一种旋压加工方法及旋压加工系统与流程

本发明涉及管材旋压加工技术领域，具体地说，涉及一种适于对硬态紫铜管进行旋压加工的方法及系统。

背景技术：

旋压机常用于加工生产管状零部件，在结构上通常包括机架及安装在所述机架上的夹料机头、旋压机头与旋转驱动装置；其中，夹料机头包括夹料爪，旋压机头包括挤压件及用于驱使挤压件挤压动作的挤压驱动装置；工作过程中，在旋转驱动装置的驱动下，将驱使挤压件组与夹持在其夹料爪上的管件相对转动，同时利用挤压驱动装置驱使挤压件组同步地进行挤压动作，从而在待旋压管件的管段上旋压出预设形状的成型管部。

其中，根据旋压轮、旋压滚珠及旋压块等挤压件的数量，将旋压机头分为多爪旋压机头与单爪旋压机头，从而构建出仅有一个挤压件的单爪旋压机，例如公告号为cn209753846u的专利文献所公开的旋压机，及包括两个挤压件以上的多爪旋压机，例如公开号为cn108080480a等的专利文献所公开的旋压机；对于多爪旋压机，其上的挤压件组包括两个以上的挤压件，通常由三个环绕旋转中心轴线的挤压件构成，且这三个挤压件的结构完全相同。根据旋压所选用的工模具的不同，而导致旋压过程中挤压件的挤压作用部与待旋压器件之间的相对运动形式与受力情况的不同，有旋压模缩口、旋轮缩口及摩擦工具缩口三类，这三类同样适用于扩口类结构；对于多爪旋压机而言，通常有滚动式挤压件与摩擦工具式挤压件，其中，滚动式挤压件通常选用轮式结构或滚珠结构，在当前管状零部件的旋压中，基本上使用滚动式挤压件作为旋压作用构件；而块状、轮状等摩擦工具式挤压件常用于板型构件的缩口旋压加工处理。由于旋轮式挤压件在耐用性、成本等特性上比摩擦工具式挤压件更具优势，现有摩擦工具缩口式挤压件基本上被替换成旋轮式挤压件，甚至替代了大部分场合中的滚珠结构类的挤压件。在使用过程中，需要驱使夹料爪带动管坯与挤压件相对转动，具体模式有两种：(1)旋转驱动设备通过旋转驱动主轴驱使夹料爪转动，以驱使被夹料爪所夹持的管料转动，并通过进给机构驱使旋压轮在管料径向与轴向上进给，以在管料端部等部位旋压出预定形状，例如，如申请号为cn201811599148.6所公开的旋压机；(2)旋转驱动设备旋转驱动主轴驱使旋压轮绕旋转中心轴线转动，同时驱使旋压轮在管料径向进给，而夹料爪用于夹持的管料，并可驱使管料在轴向上进给，当然了，该进给可由旋压轮来进给，例如公开号为cn201611043982.8所公开的旋压机。

与现有常用于旋压管状零部件的铜管相比，硬态紫铜管虽然在结构强度及成本上具有很好的优势，尤其是成本优势；但是，由于硬态紫铜管这种纯度底且含杂质多，采用现有多爪旋压设备对其进行旋压时，发现存在表面起毛、起皮、裂纹等问题，尤其是旋轮式挤压件所构建的多爪旋压机，很难加工制造出合格的产品。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种基于多爪旋压机的旋压加工方法，以通过有效保证硬态紫铜管的旋压成型合格率，而降低部分铜管类产品的制造成本；本发明的另一目的是提供一种适于上述旋压加工方法所使用的旋压加工系统。

为了实现上述主要目的，本发明提供的一种硬态紫铜管的旋压加工方法，基于多爪旋压机进行旋压处理，包括上料步骤、旋压步骤及卸料步骤，该旋压步骤包括：控制多爪旋压机的挤压件组与夹持在其夹料爪上的硬态紫铜管相对转动，以将硬态紫铜管的管段部旋压成预设形状的成型管部；挤压件组由一个以上的滚动式挤压件及一个以上的硬质摩擦工具式挤压件构成。

