CN115090739B - 一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置，涉及管材制备装置技术领域，包括进料机构、主体旋压机构和校直拉拔机构，主体旋压机构包括旋压驱动机构和旋压执行机构，旋压驱动机构与旋压执行机构相连且能驱动旋压执行机构转动；旋压执行机构包括周向分布的多个旋压凸轮组，旋压凸轮组沿入口端至出口端径向向外倾斜设置，以形成用于旋压管材的锥状螺旋旋压腔；本发明通过旋压压头的分体式设计，将多重旋压集成于主体旋压机构中，实现了管材沿螺旋线多道次、小变形量的连续变形，在降低设备吨位的同时，实现难变形管坯减径、减壁大形变量的快速加工，有效保证了管材的周向塑性和产品一致性，显著提升了生产效率与产品精度，适合产业化推广。

Description

一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置

技术领域

本发明涉及管材制备装置技术领域，具体涉及一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置。

背景技术

近年来，随着航空航天、海洋工程、核电及空间技术领域的进步，要求提供产品质量高、机械性能优、品种规格范围广的各种难变形金属薄壁管材。但难变形金属塑性变形能力差，对工艺技术、装备以及产品质量均提出了较高的要求。目前，行业内制备薄壁金属管材(壁厚＜3mm)的方法主要有滚轧、拉拔、旋压等。但以上传统方法在制备薄壁金属管时，制备管材的长径比有限(≤30)。尤其对于中高强度(抗拉强度≥800Mpa，弹性模量大(杨氏模量≤110Gpa)的材料进行超长薄壁管材加工时，面临着模具成本高、设备吨位大、生产效率低、产品质量差、产品一致性差等问题。因此，有针对性地开发一种新的长径、薄壁管材加工设备及方法对满足难加工材料的加工显得非常重要。

当前，滚轧仍然是目前薄壁长管材主要的加工方式，其是把毛管分道次、分阶段的变形工艺集中在同一个横截面连续变化的锥形轧槽中来完成，在轧辊与芯棒的共同作用下，使得金属承受压应力，由轧辊旋转来推动毛管发生塑性变形，驱使金属发生流动，实现其减径、减壁、精整等变形过程，通过反复上述周期动作，毛管被轧制成荒管。在这个制备过程中，材料的塑性变形类似于面接触间的挤压变形，材料变形的抵抗力是比较大的，因此造成此类设备功率大，吨位大，对轧辊及芯杆要求高等原因，并且此类轧制设备是研着管材的轴向碾压的，造成强烈的金属各项异性，使得管材周向性能变差，影响管材质量。

旋压成型是实现薄壁回转体类零件的无切削加工的先进制造技术，与传统轧制相比，他的形变是一种连续局部塑性成型技术，主要依靠旋压辊的点接触，实现线性变形，其虽然一定程度上能够克服传统轧制设备吨位大的问题，但是此类设备是依靠点接触产生连续的线性变形的，旋压头需要在管材长度方向上来回碾压形变，存在单道次变形量小，效率低等缺点，尤其是在制备较长管径产品时，旋头需在管材表面直线方向来回做直线运动，行程长，产品精度差，导致管材生产效率低下，管材质量无法保证。

综上，在现有管材的加工方式中，现有滚压属于面接触变形，其所需吨位大，生产效率低，产品质量差，现有旋压属于线接触变形，其虽然所需吨位小，但其变形区域小，柱状螺旋线的变形线轨迹通常需要经过多道次旋压变形与程序轨迹控制配合，方可实现管材的减壁、减径，其在生产薄壁长管时，产品精度控制较难，极大地影响加工效率和产品质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置，以解决现有技术中存在的现有管材加工方式制备薄壁无缝管材效果较差的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果；详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置，包括进料机构、主体旋压机构和校直拉拔机构，其中：所述主体旋压机构包括旋压驱动机构和旋压执行机构，所述旋压驱动机构与所述旋压执行机构相连且能驱动所述旋压执行机构转动；所述旋压执行机构包括周向分布的多个旋压凸轮组，所述旋压凸轮组沿入口端至出口端径向向外倾斜设置，以形成用于旋压管材的锥状螺旋旋压腔。

优选地，所述旋压凸轮组包括多个依次设置的旋压凸轮单元；所述旋压凸轮单元的边缘设置为楔形。

优选地，所述旋压执行机构包括周向分布的多个精整凸轮组，所述精整凸轮组水平设置，以形成用于精整管材的柱状精整腔，所述柱状精整腔位于所述锥状螺旋旋压腔的出口端且与所述锥状螺旋旋压腔相连通，所述柱状精整腔的口径与所述锥状螺旋旋压腔出口端的口径相同。

