CN113048966A - 高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管及其制造方法，属于高精密零部件技术领域。它解决了现有的陀螺仪的灵敏度、体积补偿一致性、弹性迟滞还存在诸多不足的问题。本高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管，包括由青铜材质制成的管体，管体由无缝管坯经液压成型制成，具有4‑6个结构尺寸一致的环形波纹且两端是直壁端接口，管体的具体尺寸限定为：管体的外径为23±0.2mm，管体的内径16±0.2mm，管体的整体长度为6.8～7mm，管体的接口尺寸为16.2～16.3mm，管体的壁厚为0.06～0.07mm，管体的刚度为6±0.6N/mm。与现有技术相比，本波纹管的因为采用了多道工艺，所以相较于普通产品灵敏度更高、位移量更大、使用寿命更长，具有高弹性、回复性好等优点。

Description

高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管及其制造方法

技术领域

本发明属于高精密零部件技术领域，涉及一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管及其制造方法。

背景技术

液浮陀螺仪是惯性导航系统中应用极为广泛的一种陀螺仪，它属于框架式陀螺，其高速旋转的陀螺转子是由陀螺马达驱动的。液浮陀螺仪的主要特点是转子密封在充有惰性气体的浮球(或浮筒)内，而浮球悬浮于氟油之中，通过精确的静平衡以及温度控制，使浮球所受的浮力与该组件的重力完全平衡，从而保证浮球定位用的宝石轴承上的摩擦力矩降到极微小的程度。其具有精度高、可靠性高、环境适应能力强等优点，但结构比较复杂，生产成本较高，因此主要适用于精度要求高、环境条件恶劣的载体和系统中，包括飞机、舰船、火箭、车辆等载体及系统。

作为液浮陀螺仪的关键零部件，波纹管在系统中补偿陀螺仪内由于温度变化引起的浮液体积变化。使用时在金属波纹管内部充入液态介质，通过压缩波纹管来控制内部体积发生变化，体积变化再反馈到控制系统中，从而稳定陀螺仪控制精度。因此，波纹管体积补偿量的一致性和快速响应能力是决定系统精度和速度的重要因素。

目前，专门应用于液浮陀螺仪内的金属波纹管的灵敏度、体积补偿一致性、弹性迟滞还存在很大的提升空间，如何设计并加工出精密度高的金属波纹管，一直是行业内的研究方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有的液浮陀螺仪的灵敏度、体积补偿一致性、弹性迟滞还存在诸多不足的问题，而提出的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管及制造方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管，包括由青铜材质制成的管体，管体由无缝管坯经液压成型制成，具有4～6 个结构尺寸一致的环形波纹且两端是直壁端接口，其特征在于，该管体的具体尺寸限定为：管体的外径为23±0.2mm，管体的内径16±0.2mm，管体的整体长度为6.8～7mm，管体的接口尺寸为 16.2～16.3mm，管体的壁厚为0.06～0.07mm，管体的刚度为6± 0.6N/mm。

在上述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管中，所述的管体的外径为23mm，管体的内径16mm，管体的整体长度为7mm，管体的接口尺寸为16.2mm，管体的壁厚为0.07mm，管体的刚度为6N/mm。

一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法，包括以下步骤：

步骤(1)：选取青铜材质的平板基材，放入冲床进行落料作业，形成管状基材A；

步骤(2)：取管状基材A，放入管材变径拉伸机中进行多道变径拉伸，形成内径和外径比管状基材A小、长度比管状基材A 长的管状基材B；其中，管状基材A进行每道变径拉伸作业前，都需要进行除油和热处理作业；除油作业的工艺为：将管状基材 A装入除油笼中，浸入除油槽除油；热处理作业的工艺为：将管状基材A放置在专用热处理炉内进行固溶处理，提供750～800℃保持一段时间，再水淬快速冷却；

步骤(3)：取管状基材B，放入复合旋薄设备中进行多道周期性旋薄工艺，得到内径与管状基材B内径一致、厚度比管状基材B薄、长度比管状基材B长的管状基材C；

步骤(4)：取管状基材C先进行上述除油作业，再放入专用车管机上割去废边，得到管状基材D，然后进行上述热处理作业；

步骤(5)：将管状基材D放入液压成型模具中，通过胀形和挤压制形成波纹管形状的半成品A；该过程中注入液压油的压力值为5.5～7MPa；

步骤(6)：取半成品A，进行上述除油作业，然后将半成品A 放入专用割边机上割去废边，并保留两端废边，得到半成品B；

步骤(7)：取半成品B，对其表面用液碱煮沸4～5小时以疏松氧化层，得到半成品C；

步骤(8)：将半成品C放置于800～900℃的温度下热处理5 分钟，然后将半成品C放入到整形模具中，在6～6.5MPa的压力下注入液压油，完成整形工艺，得到半成品D；

