專利名稱：一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法及夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械加工中旋壓制造領(lǐng)域，具體是一種滾珠旋壓方法和旋壓夾具。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)旋壓產(chǎn)品的需求量也越來(lái)越大，旋壓加工應(yīng)用領(lǐng)域 也越來(lái)越廣。目前，滾珠旋壓已有效地用于制造特薄壁管，特別是小直徑薄壁管，與其他工 藝相比，滾珠旋壓獲得的產(chǎn)品表面光滑，且尺寸精度高。現(xiàn)有的滾珠旋壓主要針對(duì)管型件進(jìn)行壁厚減薄旋壓，旋壓過(guò)程產(chǎn)品的內(nèi)徑保持不 變，因此無(wú)法滿足變內(nèi)徑管的工藝要求，導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上需求的變內(nèi)徑薄壁管主要依 靠國(guó)外進(jìn)口。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的采用滾珠旋壓無(wú)法滿足變內(nèi)徑管的工藝要求的不足，本 發(fā)明提出了一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法及夾具。本發(fā)明提出的變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法包括以下步驟第一步，安裝旋壓工裝；將滾珠均布在模環(huán)的凹槽內(nèi)，并通過(guò)壓塊將滾珠封閉在凹 槽內(nèi)；將管坯一端逐次穿過(guò)主軸箱主軸內(nèi)孔、模環(huán)和壓塊的中心孔、以及叉形推桿的U形 槽，并用夾頭加緊管坯，夾頭固定在套筒上；轉(zhuǎn)動(dòng)小托板上的刻度盤(pán)帶動(dòng)叉形推桿推動(dòng)壓塊 移動(dòng)，當(dāng)壓塊右側(cè)端面距模環(huán)端面5. 2mm時(shí)，壓塊壓緊管坯；第二步，縮徑旋壓；縮徑旋壓包括五步，具體過(guò)程是a.試旋，確定各縮徑段的外徑；試旋長(zhǎng)度為20 30mm ；車床轉(zhuǎn)速118r/min，管坯 軸向進(jìn)給速度為60mm/min;啟動(dòng)車床，小托板上的刻度盤(pán)順時(shí)針每轉(zhuǎn)動(dòng)1大格，壓塊軸向主 軸箱方向運(yùn)動(dòng)0. 05mm,當(dāng)刻度盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊前進(jìn)0. 5mm，滾珠徑向下壓0. 3mm ； 旋壓后縮徑段管壁壁厚增加0. 05 0. 06mm，根據(jù)公式確定各縮徑段的外徑φ 外=φ 內(nèi)+2k δ公式中，為各縮徑段的外徑；Φ 為各縮徑段的內(nèi)徑；k為系數(shù)，取值范圍為 1. 10 1. 12 ； δ為管壁厚；b.旋壓第一處縮徑段；旋壓過(guò)程包括三道次；旋壓中，管坯的進(jìn)給速度60mm/分 鐘，管坯單向行進(jìn)距離為35mm后返回初始起旋位置；重復(fù)上述過(guò)程，依次進(jìn)行第二道次和 第三道次旋壓旋；第一道次和第二道次旋壓中，每道次刻度盤(pán)分別轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分 別前進(jìn)0. 5mm，每道次滾珠徑向下壓0. 3mm ；第三道次旋壓中，刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)8大格，壓塊亦分 別前進(jìn)0. 4mm,滾珠徑向下壓0. 2mm ；C.旋壓第二處縮徑段；第二處縮徑段的旋壓過(guò)程同旋壓第一處縮徑段的旋壓過(guò) 程；d.旋壓第三處縮徑段；旋壓過(guò)程包括三道次；旋壓中，管坯的進(jìn)給速度60mm/分 鐘，管坯單向行進(jìn)距離為35mm后返回初始起旋位置；重復(fù)上述過(guò)程，依次進(jìn)行第二道次和第三道次旋壓；旋壓中，每道次刻度盤(pán)分別轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn)0. 5mm,每道次滾 珠徑向下壓0. 3mm ；e.