优选地，所述精整凸轮组包括多个精整凸轮单元。

优选地，所述主体旋压机构包括壳体，所述壳体内设置有多个周向分布的凸轮支架，其中：所述旋压凸轮组和所述精整凸轮组设置在对应所述凸轮支架上。

优选地，所述凸轮支架连接设置有变径调节杆，所述变径调节杆能带动所述凸轮支架移动，以调节所述锥状螺旋旋压腔和所述柱状精整腔的口径。

优选地，所述进料机构包括可移动夹持机构，所述可移动夹持机构包括环形夹持器和可移动支撑机构，其中：所述可移动支撑机构包括可移动机体和推送机构，所述环形夹持器设置在所述可移动机体上，所述推送机构的推送端与所述可移动机体相连且能带动所述可移动机体直线移动。

优选地，所述进料机构包括芯杆导向机构，所述芯杆导向机构包括芯杆和导轨，其中：所述芯杆依次穿过所述环形夹持器和所述锥状螺旋旋压腔，所述芯杆上可拆卸设置有芯杆内模，所述芯杆内模设置在所述锥状螺旋旋压腔内且与所述锥状螺旋旋压腔相适配；所述导轨相对于所述芯杆平行设置，所述可移动机体的底部设置有与所述导轨相适配的滑座，所述滑座滑动设置在所述导轨上。

优选地，所述进料机构包括在线加热装置，所述在线加热装置位于所述环形夹持器和所述主体旋压机构之间。

优选地，所述校直拉拔机构包括校直辊和拉拔头，其中：所述拉拔头设置在所述芯杆的端部；所述校直辊的数量设置为多个，所述校直辊设置在所述芯杆两侧。

本发明提供的一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置至少具有以下有益效果：

所述内向旋压制备薄壁无缝管的装置包括进料机构、主体旋压机构和校直拉拔机构，进料机构用于管材坯料的进料导向，主体旋压机构通过旋压使材料快速变形，从而实现薄壁、长径管材的高精度加工，校直拉拔机构用于旋压后管材的拉拔校直，三者相互配合，制备效果显著，效率高效。

所述主体旋压机构包括旋压驱动机构和旋压执行机构，旋压驱动机构与旋压执行机构相连且能驱动所述旋压执行机构转动，旋压执行机构包括周向分布的多个旋压凸轮组，旋压凸轮组沿入口端至出口端方向径向向外倾斜设置，在制备管材的过程中，旋压驱动机构为旋压动作提供旋转动力，采用多个旋压凸轮组结合至同一机构的复合型结构，一方面能够大幅度降低设备体积及吨位，简化结构，另一方面由于材料的变形是微小的、连续的，因而使材料的加工硬化速率得以降低，可以实现难变形金属的管材快速成型，配合旋压凸轮组的螺旋变形作用，使金属流动朝轴向扭转变形，具备一定的剪切力，从而有效改善传统管材加工方式因定向加工而导致的缺陷，在实现材料连续快速变形，提高生产效率的同时，降低材料各项异性，提升管材周向性能，保证产品质量。

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和图2是本发明结构示意图；

图3是本发明主体旋压机构结构示意图；

图4是本发明旋压凸轮组排列示意图；

图5是本发明旋压凸轮组和精整凸轮组排列结构示意图；

图6是本发明进料机构结构示意图。

附图标记

1、进料机构；11、可移动夹持机构；111、环形夹持器；112、可移动机体；113、推送机构；12、芯杆导向机构；121、芯杆；122、导轨；123、芯杆内模；13、在线加热装置；2、主体旋压机构；21、旋压驱动机构；22、旋压执行机构；221、旋压凸轮组；2211、旋压凸轮单元；222、精整凸轮组；2221、精整凸轮单元；223、壳体；224、凸轮支架；225、变径调节杆；226、轴承套；3、校直拉拔机构；31、拉拔头；32、校直辊。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置，如图1和图2所示，所述内向旋压制备薄壁无缝管的装置包括进料机构1、主体旋压机构2和校直拉拔机构3。