与现有技术中采用同种工模具构建多爪旋压机的挤压件不同的是，本发明组合了现有工模具中的滚动式挤压件与摩擦工具式挤压件组成挤压件组，从而在同一管坯上进行不同受力与相对运动的旋压处理，且利用硬质材料构建摩擦工具式挤压件，经批量产品生产的验证，该种组合方式能有效地保证针对硬态紫铜管的旋压成型的成品率，从而可利用硬态紫铜管加工部分铜管类零部件，从而有效地降低了这部分零部件的加工生成成本。

具体的方案为滚动式挤压件为旋轮式挤压件，在滚珠与旋轮中选择旋轮作为滚动式挤压件，能有效地提高了其使用寿命及确保后期加工的成品率；硬质摩擦工具式挤压件的有效挤压面为外凸且连续的光滑曲面，能很好地成型出不同形状及曲率半径的结构。

优选的方案为硬质摩擦工具式挤压件的有效旋压曲面部的曲率半径等于或小于旋轮式挤压件的有效旋压曲面部的曲率半径。能有效利用块状等挤压件确保曲率半径相差较大处之间过渡位置的成型加工质量。

优选的方案为多爪旋压机为三爪旋压机，硬质摩擦工具式挤压件的数量为一个，滚动式挤压件的数量为两个，不仅能确保受力均衡，且能确保成型质量；挤压件组中的挤压件环绕旋转中心轴线均匀布置，旋转中心轴线为挤压件组与夹料爪相对转动的中心轴线，进一步地提高三个挤压件的受力均衡性。

优选的方案为在旋压步骤中，主轴转速范围为1400转每分钟至2500转每分钟，旋压进给速度范围为2000米每分钟至3500米每分钟，光刀进给速度范围为150米每分钟至300米每分钟。在此范围内，其旋压成型产品的成品率能很好地得到保证。

优选的方案为硬质摩擦工具式挤压件为由模具钢制成的旋压块；在该旋压块上，至少对其有效挤压面进行cvd处理，采用经cvd处理后的模具钢作为硬质摩擦工具式挤压件，能在提高使用寿命的同时，由于其耐磨性与硬度而有效地确保其加工出产品的成品率；滚动式挤压件为由模具钢制成的旋压轮，充分利用其导热性能与硬度特性而提高产品的成品率。

为了实现上述另一目的，本发明提供的旋压加工系统适于对硬态紫铜管进行旋压处理，具体包括夹料机头、多爪旋压机头及旋转驱动装置，夹料机头包括夹料爪，旋压机头包括挤压件组，旋转驱动装置用于驱使夹料爪与挤压件组相对转动；挤压件组由一个以上的滚动式挤压件及一个以上的硬质摩擦工具式挤压件构成。

具体的方案为滚动式挤压件为旋轮式挤压件，在滚珠与旋轮中选择旋轮作为滚动式挤压件，能有效地提高了其使用寿命确保后期加工的成品率；硬质摩擦工具式挤压件的有效挤压面为外凸且连续的光滑曲面，能很好地成型出不同形状及曲率半径的结构。

优选的方案为硬质摩擦工具式挤压件的有效旋压曲面部的曲率半径等于或小于旋轮式挤压件的有效旋压曲面部的曲率半径。能有效利用块状挤压件确保曲率半径相差较大处之间过渡位置的成型加工质量。

优选的方案为多爪旋压机为三爪旋压机，硬质摩擦工具式挤压件的数量为一个，滚动式挤压件的数量为两个；硬质摩擦工具式挤压件为由模具钢制成的旋压块；在该旋压块上，至少对其有效挤压面进行cvd处理；滚动式挤压件为由模具钢制成的旋压轮。