步骤(9)：对半成品D进行酸洗、钝化处理以将其表面氧化层除去，得到半成品E；第一次道酸洗所用到化合物的浓度比例为4～5％硫酸、7～8％硝酸、14～16％盐酸、其余为水；

步骤(10)：将波纹管用专用时效模板装夹好，然后将半成品 E放入到真空炉中做时效处理，让半成品E变为尖型态的半成品F；

步骤(11)：先用硫酸、硝酸的混合酸清洗半成品F的表面氧化层，再用铬酸钝化液进行对半成品F钝化处理，使半成品F变成表面覆盖一层致密光亮防氧化层的半成品G；

步骤(12)：采用氦质谱检漏，检测出漏率小于1×10^8Pa·m3 /s的半成品G为检漏合格品；

步骤(13)：将检漏合格品进行老化试验，保持温度为340± 5℃，并保温1小时，内外表面干净的检漏合格品为老化试验合格品；

步骤(14)：通过肉眼观察老化试验合格品，无明显外观缺陷的即为波纹管成品。

在上述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法中，所述的液压成型模具包括若干间隔周期设置的模板和定位契，模板的中心开设有与管状基材D外径一致的通孔，模板的两端面还设有口径尺寸大于通孔的型腔孔，使通孔呈现中间端口径小、两端口径大的阶梯型，通孔的中间端用于成型波纹管的波谷，相邻两模板相互朝向的型腔孔与两者的之间的定位契所形成的整体腔体用于成型波纹管的波峰。

在上述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法中，所述的整形模具包括若干叠放设置的整形模片，整形模片的中心开设有与半成品C外径一致的穿孔，整形模片的两端面还开设有口径尺寸大于穿孔的整形孔，使穿孔呈现中间端口径小、两端口径大的阶梯型，整形模片采用软性可形变材质制成，随着一侧压力的提供整形模片会被挤压产生形变从而带动半成品 C完成整形。

在上述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法中，所述的复合旋薄设备包括架体、固定设置在架体上的若干限位杆、升降设置在限位杆上的上基座、固定设置在架体上并与上基座上下对齐的下基座、转动设置在上基座上的转盘、等间隔圆周分部在转盘下方的8个芯杆、等间隔圆周设置在下基座上方的8个用于完成旋薄拉伸作业的旋薄部件，旋薄部件与芯杆数量在工作过程中上下一一对齐；架体上还对称固定设有两个立架，立架上设有磁性定位体，两个磁性定位体对称面向设置，转盘的周壁等间隔圆周设置有8个吸磁定位体，当磁性定位体与吸磁定位体处于同一高度下时磁性定位体会与邻近的吸磁定位体对齐。

在上述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法中，所述的架体上还固定设有一侧架，侧架上设有周期运转部件、升降变速箱、旋转变速箱，升降变速箱的输出轴端部连接有一竖直设置的丝杆，丝杆与上基座以螺纹形式连接，丝杆正反转动后用以驱动上基座的升降，旋转变速箱的输出轴连接有一旋转驱动齿轮，转盘与上基座之间通过转轴转动连接，转轴的底部固定设置在转盘上，上基座上开设有一穿孔，且转盘穿过穿孔且其顶端设有一旋转从动齿轮，穿孔内设有一圈环槽，转轴上设有一圈外环，外环处于环槽内以实现上基座与转盘之间相对高度固定，当上基座移动到最高位置处时旋转驱动齿轮与旋转从动齿轮对接啮合，侧架上还设置有一周期运转部件，该周期运转部件在一个驱动周期内能实现丝杆正转、旋转驱动齿轮转动、丝杆反转、空挡这四道步骤。

