薄壁金属减振波纹管及其成型方法、机床密封防护装置与流程

本发明属于机床防护装置，特别涉及薄壁金属减振波纹管及其成型方法、机床密封防护装置。

背景技术：

1、高精度机床及设备(以下合称为机床)对自身振动及负载有严格要求，由于加工材料有毒有害，必须采用专用密封装置将设备进行特殊密封比如手套箱装置，以满足特种材料加工的防护要求。密封装置的使用，不可避免地会在通排风净化和操作过程中产生振动，振动通过密封装置传至机床，进而影响加工精度，同时密封装置直接置放于机床上部，增加了床身负载，影响了机床动态特性，其结构如图14所示。为了降低或消除密封装置振动及额外附加负载对机床的影响，需要在密封装置与机床密封连接处配备相应的波纹减振器，实现机床和密封装置间的柔性密封连接和独立支撑，而考虑到机床自身空间布局以及人机操作便捷性，密封装置往往采用非标异形设计，因此对应波纹减振器往往为异形结构。

2、现有的密封装置的减振结构分为以下三种：

3、方案1：针对通排风净化时的管路振动传递而设计的圆柱形金属波纹减振管。圆柱形金属波纹减振管外型由规则的波浪型周期性管材制作而成，包括压铸成型或焊接成型等方式制作，同时两端固定有法兰面用于安装，一般用于管道与管道之前的连接，其结构如图15所示，其作为缓冲减振元件，一方面用于实现管路中的振动吸收，一方面则可以小范围补偿管路对接的空间错位，因此针对图14所示的带有密封装置的高精度加工机床其往往在通排风净化管路上安装圆柱形金属波纹减振管，防止风机振动传递至密封防护装置进而传递到机床运动部件影响机床精度。其原理如图16所示。

4、方案2：针对密封装置整体减振卸荷设计的异形非金属波纹减振管。为避免密封手套箱产生的振动以及自身负载传递到机床上，最理想的方式就是将密封手套箱相对于机床独立支撑实现机床卸荷，同时密封装置的法兰面与机床的密封连接，法兰面间通过安装波纹减振管实现两者密封连接，进而防止与外界大气交换，考虑到机床自身的体积往往较大，且形状不规则，因此波纹管往往采用非金属材质一次成型，其结构整体如图17所示。

5、方案3：针对密封装置整体减振卸荷设计及高防护设计的弱柔性异形金属波纹减振管。结合上述针对减振卸荷设计的异形非金属波纹减振管，其在某些防护要求较高的场合或者负压工作场合并不适用，因此目前市面上生产有异形金属波纹减振管以替代非金属材质管，但其采用冲压工艺加工波纹形状，金属材质波纹减振管柔性差、且焊接变形大、减振性能不理想。

6、综上，现有技术的减振结构包括针对通排风净化时的管路振动传递而设计的圆柱形金属波纹减振管、针对密封装置整体减振及卸荷设计的异形非金属波纹减振管及针对密封装置整体减振卸荷设计及高防护设计的弱柔性异形金属波纹减振管三种结构。

7、方案1只是实现了通排风净化时的外界风机的振动隔离吸收，当人为通过手套箱操作时比如开关密封装置组件或通过手套孔操作时，其产生的振动依旧会传递到机床，并且密封装置整体重量直接作用于机床床身上，机床负载增加影响机床运动特性。

8、方案2虽然实现了整体振动隔离及密封装置负载卸荷，但是考虑到机床自身规格，采用的是非金属材质，经过长久使用会出现老化破裂，只适用与一般场合，无法适用于有毒有害高要求作业环境。

9、方案3虽然实现了密封装置负载卸荷及较高防护密封要求，但其采用整体冲压成型的工艺使得柔性差、减振效果不理想，并不适用于高精度机床加工设备。并且，由于冲压工艺的限制，为避免冲压时金属片断裂，金属片不能太薄，这进一步减低了金属减振波纹管的减振效果。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种减振效果好的薄壁金属减振波纹管及其成型方法、机床密封防护装置。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种薄壁金属减振波纹管的成型方法，包括以下步骤：

4、s1：将若干金属条依次首尾焊接，形成整圈波纹叶片；

5、s2：将若干层波纹叶片依次进行组焊：待焊波纹叶片的内侧与上层波纹叶片和下层波纹叶片中的其中一个进行焊接，待焊波纹叶片的外侧与上层波纹叶片和下层波纹叶片中的另一个进行焊接；