优选的方案为多爪旋压机头的挤压驱动装置包括摆动杆及用于驱使该摆动杆摆动而进行进给的摆动驱动单元，挤压件安装在摆动杆的末端上。

附图说明

图1为本发明实施例1中旋压系统在略去护罩之后的立体图；

图2为图1中的a局部放大图；

图3为本发明实施例1中多爪旋压机头的立体图；

图4为图3中的b局部放大图；

图5为本发明实施例2中多爪旋压机头的局部结构图；

图6为本发明实施例3中多爪旋压机头的局部结构图；

图7为本发明实施例4中多爪旋压机头的局部结构图；

图8为本发明实施例5中多爪旋压机头的局部结构图；

图9为本发明实施例6中多爪旋压机头的局部结构图；

图10为本发明实施例1中多爪旋压机头的局部结构图；

图11为对比例2中多爪旋压机头的局部结构图；

图12为对比例3中多爪旋压机头的局部结构图；

图13为对比例4中多爪旋压机头的局部结构图；

图14为对比例5中多爪旋压机头的局部结构图；

图15为利用本发明实施例1所成型出样品的局部照片；

图16为利用本发明实施例1所成型出样品的局部照片；

图17为具有裂纹的样品的局部照片；

图18为具有起毛的样品的局部照片；

图19为具有起毛的样品的局部照片；

图20为具有起皮的样品的局部照片；

图21为具有起皮的样品的局部照片。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

本发明的主要构思是通过对旋压机的多爪旋压机头的结构进行改进，主要为对挤压件组中不同类型工模具的组合方式进行改进，基于该构思，在下述实施例中，主要为挤压组件的组合方式进行示例性描述，旋压机及其上下料装置的结构可参照现有产品的结构进行设计，并不局限于下述实施例的示例性描述。

实施例1

参见图1至图4，本发明旋压系统1包括机架10及安装该机架10上的控制装置、上下料装置11、夹料机头12、多爪旋压机头13、旋转驱动装置、成型装置39及罩盖在相关加工单元外的保护罩。

控制装置包括控制柜15、安装在控制柜15内的处理器、存储器与触摸控制屏及安装在控制柜15上的状态显示灯16，存储器储存有计算机程序；通过触摸控制板或按键接收操作人员的控制指令，以使处理器执行存储在存储器内对应的计算机程序，而控制各个功能单元按照预定次序执行相应的动作，以进行上料、旋压及卸料，而获取期望形状的成型件。多爪旋压机头13与夹料机头12均安装在机架10上，且在x轴正向上，多爪旋压机头13位于夹料机头12的下游侧；在y轴向上，上下料装置11用于从夹料机头12的侧旁对夹料机头12进行上料与卸料，其中，上下料装置11的具体结构参照本申请人申请且已公开的申请号为cn208341743u的专利申请文件；此外，还可采用如公开号为cn108856542a等专利文献所公开的上下料系统，且它们上有关上料的技术内容导入本申请中，作为本申请的部分，在此不再赘述。夹料机头12包括可绕旋转中心轴线100转动地安装在机架10的尾端部上的旋转主轴20，及安装在旋转主轴20的前端部上，用于夹持管坯的夹料爪21；其中，夹料爪21用于将待旋压的管坯夹住，以驱使管坯同步地转动，在本实施例中，其具体结构为如图中所示的多瓣式结构，具体结构参照本申请人已申请并公开的公开号为cn104552076a的专利文献，此外，其还可参照现有产品中的其他结构进行设计，并不局限于图所示例的结构。

