的成形一般采用辊压或者内高压成形的方式加工，但存在以下问题：
1.因薄壁管件本身材质属于低塑性材料(比如SUS304)，不容易变形，采用辊压的方式加工，会导致薄壁管件出现圆角起皱问题，若在加工时，薄壁管件内部缺少支撑，则还会发生失稳，甚至在辊压时，因管件局部过度减薄而出现开裂；
2.采用内高压加工时，虽然解决了材质本身不容易变形的问题，但薄壁管件会因大变形而带来管壁某处的过度减薄、各部分管壁上材料分布不均匀、壁厚差较大等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超大变形量薄壁管的步进辊压成形方法，欲通过该方法来解决薄壁管件成形难、管壁上材料分布不均匀等问题，进一步提供该方法所需要使用的成形装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：超大变形量薄壁管的步进辊压成形方法，包括管坯预成形和管坯整形；
管坯预成形：采用步进辊压的方式将待加工管坯外表面辊压出波纹；
管坯整形：采用步进辊压的方式将管坯上的波纹压平。
本发明进一步优选方案：所述的管坯预成形包括以下步骤：
步骤1：在管坯中间辊压出波谷；
步骤2：从管坯中间向管坯轴端两侧且按预定间距依次辊压出若干波谷；
采用步进式加工，先在管坯中部辊出波谷，再从其变形中部向轴端两侧依次辊出波谷，管坯两端的材料因不受约束，被逐步拉入管坯中部已变形区域，达到了管坯两端向管坯中部补料的目的(管坯自补料)，因此，解决了传统辊压管坯因在同步辊压多个波时，波谷处材料无法流入而导致过度减薄的问题。(辊波后，波峰与原管坯直径近似相等，轴向长度缩短。)
本发明进一步优选方案：所述的管坯整形包括以下步骤：
步骤3：将管坯轴端两侧的波峰辊压至与波谷平齐；
步骤4：从管坯轴端两侧向管坯中间将若干波峰依次辊压至与波谷平齐。
管坯整形过程的加工顺序恰与辊波预成形相反，即先将管坯的轴端两侧先进行压平，再从管坯轴端两侧向管坯中间依次将波峰压平，大幅减小了变形过程中材料的流动阻力，确保整形后的管壁各处材料能够分布均匀。(辊平后，管坯成形为薄壁管件，轴向长度增加，管径变小。)
另外，在管坯整形过程中，可采用双向拉伸气缸对管坯两端进行拉伸，能够有效防止管坯因长度增加而导致的管坯表面起皱。
超大变形量薄壁管的步进辊压成形装置，包括主轴、限位支架和动力装置，还包括辊波装置和整形装置，所述的辊波装置包括若干辊波支架，所述的辊波支架上设有辊波模，所述的整形装置包括若干整形支架，所述的整形支架上设有辊平模，所述的主轴、辊波支架、整形支架均与动力装置连接，所述的动力装置可驱动主轴旋转，所述的动力装置可驱动辊波支架与整形支架平移。
管坯一端与限位支架活动连接，另一端与主轴连接，由主轴带动管坯旋转，动力装置驱动辊波支架平移，使辊波模贴近管坯，进而由辊波模在管坯上辊出波谷；同理，动力装置驱动整形支架平移，使辊平模贴近管坯，由辊平模将管坯上的波峰辊平。
其中，动力装置包括电机、液压缸和双向拉伸气缸。
本发明进一步优选方案：所述的若干辊波支架间隔预定角度呈环形阵列布置，且相邻两个辊波支架上的辊波模沿主轴的轴向相互错开布置。
因管坯本身材料的变径极限受限，相邻两个波谷之间的间距不宜过大，导致单排辊波支架上无法设置两个以上的辊波模，为此，设置了多个呈环形阵列分布的辊波支架，相邻两个辊波支架上的辊波模沿主轴的轴向相互错开布置，则是为了消除多个辊波模之间相互干涉的问题。
本发明进一步优选方案：所述的辊波装置还包括变径心轴，所述的变径心轴包括芯轴和若干支撑单元，所述的若干支撑单元按预定间距外套于芯轴，相邻两个支撑单元通过第一拉杆连接，所述的支撑单元包括一个支撑块和两个滑块，所述的支撑块设于两个滑块之间且可进行上下活动。管坯辊波预成形过程需要外套在变径心轴上，是为了确保管坯辊波后能够顺利脱模。
本发明进一步优选方案：所述的两个滑块上均设有可活动的第二拉杆，所述的第二拉杆一端与支撑块固定连接，第二拉杆的另一端与相邻的第一拉杆铰接。在管坯辊波前，将两个第一拉杆向中间挤压，支撑单元移动到预定位置，同时，支撑单元上的支撑块被第二拉杆顶起，将待加工管坯套入此时状态的变径心轴上，进行辊波预成形；直至辊波预成形结束，将第一拉杆向芯轴两端进行双向拉伸，支撑块复位，辊波后的管坯就可从变径心轴上脱离出来。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.在管坯预成形阶段采用步进辊压的方式加工，不仅解决了传统辊压成形难的问题，同时也解决了传统辊压管坯因在同步辊压多个波时，波谷处材料无法流入而导致过度减薄的问题；
2.在管坯整形阶段采用步进辊压的方式加工，能够减小了变形过程中材料的流动阻力，确保整形后的管壁各处材料能够分布均匀。
附图说明
图1为管坯各个阶段状态结构示意图；
图2为本发明结构示意图一；
图3为本发明结构示意图二；
图4为本发明结构示意图三；
图5为变径心轴结构示意图一；
图6为变径心轴结构示意图二。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图6所示：超大变形量薄壁管的步进辊压成形方法，包括管坯预成形和管坯整形；
管坯预成形：采用步进辊压的方式将待加工管坯111外表面辊压出波纹；
