CN110052526B - 一种螺纹管加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种螺纹管加工装置，包括底座、线圈支架、两个模具支撑架、驱动机构和电磁脉冲成形机构，底座放置在平整的工作台上，嵌装有线圈的线圈支架滑动设置于底座上，线圈与电磁脉冲成形机构通过引线连接，两个模具支撑架分别固定安装在底座上位于线圈支架的两侧，套有待加工管件的模具穿过线圈支架上的线圈后，模具两端放置在两侧的模具支撑架上；驱动机构用于驱动线圈支架沿底座上的导轨滑动。本发明的螺纹管加工装置及其加工方法，采用电磁脉冲成形方法加工螺纹管，提高螺纹管成形制造工艺柔性，满足目前小批量、定制化、多样化的需求。

Description

一种螺纹管加工装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及管件的复杂成形制造技术领域，特别是涉及一种螺纹管加工装置及其加工方法。

背景技术

螺纹管一般是指管件的外表面具有螺纹的产品，已经广泛地应用于石油化工领域、冶金、原子能等部门。在热交换领域中，换热器的轻量小型化趋势，使得其核心换热元件——换热管向细径、薄壁、高效率的方向发展。螺纹型换热管（简称螺纹管）能提高传热性能，控制体积和质量，节省材料，对于提高换热器效率，降低成本具有十分重要的意义。

目前，螺纹管生产有几种方式——机械加工、冷轧、斜轧、连续挤压法、热轧等。其中，（1）机械加工操作简单，但是工作效率比较低，材料浪费严重；（2）冷轧、斜轧和连续挤压成形法，在一定程度实现高生产率且工艺简单易操作的要求，但生产的螺纹管的规格比较受限，难以满足各种规格型号的螺纹管生产需求；（3）热轧生产效率较高，而且可以进行后续热处理，但是能量损耗较大，适于大批量生产。

由上述对比分析可知，目前的螺纹管加工方法分为2类，机械加工制造和成形制造，各自特点突出，但是都难以满足小批量、材料多样化、尺寸多样化、需求多样化、供货快捷等要求，需要探索和发明螺纹管成形制造新方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺纹管加工装置及其加工方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用电磁脉冲成形方法加工螺纹管，提高螺纹管成形制造工艺柔性，满足目前小批量、定制化、多样化的需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种螺纹管加工装置，包括底座、线圈支架、两个模具支撑架、驱动机构和电磁脉冲成形机构，所述底座放置在平整的工作台上，嵌装有线圈的所述线圈支架滑动设置于所述底座上，所述线圈与所述电磁脉冲成形机构通过引线连接，两个所述模具支撑架分别固定安装在底座上位于所述线圈支架的两侧，套有待加工管件的模具穿过所述线圈支架上的线圈后，模具两端放置在两侧的所述模具支撑架上；所述驱动机构用于驱动所述线圈支架沿所述底座上的导轨滑动。

优选的，所述底座上的导轨包括两条，两条导轨平行对称的对应于所述线圈支架的底部。

优选的，所述驱动机构包括丝杠和步进电机，所述丝杠依次穿过左侧的模具支撑架、线圈支架和右侧的模具支撑架，所述丝杠上的丝母与所述线圈支架固定安装，所述丝杠的一端与所述步进电机传动连接。

优选的，所述丝杠的两端放置于固定在所述底座上的固定座上，其中一端的固定座上安装有用于驱动所述丝杠的所述步进电机。

优选的，所述电磁脉冲成形机构包括间隔导通的充电回路与放电回路，所述充电回路中的电源与充电开关用于对电容器组进行充电，所述放电回路中放电开关闭合时，所述电容器组经所述线圈放电。

优选的，所述模具支撑架包括通过螺栓固定连接的底部支撑和上盖，所述底部支撑和上盖之间留有用于与套好待加工管件的模具匹配的孔。

本发明还提供一种螺纹管的加工方法，应用于上述的螺纹管加工装置，包括以下步骤：

（1）将待加工管件套入模具中，打开两侧的模具支撑架的上盖，将套好管件的模具穿过线圈支架上的线圈后放置在两侧所述模具支撑架槽中，然后将模具支撑架的上盖和底部支撑螺栓固定连接；

（2）调节所述线圈和两个所述模具支撑架的高度，从而使套好管件的模具与所述线圈实现同轴；

（3）启动步进电机，带动所述线圈支架沿底座上的导轨进行移动，到达待加工位置；操作电磁脉冲成形机构先充电，再导通放电回路，电容器组经所述线圈放电，产生作用于管件变形区的法向脉冲磁场力对管件进行成形；

