CN1144634C - 用于旋压成形一个管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于成形一个管(20)的端部(22)的方法。该方法包括：使所述管(20)围绕着一个纵向轴线(24)旋转；加热所述管(20)的端部(22)；以及通过沿着一系列的弯曲成形路径(28)来回移动成形部件(26)，以成形所述管(20)的所述端部(22)。每个弯曲的成形路径(28)与一系列的、成角度分隔开的、基本直线的参考线(30)中的相应一个相切并偏离弯曲，其中在每个弯曲成形路径(28)和它的相应的一个参考线(30)之间提供了一个减小的变形量。

Description

用于旋压成形一个管的方法

                    技术领域

本发明一般地涉及成形技术，具体来说，本发明涉及一种用于形成金属管的旋压成形技术。

                    发明背景

旋压成形技术被用于成形箱体、罐和其它容器。例如，旋压成形技术被用于制造产生尺寸从灭火器到混凝土搅拌车的搅拌罐的主体的容器。旋压成形技术通常包括使一个圆柱管围绕着它的纵向轴线旋转，和同时加热该管的一个端部。通过对加热的管的端部施加压力使管的端部膨胀或收缩来形成该管。在这方面，美国专利第2408596号(Bednar等)公开了一种用于形成圆柱端部的方法，该方法是通过火焰加热、旋转和对圆柱工件施加压力来实现的。通过沿着一个弧形路径移动一个工具来施加上述压力，该路径相对期望的工件轮廓弯曲。相似的是，美国专利第5235837号(Werner等)公开了一种通过技术旋压工艺来制造薄壁圆柱压力容器的设备。一个圆柱形工作管围绕着它的纵向轴线旋转，工作管的端部被加热喷枪加热。成形辊子沿着多个弧形行程路径移动以便形成工作管的端部。弧形行程路径相对期望的工件轮廓弯曲。

美国专利第5598729号(Hoffmann等)公开了另一种用于旋压形成金属管的方法。该金属管围绕着它的纵向轴线旋转，管的端部被感应加热元件进行加热。成形辊子被用于形成管的加热端部。该成形辊子沿着一个有角度间隔的基本直线形成的过辊压炼的一系列路径移动。

                      发明概述

本发明的一个方面涉及一种用于成形一个管的端部的方法，该方法包括：使所述管围绕着一个纵向轴线旋转；加热所述管的端部；以及通过沿着一系列的弯曲成形路径来回移动成形部件，以成形所述管的所述端部，每个弯曲的成形路径与一系列的、成角度分隔开的、基本直线的参考线中的相应一个相切，其中在每个弯曲成形路径和它的相应的一个参考线之间提供了一个减小的变形量。

本发明的另一个方面涉及一种用于压缩一个管的端部的方法，该方法包括：使所述管围绕着一个纵向轴线旋转；加热所述管的端部；以及通过沿着一系列的弯曲成形路径来回移动成形部件，以压缩所述管的所述端部，至少有一些弯曲的成形路径偏离所述管的纵向轴线弯曲。

本发明的另外的方面还涉及一种用于将一个管的端部从初始形状成形为一个期望的最后形状的方法，该方法包括：使所述管围绕着一个纵向轴线旋转；加热所述管的端部；以及通过沿着一系列的弯曲成形路径来回移动成形部件，以成形所述管的所述端部，至少有一些弯曲的成形路径偏离所述期望的最后形状弯曲。

本发明的不同的优点将在随后的部分中详细说明，并且可以从本发明的描述和实践中很容易得到。可以理解的是，上面的概述和随后的详细描述对本发明只是示范性的，并不构成限制。

                     附图说明

构成说明书一部分的附图和描述部分一起说明了本发明的各个方面，用于解释本发明的原理。以下是附图说明：

图1-6示意地说明了根据本发明的原理适合于成形一个管的端部的一系列的弯曲的成形路径；

图7示意地说明了根据本发明的一个弯曲成形路径；

图8示意地说明了在成形一个管的端部时一个成形辊子能够采取得多重定位；

图9示意地说明了根据本发明适合于成形一个管的设备。

                优选实施例的详细描述

下面将详细地说明在附图所显示的本发明的各个方面的内容。在这个附图中对于相同或相似的部件尽可能采用相同的参考标记。

图1-6示意地说明了根据本发明的原理成形一个管20的端部的方法。为了解释方便和清楚，只描述了五个分离的成形路径。可是，在实际的实践中，可以在图中所显示的五个代表的路径之间形成多个中间的路径。于是，许多多于五个路径的路径通常可以被用于将一个特定的圆柱管形成为期望的形状。此外，为了便于解释，形成路径的弯曲程度被极大地夸大了。