旋壓第四處縮徑段；第四處縮徑段的旋壓過(guò)程同旋壓第三處縮徑段的旋壓過(guò) 程；得到變徑管；第三步卸料；將完成旋壓的管件從夾具上卸下。旋壓道次是以尾頂帶動(dòng)管坯沿車床軸向運(yùn)動(dòng)一個(gè)往復(fù)為一道次。本發(fā)明還提出了一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法的夾具，包括模環(huán)、滾珠、壓塊 和叉形推桿；滾珠均布在模環(huán)的U形凹槽內(nèi)，壓塊大端的外圓與模環(huán)內(nèi)孔壁間隙配合；叉形 推桿的U形叉口套在管坯上，叉形推桿另一端固定在刀架上。模環(huán)一端的小徑內(nèi)孔為管坯的過(guò)孔，模環(huán)另一端的大徑內(nèi)孔為壓塊的安裝孔，模 環(huán)中部的內(nèi)孔孔徑略大于壓塊小直徑端的外徑；模環(huán)中部?jī)?nèi)孔與管坯的過(guò)孔之間形成徑向 臺(tái)階面，并且該徑向臺(tái)階面與孔壁之間為RlO的圓弧過(guò)渡，當(dāng)管坯穿過(guò)模環(huán)的過(guò)孔后，在模 環(huán)中部形成了用于安放滾珠的U形凹槽；滾珠逐個(gè)均勻排布在凹槽內(nèi)。壓塊的小端端面為內(nèi)凹圓弧形；壓塊的內(nèi)孔為管坯的過(guò)孔。叉形推桿一端開(kāi)有U 形槽，該U形槽的槽底為直徑略大于管坯外徑的圓弧形；叉形推桿另一端為該叉形推桿的 固定端，固定在刀架內(nèi)。本發(fā)明用于奧氏體不銹鋼管的旋壓成形，可替代性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單方便，工作效率 高。由于奧氏體不銹鋼強(qiáng)度低，延伸率在40%以上，塑性好，有利于縮徑，應(yīng)用滾珠旋壓成形 具有良好效果。本發(fā)明采取的工裝夾具，能夠有效地控制薄壁管縮徑處的直徑，根據(jù)縮徑段內(nèi)徑 的尺寸要求獲得不同的直徑，解決了變徑管局部縮徑的技術(shù)難題。該工裝夾具原理簡(jiǎn)單，合 理利用了普通車床的功能，并且加工容易，制造成本低。


圖1為變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓夾具結(jié)構(gòu)示意圖的A-A向視圖；圖3為模環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為壓塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為叉形推桿的結(jié)構(gòu)示意圖，其中a為叉形推桿的主視圖，b為叉形推桿的主視 圖的側(cè)視圖；圖6為縮徑前夾具的裝配位置示意圖；圖7為縮徑過(guò)程中滾珠在模環(huán)內(nèi)的工作位置。其中1.卡盤(pán)、2.模環(huán)、3.滾珠、4.壓塊、5.管坯、6.叉形推桿、7.夾頭、8.套筒、9.尾 頂、10.小托板、11.刀架。
具體實(shí)施例本實(shí)施例是一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法，其具體過(guò)程是第一步，安裝旋壓工裝。在模環(huán)的凹槽內(nèi)涂抹潤(rùn)滑油，選用7顆Φ8滾珠，將其逐 個(gè)均布在模環(huán)的凹槽內(nèi)，并通過(guò)壓塊將滾珠封閉在凹槽內(nèi)。將管坯一端逐次穿過(guò)主軸箱主軸內(nèi)孔、模環(huán)和壓塊的中心孔、以及叉形推桿的U形槽，并用夾頭加緊管坯，夾頭固定在套 筒上；通過(guò)控制小托板上的刻度盤(pán)的格數(shù)確定叉形推桿的軸向移動(dòng)距離，叉形推桿進(jìn)一步 推動(dòng)壓塊移動(dòng)，當(dāng)壓塊右側(cè)端面距模環(huán)端面5. 2mm時(shí)，壓塊壓緊管坯；第二步縮徑旋壓；縮徑旋壓包括五步，a.進(jìn)行試旋，確定各縮徑段的外徑。車床轉(zhuǎn)速118r/min，管坯軸向進(jìn)給速度為 60mm/min ；啟動(dòng)車床，小托板上的刻度盤(pán)順時(shí)針每轉(zhuǎn)動(dòng)1大格，壓塊軸向主軸箱方向運(yùn)動(dòng)
0.05mm,當(dāng)刻度盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊前進(jìn)0. 5mm,滾珠徑向下壓0. 3mm ；試旋20 30mm長(zhǎng)度后，旋壓后縮徑段管壁壁厚增加0. 05 0. 06mm，根據(jù)公式確定各縮徑段的外徑。φ 外=φ 內(nèi)+2k δ公式中，為各縮徑段的外徑；Φ 為各縮徑段的內(nèi)徑；k為系數(shù)，取值范圍為
