CN110899591B - 一种全加热钢管加厚成型液压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全加热钢管加厚成型液压机，包括液压机本体，所述液压机本体上固定有下模板，所述液压机本体上还设置有能够上下移动的上冲头、下冲头以及上模，所述上冲头与所述下冲头均为圆柱形，所述下冲头穿过所述下模板，所述上冲头与所述下冲头同轴线，所述上模能够嵌套在所述上冲头和所述下冲头上；本发明的目的是提供一种全加热钢管加厚成型液压机，通过上下冲头、上模以及下模板的结合，使得钻杆在加工后能够实现外模与内冲头的脱模问题，同时在进行合模的过程中，利用定位机构能够保证钻杆准确的进入模内，保证加工效果。

Description

一种全加热钢管加厚成型液压机

技术领域

本发明涉及钻杆回收利用装置技术领域，具体涉及一种全加热钢管加厚成型液压机。

背景技术

在建筑行业中，钻杆是打桩开孔必不可少的一个部件，随着钻杆的使用，对于废旧的钻杆来说，对其再加工能够更大价值的使用。目前对废旧钻杆的再加工方式大致有两种：

其一，将钻杆的一端加热，通过对开模夹紧未加热部分，利用冲头镦锻加热部分，将加热部分的钢管壁厚加厚，加厚成型后冲头退回，将冲头与加厚后的钢管分离。夹紧、成型模具采用对开模。

其二，采用全加热的方式，但是现有的这种加工方式因只有加厚部分，没有可夹紧的部位，镦锻成型后无法将冲头与加厚后的钢管分离，并且因采用对开成型模具，成形后的坯料存在飞边，需增加工序打磨飞边，效率低，成本高。

本申请则综合考虑，对液压机的结构进行改进，使得采用全加热的方式进行加工时，能够有效解决外模和内冲头的脱模问题，降低后续的加工成本；此外对应全加热的工艺来说，钻杆受热面积大，其产生变形的的程度也相对较大，另外由于是废旧钻杆，因此其本身也存在变形，因此对于钻杆的定位也是本申请所面临的一个问题。

考虑到钻杆是圆柱状的，并且钻杆在加工的过程中还会伴随一定的位移，现有技术中，对应圆柱状的管状结构通常采用的定位方式是利用多个周向分布的钢珠抵紧在管道的外壁；例如中国专利库里公开了一种“飞机壁板高锁螺栓压入装置”，专利号为201610191275.7，其内涉及了一种定位机构，即其采用弹簧板球的结构实现对高锁螺栓夹紧，其中弹簧板球可看出一个钢球和一个弹簧相结合，并利用四个弹簧板球形成周向的四个大小相同的弹力实现高锁螺栓的自动定位以保证中心位置的准确性；虽然这种方式能够实现定位的作用，但是考虑到螺栓的体积和钻杆的体积不在一个层次上，钢球收到钻杆的推动后，由于弹簧是一种柔性的抵紧，钢球依旧会相对于钻杆径向移动，而其一旦移动，定位则会产生偏差。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种全加热钢管加厚成型液压机，通过上下冲头、上模以及下模板的结合，使得钻杆在加工后能够实现外模与内冲头的脱模问题，同时在进行合模的过程中，利用定位机构能够保证钻杆准确的进入模内，保证加工效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种全加热钢管加厚成型液压机，包括液压机本体，所述液压机本体上固定有下模板，所述液压机本体上还设置有能够上下移动的上冲头、下冲头以及上模，所述上冲头与所述下冲头均为圆柱形，所述下冲头穿过所述下模板，所述上冲头与所述下冲头同轴线，所述上模能够嵌套在所述上冲头和所述下冲头上；所述上模靠近所述下模板的端部安装有用于定位工件的定位单元；

当该液压机进行合模前，管状的工件嵌套在上冲头上；当该液压机合模时，所述上冲头抵紧在所述下冲头上，所述上模抵紧在所述下模板上。

优选地，所述上模开设有供所述上冲头滑动的圆柱形腔室，该腔室的内径与所述上冲头的外径相同且大于所述下冲头的外径；

当工件未进行全加热时，工件的内径大于所述下冲头的外径，工件的外径小于所述腔室的内径。

优选地，所述下模板上开设有供所述定位单元置入的让位槽；所述定位单元包括固定在所述上模上的基环和设置在所述基环内的若干个沿周向均匀分布的定子，所述基环内开设有供所述定子转动的基槽；

