双向作用薄壁管件波纹成型具的制作方法

1.本发明属于波纹成形模具领域，具体涉及一种双向作用薄壁管件波纹成型具。


背景技术：

2.为完成某些特殊功能，需要在高强度金属薄壁筒（壁厚＜0.2mm）上进行波纹胀型，该成型过程是材料弹性形、塑性变形，弯折成型的综合变化，加工成型难度较大。尤其是针对壁厚＜0.2mm的薄壁筒，需要成型波高/波宽比值较大的波纹，现有常规工艺采用单向外顶、纯径向施加偏置位移方式，一方面局部应力过大，另一方面不能有效将材料从轴向拉入模具内腔，成型过程极易出现裂纹导致废品。


技术实现要素：

3.本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种双向作用薄壁管件波纹成型具。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：一种双向作用薄壁管件波纹成型具，包括套筒型外套模具、内部成型机构和驱动机构；所述内部成型机构置于外套模具内部；薄壁管件置于外套模具中间空腔内；所述外套模具包括相互连接的外套前半模和外套后半模，外套前半模紧固于机床主轴或卡盘上，所述外套前半模底面和外套后半模顶面均形成对称设置的波纹半凹槽，两个波纹半凹槽形成波纹型腔；所述内部成型机构包括滚珠丝杠、轴向压紧机构、多个滚轮以及径向外撑机构；所述滚珠丝杠与驱动机构连接；所述轴向压紧机构包括一对设置于滚珠丝杠两端的反旋压片；所述径向外撑机构包括一对设置于滚珠丝杠两端的反旋螺母以及多组沿圆周均布连杆机构；所述连杆机构包括上连杆和下连杆，上连杆和下连杆均一端与反旋螺母铰链连接，另一端与滚轮铰链连接。
5.在上述技术方案中，所述薄壁管件与外套模具间隙配合，单边间隙值范围为0.03mm~0.06mm。
6.在上述技术方案中，所述外套前半模和外套后半模可拆卸连接。
7.在上述技术方案中，所述外套前半模和外套后半模之间通过螺纹结构可拆卸连接。
8.在上述技术方案中，所述外套前半模下端外壁形成环形豁口槽，豁口槽槽壁形成连接外螺纹；所述外套后半模顶部形成凹槽，凹槽槽壁形成与连接外螺纹配合的连接内螺纹。
9.在上述技术方案中，所述外套前半模和外套后半模均为套筒型结构，所述外套前半模上部形成凸沿，凸沿上均布多个用于与机床主轴连接的螺栓孔。
10.在上述技术方案中，所述滚轮水平位置与波纹型腔位置对应设置。
11.在上述技术方案中，所述反旋螺母上形成铰链调节槽，连接上、下连杆与反旋螺母的铰链置于铰链调节槽内。
12.在上述技术方案中，所述薄壁管件位于一对反旋压片之间；所述反旋螺母位于反旋压片内侧；反旋压片的外径不小于薄壁管件外径，所述反旋螺母的外径小于薄壁管件内径。
13.在上述技术方案中，所述滚珠丝杠与驱动机构3通过电机快速连接装置连接。
14.本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于薄壁筒异型部位的机械滚压成型的双向作用薄壁管件波纹成型具，实现周向多部位均匀外撑，且轴向配合径向共同施压，提高成型能力。本发明利用滚珠丝杠、反旋螺母、连杆结构实现了径向外撑与轴向压紧同步进行，有利于薄壁成型部位顺利进入模具型腔，提高成型率；同时成型具设置6~8组内部滚轮，同时进行滚压操作，相比单轮滚压，极大改善局部变形应力过大问题，有利于提高成型率；利用机床主轴控制外套模具，可实现成型转速大范围调节；伺服电机控制滚珠丝杠，实现径向进给精确控制。
附图说明
15.图1是本发明双向作用薄壁管件波纹成型具的结构示意图；图2是本发明薄壁管件波纹成型工装中波纹型腔（外套前后半模闭合状态）的结构示意图。
16.其中：1
ꢀꢀ
外套前半模
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外套后半模3
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驱动机构
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滚珠丝杠5
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滚轮