在上述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法中，所述的升降变速箱具有两根输入轴和一根输出轴，升降变速箱的两根输入轴输入正转动力时输出轴分别输出正转、反转两种形式，所述的周期运转部件包括固定设置的驱动元件、与驱动元件对接的驱动变速箱、与驱动变速箱输出轴对接的驱动轴体、固定套设在升降变速箱的一根输入轴上的正转齿轮、固定套设在旋转变速箱的输入轴上的旋转齿轮、固定套设在升降变速箱的另一根输入轴上的反转齿轮；正转齿轮、旋转齿轮、反转齿轮处于不同的平行平面，驱动轴体的侧壁上设有若干齿体，边缘两个齿体的角间距为90°，齿体的高度横跨正转齿轮、旋转齿轮、反转齿轮所在平面并能与三者啮合；将正转齿轮的转轴到驱动轴体的转轴所在的平面定义成A平面，旋转齿轮的转轴到驱动轴体的转轴所在的平面定义成B平面，将反转齿轮的转轴到驱动轴体的转轴所在的平面定义成C平面，则A平面与B平面相会垂直，B 平面与C平面相互垂直，A平面和C平面处于同一平面；当驱动轴体旋转一周圈后：驱动轴体先带动正转齿轮旋转90°然后与其脱离，然后会带动旋转齿轮旋转90°然后与其脱离，接着会带动反转齿轮旋转90°然后与其脱离，最后空转90°且此时与三者均脱离；正转齿轮旋转90°后通过升降变速箱的作用使得丝杆带动上基座从最低位置移动到最高位置以将工件移出工位外，旋转齿轮旋转90°后通过旋转变速箱的作用使得转轴带动转盘转动 45°，反转齿轮旋转90°后通过升降变速箱的作用使得丝杆带动上基座从最高位置移动到最低位置以将工件移入工位内。

与现有技术相比，本波纹管的因为采用了多道工艺，所以相较于普通产品灵敏度更高、位移量更大、使用寿命更长，具有高弹性、回复性好等优点；另外，采用了复合旋薄设备才制造管坯，成品的精度会更高，而且加工的效率相比之前会更快。

附图说明

图1是本波纹管的侧向截面示意图；

图2是管体的结构示意图；

图3是复合旋薄设备的结构示意图；

图4是驱动轴体、正转齿轮、旋转齿轮、反转齿轮的结构示意图；

图5是液压成型模具的结构示意图；

图6是整形模具的结构示意图；

图中，1、架体；2、限位杆；3、上基座；4、下基座；5、转盘；6、芯杆；7、旋薄部件；8、立架；9、磁性定位体；10、吸磁定位体；11、侧架；12、周期运转部件；13、升降变速箱；14、旋转变速箱；15、丝杆；16、旋转从动齿轮；17、驱动元件；18、驱动变速箱；19、驱动轴体；20、正转齿轮；21、旋转齿轮；22、反转齿轮；23、齿体；24、旋转驱动齿轮；25、管体；26、模板； 27、定位契；28、通孔；29、型腔孔；30、整体腔体；31、整形模片；32、穿孔；33、整形孔。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管包括管体25，管体25由无缝管坯经液压成型制成，具有4-6 个结构尺寸一致的环形波纹且两端是直壁端接口，管体25的具体尺寸限定为：管体25的外径为23±0.2mm，管体25的内径16 ±0.2mm，管体25的整体长度为6.8～7mm，管体25的接口尺寸为16.2～16.3mm，管体25的壁厚为0.06～0.07mm，管体25的刚度为6±0.6N/mm。

作为优选，管体25的外径为23mm，管体25的内径16mm，管体25的整体长度为7mm，管体25的接口尺寸为16.2mm，管体 25的壁厚为0.07mm，管体25的刚度为6N/mm。

最终得到的产品参数如下：

外径：Φ23±0.2mm；

内径：Φ16±0.2mm；

整体长度：7-0.2mm；

接口尺寸：Φ16.3_-0.1mm；

产品壁厚：0.07_-0.01mm；

刚度：6±0.6N/mm；

真空漏率测试：真空压力0.09MPa下无泄漏；

单波体积补偿量：0.17cm³；

最大轴向位移：3mm，单波位移量大于0.58mm；

使用寿命：波纹管反复压缩行程3mm，寿命大于10000次。

考虑到产品的使用特性，结合铍青铜材质良好的综合性能，其力学性能，即强度、硬度、耐磨性和耐疲劳性居铜合金之首，其导电、导热、无磁、抗火花等性能其他铜材无法与之相比，在经过时效热处理后，其强度及电导率明显上升，可以确保波纹管具有稳定的性能。因此本产品的基材选用铍青铜材质作为制造波纹管的原材料。