（4）成形完成后控制所述步进电机带动所述线圈支架移动到下一个待加工位置；

（5）循环步骤（3）-（4），从管件的一端加工到另一端直至加工完毕；

（6）拆解两侧的所述模具支撑架的上盖，取出模具和管件。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的螺纹管加工装置及加工方法，是一种螺纹管的高速率成形方法，可以大大提高螺纹管的成形速度和成形质量，尤其解决薄壁、小变形量螺纹管成形难度大、工装结构复杂、加工成本高等问题。电磁脉冲成形所需要的工装比传统的螺纹管成形工装简单，可以省去凸模，无需润滑和密封，工艺参数容易控制，成形的螺纹管表面质量佳。另外，在长直螺纹管成形制造方面有显著优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为螺纹管加工装置的整体结构示意图；

图2为实施例一中成形工件示意图；

图3为实施例二中成形工件示意图；

其中，1模具；2管件；3线圈支架；4线圈；5电磁脉冲成形机构；6放电开关；7电容器组；8充电开关；9电源；10丝母；11丝杠；12模具支撑架；13固定座；14步进电机；15底座；16导轨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种螺纹管加工装置及其加工方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用电磁脉冲成形方法加工螺纹管，提高螺纹管成形制造工艺柔性，满足目前小批量、定制化、多样化的需求。

基于此，本发明提供的螺纹管加工装置，包括底座、线圈支架、两个模具支撑架、驱动机构和电磁脉冲成形机构，底座放置在平整的工作台上，嵌装有线圈的线圈支架滑动设置于底座上，线圈与电磁脉冲成形机构通过引线连接，两个模具支撑架分别固定安装在底座上位于线圈支架的两侧，套有待加工管件的模具穿过线圈支架上的线圈后，模具两端放置在两侧的模具支撑架上；驱动机构用于驱动线圈支架沿底座上的导轨滑动。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为螺纹管加工装置的整体结构示意图；图2为实施例一中成形工件示意图；图3为实施例二中成形工件示意图。

电磁脉冲成形是一种典型的高速率成形制造工艺，尤其适用于管形或筒形毛坯的成形制造。它具有许多优点：（1）成形速度快，可以做到一道工序成形，可以有效地缩短生产周期；（2）模具简单，可以实现单模成形；（3）用电磁成形生产的零件精度高、表面质量好；（4）可以提高被加工材料的塑性变形能力。

针对目前螺纹管生产工艺存在的不足，本发明提出采用电磁脉冲成形方法加工螺纹管，提高螺纹管成形制造工艺柔性，满足目前小批量、定制化、多样化的需求。

本发明中的螺纹管加工装置及其加工方法，采用电磁脉冲成形方法对金属管件进行成形，简化了传统成形的工装和模具，简化了传统成形工序并且降低了成本，提高了螺纹管的成形质量。

图1中，先将底座15布置在平整的工作台上，将线圈4嵌装在线圈支架3上，将两块模具支撑架12利用螺栓固定在底座15上。丝杠11从左端的模具支撑架12套入，依次穿过丝母10、线圈支架3和右端的模具支撑架12。两块固定座13通过螺栓固连在底座15左右两端。固定座13上设置有步进电机固定孔，步进电机14通过螺栓固连在固定座13上的步进电机固定孔上。线圈4与电磁脉冲成形机构5通过引线连接。

工装装夹及操作步骤如下：

1.将管件2套入模具1中；

2.打开两侧的模具支撑架12上盖，将套好管件2的模具1放在模具支撑架12的槽中，穿过线圈4，使管件2安放在两侧的模具支撑架12槽中。安装好模具支撑架12的上盖，通过螺栓将其与模具支撑架12的底部支撑固连，实现对模具1的固定作用；

3.调整线圈4和两个模具支撑架12的高度，使得模具1与线圈4能实现同轴；

4.控制步进电机14带动线圈支撑架3与线圈4沿着导轨16进行移动，到达待加工位置；

5.操作电磁脉冲成形机构5进行加工。电磁成形设备通过线圈4进行放电，在线圈4中通过高压脉冲大电流。电磁脉冲成形机构包括用于储存电能的高压脉冲电容器组和充电开关（处于常开状态）。当电容器组7通过电源9被充电到预置电压时，断开充电回路，闭合放电开关6，则放电回路导通，电容器组7经线圈4放电，产生衰减震荡脉冲大电流I和与之对应的瞬态变化磁场。根据电磁感应原理，上述放电过程会在管件变形区产生与线圈电流I相对应的感应电流。变形区的感应电流也会产生感应磁场。线圈电流磁场和耦合电流磁场在线圈4与管件变形区之间增强，通过与耦合电流作用，产生作用于管件变形区的法向脉冲磁场力。管件变形区在这个法向力作用下发生径向变形和运动，直至贴模。

