一种大直径波纹管振动成形装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种大直径波纹管振动成形装置及方法，其成形装置主要由芯轴、波纹芯模、连接盘、成形轮、支撑架、振动装置等组成。波纹芯模套装于芯轴上，并通过芯轴底部法兰和端部连接盘连接成一个整体模具。管坯套装于波纹芯模外面，在管坯的两个端部设有左、右端夹爪，成形轮分布于管坯外侧。夹爪夹紧管坯后，开始绕轴心旋转，成形轮上施加振动激励，然后成形轮对管坯进行径向与轴向进给。本发明综合现有各成形工艺方法，通过采用振动激励装置有效降低了金属管坯与成形模具间的摩擦力，并且当施加高频振动激励时，可以使金属管坯变形抗力降低、抑制管坯起皱及破裂的产生和发展，保证大波高波纹管尺寸的精确性，使成形工件的表面光洁度增加。
【专利说明】
一种大直径波纹管振动成形装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及金属管材的加工，特别是涉及一种大直径波纹管成形装置及方法。
【背景技术】
[0002]金属波纹管可以作为补偿和减震元件吸收热胀冷缩以及震动引起的尺寸变化，已经广泛应用于仪器仪表、航空、微型电机、石油化工和汽车工业等领域。金属波纹管是由直管加工而成，其主要成形方法包括:机械成形、橡胶成形(弹性模成形)、液压成形、焊接成形。其中机械成形包括滚压成形、旋压成形。
[0003]长期的生产实践证明，机械成形尤其是滚压成形虽能实现大波高波纹管的生产，但加工质量不稳定，受操作人员技术水平的影响较大，由于成形过程中每个波形都是沿周向逐渐成形，存在局部应力及表面硬化不均的现象;橡胶成形虽能实现轴向压缩补偿变形区的材料，壁厚变化不大，波形尺寸稳定，但不能实现大波高波纹管的生产;液压成形虽能实现大波高波纹管的生产且波纹管表面不容易产生划伤等表面质量问题，生产效率高，尤其是多波一次成形，但波纹管壁厚变化较大且波形尺寸不稳定，很容易出现成形尺寸不符合要求的情况。总之，现有大波高波纹管的成形方法均不能保证其成形的质量。
【发明内容】
[0004]本发明旨在综合现有各成形工艺方法，提出一种新的金属波纹管成形工艺方法以提尚大波尚波纹管尺寸稳定性及表面质量。
[0005]本发明目的通过下述技术方案来实现:
[0006]—种大直径波纹管振动成形装置，主要由芯轴、波纹芯模、连接盘、成形轮、支撑架、振动装置组成，所述波纹芯模套装于芯轴上，并通过芯轴和连接盘连接成一个整体模具，在管坯的两个端部具有夹持固定用的夹爪，所述成形轮安装在支撑架上并分布于管坯外侧，所述振动装置安装在支撑架尾部;所述波纹芯模的波纹型面由多个间距相同的波纹组成，所述波纹芯模的波纹型面与成形波纹管内表面波纹型面相吻合，所述成形轮的外轮廓曲面与成形波纹管的波纹相配合，成形时启动振动装置并通过成形轮对管坯表面施加径向振动激励，成形轮先径向进给，当成形轮与波纹芯模的波纹共同作用使管坯形成波纹后，再进行轴向移动，直至一个波纹完成，然后径向退出，轴向进给一个波纹间距后进行下一个波纹的成形，如此循环直至所有波纹成形完毕。
[0007]所述芯轴一端部带有法兰，法兰上加工有通孔，另一端部加工有螺纹孔，且沿轴向加工有一平面，该平面由芯轴头部一直贯穿至法兰根部;所述波纹芯模可根据需要沿轴向分成三块或三块以上的分瓣结构，每块芯模瓣两端均开有螺纹孔，其中一块芯模瓣为底部平面、两平行侧面、顶部波纹型面，所述芯模瓣的底部平面与芯轴平面相接触。
