CN109909344B - 超薄壁管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薄壁管辊压成形方法及装置，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，辊波装置包括若干辊波支架和变径心轴，辊波支架上设有辊波模，整形装置包括若干整形支架，整形支架上设有辊平模，主轴、辊波支架、整形支架均与动力装置连接。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
本发明涉及薄壁管辊压成形技术领域，尤其是涉及一种超薄壁管辊压成形方法及装置。
背景技术
传统对超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.对于低塑性材料的超薄壁管件来说，因其本身材质在常温下不容易变形，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薄壁管辊压成形方法，欲通过该方法来提高超薄壁管件的成形极限，控制破裂驱使，解决当前超薄壁管件成形难、管壁上材料分布不均匀等问题，进一步提高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：超薄壁管辊压成形方法，包括以下工序：
工序1：将待加工管坯内壁打毛；
工序2：采用离心浇铸法在工序1处理过的管坯内壁均匀铺上一层低熔点合金；
工序3：将工序2处理过的管坯进行水浴加热；
工序4：采用步进辊压的方式将工序3处理过的管坯外表面辊压出波纹；
工序5：采用步进辊压的方式将工序4处理过的管坯上的波纹压平，形成成品管件；
工序6：将工序5形成的成品管件通过高温水浴浸泡，回收附着在其内壁上的低熔点合金；
工序7：采用溶剂将工序6处理过的成品管件进行清洗。
本发明进一步优选方案：包括所述的工序4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：包括所述的工序5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。
本发明进一步优选方案：所述的溶剂的成分包括烷基硅酸钠、硫酸钠、六偏磷酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、椰油酸二乙醇酰胺、水。
超薄壁管辊压成形装置，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。
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；同理，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，是为了消除多个辊平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.在将待加工管坯内壁打毛，能够增加管壁粗糙度，增强管壁黏着合金的能力；采用离心浇铸法在管坯内壁均匀铺上一层低熔点的合金，来提高管坯内壁的抗拉能力，降低管壁开裂、起皱的趋势，在常温下，提高低塑性合金薄壁管件的成形能力；
2.在工序3中初次对管坯进行水浴加热，内衬合金加热后，强度与可塑性均得到增强，从而达到了提高超薄壁管的成形性能，并且水浴加热更为廉价、节能；
3.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；
4.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；
5.采用水浴浸泡的方式回收内衬合金，降低了能耗，减少资源成本，具有可持续发展性。
附图说明
图1为管坯在成形过程中各个阶段结构示意图；
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：超薄壁管辊压成形方法，包括以下工序：
工序1：将待加工管坯111内壁打毛；
工序2：采用离心浇铸法在工序1处理过的管坯111内壁均匀铺上一层低熔点合金114；
其中，低熔点合金熔点远小于管坯111熔点；
工序3：将工序2处理过的管坯111进行水浴加热；
工序4：采用步进辊压的方式将工序3处理过的管坯111外表面辊压出波纹；
工序5：采用步进辊压的方式将工序4处理过的管坯111上的波纹压平，形成成品管件；
工序6：将工序5形成的成品管件通过高温水浴浸泡，回收附着在其内壁上的低熔点合金；
工序7：采用溶剂将工序6处理过的成品管件进行清洗。
在将待加工管坯111内壁打毛，能够增加管壁粗糙度，增强管壁黏着合金的能力；采用离心浇铸法在管坯111内壁均匀铺上一层低熔点的合金，来提高管坯111内壁的抗拉能力，降低管壁开裂、起皱的趋势，在常温下，提高低塑性合金薄壁管件的成形能力；
在工序3中初次对管坯111进行水浴加热，内衬合金加热后，强度与可塑性均得到增强，从而达到了提高超薄壁管的成形性能，并且水浴加热更为廉价、节能；
在工序4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；
在工序5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；
采用水浴浸泡的方式回收内衬合金，降低了能耗，减少资源成本，具有可持续发展性。
方案一：
包括工序4包括以下步骤：
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，包括工序5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。
工序5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，在工序5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，工序5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。
溶剂的成分包括烷基硅酸钠、硫酸钠、六偏磷酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、椰油酸二乙醇酰胺、水。
超薄壁管辊压成形装置，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。
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 (4)
1.超薄壁管辊压成形方法，其特征在于包括以下工序：
工序1：将待加工管坯内壁打毛；
工序2：采用离心浇铸法在工序1处理过的管坯内壁均匀铺上一层低熔点合金；
工序3：将工序2处理过的管坯进行水浴加热；
工序4：采用步进辊压的方式将工序3处理过的管坯外表面辊压出波纹；
工序5：采用步进辊压的方式将工序4处理过的管坯上的波纹压平，形成成品管件；
工序6：将工序5形成的成品管件通过高温水浴浸泡，回收附着在其内壁上的低熔点合金；
工序7：采用溶剂将工序6处理过的成品管件进行清洗；
所述的工序4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；
所述的工序5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所述的超薄壁管辊压成形方法，其特征在于所述的溶剂的成分包括烷基硅酸钠、硫酸钠、六偏磷酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、椰油酸二乙醇酰胺、水。
3.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；
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。
4.根据权利要求3所述成形方法的装置，其特征在于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。
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