6、s3：使用开口工具将相邻波纹叶片之间未焊接一侧撑开。

7、本发明将异形波纹叶片分解为若干个金属条，再将若干金属条依次首尾焊接形成整圈波纹叶片，已解决市场上不锈钢板材尺寸规格限制以及机床规格尺度限制。本发明将若干层波纹叶片依次进行组焊形成波纹管形状，相比于冲压形成的金属波纹管，本发明的薄壁金属减振波纹管具有更好的减振效果。并且，由于本发明的薄壁金属减振波纹管通过焊接成型，金属条的厚度可更薄，进一步提高薄壁金属减振波纹管的减振效果，薄壁金属减振波纹管更趋近于非金属高柔性波纹管的使用效果。开口工具对组焊完成的各组波纹叶片进行拉伸预变形处理，解决波纹叶片拉伸变形和均匀受力的问题，薄壁金属减振波纹管更类似于弹簧结构，输出效果更加理想。

8、作为本发明的优选方案，在步骤s1中，金属条的内、外两侧留有加工余量，待整圈波纹叶片焊接完成后，切割波纹叶片的内、外两侧至设计尺寸。如果通过尺寸到位的金属条直接拼接波纹叶片，极易造成焊接变形。因此将异形波纹叶片分解为若干个金属条，为防止变形，单个金属条内、外两侧留有加工余量，当整体拼焊成形后，再采用激光切割金属条内外形状至设计尺寸，形成单张波纹叶片。

9、作为本发明的优选方案，在步骤s1中，将相邻两块金属条进行焊接时，采用焊接夹具将两块金属条夹紧后再进行焊接。对于薄金属板材，拼接只能采用单面焊接双面成型的焊接方式，且薄壁焊接传热快，热影响区域(haz)大，焊接变形大。为减少haz，控制焊接变形，本发明设计制作了专用的焊接夹具。

10、作为本发明的优选方案，所述焊接夹具包括下固定板，下固定板的一侧固定有连接板，连接板上固定有上固定板，上固定板位于下固定板上侧，上固定板上设置有焊接开口，上固定板上连接有锁紧连接件。焊接两块金属条时，两块金属条分别从两侧插入上固定板和下固定板之间的空间，两块金属条的拼接处对齐焊接开口，通过锁紧连接件将两块金属条夹紧，再将两块金属条进行焊接。

11、作为本发明的优选方案，两块金属条的下面垫装有散热板，散热板也插入上固定板和下固定板之间的空间内。在焊接材料下放置一块高导热材质的散热板，快速吸收焊接热量以减少haz的影响，有效控制了焊接变形。

12、作为本发明的优选方案，在步骤s2中，焊接相邻两层波纹叶片时，焊接部位上、下两侧垫装散热板。在焊接部位上、下两侧增加高导热材质的散热板，快速吸收焊接热量，以减少haz宽度，达到控制焊接变形的目的。

13、作为本发明的优选方案，在步骤s3中，所述开口工具的形状为飞碟形。若焊接后的波纹管直接使用，则相邻间的波纹叶片变形类似于悬臂梁弯曲变形，若利用工具开启后则更类似于弹簧结构成型，输出效果更加理想。

14、一种薄壁金属减振波纹管，包括若干层波纹叶片，波纹叶片的内侧与上层波纹叶片和下层波纹叶片中的其中一个焊接，纹叶片的外侧与上层波纹叶片和下层波纹叶片中的另一个焊接，每层波纹叶片由若干金属条依次首尾拼接。

15、一种机床密封防护装置，包括密封防护罩，密封防护罩罩在机床上，密封防护罩与机床之间连接有底座减振波纹管，底座减振波纹管采用上述的薄壁金属减振波纹管。

16、密封防护罩对进行密封，实现机床运动部件有毒有害作业时的防护。本发明的薄壁金属减振波纹管具有较好的减振效果，可降低或消除密封防护装置振动及额外附加负载对机床的影响。

17、作为本发明的优选方案，所述密封防护罩上设置有通排风净化装置，通排风净化装置上连接有通排风减振波纹管，通排风减振波纹管采用上述的薄壁金属减振波纹管。通排风减振波纹管用于管道与管道之前的连接，其作为缓冲减振元件，一方面用于实现管路中的振动吸收，一方面则可以小范围补偿管路对接的空间错位。

18、本发明的有益效果为：

19、本发明将异形波纹叶片分解为若干个金属条，再将若干金属条依次首尾焊接形成整圈波纹叶片，已解决市场上不锈钢板材尺寸规格限制以及机床规格尺度限制。本发明将若干层波纹叶片依次进行组焊形成波纹管形状，相比于冲压形成的金属波纹管，本发明的薄壁金属减振波纹管具有更好的减振效果。并且，由于本发明的薄壁金属减振波纹管通过焊接成型，金属条的厚度可更薄，进一步提高薄壁金属减振波纹管的减振效果，薄壁金属减振波纹管更趋近于非金属高柔性波纹管的使用效果。开口工具对组焊完成的各组波纹叶片进行拉伸预变形处理，解决波纹叶片拉伸变形和均匀受力的问题，薄壁金属减振波纹管更类似于弹簧结构，输出效果更加理想。