[0008]所述波纹芯模的波纹由三段圆弧组成，分别为顶部圆弧段和两个相同的根部圆弧段。
[0009]所述成形轮沿水平或者垂直方向对称布置在管坯外侧。
[0010]所述夹爪包括左端夹爪、右端夹爪，共有4个左端夹爪和4个右端夹爪分别均布于管坯的左端和右端;所述左端夹爪带有凸台，内表面为圆弧形，所述凸台用于在管坯受到左端夹爪夹紧时使管坯左端向管内弯曲扣住波纹芯模端部以增加管坯夹持的稳定性;所述右端夹爪内表面呈V形;与管坯接触的夹爪内表面均加工有增加摩擦系数的沟槽;波纹管成形时，左端夹爪夹紧管坯并带动管坯旋转，右端夹爪夹紧管坯同时施加一轴向拉力以避免波纹成形时管坯表面失稳起皱。
[0011]所述振动装置可采用下列形式之一:机械振动、超声振动、液压振动、气压振动，其振动频率为1Hz?20kHz，振幅为2?50μπι。
[0012]—种大直径波纹管振动成形方法，包括以下具体步骤:
[0013](I)将芯轴、波纹芯模通过螺钉及连接盘装配成一个整体模具；
[0014](2)将管坯套进波纹芯模外侧，管坯内表面与波纹芯模外表面接触，管坯左端部超出波纹芯模端部10?40mm;
[0015](3)将装配好管坯的模具放入张开的左、右端夹爪中，左端夹爪的凸台内侧面超出波纹芯模端部1.2?2倍管坯壁厚的距离，以使左端夹爪夹紧时管坯向内侧弯曲扣住波纹芯丰旲端部，左、右端夹爪夹紧官还，冋时左端夹爪带动官还开始旋转，右端夹爪施加轴向拉力；
[0016](4)对称布置的成形轮由左端部的波纹处开始径向压缩管坯开始滚压成形，同时启动振动装置施加径向振动激励，当径向位移达到指定波纹深度时，成形轮开始实现轴向进给，直至一个波纹完成，然后径向退出并轴向进给一个波纹间距后进行下一个波纹的成形，如此循环直至所有波纹成形完毕；
[0017](5)松开左、右端夹爪，将加工完毕后的成形波纹管连同模具一起卸下，拆卸下连接盘后，先抽出芯轴，再拆下底部为平面的波纹芯模瓣，然后取出另外的波纹芯模瓣，最后即得到成形波纹管。
[0018]本发明的有益效果是:新的成形工艺采用振动激励有效地降低金属管材与成形模具间的摩擦力，并且当施加高频振动激励时，可以使金属管材变形抗力降低、抑制管材起皱及破裂的产生和发展；由于成形轮与管材之间的接触为局部接触，成形轮滚动时和管材间不断的瞬间冲击可以促使金属管材与波纹芯模间的有效贴模，保证波纹管尺寸的精确性，同时有效抑制管材的回弹;成形轮对称布置可以有效平衡管材的成形力，同时振动激励可降低成形力从而减小成形轮驱动力的要求，也减少了成形轮对管材表面的划伤，使成形波纹管的表面光洁度增加，从而提高了大波高波纹管的尺寸稳定性及表面质量。
【附图说明】
[0019]图1为本发明大直径波纹管振动成形装置结构示意图。
[0020]图2为图1的K-K剖面图。
[0021]图3为本发明大直径波纹管振动成形装置的芯轴结构示意图。
[0022]图4为本发明大直径波纹管振动成形装置的左端夹爪结构示意图。
[0023]图5为图1的A处局部放大不意图。
[0024]具体实施方法
[0025]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明:
[0026]如图1?2所示，本发明实施例的一种大直径波纹管振动成形装置，主要由芯轴1、波纹芯模2、支撑架4、成形轮5、连接盘7、振动装置10组成，波纹芯模2套装于芯轴I上，并通过芯轴I底部的法兰和端部的连接盘7连接成一个整体模具，管材9套装于波纹芯模2外面。官还9的两个端部设有夹持固定用的左端夹爪8和右端夹爪6。共有4个左端夹爪和4个右端夹爪均布于管还两端。成形轮5与支撑架4间通过转轴3配合安装。在支撑架4的尾端安装有振动装置9。支撑架4可以在外力作用下实现管材径向和轴向的进给运动。
[0027]如图2?3所示，芯轴I一端部带有法兰，法兰上加工有通孔，另一端部加工有螺纹孔，且沿轴向加工有一平面，该平面由芯轴头部一直贯穿至法兰根部;波纹芯模2沿轴向分成三块芯模瓣2-1、2-2、2-3，每块芯模瓣两端均开有螺纹孔，其中一块芯模瓣2-1为底部平面、两平行侧面、顶部波纹型面，该芯模瓣的底部平面与上述芯轴平面相接触。
[0028]如图4所示，左端夹爪8带有凸台，内表面为圆弧形，凸台用于在管坯9受到左端夹爪夹紧时使管坯左端向管内弯曲扣住波纹芯模端部以增加管坯夹持的稳定性;右端夹爪6内表面呈V形(参见图2)；与管坯接触的左、右端夹爪内表面均加工有增加摩擦系数的沟槽；波纹管成形时，左端夹爪8夹紧管坯并带动管坯9旋转，右端夹爪6夹紧管坯9同时施加一轴向拉力以避免波纹成形时管坯表面失稳起皱。
[0029]如图5所示，波纹芯模的波纹由三段圆弧组成，分别为顶部以R为半径的圆弧段和两个相同的以r为半径的根部圆弧段。成形轮5有两个，在竖直方向上分别分布于管材9上下两侧。成形轮5的外轮廓曲线与成形波纹相吻合。
[0030]本发明实施例的一种大直径波纹管振动成形方法，所成形波纹管的材质为304不锈钢，波纹管由直壁段和波纹段交替构成，其直壁段的外径为330mm，波纹高度27mm，壁厚2mm，波纹顶部外圆角半径R为18mm，根部圆角半径r为10mm。其成形的具体步骤如下:
[0031]步骤一、参照图1?2，将芯轴1、波纹芯模2通过螺钉及连接盘7装配成一个整体模具;
[0032]步骤二、将管坯9套进波纹芯模2外侧，管坯9内表面与波纹芯模2外表面接触，管坯左端部超出波纹芯模2端部30mm;
[0033]步骤三、将装配好管坯的模具放入张开的左、右端夹爪8、6中，左端夹爪8的凸台内侦k面(见图4)超出波纹芯模端面3mm，以使左端夹爪8夹紧时管坯9向内侧弯曲扣住波纹芯丰旲2端部，左、右端夹爪8、6夹紧官还9，冋时左端夹爪8带动官还9开始旋转，右端夹爪6施加轴向拉力；
[0034]步骤四、上下对称布置的成形轮5由左端部的波纹处开始径向压缩管坯9开始滚压成形，同时启动振动装置施加径向振动激励，当径向位移达到27mm时，成形轮开始实现轴向进给，直至一个波纹完成，然后径向退出并轴向进给一个波纹间距后进行下一个波纹的成形，如此循环直至所有波纹成形完毕；
[0035]步骤五、松开左、右端夹爪8、6，将加工完毕后的成形波纹管连同模具一起卸下，拆卸下连接盘7后，先抽出芯轴I，再拆下底部为平面的芯模瓣2-1，然后取出另外的芯模瓣2-
2、2-3，最后即得到成形波纹管。
【主权项】