旋压机头13包括支架30，挤压件31、挤压件32、挤压件33与芯棒38，用于安装支架30的安装滑板34，安装在安装滑板34上且用于驱使三个挤压件同步进行挤压动作的挤压驱动装置，及用于驱使安装滑板34沿x轴向往复移动的直线位移输出装置36；安装滑板34为沿xoy平面布置的板体结构，即沿水平面布置。安装滑板34通过沿x轴向布置的直线导轨滑块机构安装在机架10上。其中，挤压驱动装置包括直线位移输出装置41，推套42，铰接在支架30上的摆动杠杆43、摆动杠杆44与摆动杠杆45，及通过铰接机构对应地连接摆动杠杆机构43、摆动杠杆44、摆动杠杆45与驱动端与推套42的连杆46、连杆47、连杆48；挤压件31、挤压件32与挤压件33对应地通过摆动杆311、320、330固定在摆动杠杆43、摆动杠杆44与摆动杠杆45的阻力端部上，推套42受直线位移输出装置41驱动而沿x轴向往复移动，从而驱使摆动杠杆推动挤压件在管坯的径向上进给挤压运动；其为现有产品，具体结构参照现有产品进行设计。在本实施例中，直线位移输出装置41由旋转电机、同步带机构及丝杆螺母机构构成，也可直接改用直线电机、气缸或油缸进行构建。直线位移输出装置36采用旋转电机及丝杆螺母机构构成，也可直接改用直线电机、气缸或油缸进行构建。成型机构39安装在支架30上，包括直线位移输出装置390、直线导轨滑块机构391及成型刀具392，直线导轨滑块机构391用于确保成型刀具392沿平行于yoz平面的方向移动，直线位移输出装置390用于驱使成型刀具392伸出至接触管件01，从而切断处于高速转动的管件01的端部，达到切平目的，或者对端面进行倒内外角；也可以利用其对加工出的成型部分进行切断而进行下一部分的旋压处理。挤压件31、挤压件32与挤压件33环绕旋转中心轴线100均匀布置，一起构成本实施例中的挤压件组，其中旋转中心轴线100为挤压件组与夹料爪21相对转动的中心轴线。在旋压处理的过程中，通过安装在机架10上的旋转驱动装置而驱使旋转主轴20相对旋压机头13的挤压件绕旋转中心轴线100转动，从而带动夹持在夹料爪21上的管坯与旋压机头13上的挤压件相对转动，在本实施例的描述中，旋转中心轴线100为沿x轴向布置，铅垂向为z轴向。在本实施例中，旋转驱动装置为采用旋转驱动电机进行构建。

此外，还可增设管端整修装置以对管端进行修正处理，包括车内孔、倒内外角等，从而提高旋压处理的一次性，提高成型质量。

如图4所示，在本实施例中，挤压件33与挤压件32为可转动地安装在摆动杆末端上的旋压轮，即为旋轮式缩口式挤压件，而挤压件31为固定在摆动杆末端上的旋压块，即为工具摩擦缩口式挤压件。在本实施例中，旋压轮采用模具钢进行构建，具体采用型号为dc53、skd61、skd51、skd11等模具钢，其摆动杆可采用其他硬度的模具钢进行构建；旋压块由模具钢、钨钢、硬质合金等硬质材料制成，在本申请中，先根据成型质量而采用硬度足够的材料构建旋压块，再根据设计寿命需要，选择耐磨性能好的硬质材料或经处理而提高其耐磨性的硬质材料进行构建，例如采用型号为dc53的进口模具钢构建旋压块，并至少对其有效挤压表面进行cvd处理以提高其耐磨性能，从而在确保旋压成型质量的前提下，延长其使用寿命，即在下述样品的成型中采用以经cvd处理的dc53模具钢进行构建，而用于固定安装挤压件31的摆动杆采用常规模具钢进行构建；如图4所示，旋压块的末端部为外凸状的光滑曲面部310。

采用该旋压系统1对硬态紫铜管进行旋压加工的方法包括以下步骤，在本实施例及下述实施例中，所旋压样品的管坯为型号是tp2y且状态号为h80的紫铜管，但不限于该型号的硬态紫铜管：(1)上料步骤s1，利用上下料装置11将已定长尺寸的管坯塞入处于张开状态的夹料爪21，并由主轴内部的卸料块对管端面进行定位，从而完成对管坯01的夹持；接着，控制夹料爪21对管坯01进行夹持。(2)旋压步骤s2，控制多爪旋压机头13的挤压件组与夹持在其夹料爪21上的管坯01相对转动，以将管坯01的管段部旋压成预设形状的成型管部。在本实施例中，被旋压成成型管部的管段部为管坯01的外端部。(3)卸料步骤s3，控制夹料爪21张开，利用布设在旋转主轴20内的推料杆将已完成旋压的管件推出夹料爪，并利用上下料装置11进行接料并完成下料。