6.控制步进电机14带动线圈4与线圈支架3移动到下一待加工位置。

7.循环第5、第6步，从管的一端加工到另一端，直至加工完毕。

8.拆解两侧的模具支撑架12上盖，取出模具1和管件2。

实施例一

如图2所示，材料：304不锈钢管，壁厚0.3mm，管坯外径28.0mm，长度500mm。要求双头螺纹180度对称分布，螺纹槽深度0.7mm，过度圆角R1，螺距160mm，如图2所示。线圈4为矩形截面紫铜线绕制，截面尺寸5mm×7mm，6匝，工作区长度30mm。

采用螺纹管电磁脉冲成形的方法，如图1所示的电磁脉冲成形工装进行成形，额定电压和放电能量分别为20kV和13kJ。放电电压10kV。由于304不锈钢管电阻率低，当采用直接电磁脉冲成形方法，磁压力小不足以使不锈钢管产生缩径变形。因此，在管坯外表面缠绕长度与螺纹变形区相当、厚度0.1- 0.2mm的铝合金箔2层，用之做驱动层。电磁成形过程中，铝合金箔层产生的脉冲磁场力驱动不锈钢管坯发生缩径变形，进而获得所需要的螺纹管件。

成形效果：获得螺纹槽深能够达到0.68-0.70mm的螺纹管件，得到变形符合要求的螺纹管。

实施例二

如图2所示，材料：5083铝合金管坯，壁厚0.6mm，管坯外径50mm，长度200mm。要求螺纹槽深度为1.35mm，螺纹槽宽度2.8mm，过度圆角R1，螺距100mm，贴模间隙要求不大于0.1mm，如图3所示。线圈4为矩形截面紫铜线绕制，截面尺寸5mm×7mm，10匝，工作区长度50mm。

采用螺纹管电磁脉冲成形的方法，如上述图中所示的电磁脉冲成形工装进行成形，额定电压和放电能量分别为20kV和20kJ。在放电电压9kV时进行螺纹管成形。

成形效果如下：贴模间隙介于0.05-0.08mm之间，满足使用要求，表面质量良好，无微裂纹等缺陷，同时成品率较高。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种螺纹管的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将待加工管件套入模具中，打开两侧的模具支撑架的上盖，将套好管件的模具穿过线圈支架上的线圈后放置在两侧所述模具支撑架槽中，然后将模具支撑架的上盖和底部支撑螺栓固定连接；

（2）调节所述线圈和两个所述模具支撑架的高度，从而使套好管件的模具与所述线圈实现同轴；

（3）启动步进电机，带动所述线圈支架沿底座上的导轨进行移动，到达待加工位置；操作电磁脉冲成形机构的放电回路导通，电容器组经所述线圈放电，产生作用于管件变形区的法向脉冲磁场力对管件进行成形；

（4）成形完成后控制所述步进电机带动所述线圈支架移动到下一个待加工位置；

（5）循环步骤（3）-（4），从管件的一端加工到另一端直至加工完毕；

（6）拆解两侧的所述模具支撑架的上盖，取出模具和管件；

其中，所述底座放置在平整的工作台上，嵌装有线圈的所述线圈支架滑动设置于所述底座上，所述线圈与所述电磁脉冲成形机构通过引线连接，两个所述模具支撑架分别固定安装在底座上位于所述线圈支架的两侧，套有待加工管件的模具穿过所述线圈支架上的线圈后，模具两端放置在两侧的所述模具支撑架上；驱动机构用于驱动所述线圈支架沿所述底座上的导轨滑动；模具支撑架包括上盖和底部支撑，将管件安放在所述模具支撑架的槽中后，再安装好所述上盖，并通过螺栓将上盖与模具支撑架的底部支撑固连；

所述驱动机构包括丝杠和步进电机，所述丝杠依次穿过左侧的模具支撑架、线圈支架和右侧的模具支撑架，所述丝杠上的丝母与所述线圈支架固定安装，所述丝杠的一端与所述步进电机传动连接；所述丝杠的两端放置于固定在所述底座上的固定座上，其中一端的固定座上安装有用于驱动所述丝杠的所述步进电机；所述底部支撑和上盖之间留有用于与套好待加工管件的模具匹配的孔。

2.根据权利要求1所述的螺纹管的加工方法，其特征在于：所述底座上的导轨包括两条，两条导轨平行对称地对应于所述线圈支架的底部。

3.根据权利要求1所述的螺纹管的加工方法，其特征在于：所述电磁脉冲成形机构包括间隔导通的充电回路与放电回路，所述充电回路中的电源与充电开关用于对电容器组进行充电，所述放电回路中放电开关闭合时，所述电容器组经所述线圈放电。

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