所述基槽为球形槽，该基槽对应的球体为球缺，且该球缺的底面半径小于球的半径；所述定子为椭球体被两个平行的平面截除后剩下的部分，且被两个平行的平面截除后在椭球体上形成的两个底面均为长短轴相同的椭圆形；

所述定子对应的椭球体的球心与所述基槽对应的球体的球心重合，所述定子对应的椭球体的长轴与所述基槽对应的球体的直径相同；所述定子对应的椭球体的外周壁到所述上模的腔室的轴线的垂直距离大于工件的外径且小于腔室的内径。

优选地，所述基槽设置有两个对称布置的弹簧，所述弹簧的一端固定在所述基槽上，所述弹簧的另一端固定在所述定子上；

所述基环内设置有牵拉电机，所述牵拉电机的输出轴与所述定子之间设置有拉绳，所述拉绳的一端固定在定子靠近弹簧的位置处且位于两个弹簧之间。

优选地，所述液压机本体上还设置有冷却系统，用于冷却上模和下模板。

优选地，所述冷却系统为冷风机，所述冷风机上连接有若干个管道，这些管道延伸到上模和下模板处。

优选地，所述液压机本体包括工作台，所述工作台上设置有若干个导向柱，所述导向柱的顶部固定有上梁，所述上梁与所述工作台之间从上之下依次设置有主滑块和合模滑块；

所述上梁上固定有用于驱动所述主滑块移动的主缸，所述上梁上设置有若干个用于驱动合模滑块的合模缸，所述工作台上设置有用于驱动所述下冲头移动的顶出缸；所述上冲头固定在所述主滑块上的，所述上模固定在所述合模滑块上。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用上冲头、下冲头、上模以及下模板的相互配合，规避了传统的加工方式没有夹紧机构，无法将冲头与加厚后的钻杆分离的问题，同时避免了采用传统对开成型模具所带来的加工成本，提高了制作后形成的毛坯的精度，不需后续的打磨处理，提高了效率。

(2)本发明利用同轴设置的下冲头、上冲头以及上模的腔室，一方面提高了加工的精度，另一方面，由于钻杆需要进入上模的腔室内，同时受于钻杆的热变形以及钻杆长期使用后所产生的变形，因此需要对钻杆进行定位，而本申请中的定位单元利用基环与定子的相互配合，使得在对钻杆进行定位的同时能够适应钻杆自身产生变形所导致的轴线偏移，进而保证钻杆能够准确的插入上模内，另外定位单元在定位的同时还能够避免定子相对于钻杆产生径向移动，因此能够强行的对钻杆进行定位，保证钻杆顺利进入上膜内。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明实施例提供的一种全加热钢管加厚成型液压机的结构示意图；

图2为定位单元与下模板的结构示意图；

图3为定位单元进入下模板内后的结构示意图；

图4为定子的结构示意图；

图5为牵拉电机与基环的结构示意图；

图6为图5中A部的放大图；

图7为工件与定位单元接触的示意图；

图8为现有结构的一种定位方式；

图9为图8中工件偏移后的示意图；

图10为现有结构的另一种定位方式；

图11为椭圆的切线变化；

图12为圆的切线变化；

图13为该液压机的动作流程一；

图14为该液压机的动作流程二；

图15为该液压机的动作流程三；

图16为该液压机的动作流程四；

图17为该液压机的动作流程五；

图18为该液压机的动作流程六。

附图标记说明：1-上梁、2-主缸、3-合模缸、4-主滑块、5-合模滑块、6-上冲头、7-上模、8-定位单元、81-基环、811-基槽、812-内螺纹孔、82-定子、83-牵拉电机、831-拉绳、9-下模板、91-让位槽、10-下冲头、11-工作台、12-顶出缸、13-工件。

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。

实施例：如图1所示，本发明提供了一种全加热钢管加厚成型液压机，将回收后的工件13(即钻杆)进行切段后，全加热形成毛坯，为了方便说明，下述所述的钻杆都是指未进行全加热的钻杆，同时在本实施例中，给出一种废旧钻杆的规格，其长度在6-8m，外径89mm，壁厚8mm，一般可按照每段400mm进行切段，也可采用其他的切段尺寸。