1.10 1. 12 ； δ為管壁厚。本實(shí)施例中，第一處縮徑段和第二處縮徑段的系數(shù)k均取1. 10，第一處縮徑段和 第二處縮徑段外徑均為11.40mm。第三處縮徑段和第四處縮徑段的系數(shù)k均取1. 12， 第三處縮徑段和第四處縮徑段外徑Φ #均為11. 48mm。b.旋壓第一處縮徑段；旋壓過(guò)程包括三道次，以尾頂帶動(dòng)管坯沿車床軸向運(yùn)動(dòng)一 個(gè)往復(fù)為一道次。旋壓中，管坯的進(jìn)給速度60mm/分鐘，管坯單向行進(jìn)距離為35mm后返回初 始起旋位置。重復(fù)上述過(guò)程，依次進(jìn)行第二道次旋壓，如此再往復(fù)一個(gè)行程后，進(jìn)行第三道 次精旋。旋完后該縮徑段長(zhǎng)度達(dá)到45mm。第一道次和第二道次旋壓過(guò)程中，每道次刻度盤(pán) 分別轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn)0.5mm，每道次滾珠徑向下壓0.3mm。第三道次為精旋， 刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)8大格，壓塊亦分別前進(jìn)0. 4mm，滾珠徑向下壓0. 2mm。C.旋壓第二處縮徑段；旋壓過(guò)程包括三道次，以尾頂帶動(dòng)管坯沿車床軸向運(yùn)動(dòng)一 個(gè)往復(fù)為一道次。旋壓中，管坯的進(jìn)給速度60mm/分鐘，管坯單向行進(jìn)距離為35mm后返回初 始起旋位置。重復(fù)上述過(guò)程，依次進(jìn)行第二道次旋壓，如此再往復(fù)一個(gè)行程后，進(jìn)行第三道 次精旋。旋完后該縮徑段長(zhǎng)度達(dá)到45mm。第一道次和第二道次旋壓過(guò)程中，每道次刻度盤(pán) 分別轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn)0.5mm，每道次滾珠徑向下壓0.3mm。第三道次為精旋， 刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)8大格，壓塊亦分別前進(jìn)0. 4mm，滾珠徑向下壓0. 2mm。d.旋壓第三處縮徑段；旋壓過(guò)程包括三道次，以尾頂帶動(dòng)管坯沿車床軸向運(yùn)動(dòng)一 個(gè)往復(fù)為一道次。旋壓中，管坯的進(jìn)給速度60mm/分鐘，管坯單向行進(jìn)距離為35mm后返回初 始起旋位置。重復(fù)上述過(guò)程，依次進(jìn)行第二道次旋壓，如此再往復(fù)一個(gè)行程后，進(jìn)行第三道 次精旋。旋完后該縮徑段長(zhǎng)度達(dá)到45mm。第一道次和第二道次旋壓過(guò)程中，每道次刻度盤(pán) 分別轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn)0. 5mm，每道次滾珠徑向下壓0. 3mm。第三道次為精旋， 刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn)0. 5mm，滾珠徑向下壓0. 3mm。e.旋壓第四處縮徑段；旋壓過(guò)程包括三道次，以尾頂帶動(dòng)管坯沿車床軸向運(yùn)動(dòng)一 個(gè)往復(fù)為一道次。旋壓中，管坯的進(jìn)給速度60mm/分鐘，管坯單向行進(jìn)距離為35mm后返回初 始起旋位置。重復(fù)上述過(guò)程，依次進(jìn)行第二道次旋壓，如此再往復(fù)一個(gè)行程后，進(jìn)行第三道 次精旋。旋完后該縮徑段長(zhǎng)度達(dá)到45mm。第一道次和第二道次旋壓過(guò)程中，每道次刻度盤(pán) 分別轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn)0.5mm，每道次滾珠徑向下壓0.3mm。第三道次為精旋， 刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn)0. 5mm，滾珠徑向下壓0. 3mm。第三步卸料。四處縮徑段全部旋完后，首先松開(kāi)夾頭，尾頂后退，叉形推桿從刀架上卸下，然后松開(kāi)卡盤(pán)，將模環(huán)連同壓塊一起沿軸向后退，脫離管坯，最后管坯從主軸箱的 主軸內(nèi)孔抽出，操作完畢。