图1显示了在成形前的圆柱管20的端部22。管20沿着中央的纵向轴线24延伸。优选的是，管20由金属材料制成，管20的端部22在进行图2-6所示的成形步骤之间或期间被感应地加热。行程路径相对期望的工件轮廓弯曲。Hoffmann等人的美国专利第5598729号在此作为参考被结合在一起，它公开了一种对管20的端部22进行感应加热的技术。

优选管20通过诸如车床卡盘或旋压台的适合的技术围绕着纵向轴线24旋转。优选的是，辊子26被用于成形管20的端部22。每个辊子26优选具有一个旋转的中央轴线，以便当辊子26与管20接触时使辊子26保持旋转。如图2-5所示，辊子26包括一对分别位于纵向轴线24的两侧的辊子。可是，重要的是，也可以使用单个辊子，或多于两个地辊子。另外，多个辊子可以沿着旋转的共同轴或沿着旋转的平行轴被使用。

重要的是，在本发明中所公开的成形技术也可以被用于具有不同尺寸大小的管子。例如，本发明可以被用于成形直径从10-16英尺到8-10英尺管子。当然，本发明也可以用于成形具有除上述说明尺寸以外的其它尺寸的直径的管子。

图1-6描述了用于将管20收缩形成一个半球状端帽的方法。可是，可以理解的是，本发明的各个不同方面可以被用于使管收缩或膨胀的应用之中。此外，本发明在成形不同类型的形状方面是非常有效的。例如，本发明可以适用于成形一个诸如半球状端部、半椭球状端部、锥形端部、准锥形端部、准球体状(torospherical)端部、组合形状、非对称形状和使用者自主规定的形状的端部的应用。

如上所述，图2-6描述了用于将管20的端部22收缩形成一个椭球状端帽的五个成形路径。可以理解的是，在每个图2-6的成形路径期间，管20是连续围绕着纵向轴线24旋转的，管20的端部22优选被连续加热。

在图2-6中，所示的辊子26沿着5个分离的成形路径来回滚动。当辊子26沿着形成路径来回混动时，辊子26与管的端部22相互接触，管20的端部22的金属跟随并与辊子26的滚动路径形状一致。于是，在图2-6所示的每个成形路径也代表着在每次路径完成后管20的端部22的形状。

现在参考图2，成形辊子26沿着第一弯曲成形路径28来回滚动。每个弯曲成形路径28都与一个相应的基本为直线的参考线30相切。参考线30相对于管20的纵向轴线24成一个斜的角度。

每个第一弯曲成形路径28原理它的相应的参考线弯曲，于是在每个第一弯曲成形路径28和它的参考线30之间提供了减小的变形量。术语“减小的变形量”是用来说明与辊子26沿着参考线30滚动相比，辊子26沿着第一弯曲成形路径的滚动使较少的金属被移动。例如，如图2所示，第一弯曲成形路径28相对于它的参考线30提供了一个变形减小距离D1。变形减小距离是从每个弯曲路径的端部到管20在参考线上在辊子沿着参考线滚动后的端部的位置之间测量得到的距离。可以确定，减小的变形量具有减少在管的边缘所需的成形力的优点，并且更多的均质金属从弯折处31(即在正在变形的管的部分和已经形成最后期望的形状的管的部分之间的边界区域)流到管20的边缘33。减小的变形量还可以帮助控制管20的端部22的壁厚。

图3描述了辊子26沿着第二弯曲成形路径32进行移动，该路径32与第二参考线34相切。因为管20正在被收缩，与第一参考线30相比，第二参考线34相对于纵向轴线24的斜角更加接近于垂直。