一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法，包括以下步骤：

步骤(1)：选取青铜材质的平板基材，放入冲床进行落料作业，形成管状基材A；

步骤(2)：取管状基材A，放入管材变径拉伸机中进行多道变径拉伸，形成内径和外径比管状基材A小、长度比管状基材A 长的管状基材B；其中，管状基材A进行每道变径拉伸作业前，都需要进行除油和热处理作业；除油作业的工艺为：将管状基材 A装入除油笼中，浸入除油槽除油；热处理作业的工艺为：将管状基材A放置在专用热处理炉内进行固溶处理，提供750～800℃保持一段时间，再水淬快速冷却；经过除油后的管状基材A上无漆膜和无碱液附着，无滑腻感，干燥后管坯上无白色碱霜附着；

步骤(3)：取管状基材B，放入复合旋薄设备中进行多道周期性旋薄工艺，得到内径与管状基材B内径一致、厚度比管状基材B薄、长度比管状基材B长的管状基材C；

步骤(4)：取管状基材C先进行上述除油作业，再放入专用车管机上割去废边，得到管状基材D，然后进行上述热处理作业；

步骤(5)：将管状基材D放入液压成型模具中，通过胀形和挤压制形成波纹管形状的半成品A；该过程中注入液压油的压力值为5.5～7MPa；

步骤(6)：取半成品A，进行上述除油作业，然后将半成品A 放入专用割边机上割去废边，并保留两端废边，得到半成品B；

步骤(7)：取半成品B，对其表面用液碱煮沸4～5小时以疏松氧化层，得到半成品C；

步骤(8)：将半成品C放置于800～900℃的温度下热处理5 分钟，然后将半成品C放入到整形模具中，在6～6.5MPa的压力下注入液压油，完成整形工艺，得到半成品D；

步骤(9)：对半成品D进行酸洗、钝化处理以将其表面氧化层除去，得到半成品E；第一次道酸洗所用到化合物的浓度比例为4～5％硫酸、7～8％硝酸、14～16％盐酸、其余为水；

步骤(10)：将波纹管用专用时效模板装夹好，然后将半成品 E放入到真空炉中做时效处理，让半成品E变为尖型态的半成品F；

步骤(11)：先用硫酸、硝酸的混合酸清洗半成品F的表面氧化层，再用铬酸钝化液进行对半成品F钝化处理，使半成品F变成表面覆盖一层致密光亮防氧化层的半成品G；

步骤(12)：采用氦质谱检漏，检测出漏率小于1×10^8Pa·m3 /s的半成品G为检漏合格品；

步骤(13)：将检漏合格品进行老化试验，保持温度为340± 5℃，并保温1小时，内外表面干净的检漏合格品为老化试验合格品；

步骤(14)：通过肉眼观察老化试验合格品，无明显外观缺陷的即为波纹管成品。

如图5所示，液压成型模具包括若干间隔周期设置的模板26 和定位契27，模板26的中心开设有与管状基材D外径一致的通孔28，模板26的两端面还设有口径尺寸大于通孔28的型腔孔29，使通孔28呈现中间端口径小、两端口径大的阶梯型，通孔28的中间端用于成型波纹管的波谷，相邻两模板26相互朝向的型腔孔 29与两者的之间的定位契27所形成的整体腔体30用于成型波纹管的波峰。

成型时，需要先将模板26和定位契27按照周期的间隔安装好，然后放入管状基材D，并将液压成型模具的型腔与外界封闭，然后冲管状基材D的管内通入液压油，达到足够的压力值后管状基材D会被挤压向外膨胀，从而往整体腔体30的方向内膨胀，形成波纹管形状。

如图6所示，整形模具包括若干叠放设置的整形模片31，整形模片31的中心开设有与半成品C外径一致的穿孔32，整形模片31的两端面还开设有口径尺寸大于穿孔32的整形孔33，使穿孔32呈现中间端口径小、两端口径大的阶梯型，整形模片31采用软性可形变材质制成，随着一侧压力的提供整形模片31会被挤压产生形变从而带动半成品C完成整形。

因为本产品的尺寸很小，所以单纯地采用液压成型模具是没办法完全成型，所以在这里还需要进行二次成型，也就是整形工艺，该工艺中需要用到整形模具，使用过程中，先将整形模片31 一一卡设在已经呈波纹状的半成品C的波峰、波谷内，然后将整个半成品C以及已经装在它上的这些整形模片31放入液压成型模具的模具型腔内，然后直接从一侧通过压块施加压力，在压块的作用下，因为整形模片31是软性的，所以半成品C以及套设在它上的这些整形模片31也会同步被挤压缩减，压型完成后冷却完将整形模片31拆开后，半成品C就完成了整形工艺。