主体旋压机构2包括旋压驱动机构21和旋压执行机构22，旋压驱动机构21与旋压执行机构22相连，且能驱动旋压执行机构22转动。

旋压执行机构22包括周向分布的多个旋压凸轮组221，旋压凸轮组221沿入口端至出口端径向向外倾斜设置，以形成用于旋压管材的锥状螺旋旋压腔。

制备薄壁无缝管材时，进料机构1输送管材坯料，旋压驱动机构21启动，带动周向分布的旋压凸轮组221转动，形成锥状螺旋旋压腔，随着管材坯料的持续进给，管材坯料驶过所述锥状螺旋旋压腔，此后，在校直拉拔机构3的作用下，对加工后的管材进行拉拔校直，从而实现薄壁、长径、难加工管材的高精度连续化生产。

在上述过程中，进料机构1能够稳定输送管材坯料，校直拉拔机构3能够对旋压后的管材进行拉拔校直，主体旋压机构2通过多个周向转动的旋压凸轮组221作用于管材坯料，使金属流行朝向轴向扭转变形，具备一定的剪切力，能够有效改善传统管材加工方式因定向加工而导致的缺陷，显著降低材料各向异性，提升管材周向性能。

本发明为一种集进料、多重旋压、精整、拉拔校直于一体的薄壁管材加工设备，其通过旋压压头的分体式设计，将多重旋压集成于主体旋压机构2中，实现了管材沿螺旋线多道次、小变形量、连续变形，可在降低设备吨位的同时，快速实现难变形管坯减径、减壁大形变量的加工，克服传统管材加工方法因金属塑性流动方向单一而导致的管材产品周向塑性差、产品一致性差等问题，提升难变形金属薄壁无缝管材的生产效率与产品精度，适合产业化推广。

实施例2

实施例2建立在实施例1的基础上：

如图2-图5所示，旋压凸轮组221包括多个依次设置的旋压凸轮单元2211，每个旋压凸轮单元2211的中心线并非同轴线，而是呈现一定角度的差异，使所述锥状螺旋旋压腔的口径由入口端至出口端逐减。

所有旋压凸轮单元2211的边缘均设置为楔形，在旋压凸轮单元2211旋转的过程中，呈现出锥形螺纹轨迹，能够有效提高锥形连续旋压效果。

作为可选地实施方式，旋压执行机构22包括周向分布的多个精整凸轮组222，精整凸轮组222水平设置，以形成用于精整管材的柱状精整腔。

所述柱状精整腔位于所述锥状螺旋旋压腔的出口端，且与所述锥状螺旋旋压腔相连通，所述柱状精整腔的口径与所述锥状螺旋旋压腔出口端的口径相同。

能够形成柱状精整腔的多个精整凸轮组222，对旋压形变后的管材起精整作用，能够显著提升形变后管材的精度与表面光洁度。

作为可选地实施方式，精整凸轮组222包括多个精整凸轮单元2221，同一组精整凸轮单元2221同轴排布。

作为可选地实施方式，主体旋压机构2包括壳体223，壳体223内设置有多个周向分布的凸轮支架224，旋压凸轮组221和精整凸轮组222设置在对应凸轮支架224上。

凸轮支架224为支撑承载结构，用于旋压凸轮组221和精整凸轮组222的安装和支撑。

作为可选地实施方式，凸轮支架224连接设置有变径调节杆225。

在实际使用的过程中，根据实际待加工的管材坯料规格，通过变径调节杆225能带动凸轮支架224移动，将其调节至指定位置，从而实现锥状螺旋旋压腔和所述柱状精整腔口径的调节。

如此设置，在保证薄壁无缝管材制备效果的基础上，适用范围广泛。

凸轮支架224为活动支架，变径调节杆225设置为伸缩机构，可选地，变径调节杆225设置为自动调节杆，可采用气动调节杆、液压调节杆或者电动调节杆；另一可选地，变径调节杆225采用手动调节杆。

作为可选地实施方式，旋压驱动机构21包括驱动电机，周向设置的凸轮支架224的外侧套设有轴承套226，所述驱动电机通过传动机构与凸轮支架224传动相连，在制备管材的过程中，所述驱动电机提供旋转动力，所述传动机构采用带传动机构、链传动机构或者齿轮传动机构。

作为可选地实施方式，如图2和图6所示，进料机构1包括可移动夹持机构11，可移动夹持机构11包括环形夹持器111和可移动支撑机构。

所述可移动支撑机构包括可移动机体112和推送机构113，环形夹持器111设置在可移动机体112上，推送机构113的推送端与可移动机体112相连且能带动可移动机体112直线移动。

优选地，推送机构113设置为进料油缸。

作为可选地实施方式，进料机构1包括芯杆导向机构12，芯杆导向机构12包括芯杆121和导轨122。

芯杆121设置在支撑杆上，芯杆121依次穿过环形夹持器111和所述锥状螺旋旋压腔，芯杆121上可拆卸设置有芯杆内模123，芯杆内模123设置在所述锥状螺旋旋压腔内且与所述锥状螺旋旋压腔相适配。