该加厚成型液压机包括液压机本体，其中所述液压机本体上固定有下模板9，所述液压机本体上还设置有能够上下移动的上冲头6、下冲头10以及上模7，所述上冲头6与所述下冲头10均为圆柱形，所述下冲头10穿过所述下模9板，所述上冲头6与所述下冲头10同轴线，所述上模7能够嵌套在所述上冲头6和所述下冲头10上，且上模7上开设有供所述上冲头6滑动的圆柱形腔室，该腔室的内径与所述上冲头6的外径相同且大于所述下冲头10的外径，该腔室与上冲头6也同轴，下模板9上开设用供下冲头穿过的通孔，该通孔的内径与下冲头10的外径相同；

当工件13未进行全加热时，工件13的内径大于所述下冲头10的外径，工件13的外径小于所述腔室的内径，工件13嵌套在上冲头6上；当该液压机合模时(此时钻杆已被加热了)，所述上冲头6抵紧在所述下冲头10上，所述上模7抵紧在所述下模板9上，加工后的工件13的内径与下冲头10的外径相同，加工后的工件13的外径与腔室的内径相同。

进一步的，结合图1，液压机本体包括工作台11，所述工作台11上设置有若干个导向柱14，所述导向柱14的顶部固定有上梁1，所述上梁1与所述工作台11之间从上之下依次设置有主滑块4和合模滑块5；所述上梁1上固定有用于驱动所述主滑块4移动的主缸2，所述上梁1上设置有若干个用于驱动合模滑块5的合模缸3，所述工作台11上设置有用于驱动所述下冲头10移动的顶出缸12；所述上冲头6固定在所述主滑块4上的，所述上模7固定在所述合模滑块5上。

该液压机本体上还设置有冷却系统(图中未画)，用于冷却上模7和下模板9，冷却系统为冷风机，所述冷风机上连接有若干个管道，这些管道延伸到上模7和下模板9处，至于冷风机和管道的位置，本申请不做限定，其位置可根据实际自行设置，只要不影响合模即可，例如管道可采用现有机床上使用的冷却液管道，方便管道的位置变换。

考虑到是对废旧的钻杆进行全加热加工，因此钻杆的变形呈度较高，进而导致其同轴度较差，由于本申请采用的是同轴的上下冲头对合方式进行合模，因此想要实现合模，需要保证嵌套在下冲头10上的钻杆能够准确的进入上模7的腔室内，此外下冲头10的外径小于钻杆的内径，就算钻杆同轴度较高，当其嵌套在下冲头10上时也可能会产生轴线偏移，使得钻杆的轴线与腔室的轴线不同轴，当上模7下移时，钻杆很可能抵紧在上模7的端部而无法准确进入腔室内，因此本申请还需要设置一个定位单元8对钻杆进行引导；

如图2和图3所示，所述上模7靠近所述下模板9的端部安装有定位单元8，所述下模板9上开设有供所述定位单元8置入的让位槽91，让位槽91的作用是保证上模7能够抵紧在下模板9上，如图3所示，当上模7抵紧在下模板9上时，定位单元8置于让位槽91内；让位槽为环形槽，其内径大于腔室的内径。

所述定位单元8包括固定在所述上模7上的基环81和设置在所述基环81内的若干个沿周向均匀分布的定子82(定子82的数量最好在四个以上)，所述基环81内开设有供所述定子82转动的基槽811，基环81可通过螺纹连接的方式固定在上模7上，例如基环81上可开设一个内螺纹孔812；

所述基槽811为球形槽，该基槽11对应的球体为球缺(球缺是指球被一个平面截除后剩下的部分)，且该球缺的底面半径小于球的半径；所述定子82为椭球体被两个平行的平面截除后剩下的部分，且被两个平行的平面截除后在椭球体上形成的两个底面均为长短轴相同的椭圆形，如图4、图2中的定子82所示，其中图2中的定子82为其主视图，图4为定子82的侧视图；

所述定子82对应的椭球体的球心与所述基槽811对应的球体的球心重合，所述定子82对应的椭球体的长轴与所述基槽811对应的球体的直径相同；结合图2，该种设置，使得定子82能够沿着箭头J1产生旋转，而不能产生箭头J2方向上的位移，进而避免了定子82在定位时产生相对于钻杆的径向位移，能够对钻杆进行强行定位，另外为了避免产生J1转动时，定子82脱离基槽811，可在基槽811的端口处设置一圈凸出于基槽811内壁的挡环，进而对定子82进行限位，此外为了保证定子82在基槽811内的位置，基槽811内设置有两个对称布置的弹簧，所述弹簧的一端固定在所述基槽811上，所述弹簧的另一端固定在所述定子82上；考虑到钻杆加热后会产生热变形，所述定子82对应的椭球体的外周壁到所述上模7的腔室的轴线的垂直距离(图2中D所示)大于工件13的外径且小于腔室的内径，D可在实际设置时略大于钻杆的外径，以补偿钻杆加热后产生的热膨胀(需要注意这种热膨胀所带来的外径变化并不会很大)；