第二弯曲路径32相对于它们的相应的参考线34弯曲并提供了一个具有变形减小距离D2的减小变形量。因为路径32从径向向内位置起始并径向向外移动，减小的变形量位于路径32的起始点上。在辊子26沿着第二弯曲成形路径滚动时，优选区域36没有被辊子26收缩。在辊子的随后的路径期间，执行区域36被成形为它们期望的最后形状，并且通过一个弯折处37与成形区域分开。由于执行区域36已经被成形为它们期望的最后的形状和不需要被辊子26加以改变，第一弯曲成形路径32优选比第一弯曲路径28短。

图4描述了成形辊子26沿着第三弯曲成形路径38进行移动，该路径38与第三参考线40相切。与第二参考线34相比，第三参考线40相对于纵向轴线24的斜角更加接近于垂直。第三弯曲路径38偏离第三参考线40弯曲，并提供了一个具有变形减小距离D3的减小变形量。在辊子26沿着第三弯曲成形路径38滚动时，执行区域42没有被辊子26收缩。一个弯折处39形成了在弯曲路径38和执行区域42之间边界区域。执行区域42被预先成形为它们期望的最后形状，并且长度比图3中的执行区域36的长。于是，第三弯曲成形路径38的长度比第二弯曲路径32短。

图5描述了成形辊子26沿着第四弯曲成形路径44进行移动，该路径44与第四参考线46相切。与第三参考线40相比，第四参考线44相对于纵向轴线24的斜角更加接近于垂直。第四弯曲路径44相对于第四参考线46弯曲，并提供了一个具有变形减小距离D4的减小变形量。在路径的起始处提供较少的变形量。如图5所示，管20的端部22包括执行区域48，在辊子26沿着第四弯曲成形路径44滚动时，执行区域48没有被辊子26收缩。在辊子26的随后的路径期间，执行区域48被预先成形为它们期望的最后形状。参考图4和图5，图5的执行区域49的长度比图4中的执行区域42的长。于是，图5的第四弯曲成形路径44的长度比图4的第三弯曲路径38短。

现在参考图6，通过沿着与椭球顶部相切的线性路径60移动至少一个辊子26，来完成端部22的椭球状的成形。通过这个方式，辊子26封闭了椭球并完成了成形步骤。

本发明可以应用到成形具有弯曲形状的完整的头部，例如半球形端部，半椭球状端部和其它具有不同弯曲形状的端部。另外，本发明还可以应用到成形不完整的或封闭的头部，例如锥形的头部。在成形诸如锥形的头部中，可以使用扁平的设计工序，否则会沿着头部产生不期望的弯曲。

在图1-6的方法中，弯曲路径28，32，38和44包括一段圆弧。在所示的弯曲路径28，32，38和44为圆弧的同时，可以理解，也可以使用其它的曲线。例如，可以使用抛物线、双曲线、椭圆或其它任意的曲线。

图1-6显示了用于压缩管20的端部22的方法。在进行压缩的过程中，弯曲路径28、32、38和44偏离管20的纵向轴线24弯曲并且偏离端部的期望的最后形状(例如图6的椭球状)弯曲。可以理解的是，当一个管被膨胀时，优选弯曲路径向着被膨胀的管的纵向轴线弯曲，但是仍然偏离期望的最后形状弯曲。

图7显示了本发明的一个特定的弯曲成形路径70，它对应于一个参考线72。参考线72与管76的侧壁74相交于点78。参考线72相对于侧壁74形成了一个角度θ。弯曲路径70在点78与参考线72相切并在点82与减小变形线80相交。在减小变形线80和参考线72之间形成了形成了一个角度α。在特定的情况下，角度α的值比角度θ的值小5％。在很多应用之中，角度α的值大约是角度θ的1％或2％，以便形成在成形加工早期的滚压。由于集聚的效应，在成形加工的后期，角度α的值大约是角度θ的50％-100％。所示的弯曲路径70是一段圆弧并且在垂至于在切点78上的参考线72的第一半径R1和第二半径R2之间延伸。