1.一种大直径波纹管振动成形装置，其特征在于，主要由芯轴、波纹芯模、连接盘、成形轮、支撑架、振动装置组成，所述波纹芯模套装于芯轴上，并通过芯轴和连接盘连接成一个整体模具，在管坯的两个端部具有夹持固定用的夹爪，所述成形轮安装在支撑架上并分布于管坯外侧，所述振动装置安装在支撑架尾部;所述波纹芯模的波纹型面由多个间距相同的波纹组成，所述波纹芯模的波纹型面与成形波纹管内表面波纹型面相吻合，所述成形轮的外轮廓曲面与成形波纹管的波纹相配合，成形时启动振动装置并通过成形轮对管坯表面施加径向振动激励，成形轮先径向进给，当成形轮与波纹芯模的波纹共同作用使管坯形成波纹后，再进行轴向移动，直至一个波纹完成，然后径向退出，轴向进给一个波纹间距后进行下一个波纹的成形，如此循环直至所有波纹成形完毕。2.根据权利要求1所述的一种大直径波纹管振动成形装置，其特征在于，所述芯轴一端部带有法兰，法兰上加工有通孔，另一端部加工有螺纹孔，且沿轴向加工有一平面，该平面由芯轴头部一直贯穿至法兰根部;所述波纹芯模可根据需要沿轴向分成三块或三块以上的分瓣结构，每块芯模瓣两端均开有螺纹孔，其中一块芯模瓣为底部平面、两平行侧面、顶部波纹型面，所述芯模瓣的底部平面与芯轴平面相接触。3.根据权利要求1或2所述的一种大直径波纹管振动成形装置，其特征在于，所述波纹芯模的波纹由三段圆弧组成，分别为顶部圆弧段和两个相同的根部圆弧段。4.根据权利要求1或2所述的一种大直径波纹管振动成形装置，其特征在于，所述成形轮沿水平或者垂直方向对称布置在管坯外侧。5.根据权利要求1或2所述的一种大直径波纹管振动成形装置，其特征在于，所述夹爪包括左端夹爪、右端夹爪，共有4个左端夹爪和4个右端夹爪分别均布于官还的左端和右端；所述左端夹爪带有凸台，内表面为圆弧形，所述凸台用于在管坯受到左端夹爪夹紧时使管坯左端向管内弯曲扣住波纹芯模端部以增加管坯夹持的稳定性;所述右端夹爪内表面呈V形;与管坯接触的夹爪内表面均加工有增加摩擦系数的沟槽;波纹管成形时，左端夹爪夹紧管坯并带动管坯旋转，右端夹爪夹紧管坯同时施加一轴向拉力以避免波纹成形时管坯表面失稳起皱。6.根据权利要求1或2所述的一种大直径波纹管振动成形装置，其特征在于，所述振动装置可采用下列形式之一:机械振动、超声振动、液压振动、气压振动，其振动频率为1Hz?20kHz，振幅为2?50ym。7.—种大直径波纹管振动成形方法，包括以下具体步骤: (1)将芯轴、波纹芯模通过螺钉及连接盘装配成一个整体模具； (2)将管坯套进波纹芯模外侧，管坯内表面与波纹芯模外表面接触，管坯左端部超出波纹芯模端部10?40mm; (3)将装配好管坯的模具放入张开的左、右端夹爪中，左端夹爪的凸台内侧面超出波纹芯模端部1.2?2倍管坯壁厚的距离，以使左端夹爪夹紧时管坯向内侧弯曲扣住波纹芯模端部，左、右端夹爪夹紧官还，冋时左端夹爪带动官还开始旋转，右端夹爪施加轴向拉力； (4)对称布置的成形轮由左端部的波纹处开始径向压缩管坯开始滚压成形，同时启动振动装置施加径向振动激励，当径向位移达到指定波纹深度时，成形轮开始实现轴向进给，直至一个波纹完成，然后径向退出并轴向进给一个波纹间距后进行下一个波纹的成形，如此循环直至所有波纹成形完毕； (5)松开左、右端夹爪，将加工完毕后的成形波纹管连同模具一起卸下，拆卸下连接盘后，先抽出芯轴，再拆下底部为平面的波纹芯模瓣，然后取出另外的波纹芯模瓣，最后即得到成形波纹管。
【文档编号】B21D15/06GK106040811SQ201610551838
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】曹秒艳, 赵长财, 董国疆, 左苗苗, 王鹏
【申请人】燕山大学