根据上述D是小于腔室内径的，因此若在图2的状态下，定位单元8是无法进入到让位槽91内，因此也无法保证上模7能够抵紧在下模板9，结合定子82和基槽811的结构特点，定子82除了能够产生箭头J1的转动外，还能够产生J3的转动，结合定子82是椭球体被两个平行的平面截除后剩下的部分，因此可在基环81内设置一个牵拉机构，实现定子82的转体，进而使得定位单元8能够进入让位槽91内，如图3所示，定子82产生J3转动后能够进入让位槽91内；

结合图2和图5，在基环81内设置有牵拉电机83，为了实现定子82的回位，牵拉电机83的输出轴与所述定子82之间设置有拉绳831，所述拉绳831的一端固定在定子82靠近弹簧的位置处且位于两个弹簧之间，此外弹簧还会在定子82产生箭头J1和J4转动时对定子82进行复位，根据上述的复位，弹簧会产生轴线的偏移，因此为了提高弹簧的复位能力，弹簧采用两个圆柱弹簧嵌套的结构，即在一个基槽811内的每个弹簧由两个圆柱弹簧嵌套在一起组成，并且这两个圆柱弹簧的螺旋方向相反，以提高弹簧的复位能力。

为了更进一步的说明本申请，如图7所示，当钻杆产生偏移时，随着上模7的下移，钻杆会抵紧在定子82上，一方面利用定子82外形椭圆具有的弧面，基槽811的内径可以做到比上模7的腔室的内径大，进而能够适应钻杆更大范围的偏移，另一方面，利用定子82外形椭圆具有的弧面的曲率，能够引导钻杆位置的定位，使其能准确进入腔室内，同时利用定子82能够产生J1的转动，使得钻杆在抵紧在定子82上时，定子82能够产生转动(如图7的虚线椭圆)，进而产生一种缓冲效果，降低钻杆靠近定子82的端部产生较大形变，当定子82产生转动后，随着上膜7的进一步下移，定子82能够自动跟随钻杆进行转动，进而朝向回位到图7中实线椭圆的位置，进而将钻杆引导到腔室内进行下一步的合模工作。

另外结合图8至图12，我们对现有的结构与本发明的结构进行简单的对比分析：

如图8和图9所示，该结构与背景技术中一种“飞机壁板高锁螺栓压入装置”结构相似，即采用多个周向分布的滚珠进行定位，如图8所示，可以看出该种结构能够实现定位，但是考虑钻杆的重量和尺寸较大，当钻杆弯曲时，如图9所示，钻杆会抵在滚珠上，钻杆在弹簧的作用下会引导钻杆进入腔室内，当促使钻杆在下冲头上复位(即保持与腔室同轴)的力很大时，滚珠会产生相对于钻杆的径向位移，进而无法强行定位，而此时的钻杆还是偏移的状态，若这种偏移状态使得钻杆的复位不充分，钻杆依旧会抵紧在上模上而影响上模的下移，同时还会使得钻杆的端部产生变形；

如图10所示，若取消弹簧，虽然能够实现强行定位，但是滚球无法移动，进而无法进入让位槽内，进一步的在图10的基础上，该滚珠采用类似本申请的定子的结构，即也使用两个平行面截取滚珠，并使用牵拉电机使其转动，虽然能够解决进入让位槽的问题，但是，由于滚珠的外壁曲率相同，因此滚珠无法产生类似本申请中J1的转动所带来的缓冲效果(当本申请的定子产生J1的转动时，由于其曲率不同，因此其会扩大钻杆与定子接触点到下冲头轴线之间的距离，进而形成缓冲距离，如图7中实线和虚线椭圆)；

进一步结合椭圆结构的特点，如图11和图12，当钻杆在X方向上产生同样的位移时，在钻杆与定子的接触点的切线会更快的近于90度，而切线越接近90度则越容易引导钻杆进入腔室内。