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反旋压片7
ꢀꢀ
电机快速连接装置
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8ꢀꢀ
反旋螺母9
ꢀꢀ
上连杆
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10
ꢀꢀ
下连接杆11
ꢀꢀ
铰链调节槽
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12
ꢀꢀ
螺栓孔13
ꢀꢀ
薄壁管件。
17.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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明双向作用薄壁管件波纹成型具的技术方案。
19.如图1所示，一种双向作用薄壁管件波纹成型具，包括套筒型外套模具、内部成型机构和驱动机构3；所述内部成型机构置于外套模具内部，驱动机构为内部成型机构提供驱动力。
20.所述外套模具包括上下可拆卸连接的外套前半模1和外套后半模2，外套前半模1紧固于机床主轴上，所述外套前半模1底面和外套后半模2顶面均形成对称设置的波纹半凹槽，两个波纹半凹槽形成波纹型腔；所述内部成型机构包括滚珠丝杠4、轴向压紧机构、多个滚轮5以及径向外撑机构；所述滚珠丝杠4与驱动机构3通过电机快速连接装置7连接；所述轴向压紧机构包括一对设置于滚珠丝杠4两端的反旋压片6；
所述径向外撑机构包括一对设置于滚珠丝杠4两端的反旋螺母8以及多组沿圆周均布连杆机构；所述反旋螺母8位于反旋压片6内侧；所述连杆机构包括上连杆9和下连杆10，上连杆9一端与位于上方的反旋螺母8通过铰链连接，另一端与滚轮5通过铰链连接；下连杆10一端与位于下方的反旋螺母8通过铰链连接，另一端与滚轮5通过铰链连接；多组连杆机构沿圆周均布。
21.薄壁管件13置于外套模具中间空腔内，且位于一对反旋压片6之间。
22.所述反旋压片6的外径不小于薄壁管件13外径，所述反旋螺母8的外径小于薄壁管件13内径。
23.在本实施例中，所述外套前半模1底面和外套后半模2顶面形成的波纹半凹槽组成波纹型腔；波纹半凹槽的槽底为斜面，且端部呈圆弧过渡。成型时，外套前半模1和外套后半模2闭合，即外套前半模1底面紧贴外套后半模2顶面，所述两个波纹半凹槽闭合形成完整的波纹型腔；所述波纹型腔尺寸参数如图2所示，波纹型腔参数与成型波纹尺寸关系如下，以成型波纹波宽wb，波高lb的u型外凸波纹为例，波纹型腔主要参数应满足以下条件：1.波纹半凹槽深度l=（1.15~1.20）lb；是由于滚压外凸型波纹时，成型处薄壁发生双向拉伸弹塑性变形，滚压结束随着径向顶出力减小，整个波纹会发生变形回弹，凹槽深度l设置过小，回弹后波纹尺寸达不到lb要求，设置过大容易发生超过材料极限变形的波纹破裂，经过实际加工实验得到该深度最佳范围为：l=（1.15~1.20）lb；2.波纹型腔敞口端宽度w=（1.05~1.10）wb；波纹型腔敞口宽度大，根据受力，材料更容易被拉进型腔，但是成型精度降低，波纹型腔敞口宽度小，成型精度高，但易发生口部处的材料“卡死”现象，将波纹型腔敞口宽度设置在w=（1.05~1.10）wb时，既能保持良好的精度，又能避免口部过盈卡死现象；3.上、下波纹半凹槽槽底平面段夹角α=3
°
~6
°
，该角度是成型工装具重要参数，在初期滚压成型过程中，发现即使将波纹型腔敞口宽度设置在w＞1.10wb时仍会出现波纹处卡死导致的成型失败，因为成型过程不可避免的会出现波纹向一侧微小偏移，偏移侧间隙减小加上成型过程波纹变形导致型腔内壁与波纹侧壁摩擦，从而造成侧壁破损，因此需要设计口部小，后面大的负角度型腔，形成避空设计，经过实践检验夹角α=3
°
~6
°
时可妥善解决上述问题；4.波纹型腔封闭端圆弧半径r1=（0.55~0.60）wb；配合上、下波纹半凹槽槽底平面段夹角α进行设计。