管坯整形：采用步进辊压的方式将管坯111上的波纹压平。
管坯预成形包括以下步骤：
方案一：
步骤1：在管坯111中间辊压出波谷112；
步骤2：从管坯111中间向管坯111轴端两侧且按预定间距依次辊压出若干波谷112；
在方案一前提下，管坯整形包括以下步骤：
步骤3：将管坯111轴端两侧的波峰113辊压至与波谷112平齐；
步骤4：从管坯111轴端两侧向管坯111中间将若干波峰113依次辊压至与波谷112平齐。
采用步进式加工，先在管坯111中部辊出波谷112，再从其变形中部向轴端两侧依次辊出波谷112，管坯111两端的材料因不受约束，被逐步拉入管坯111中部已变形区域，达到了管坯111两端向管坯111中部补料的目的(管坯111自补料)，因此，解决了传统辊压管坯111因在同步辊压多个波时，波谷112处材料无法流入而导致过度减薄的问题。辊波后，波峰113与原管坯111直径近似相等，轴向长度缩短。
管坯整形过程的加工顺序恰与辊波预成形相反，即先将管坯111的轴端两侧先进行压平，再从管坯111轴端两侧向管坯111中间依次将波峰113压平，大幅减小了变形过程中材料的流动阻力，确保整形后的管壁各处材料能够分布均匀。(辊平后，管坯111成形为薄壁管件，轴向长度增加，管径变小。)
另外，在管坯整形过程中，可采用双向拉伸气缸对管坯111两端进行拉伸，能够有效防止管坯111因长度增加而导致的管坯111表面起皱。
方案二：
步骤1：在管坯111一侧轴端(起始端)辊压出波谷112；
步骤2：从管坯111一侧轴端辊出的波谷112向管坯111另一侧轴端(末端)且按预定间距依次辊压出若干波谷112；
在方案二前提下，管坯整形包括以下步骤：
步骤3：将末端的波峰113辊压至与波谷112平齐；
步骤4：从管坯111末端向管坯111起始端将若干波峰113依次辊压至与波谷112平齐。
超大变形量薄壁管的步进辊压成形装置，包括主轴1、限位支架2和动力装置，还包括辊波装置和整形装置，辊波装置包括若干辊波支架3，辊波支架3上设有辊波模4，整形装置包括若干整形支架5，整形支架5上设有辊平模6，主轴1、辊波支架3、整形支架5均与动力装置连接，动力装置可驱动主轴1旋转，动力装置可驱动辊波支架3与整形支架5平移。
管坯111一端与限位支架2活动连接，另一端与主轴1连接，由主轴1带动管坯111旋转，动力装置驱动辊波支架3平移，使辊波模4贴近管坯111，进而由辊波模4在管坯111上辊出波谷112；同理，动力装置驱动整形支架5平移，使辊平模6贴近管坯111，由辊平模6将管坯111上的波峰113辊平。
其中，动力装置包括电机、液压缸和双向拉伸气缸。
若干辊波支架3间隔预定角度呈环形阵列布置，且相邻两个辊波支架3上的辊波模4沿主轴1的轴向相互错开布置。
因管坯111本身材料的变径极限受限，相邻两个波谷112之间的间距不宜过大，导致单排辊波支架3上无法设置两个以上的辊波模4，为此，设置了多个呈环形阵列分布的辊波支架3，相邻两个辊波支架3上的辊波模4沿主轴1的轴向相互错开布置，则是为了消除多个辊波模4之间相互干涉的问题。
辊波装置还包括变径心轴7，变径心轴7包括芯轴61和若干支撑单元，若干支撑单元按预定间距外套于芯轴61，相邻两个支撑单元通过第一拉杆64连接，支撑单元包括一个支撑块63和两个滑块62，支撑块63设于两个滑块62之间且可进行上下活动。
两个滑块62上均设有可活动的第二拉杆65，第二拉杆65一端与支撑块63固定连接，第二拉杆65的另一端与相邻的第一拉杆64铰接。
管坯111辊波预成形过程需要外套在变径心轴7上，是为了确保管坯111辊波后能够顺利脱模。在管坯111辊波前，将两个第一拉杆64向中间挤压，支撑单元移动到预定位置，同时，支撑单元上的支撑块63被第二拉杆65顶起，将待加工管坯111套入此时状态的变径心轴7上，进行辊波预成形；直至辊波预成形结束，将第一拉杆64向芯轴61两端进行双向拉伸，支撑块63复位，辊波后的管坯111就可从变径心轴7上脱离出来。
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 (2)
1.超大变形量薄壁管的步进辊压成形方法，其特征在于包括管坯预成形和管坯整形；
管坯预成形：采用步进辊压的方式将待加工管坯外表面辊压出波纹；
管坯整形：采用步进辊压的方式将管坯上的波纹压平；
所述的管坯预成形包括以下步骤：
步骤1：在管坯中间辊压出波谷；
步骤2：从管坯中间向管坯轴端两侧且按预定间距依次辊压出若干波谷；
所述的管坯整形包括以下步骤：
步骤3：将管坯轴端两侧的波峰辊压至与波谷平齐；
步骤4：从管坯轴端两侧向管坯中间将若干波峰依次辊压至与波谷平齐。
2.根据权利要求1所述成形方法的装置，包括主轴、限位支架和动力装置，其特征在于还包括辊波装置和整形装置，所述的辊波装置包括若干辊波支架，所述的辊波支架上设有辊波模，所述的整形装置包括若干整形支架，所述的整形支架上设有辊平模，所述的主轴、辊波支架、整形支架均与动力装置连接，所述的动力装置可驱动主轴旋转，所述的动力装置可驱动辊波支架与整形支架平移。
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