如上所描述的结构，挤压件组由旋压轮32、旋压轮33与旋压块31构成，即在本实施例中，挤压件组由两个滚动缩口式挤压件与一个硬质摩擦工具缩口式挤压件构成。

实施例2

作为对本发明实施例2的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。如图5所示，在本实施例中，挤压件组由一个旋压轮51与两根旋压块52构成，且在中心位置处也布设有芯棒53，即在本实施例中，挤压件组由一个滚动缩口式挤压件及两个硬质摩擦工具缩口式挤压件构成。

实施例3

作为对本发明实施例3的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。如图6所示，在本实施例中，挤压件组由两个旋压滚珠54与一根旋压块55构成，且在中心位置处也布设有芯棒56，即在本实施例中，挤压件组由两个滚动缩口式挤压件及一个硬质摩擦工具缩口式挤压件构成。

实施例4

作为对本发明实施例4的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。参见图7，在本实施例中，挤压件组由一个旋压滚珠57与两根旋压块58构成，且在中心位置处也布设有芯棒59，即在本实施例中，挤压件组由一个滚动缩口式挤压件及两个硬质摩擦工具缩口式挤压件构成。

实施例5

作为对本发明实施例5的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。参见图8所示的结构，挤压件组由一个旋压滚珠61与一个旋压块62构成，且在中心位置处也布设有芯棒63，即在本实施例中，挤压件组由一个滚动缩口式挤压件及一个硬质摩擦工具缩口式挤压件构成。

实施例6

作为对本发明实施例6的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。参见图9所示的结构，挤压件组由一个旋压轮64与一根旋压块65构成，且在中心位置处也布设有芯棒66，即在本实施例中，挤压件组由一个滚动缩口式挤压件及一个硬质摩擦工具缩口式挤压件构成。

对比例1

作为对本对比例1的说明，以下仅对与上述实施例1至实施例5的不同之处进行说明，即对挤压件组中的不同工模具的组合方式进行描述。参照图10所示的结构，在该对比例1中，其挤压件组由三根旋压块67构成，且在中心位置处也布设有芯棒68，即在该对比例中，挤压件组由三个硬质摩擦工具缩口式挤压件构成。

对比例2

作为对本对比例2的说明，以下仅对与上述实施例1至实施例5的不同之处进行说明，即对挤压件组中的不同工模具的组合方式进行描述。参照图11所示的结构，在该对比例2中，其挤压件组由三根旋压滚珠69构成，且在中心位置处也布设有芯棒71，即在该对比例中，挤压件组由三个滚动缩口式挤压件构成。

对比例3

作为对本对比例3的说明，以下仅对与上述实施例1至实施例5的不同之处进行说明，即对挤压件组中的不同工模具的组合方式进行描述。参照图12所示的结构，在该对比例3中，其挤压件组由一个旋压滚珠72与两根旋压轮73构成，且在中心位置处也布设有芯棒74，即在该对比例中，挤压件组由三个滚动缩口式挤压件构成。

对比例4

作为对本对比例4的说明，以下仅对与上述实施例1至实施例5的不同之处进行说明，即对挤压件组中的不同工模具的组合方式进行描述。参照图13所示的结构，在该对比例4中，其挤压件组由三个旋压轮75构成，且在中心位置处也布设有芯棒76，即在该对比例中，挤压件组由三个滚动缩口式挤压件构成。

对比例5

作为对本对比例5的说明，以下仅对与上述实施例1至实施例5的不同之处进行说明，即对挤压件组中的不同工模具的组合方式进行描述。参照图14所示的结构，在该对比例5中，其挤压件组由一个旋压轮77与两个旋压滚珠78构成，且在中心位置处也布设有芯棒79，即在该对比例中，挤压件组由三个滚动缩口式挤压件构成。

申请人利用样机对同样的硬态紫铜管进行旋压缩口处理，并对旋压出如图15等样品照片所示的成型部，该成型部包括直筒段部与锥面段部，并对它们的表面粗糙度进行检测，具体检测结果如下表1所示：