采用以上工艺流程的成品攻克了超薄壁无缝管坯的制造工艺，通过复合旋薄设备进行的滚压拉伸方式，制得壁厚均匀性好的超薄壁无缝管坯，确保本产品具有低刚度、高灵敏特性。

另外，由于该波纹管主要使用的特性是压力——体积转换和大位移量，通过挤压波纹管促使内部体积出现变化而获得所需的特性参数。这就需要波纹管具有很好的压力——体积转换一致性和极大的位移量，为满足该性能，设计波峰为尖型结构，获得较高的灵敏特性和较大的位移量；并在波谷处保留一小段直壁段，波面处从直壁段到波峰处为一段带有一定角度的直线段。综合该系列特性结果可获得一种阶梯型尖波结构的金属波纹管，具有反应灵敏、体积压力传递精确、结构紧凑等优点。

如图3所示，复合旋薄设备包括架体1、固定设置在架体1 上的若干限位杆2、升降设置在限位杆2上的上基座3、固定设置在架体1上并与上基座3上下对齐的下基座4、转动设置在上基座3上的转盘5、等间隔圆周分部在转盘5下方的8个芯杆6、等间隔圆周设置在下基座4上方的8个用于完成旋薄作业的旋薄部件7，旋薄部件7与芯杆6数量在工作过程中上下一一对齐，旋薄部件7用于对管坯进行拉伸作业。

管坯通过外界的震动盘进行输送，进过一定的引导作用后会处于8个工位的中的第一个工位内，此时需要初步下压该工位处的芯杆6，加热后即可进行拉伸工作，然后接下来因为多道拉伸工艺，每次拉伸需要不同的模具型腔，所以本设计采用了8个不同的旋薄部件7来完成这些工序。

相比与传统的采用导杆和导套完成定位，本发明首先对定位的方式做出了以下优化：

架体1上还对称固定设有两个立架8，立架8上设有磁性定位体9，两个磁性定位体9对称面向设置，转盘5的周壁等间隔圆周设置有8个吸磁定位体10，当磁性定位体9与吸磁定位体10 处于同一高度下时磁性定位体9会与邻近的吸磁定位体10对齐。

每当转盘5转动45°后，磁性定位体9会在十分迅速的时间内将与其临近的吸磁定位体10吸附到两者最接近的位置，当两个磁性定位体9和两个最邻近磁性定位体9的吸磁定位体10处于同一直线后，就完成了十分精准的定位，定位的精度高、效率快，相较之前的技术有了很大的提升。

而为了将之前的很多驱动部件和数控系统作出简化，本发明又采用了以下技术方案：

如图3所示，架体1上还固定设有一侧架11，侧架11上设有周期运转部件12、升降变速箱13、旋转变速箱14，升降变速箱13的输出轴端部连接有一竖直设置的丝杆15，丝杆15与上基座3以螺纹形式连接，丝杆15正反转动后用以驱动上基座3的升降，旋转变速箱14的输出轴连接有一旋转驱动齿轮24，转盘5 与上基座3之间通过转轴转动连接，转轴的底部固定设置在转盘 5上，上基座3上开设有一穿孔，且转盘5穿过穿孔且其顶端设有一旋转从动齿轮16，穿孔内设有一圈环槽，转轴上设有一圈外环，外环处于环槽内以实现上基座3与转盘5之间相对高度固定，当上基座3移动到最高位置处时旋转驱动齿轮24与旋转从动齿轮 16对接啮合，侧架11上还设置有一周期运转部件12，该周期运转部件12在一个驱动周期内能实现丝杆15正转、旋转驱动齿轮 24转动、丝杆15反转、空挡这四道步骤。

如图3和图4所示，升降变速箱13具有两根输入轴和一根输出轴，升降变速箱13的两根输入轴输入正转动力时输出轴分别输出正转、反转两种形式。

周期运转部件12包括固定设置的驱动元件17、与驱动元件 17对接的驱动变速箱18、与驱动变速箱18输出轴对接的驱动轴体19、固定套设在升降变速箱13的一根输入轴上的正转齿轮20、固定套设在旋转变速箱14的输入轴上的旋转齿轮21、固定套设在升降变速箱13的另一根输入轴上的反转齿轮22。

正转齿轮20、旋转齿轮21、反转齿轮22处于不同的平行平面，驱动轴体19的侧壁上设有若干齿体23，边缘两个齿体23的角间距为90°，齿体23的高度横跨正转齿轮20、旋转齿轮21、反转齿轮22所在平面并能与三者啮合。