芯杆121一方面对管材坯料起到导向作用，另一方面对芯杆内模123产生支撑和定位。

在实际使用的过程中，当通过变径调节杆225调节所述锥形螺旋旋压腔口径后，需更换相应规格的芯杆内模123。

导轨122相对于芯杆121平行设置，可移动机体112的底部设置有与导轨122相适配的滑座，所述滑座滑动设置在导轨122上。

导轨122具有良好的导向作用，其配合推送机构113，能够限定可移动机体112的移动轨迹，进而保证送料效果。

作为可选地实施方式，校直拉拔机构3包括校直辊32和拉拔头31。

拉拔头31设置在芯杆121的端部。

校直辊32的数量设置为多个，校直辊32分布在芯杆121两侧。

经多重旋压后的管材，由拉拔头31拉拽，以均匀的速度通过校直辊32，管材在校直辊32间来回弯曲，释放内部应力，从而达到校直的作用。

实施例3

实施例3建立在实施例2的基础上：

如图2所示，进料机构1包括在线加热装置13，在线加热装置13位于环形夹持器111和主体旋压机构2之间。

优选地，在线加热装置13设置为燃气加热装置。

该实施例主要针对钨、钼等需要热加工金属薄壁管材的制备。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，在本申请的描述中，“多个”、“若干”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，包括进料机构、主体旋压机构和校直拉拔机构，其中：

所述主体旋压机构包括旋压驱动机构和旋压执行机构，所述旋压驱动机构与所述旋压执行机构相连且能驱动所述旋压执行机构转动；

所述旋压执行机构包括周向分布的多个旋压凸轮组，以形成用于旋压管材的锥状螺旋旋压腔；

所述旋压凸轮组包括多个依次设置的旋压凸轮单元，每个所述旋压凸轮单元的中心线并非同轴线，而是呈现一定角度的差异，使所述锥状螺旋旋压腔的口径由入口端至出口端逐减；

所述旋压凸轮单元的边缘设置为楔形；

所述进料机构包括芯杆导向机构，所述芯杆导向机构包括芯杆和导轨，所述芯杆上可拆卸设置有芯杆内模，所述芯杆内模设置在所述锥状螺旋旋压腔内且与所述锥状螺旋旋压腔相适配。

2.根据权利要求1所述的内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，所述旋压执行机构包括周向分布的多个精整凸轮组，所述精整凸轮组水平设置，以形成用于精整管材的柱状精整腔；

所述柱状精整腔位于所述锥状螺旋旋压腔的出口端且与所述锥状螺旋旋压腔相连通，所述柱状精整腔的口径与所述锥状螺旋旋压腔出口端的口径相同。

3.根据权利要求2所述的内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，所述精整凸轮组包括多个精整凸轮单元。

4.根据权利要求2所述的内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，所述主体旋压机构包括壳体，所述壳体内设置有多个周向分布的凸轮支架，其中：

所述旋压凸轮组和所述精整凸轮组设置在对应所述凸轮支架上。

5.根据权利要求4所述的内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，所述凸轮支架连接设置有变径调节杆，所述变径调节杆能带动所述凸轮支架移动，以调节所述锥状螺旋旋压腔和所述柱状精整腔的口径。

6.根据权利要求1所述的内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，所述进料机构包括可移动夹持机构，所述可移动夹持机构包括环形夹持器和可移动支撑机构，其中：

所述可移动支撑机构包括可移动机体和推送机构，所述环形夹持器设置在所述可移动机体上，所述推送机构的推送端与所述可移动机体相连且能带动所述可移动机体直线移动。

7.根据权利要求6所述的内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，所述芯杆依次穿过所述环形夹持器和所述锥状螺旋旋压腔；

所述导轨相对于所述芯杆平行设置，所述可移动机体的底部设置有与所述导轨相适配的滑座，所述滑座滑动设置在所述导轨上。

8.根据权利要求7所述的内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，所述进料机构包括在线加热装置，所述在线加热装置位于所述环形夹持器和所述主体旋压机构之间。

9.根据权利要求7所述的内向旋压制备薄壁无缝管的装置，其特征在于，所述校直拉拔机构包括校直辊和拉拔头，其中：

所述拉拔头设置在所述芯杆的端部；

所述校直辊的数量设置为多个，所述校直辊设置在所述芯杆两侧。

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