為實(shí)施上述變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法，本實(shí)施例還提出了一種變徑管無(wú)模浮 動(dòng)滾珠旋壓夾具。所述變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓的夾具包括模環(huán)2、滾珠3、壓塊4、叉形推桿6、刀架 11、小托板10、夾頭7、套筒8和尾頂9。模環(huán)2夾緊在車床的卡盤(pán)1上，滾珠3均布在模環(huán) 2的凹槽內(nèi)，壓塊4大端的外圓與模環(huán)2內(nèi)孔配合，形成H7/g6間隙配合。叉形推桿6 —端 的U形叉口套在管坯5上，叉形推桿6另一端固定在刀架11上。管坯5依次穿過(guò)車床的主 軸箱的主軸內(nèi)孔、模環(huán)和壓塊的中心孔，夾頭7夾緊管坯5的端頭，并固定在套筒8內(nèi)，套筒 8位于尾頂9內(nèi)。通過(guò)小托板10上刻度盤(pán)的格數(shù)確定叉形推桿的軸向移動(dòng)距離。如圖3所示。模環(huán)2為中空回轉(zhuǎn)體。模環(huán)2的內(nèi)孔為階梯孔，其中一端的小徑內(nèi) 孔為管坯5的過(guò)孔，該過(guò)孔的孔徑同管坯5的外徑。模環(huán)2另一端的大徑內(nèi)孔為壓塊4的 安裝孔，該安裝孔的孔徑同壓塊4大直徑端的外徑。模環(huán)2中部的內(nèi)孔孔徑略大于壓塊4 小直徑端的外徑。模環(huán)2中部?jī)?nèi)孔與管坯5的過(guò)孔之間形成徑向臺(tái)階面，并且該徑向臺(tái)階 面與孔壁之間為RlO的圓弧過(guò)渡，當(dāng)管坯5穿過(guò)模環(huán)2的過(guò)孔后，在模環(huán)2中部形成了用于 安放滾珠的U形凹槽；8個(gè)Φ8的滾珠逐個(gè)均勻排布在凹槽內(nèi)。如圖4所示。壓塊4亦為中空回轉(zhuǎn)體，其外形為階梯狀。壓塊4小直徑端的端面 為RlO的內(nèi)凹圓弧形。當(dāng)壓塊4與模環(huán)2配合后，小直徑端的端面與滾珠的弧面配合。壓 塊4大直徑端與模環(huán)2的大徑內(nèi)孔配合。壓塊4的內(nèi)孔為管坯5的過(guò)孔。如圖5所示。叉形推桿6 —端端面開(kāi)有U形槽，該U形槽的槽底為圓弧形，并且該 圓弧的直徑略大于管坯5的外徑。叉形推桿6另一端為該叉形推桿的固定端，固定在刀架 6內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法，其特征在于，具體步驟為第一步，安裝旋壓工裝；將滾珠均布在模環(huán)的凹槽內(nèi)，并通過(guò)壓塊將滾珠封閉在凹槽 內(nèi)；將管坯一端逐次穿過(guò)主軸箱主軸內(nèi)孔、模環(huán)和壓塊的中心孔、以及叉形推桿的U形槽， 并用夾頭加緊管坯，夾頭固定在套筒上；轉(zhuǎn)動(dòng)小托板上的刻度盤(pán)帶動(dòng)叉形推桿推動(dòng)壓塊移 動(dòng)，當(dāng)壓塊右側(cè)端面距模環(huán)端面5. 2mm時(shí)，壓塊壓緊管坯；第二步縮徑旋壓；縮徑旋壓包括五步，具體過(guò)程是，a.試旋，確定各縮徑段的外徑；試旋長(zhǎng)度為20 30mm；車床轉(zhuǎn)速118r/min，管坯軸向 進(jìn)給速度為60mm/min ；啟動(dòng)車床，小托板上的刻度盤(pán)順時(shí)針每轉(zhuǎn)動(dòng)1大格，壓塊軸向主軸箱 方向運(yùn)動(dòng)0. 05mm,當(dāng)刻度盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊前進(jìn)0. 5mm，滾珠徑向下壓0. 3mm ；旋 壓后縮徑段管壁壁厚增加0. 05 0. 06mm，根據(jù)公式確定各縮徑段的外徑Φ 外=Φ 內(nèi)+2k δ公式中，Φ ,為各縮徑段的外徑；Φ 為各縮徑段的內(nèi)徑；k為系數(shù)，取值范圍為1. 10 1.12； δ為管壁厚；b.旋壓第一處縮徑段；旋壓過(guò)程包括三道次；旋壓中，管坯的進(jìn)給速度60mm/分鐘，管 坯單向行進(jìn)距離為35mm后返回初始起旋位置；重復(fù)上述過(guò)程，依次進(jìn)行第二道次和第三 道次旋壓；第一道次和第二道次旋壓中，每道次刻度盤(pán)分別轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn) 0. 5mm，每道次滾珠徑向下壓0. 