图8显示了沿着一个弯曲成形路径92移动的成形辊子90。成形辊子90具有弯曲的端部94。弯曲的端部94的形状是中心位于点96的圆弧。在辊子90通过弯曲成形路径92的运动期间，辊子90可以围绕着端部94的中心点96枢转。这种转动改变了与成形件98的端部94的部位，但是不会改变被辊子90收缩的成形件98的收缩位置。辊子90围绕着端部94的中心点96的枢转提供了增强的机械柔顺性的优点，避免了冲击出现的机率(例如在辊子和加热元件之间)。在这样的方式下，可以在不损坏成形路径的情况下克服了机构的限制。这种加工方法还可以在其它使用具有半径的端部的元件的应用之中，例如具有半径的磨削轮的磨削加工方法。此外，加工器还可以使用直线的或弯曲的成形路径。

图9描述了根据本发明的原理用于成形管122的系统120。该系统包括一个适于在垂直方位夹持住管122的旋转台124。当然，管122也可以在水平方位旋转。旋转台124适合于使管122围绕着旋转垂直轴线126旋转。成形辊子128被用于成形管122的端部。成形辊子128优选可旋转地连接到机器人机构130上。机器人机构优选包括多个接合、关节和枢转位置并且适合于三维移动成形辊子128。一个适合的机器人机构的类型是日本Fanuc公司出售的S-400型产品。

管122优选被一个感应加热元件132加热。感应加热元件132优选安装在类似于机器人机构130的机构134上。

旋转台124和机械机构130和132优选被一个诸如计算机138的中央集成处理装置控制。用户界面140用于将数据输入到与计算机138相连的存储器中。计算机优选包括软件驱动的处理装置用于控制和编辑感应加热元件132和成形辊子128的运动。例如，使用者可以将诸如管122的直径和管122的期望的最后的形状数据输入。在这样的信息的基础上，计算机以编辑的形式计算成形辊子128和感应加热元件132的运动坐标，以便形成期望的形状。

对于以上的描述，可以理解的是在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以进行一些改变，特别是采用的结构的材料、形状、尺寸和部件的布置。在此，本说明书只是为了解释说明的目的，不会构成对本发明的限制。

Claims (15)

1.一种用于成形一个管的端部的方法，该方法包括：

使所述管围绕着一个纵向轴线旋转；

加热所述管的端部；以及

通过沿着一系列的弯曲成形路径来回移动成形部件，以成形所述管的所述端部，每个弯曲的成形路径与一系列的、成角度分隔开的、基本直线的参考线中的相应一个相切，其中在每个弯曲成形路径和它的相应的一个参考线之间提供了一个减小的变形量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，成形部件在一个成形区域与管的端部相接合，期望的最后形状被逐步地成形在成形区域的后面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，成形部件在一个成形区域与管的端部相接合，随着所述成形部件在后续的弯曲成形路径中的移动，所述成形区域的长度逐渐变短。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管的端部从最初的形状被成形为期望的最后形状，和所述参考线向着所述管的纵向轴线逐步加大偏斜角度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管的端部被感应加热。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成形部件包括辊子。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述辊子包括一个围绕着一个端部中心具有半径的弯曲的端部，和在成形期间与所述管的端部相接触。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述辊子移动经过一系列弯曲路径时，所述辊子围绕着所述端部中心枢转。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考线向着一个管的期望的最后形状逐步加大偏斜角度。

10.一种用于压缩一个管的端部的方法，该方法包括：

使所述管围绕着一个纵向轴线旋转；

加热所述管的端部；以及

通过沿着一系列的弯曲成形路径来回移动成形部件，以压缩所述管的所述端部，至少有一些弯曲的成形路径偏离所述管的纵向轴线弯曲。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，每个弯曲的成形路径与一系列的、成角度分隔开的、基本直线的参考线中的相应一个相切。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述参考线向着所述管的纵向轴线逐步加大偏斜角度。

13.一种用于将一个管的端部从初始形状成形为一个期望的最后形状的方法，该方法包括：

使所述管围绕着一个纵向轴线旋转；

加热所述管的端部；以及

通过沿着一系列的弯曲成形路径来回移动成形部件，以成形所述管的所述端部，至少有一些弯曲的成形路径偏离所述期望的最后形状弯曲。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，每个弯曲的成形路径与一系列的、成角度分隔开的、基本直线的参考线中的相应一个相切。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述参考线向着所述管的纵向轴线逐步加大偏斜角度。

Images