24.5.波纹型腔敞口端过渡圆弧r2=（0.2~1.0）mm；在本实施例中，为了实现轴向位移与径向位移的比值的可调节性，所述反旋螺母8上形成铰链调节槽11，连接上下连杆与反旋螺母8的铰链置于铰链槽内，通过铰链在槽内的位置实现对比值的调节。
25.在本实施例中，所述薄壁管件13与外套模具间隙配合，外套模具内腔与薄壁管件13单边间隙值范围为0.03mm~0.06mm，保障薄壁管件13顺畅上下件及良好的同轴度。
26.在本实施例中，所述外套前半模1和外套后半模2均为套筒型结构，所述外套前半模1上部形成凸沿，凸沿上均布多个用于与机床主轴或卡盘（均未图示）连接的螺栓孔12。
27.在本实施例中，所述外套前半模1和外套后半模2之间的可拆卸连接通过螺纹连接实现，外套后半模2通过螺纹结构旋紧至外套前半模1上。具体结构为：所述外套前半模1下端外壁形成环形豁口槽，豁口槽槽壁形成连接外螺纹；所述外套后半模2顶部形成凹槽，凹槽槽壁形成与连接外螺纹配合的连接内螺纹；外套前半模1和外套后半模2通过连接内外螺纹实现螺纹连接，且外套前后半模之间螺纹连接留够足够长度，波纹处尺寸不合适可以车平凹模再次加工波纹型腔，减少模具成模费用。
28.在本实施例中，所述外套模具异型凹模处合模后采用流体抛光，粗糙度＜ra0.4，并加注润滑油，降低成型过程中的摩擦阻力同时改善加工表面粗糙度。
29.在本实施例中，所述驱动机构3为伺服电机。
30.本发明的工作原理：内部成型机构运动方式为：驱动机构（伺服电机）驱动滚珠丝杠，位于丝杠上的反旋螺母、反旋压片同时相对运动，反旋螺母通过连杆机构带动滚轮径向运动。
31.内部成型机构调节方式为：调整反旋螺母上的铰链在铰链调节槽内的位置，可以调整α角的大小，从而调整轴向位移与径向位移的比值。
32.波纹整个弹塑性变形处于轴向及径向力的双向作用下，轴向与径向力的比例关系靠轴向运动与径向运动控制，径向运动rs与轴向运动zs符合关系rs=zs
·
tanα，通过调整铰链在铰链调节槽中的位置即可调节初始上、下连杆与轴向夹角α的大小，即可一定程度调整滚压行程内rs与zs的数量关系。根据关系rs=zs
·
tanα，当需要径向位移较慢，而轴向位移较快时，可使α＜＜45
°
，当需要两者同步进行，可使42
°
＜α＜48
°
内，当需要径向位移速度快，轴向位移较慢时，可使α＞＞45
°
。
33.本发明的工作过程：（
ⅰ
）将外套前半模1通过螺栓孔12连接于机床主轴或卡盘上。
34.（
ⅱ
）将驱动机构（伺服电机）3通过电机快速连接装置7与滚珠丝杠4连接，调整电机快速连接装置7，使滚珠丝杠4与外套模具同轴。
35.（
ⅲ
）将薄壁管件13装填于外套前半模1中，将外套后半模2通过外套螺纹与外套前半模1旋紧。
36.（
ⅳ
）启动机床主轴，调整好转速，启动驱动机构（伺服电机）3，当滚轮5与薄壁筒件13接触后，调整驱动机构（伺服电机）3速度，采取步进方式进行滚压。
37.（
ⅴ
）驱动机构（伺服电机）3驱动滚珠丝杠4，滚珠丝杠4旋转带动一对反旋螺母8相对运动，通过上连杆9、下连杆10，铰链带动滚轮5径向位移；同时一对反旋压片6也在滚珠丝杠4的带动下相对运动，压紧薄壁筒件13端面，迫使成型部位材料进入波纹型腔内。
38.本发明提供了一种双向作用薄壁管件波纹成型具，该工装用于薄壁筒异型部位的机械滚压成型；分为外套模具和内部成型机构，可实现薄壁筒大波纹一次滚压成型。该成型具具有以下优点：利用滚珠丝杠、反旋螺母压片、连杆结构实现了径向外撑与轴向压紧同步进行，有利于薄壁成型部位顺利进入模具波纹型腔，提高成型率；成型具设置有6~8组内部滚轮，同时进行滚压操作，相比单轮滚压，极大改善局部变形应力过大问题，有利于提高成型率；利用机床主轴控制外套模具，可实现成型转速大范围调节；外套模具提供波纹成型腔；可拆卸的外套前后半模结构可使工件成型后快速取出；伺服电机控制滚珠丝杠，实现径向进给精确控制。
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.申请人声明，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，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。