将正转齿轮20的转轴到驱动轴体19的转轴所在的平面定义成A平面，旋转齿轮21的转轴到驱动轴体19的转轴所在的平面定义成B平面，将反转齿轮22的转轴到驱动轴体19的转轴所在的平面定义成C平面，则A平面与B平面相会垂直，B平面与C 平面相互垂直，A平面和C平面处于同一平面。

当驱动轴体19旋转一周圈后：驱动轴体19先带动正转齿轮 20旋转90°然后与其脱离，然后会带动旋转齿轮21旋转90°然后与其脱离，接着会带动反转齿轮22旋转90°然后与其脱离，最后空转90°且此时与三者均脱离；正转齿轮20旋转90°后通过升降变速箱13的作用使得丝杆15带动上基座3从最低位置移动到最高位置以将工件移出工位外，旋转齿轮21旋转90°后通过旋转变速箱14的作用使得转轴带动转盘5转动45°，反转齿轮22旋转90°后通过升降变速箱13的作用使得丝杆15带动上基座3从最高位置移动到最低位置以将工件移入工位内。

从以上技术方案结合附图可以看出：本发明只采用了驱动元件17作为唯一的驱动来源，而且驱动元件17可以单纯地采用普通电机，并不需要伺服电机配合数控，只需要驱动元件17一致处于开启的作用下，驱动元件17就会将动力经过驱动变速箱18的转速缩减后传递给驱动轴体19，驱动轴体19可以将本身的动力以周期间隔地形式依次传递给正转齿轮20、旋转齿轮21、反转齿轮22，接下来经过一定时间的空转(与正转齿轮20、旋转齿轮 21、反转齿轮22均脱离)来实现该次步骤中旋薄部件7对工件进行拉伸工作，至此完成一个周期的作业，以下具体描述整个工作过程：

第一步，驱动轴体19转动后带动正转齿轮20转动，该过程中正转齿轮20将动力传递给升降变速箱13，最终使得丝杆15正转，带动上基座3抬高，同时工件就会同步抬高，当上基座3抬高到最高位置后，驱动轴体19就会与正转齿轮20脱离，且该状态下旋转驱动齿轮24和旋转从动齿轮16对接上；

第二步，驱动轴体19与正转齿轮20已经完全脱离，并与旋转齿轮21对接以带动其转动，该过程中旋转齿轮21将动力和传递给旋转变速箱14，最终通过旋转驱动齿轮24和旋转从动齿轮 16的相互带动而带动转盘5转动，当驱动轴体19与旋转齿轮21 脱离时，转盘5转动了45°切换了一个工位；

第三步，驱动轴体19与旋转齿轮21已经完全脱离，并与反转齿轮22对接以带动其转动，该过程中反转齿轮22将动力传递给升降变速箱13，最终使得丝杆15反转，带动上基座3下降，同时工件工件同步下降，当上基座3下降到最低位置时，工件进入下一个旋薄部件7内，此时驱动轴体19就会与反转齿轮22脱离；

第四步，接着驱动轴体19进行空转状态，不会与正转齿轮 20、旋转齿轮21、反转齿轮22中的任何一者对接，此时工件已经位于旋薄部件7内，在该驱动轴体19转动的过程中，工件将完成拉伸工作。

接下来四个步骤以周期性重复，完成各道拉伸工艺。

所以，这个四个步骤的作业是连贯的，每一个步骤的结束就会自动进入下一个步骤中，过程间接，简化了驱动部件以及数控系统，使得加工的效益更好。

升降变速箱13的两个输入轴均设有棘轮机构，使得正转齿轮 20转动时不会影响到反转齿轮22的逆向转动，而反转齿轮22转动时不会影响到正转齿轮20的逆向转动。

另外，升降变速箱13、旋转变速箱14、驱动变速箱18都是非常成熟的现有技术，本发明不多加阐述它们的运作机理。

通过该复合旋薄设备加工得到的管坯，因为定位更为准确，所以获得的精度也能获得很大的提升，而且加工过程连贯高效，提高了波纹管的生产效率。

应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管，包括由青铜材质制成的管体(25)，管体(25)由无缝管坯经液压成型制成，具有4-6个结构尺寸一致的环形波纹且两端是直壁端接口，其特征在于，该管体(25)的具体尺寸限定为：管体(25)的外径为23±0.2mm，管体(25)的内径16±0.2mm，管体(25)的整体长度为6.8～7mm，管体(25)的接口尺寸为16.2～16.3mm，管体(25)的壁厚为0.06～0.07mm，管体(25)的刚度为6±0.6N/mm。