表1实施例与对比例所旋压加工出样品的表面粗糙度检测值

如图15及图16所示为采用实施例1进行批量化生产的样品，图15为采用旋压轮的有效旋压曲面部的曲率半径小于旋压块的有效旋压曲面部的曲率半径的组合进行旋压获得，从图中可以看出，在直筒段的根部处出现的不光洁及台阶的问题；而图16为采用旋压轮的有效旋压曲面部的曲率半径等于或大于旋压块的有效旋压曲面部的曲率半径的组合进行旋压获得，在本实施例中为等于，从图中可以发现其直筒段的根部与主体部的表面够很光滑整洁，且无台阶问题出现。

在利用上述实施例与对比例加工成型出样品利用肉眼进行判别其外观，对于外观描述，如上述介绍的图15及图16所示结构，其表面光亮，无起皮、起毛及裂纹，如图17中箭头所指位置为起裂纹，即产生与沿周向布置的旋压纹相交叉的纹理，而图18及图19所示为加工表面存在起毛问题，图20中箭头所指位置及图21中圆圈所圈范围为起皮问题，即有铜屑粘于铜管表面，不易去除，具体产品外观加工质量如下表2所示：

表2实施例与对比例所旋压加工出样品的外观

对于不同组合的实施例的挤压件使用寿命，具体为统计旋压出样品数量(次)，统计结果如下表3所示：

表3实施例的挤压件使用寿命评价

从上表可以发现以下规律：(1)只要有搭配“珠子”使用的场合，在使用后期，做出来的产品表面易起毛、起皮、裂纹和开裂的情况，而且“珠子”不耐用。(2)采用3个滚轮，产品表面易起毛和起皮。(3)采用旋压块生产出的产品表面光亮，无起皮、开裂、起螺纹现象，但是对于全是旋压块时，其寿命远远少于其与其他挤压件配合的使用寿命。(4)要使做出来的产品表面光亮，无起皮、开裂、起螺纹现象，即为合格品，必须要至少1个硬质摩擦式挤压件配合1-2个滚动体式挤压件才行；其中，“2个滚轮和1个旋压块”与“一个滚轮和1个旋压块”为最佳组合，做出来的产品表面光亮，无起皮、开裂、起螺纹现象。结合批量生产的样品与两种工模具的工作特点，可以发现由于硬态紫铜管这种纯度底且含杂质多，比半硬态硬度高，若多个爪均采用硬质摩擦工具进行旋压，由于旋压速度较高，摩擦产生的热量将难以得到很好的释放而不断积累，容易导致铜体发热，最后面出现起毛、起皮等问题，且会缩短挤压件的服役寿命；而采用旋压滚珠进行旋压，在前期加工质量很好，随着滚珠的磨损，易出现起毛、起皮及起裂纹，挤压件的使用寿命较短；此外，为了避免热量积累，通常会采用冷却液进行冷却，但是由于铜含杂质较多，若加入冷却液，容易导致起毛、起皮；采用三个滚轮，虽然散热性能好，其容易导致产品起毛与起皮，导致半硬态铜管与硬态铜管的外观容易起毛与起皮。在本申请中，组合了滚动式与硬质摩擦式，两者相配合，从而能达到更好的效果，尤其是旋压轮。

在上述实施例中，为旋转驱动装置驱使夹料爪带动铜管转动，而挤压件为仅进行挤压进给；此外，也可夹料爪保持静止，而利用旋转驱动装置驱使挤压件绕旋转中心轴线转动，例如，可采用类似公开号为cn108080480a的专利文献所公开的结构。此外，在上述实施例中，利用摆动杆对挤压件进行安装固定，从而能利用其杆状结构在旋压加工过程中干涉两较少；此外，对于旋压进给驱动装置的结构并不局限于上述实施例中的摆动式进给机构，还可以为cn108080480a这种沿径向进给机构，其也可以采用杆件进行安装挤压件，即在本发明中，优选利用杆状连接件安装挤压件，从而构成挤压件与挤压进给驱动装置的连接构件。此外，在上述实施例中，挤压件均为缩口式挤压件，该组合方式也可以用于扩口式挤压件，从而提高对硬态紫铜管等具有相似特性的产品的旋压成型中。