[发明专利]一种用于成形波纹管的旋压机构及旋压方法

说明书

技术领域

本发明属于旋压加工领域，具体是一种用于成形波纹管的旋压机构及旋压方法。

背景技术

铝合金波纹管件由于其质轻、耐腐蚀等优点广泛应用于军事国防、航空航天、石油开采、油气运输等各个工业领域。波纹管是直壁段与波纹段交替组成的管状零件，其中每个波纹段由三段圆弧组成，分别为顶部圆弧和两个根部圆弧。传统的波纹管成形方式采用先在板坯上压凸槽型，然后纵向滚圆、卷焊成短波纹管，最后将多节短波纹管通过轴向拼焊加工为最终成品波纹管。上述传统成形方法所用的工艺种类较多，包括压槽、滚圆、卷焊、拼焊共四种工艺，导致成形过程中容易产生各类缺陷，难以保证最终的成形质量。此外，上述传统的成形方法制成的波纹管所包含的焊缝数量较多，因此容易出现焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺欠等缺陷，这些缺陷严重地影响了波纹管的成形性能和使用寿命。

新型航空航天产品要求性能可靠稳定，其中对波纹管加工制造要求尽量减少所使用的工艺种类、取消纵向和横向焊缝，并实现整体成形。而旋压成形作为一种先进的塑性成形技术，是现代净尽少无切削整体成形技术的一个重要分支，目前成为薄壁空心回转体零件成形中应优先考虑的一种工艺。在旋压过程中，坯料的一端通过夹持装置固定并实现其自身沿轴线的转动，并且坯料在有或无芯模的支撑作用下，通过旋轮以一定轨迹沿坯料轴向的进给从而实现工件形状与壁厚的变化。与其它成形工艺相比，旋压具有产品精度高、性能好、材料利用率高、成本低、所需设备吨位小及工艺柔性高等优点。

在公开号为CN103332354A的发明创造中针对人工对波纹管进行压边效率低、稳定性差的不足，提出了一种结构紧凑、可在数控状态下对波纹管进行压边的装置，并提出了一种“装配管夹具-波纹管压边-继续压边”的方法；该方法仍然无法解决传统方法成形波纹管件工艺种类繁杂、成品焊缝较多等缺陷。因此急需采用旋压方法来成形无焊缝、工艺简单、整体成形的波纹管，以满足新型航空航天产品性能可靠稳定的要求。

发明内容

为克服现有技术中存在的工艺繁杂、焊缝多的不足，本发明提出了一种用于成形波纹管的旋压机构及旋压方法。

本发明包括芯轴、芯模、夹块、波纹芯模、芯轴端盖、成形波纹用旋轮和校形旋轮。其中：芯模套装在芯轴上，坯料套装在芯模上，并通过位于芯轴1一端的四个夹块固定。所述的芯模分为直壁芯模和波纹芯模，在成形波纹管中，根据不同的工序选用不同的芯模。

所述的芯轴为三级阶梯轴，分别形成了夹块安装凸台段、坯料固定段和芯模配合段。其中，坯料固定段位于芯轴的中部。坯料固定段的外径略小于夹块安装凸台，坯料固定段与夹块安装凸台段之间台阶的端面形成了坯料定位面。在坯料固定段与芯模配合段之间台阶的端面上对称开有两个用于连接芯模的螺纹孔。

所述夹块有四个，各夹块的下表面均为弧面。所述弧面的曲率分别与与之配合的夹块安装凸台段的曲率和坯料的曲率相同。

所述波纹芯模为分瓣芯模，该波纹芯模外表面的形状尺寸与波纹管件内表面的形状尺寸相同。所述波纹芯模中的各波纹段由三段圆弧组成，分别为顶部圆弧和两个根部圆弧，各圆弧半径满足式(1)：

rm₁＝r₁＝R₁+t  (1)

rm₂＝r₂＝R₂+t

其中，rm₁为波纹芯模波纹段根部圆弧半径,rm₂为波纹芯模波纹段顶部圆弧半径。r₁为波纹管内表面波纹段根部圆角半径，r₂为波纹管内表面波纹段顶部圆角半径。R₁为波纹管外表面波纹段根部圆角半径，R₂为波纹管外表面波纹段顶部圆角半径。t为波纹管壁厚。

所述成形波纹用旋轮的旋轮成形面分为三个弧段，分别是中部弧段rs₁以及两端弧段rs₂，各个弧段的半径满足式(2):

rs₁<R₁

rs₂>R₂  (2)

其中,rs₁为旋轮成形面中部弧段的圆角半径，rs₂为旋轮成形面两端弧段的圆角半径。