2.根据权利要求1所述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管，其特征在于：所述的管体(25)的外径为23mm，管体(25)的内径16mm，管体(25)的整体长度为7mm，管体(25)的接口尺寸为16.2mm，管体(25)的壁厚为0.07mm，管体(25)的刚度为6N/mm。

3.一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法，包括以下步骤：

步骤(1)：选取青铜材质的平板基材，放入冲床进行落料作业，形成管状基材A；

步骤(2)：取管状基材A，放入管材变径拉伸机中进行多道变径拉伸，形成内径和外径比管状基材A小、长度比管状基材A长的管状基材B；其中，管状基材A进行每道变径拉伸作业前，都需要进行除油和热处理作业；除油作业的工艺为：将管状基材A装入除油笼中，浸入除油槽除油；热处理作业的工艺为：将管状基材A放置在专用热处理炉内进行固溶处理，提供750～800℃保持一段时间，再水淬快速冷却；

步骤(3)：取管状基材B，放入复合旋薄设备中进行多道周期性旋薄工艺，得到内径与管状基材B内径一致、厚度比管状基材B薄、长度比管状基材B长的管状基材C；

步骤(4)：取管状基材C先进行上述除油作业，再放入专用车管机上割去废边，得到管状基材D，然后进行上述热处理作业；

步骤(5)：将管状基材D放入液压成型模具中，通过胀形和挤压制形成波纹管形状的半成品A；该过程中注入液压油的压力值为5.5～7MPa；

步骤(6)：取半成品A，进行上述除油作业，然后将半成品A放入专用割边机上割去废边，并保留两端废边，得到半成品B；

步骤(7)：取半成品B，对其表面用液碱煮沸4～5小时以疏松氧化层，得到半成品C；

步骤(8)：将半成品C放置于800～900℃的温度下热处理5分钟，然后将半成品C放入到整形模具中，在6～6.5MPa的压力下注入液压油，完成整形工艺，得到半成品D；

步骤(9)：对半成品D进行酸洗、钝化处理以将其表面氧化层除去，得到半成品E；第一次道酸洗所用到化合物的浓度比例为4～5％硫酸、7～8％硝酸、14～16％盐酸、其余为水；

步骤(10)：将波纹管用专用时效模板(26)装夹好，然后将半成品E放入到真空炉中做时效处理，让半成品E变为尖型态的半成品F；

步骤(11)：先用硫酸、硝酸的混合酸清洗半成品F的表面氧化层，再用铬酸钝化液进行对半成品F钝化处理，使半成品F变成表面覆盖一层致密光亮防氧化层的半成品G；

步骤(12)：采用氦质谱检漏，检测出漏率小于1×10^8Pa·m3/s的半成品G为检漏合格品；

步骤(13)：将检漏合格品进行老化试验，保持温度为340±5℃，并保温1小时，内外表面干净的检漏合格品为老化试验合格品；

步骤(14)：通过肉眼观察老化试验合格品，无明显外观缺陷的即为波纹管成品。

4.根据权利要求3所述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法，其特征在于：所述的液压成型模具包括若干间隔周期设置的模板(26)和定位契(27)，模板(26)的中心开设有与管状基材D外径一致的通孔(28)，模板(26)的两端面还设有口径尺寸大于通孔(28)的型腔孔(29)，使通孔(28)呈现中间端口径小、两端口径大的阶梯型，通孔(28)的中间端用于成型波纹管的波谷，相邻两模板(26)相互朝向的型腔孔(29)与两者的之间的定位契(27)所形成的整体腔体(30)用于成型波纹管的波峰。

5.根据权利要求3所述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法，其特征在于：所述的整形模具包括若干叠放设置的整形模片(31)，整形模片(31)的中心开设有与半成品C外径一致的穿孔(32)，整形模片(31)的两端面还开设有口径尺寸大于穿孔(32)的整形孔(33)，使穿孔(32)呈现中间端口径小、两端口径大的阶梯型，整形模片(31)采用软性可形变材质制成，随着一侧压力的提供整形模片(31)会被挤压产生形变从而带动半成品C完成整形。