3mm ；第三道次旋壓中，刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)8大格，壓塊亦分別前進(jìn) 0. 4mm,滾珠徑向下壓0. 2mm ；c.旋壓第二處縮徑段；第二處縮徑段的旋壓過(guò)程同旋壓第一處縮徑段的旋壓過(guò)程；d.旋壓第三處縮徑段；旋壓過(guò)程包括三道次；旋壓中，管坯的進(jìn)給速度60mm/分鐘，管 坯單向行進(jìn)距離為35mm后返回初始起旋位置；重復(fù)上述過(guò)程，依次進(jìn)行第二道次和第三道 次旋壓；旋壓中，每道次刻度盤(pán)分別轉(zhuǎn)動(dòng)10大格，壓塊亦分別前進(jìn)0. 5mm，每道次滾珠徑向 下壓0. 3mm ；e.旋壓第四處縮徑段；第四處縮徑段的旋壓過(guò)程同旋壓第三處縮徑段的旋壓過(guò)程；得 到變徑管；第三步卸料；將完成旋壓的管件從夾具上卸下。
2.如權(quán)利要求1所述一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法，其特征在于，所述的旋壓道 次是以尾頂帶動(dòng)管坯沿車床軸向運(yùn)動(dòng)一個(gè)往復(fù)為一道次。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法的夾具，其特征在于， 該裝置包括模環(huán)O)、滾珠(3)、壓塊(4)和叉形推桿(6)；滾珠C3)均布在模環(huán)O)的U形 凹槽內(nèi)，壓塊(4)大端的外圓與模環(huán)O)內(nèi)孔壁間隙配合；叉形推桿(6)的U形叉口套在管 坯( 上，叉形推桿(6)另一端固定在刀架(11)上。
4.如權(quán)利要求3所述一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法的夾具，其特征在于，模環(huán)(2) 一端的小徑內(nèi)孔為管坯( 的過(guò)孔，模環(huán)( 另一端的大徑內(nèi)孔為壓塊(4)的安裝孔，模環(huán) (2)中部的內(nèi)孔孔徑略大于壓塊(4)小直徑端的外徑；模環(huán)(2)中部?jī)?nèi)孔與管坯(5)的過(guò) 孔之間形成徑向臺(tái)階面，并且該徑向臺(tái)階面與孔壁之間為RlO的圓弧過(guò)渡，當(dāng)管坯( 穿過(guò) 模環(huán)( 的過(guò)孔后，在模環(huán)( 中部形成了用于安放滾珠的U形凹槽；滾珠逐個(gè)均勻排布在 凹槽內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法的夾具，其特征在于，壓塊(4)的小端端面為內(nèi)凹圓弧形；壓塊的內(nèi)孔為管坯(5)的過(guò)孔。
6.如權(quán)利要求3所述一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法的夾具，其特征在于，叉形推 桿(6) —端開(kāi)有U形槽，該U形槽的槽底為直徑略大于管坯( 外徑的圓弧形；叉形推桿 (6)另一端為該叉形推桿的固定端，固定在刀架(11)內(nèi)。
全文摘要
一種變徑管無(wú)模浮動(dòng)滾珠旋壓方法及夾具，通過(guò)所設(shè)計(jì)的專用夾具，對(duì)管坯分段多道次旋壓，具體過(guò)程包括通過(guò)試旋確定各縮徑段的外徑、對(duì)各縮徑段分段旋壓，并合理控制各旋壓過(guò)程的旋壓量，最終得到成形后的管件。本發(fā)明用于奧氏體不銹鋼管的旋壓成形，可替代性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單方便，工作效率高。由于奧氏體不銹鋼強(qiáng)度低，延伸率在40％以上，塑性好，有利于縮徑，應(yīng)用滾珠旋壓成形具有良好效果。本發(fā)明提出的工裝夾具能夠有效地控制薄壁管縮徑處的直徑，解決了變徑管局部縮徑的技術(shù)難題。該工裝夾具原理簡(jiǎn)單，合理利用了普通車床的功能，并且加工容易，制造成本低。
文檔編號(hào)B21D22/14GK102069121SQ20101054484
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者孫從勝, 曹波, 李增輝, 杜紅旗, 楊東浩, 王向軍, 王曉超, 肖立軍, 趙琳瑜, 郭強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安航天動(dòng)力機(jī)械廠