使用时，顶出缸12顶出，驱动下冲头10上行，至位置下冲头10上平面距下模板9的距离与工件13等高停止；将加热好的工件13套入下冲头10；合模缸3驱动合模滑块5和上模7一起下行，在此期间定位单元8对钻杆进行定位，使其顺利进入腔室内，当钻杆一部分进入腔室内后，牵拉电机83拉动定子82转动，至上模7与下模板9接触完成合模动作；主缸2驱动主滑块4和上冲头6一起向下运动，合模缸3溢流以保证上模7有适当的合模力，当上冲头6与工件13和下冲头10接触后继续加压下行，顶出缸12泄压，下冲头10随上冲头6一起下行运动，至工件13加厚成型上冲头6停止加压下行；合模缸3回程驱动合模滑块5和上模7一起向上运动，将工件13与腔室分离；顶出缸12退回，带动下冲头10一起向下运动，到下冲头10上面低于下模板9上平面止，将工件13与下冲头10分离；主缸2回程带动主滑块5、上冲头6、合模缸3、合模滑块5、上模7一起上行至初始位，同时牵拉电机83反转，定子82在弹簧作用下回位，，完成一个工艺循环。

为了进一步说明整个工作流程，如图13-图18所示，对整个工作过程进行了简化的示意：

图13代表下冲头10顶出，工件13放入下冲头10；

图14代表上模7、上冲头6下行至合模状态；

图15代表上冲头6加压下行，下冲头10随动下行，至产品成型；

图16代表上模7上行，开模；

图17代表下冲头10下行脱模；

图18代表上模7、上冲头6回程，取出工件13。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种全加热钢管加厚成型液压机，包括液压机本体，其特征在于，所述液压机本体上固定有下模板，所述液压机本体上还设置有能够上下移动的上冲头、下冲头以及上模，所述上冲头与所述下冲头均为圆柱形，所述下冲头穿过所述下模板，所述上冲头与所述下冲头同轴线，所述上模能够嵌套在所述上冲头和所述下冲头上；所述上模靠近所述下模板的端部安装有用于定位工件的定位单元；

当该液压机进行合模前，管状的工件嵌套在上冲头上；当该液压机合模时，所述上冲头抵紧在所述下冲头上，所述上模抵紧在所述下模板上；

所述上模开设有供所述上冲头滑动的圆柱形腔室，该腔室的内径与所述上冲头的外径相同且大于所述下冲头的外径；

当工件未进行全加热时，工件的内径大于所述下冲头的外径，工件的外径小于所述腔室的内径；

所述下模板上开设有供所述定位单元置入的让位槽；所述定位单元包括固定在所述上模上的基环和设置在所述基环内的若干个沿周向均匀分布的定子，所述基环内开设有供所述定子转动的基槽；

所述基槽为球形槽，该基槽对应的球体为球缺，且该球缺的底面半径小于球的半径；所述定子为椭球体被两个平行的平面截除后剩下的部分，且被两个平行的平面截除后在椭球体上形成的两个底面均为长短轴相同的椭圆形；

所述定子对应的椭球体的球心与所述基槽对应的球体的球心重合，所述定子对应的椭球体的长轴与所述基槽对应的球体的直径相同；所述定子对应的椭球体的外周壁到所述上模的腔室的轴线的垂直距离大于工件的外径且小于腔室的内径。

2.如权利要求1所述的一种全加热钢管加厚成型液压机，其特征在于，所述基槽设置有两个对称布置的弹簧，所述弹簧的一端固定在所述基槽上，所述弹簧的另一端固定在所述定子上；

所述基环内设置有牵拉电机，所述牵拉电机的输出轴与所述定子之间设置有拉绳，所述拉绳的一端固定在定子靠近弹簧的位置处且位于两个弹簧之间。

3.如权利要求2所述的一种全加热钢管加厚成型液压机，其特征在于，所述液压机本体上还设置有冷却系统，用于冷却上模和下模板。

4.如权利要求3所述的一种全加热钢管加厚成型液压机，其特征在于，所述冷却系统为冷风机，所述冷风机上连接有若干个管道，这些管道延伸到上模和下模板处。

5.如权利要求1所述的一种全加热钢管加厚成型液压机，其特征在于，所述液压机本体包括工作台，所述工作台上设置有若干个导向柱，所述导向柱的顶部固定有上梁，所述上梁与所述工作台之间从上之下依次设置有主滑块和合模滑块；

所述上梁上固定有用于驱动所述主滑块移动的主缸，所述上梁上设置有若干个用于驱动合模滑块的合模缸，所述工作台上设置有用于驱动所述下冲头移动的顶出缸；所述上冲头固定在所述主滑块上的，所述上模固定在所述合模滑块上。

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