6.根据权利要求3所述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法，其特征在于：所述的复合旋薄设备包括架体(1)、固定设置在架体(1)上的若干限位杆(2)、升降设置在限位杆(2)上的上基座(3)、固定设置在架体(1)上并与上基座(3)上下对齐的下基座(4)、转动设置在上基座(3)上的转盘(5)、等间隔圆周分部在转盘(5)下方的8个芯杆(6)、等间隔圆周设置在下基座(4)上方的8个用于完成旋薄作业的旋薄装置(7)，旋薄装置(7)与芯杆(6)数量在工作过程中上下一一对齐，旋薄装置(7)用于对管坯进行拉伸作业；架体(1)上还对称固定设有两个立架(8)，立架(8)上设有磁性定位体(9)，两个磁性定位体(9)对称面向设置，转盘(5)的周壁等间隔圆周设置有8个吸磁定位体(10)，当磁性定位体(9)与吸磁定位体(10)处于同一高度下时磁性定位体(9)会与邻近的吸磁定位体(10)对齐。

7.根据权利要求6所述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法，其特征在于：架体(1)上还固定设有一侧架(11)，侧架(11)上设有周期运转部件(12)、升降变速箱(13)、旋转变速箱(14)，升降变速箱(13)的输出轴端部连接有一竖直设置的丝杆(15)，丝杆(15)与上基座(3)以螺纹形式连接，丝杆(15)正反转动后用以驱动上基座(3)的升降，旋转变速箱(14)的输出轴连接有一旋转驱动齿轮(24)，转盘(5)与上基座(3)之间通过转轴转动连接，转轴的底部固定设置在转盘(5)上，上基座(3)上开设有一穿孔(32)，且转盘(5)穿过穿孔(32)且其顶端设有一旋转从动齿轮(16)，穿孔(32)内设有一圈环槽，转轴上设有一圈外环，外环处于环槽内以实现上基座(3)与转盘(5)之间相对高度固定，当上基座(3)移动到最高位置处时旋转驱动齿轮(24)与旋转从动齿轮(16)对接啮合，侧架(11)上还设置有一周期运转部件(12)，该周期运转部件(12)在一个驱动周期内能实现丝杆(15)正转、旋转驱动齿轮(24)转动、丝杆(15)反转、空挡这四道步骤。

8.根据权利要求7所述的一种高弹性铍青铜阶梯型液浮陀螺仪用波纹管的制造方法，其特征在于：所述的升降变速箱(13)具有两根输入轴和一根输出轴，升降变速箱(13)的两根输入轴输入正转动力时输出轴分别输出正转、反转两种形式，所述的周期运转部件(12)包括固定设置的驱动元件(17)、与驱动元件(17)对接的驱动变速箱(18)、与驱动变速箱(18)输出轴对接的驱动轴体(19)、固定套设在升降变速箱(13)的一根输入轴上的正转齿轮(20)、固定套设在旋转变速箱(14)的输入轴上的旋转齿轮(21)、固定套设在升降变速箱(13)的另一根输入轴上的反转齿轮(22)；正转齿轮(20)、旋转齿轮(21)、反转齿轮(22)处于不同的平行平面，驱动轴体(19)的侧壁上设有若干齿体(23)，边缘两个齿体(23)的角间距为90°，齿体(23)的高度横跨正转齿轮(20)、旋转齿轮(21)、反转齿轮(22)所在平面并能与三者啮合；将正转齿轮(20)的转轴到驱动轴体(19)的转轴所在的平面定义成A平面，旋转齿轮(21)的转轴到驱动轴体(19)的转轴所在的平面定义成B平面，将反转齿轮(22)的转轴到驱动轴体(19)的转轴所在的平面定义成C平面，则A平面与B平面相会垂直，B平面与C平面相互垂直，A平面和C平面处于同一平面；当驱动轴体(19)旋转一周圈后：驱动轴体(19)先带动正转齿轮(20)旋转90°然后与其脱离，然后会带动旋转齿轮(21)旋转90°然后与其脱离，接着会带动反转齿轮(22)旋转90°然后与其脱离，最后空转90°且此时与三者均脱离；正转齿轮(20)旋转90°后通过升降变速箱(13)的作用使得丝杆(15)带动上基座(3)从最低位置移动到最高位置以将工件移出工位外，旋转齿轮(21)旋转90°后通过旋转变速箱(14)的作用使得转轴带动转盘(5)转动45°，反转齿轮(22)旋转90°后通过升降变速箱(13)的作用使得丝杆(15)带动上基座(3)从最高位置移动到最低位置以将工件移入工位内。

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