薄壁管件波纹成型工装的制作方法

1.本发明属于波纹成型工装，具体涉及一种薄壁管件波纹成型工装。


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，其目的是提供一种薄壁管件波纹成型工装本发明是通过以下技术方案实现的：一种薄壁管件波纹成型工装，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轴向滚珠丝杠、主锥形齿轮副、轴向压紧组件以及多组沿圆周均布的径向外撑组件；所述轴向滚珠丝杠与驱动机构连接；所述主锥形齿轮副设置于轴向滚珠丝杠上；所述轴向压紧组件包括一对分别设置于轴向滚珠丝杠两端的反旋螺母压片；所述径向外撑组件包括径向滚珠丝杆、副锥形齿轮副和滚轮，所述副锥形齿轮副设置于径向滚珠丝杆一端，且与主锥形齿轮副啮合；所述滚轮与径向滚珠丝杆另一端传动连接。
4.在上述技术方案中，所述薄壁管件位于一对反旋螺母压片之间。
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，所述滚轮通过连接轴承固定于径向外撑组件支撑架上。
11.在上述技术方案中，所述向滚珠丝杆与副锥形齿轮副之间设置支撑轴承。
12.在上述技术方案中，所述滚轮与波纹凹槽位置对应设置。
13.本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于薄壁管件波纹的机械滚压成型工装，分为外套模具和内部成型机构，可实现薄壁筒大波纹一次成型，成型工装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。
附图说明
14.图1是本发明薄壁管件波纹成型工装的结构示意图；
‘
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。
15.其中：1
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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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轴向滚珠丝杠5
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主锥形齿轮副
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反旋螺母压片7
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径向滚珠丝杠
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副锥形齿轮副9
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滚轮
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10
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连接轴承11
ꢀꢀ
径向外撑组件支撑架
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12
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支撑轴承13
ꢀꢀ
螺栓孔
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14
ꢀꢀ
薄壁管件。
16.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
17.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薄壁管件波纹成型工装的技术方案。
18.如图1所示，一种薄壁管件波纹成型工装，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，驱动机构为内部成型机构提供驱动力。
19.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轴向滚珠丝杠4、主锥形齿轮副5、轴向压紧组件以及多组沿圆周均布的径向外撑组件；所述轴向滚珠丝杠4与驱动机构3的驱动轴连接；所述主锥形齿轮副5设置于轴向滚珠丝杠4上；所述轴向压紧组件包括一对分别设置于轴向滚珠丝杠4两端的反旋螺母压片6；所述径向外撑组件包括径向滚珠丝杆7、副锥形齿轮副8和滚轮9，所述副锥形齿轮副8设置于径向滚珠丝杆7一端，且与主锥形齿轮副5啮合；所述滚轮9与径向滚珠丝杆7另一端传动连接，且滚轮9与波纹凹槽位置对应设置；所述滚轮9通过连接轴承10固定于径向外撑组件支撑架11上，所述向滚珠丝杆7与副锥形齿轮副8之间设置支撑轴承12。在本实施例中，设置四组径向外撑组件，且呈十字分布。
20.薄壁管件14置于外套模具中间空腔内，且位于一对反旋螺母压片6之间。
21.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；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；5.波纹型腔敞口端过渡圆弧r2=（0.2~1.0）mm；在本实施例中，所述薄壁管件14与外套模具间隙配合，外套模具内腔与薄壁管件14单边间隙值范围为0.03mm-0.06mm，保障薄壁管件14顺畅上下件及良好的同轴度。
22.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未图示连接的螺栓孔13。
23.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。
24.在本实施例中，所述外套模具异型凹模及波纹凹槽处合模后采用流体抛光，降低成型过程中的摩擦阻力同时改善加工表面粗糙度。
25.在本实施例中，所述驱动机构3为伺服电机。
26.本发明的工作原理：
伺服电机驱动滚珠丝杠，位于丝杠上的反旋螺母压片同时相对运动，滚珠丝杠中部主锥形齿轮转动，带动周向分布的四组副锥型齿轮转动，从而带动径向的四组滚珠丝杠运动，使滚轮径向扩展，完成波纹成型。
27.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
·
n，通过调整锥形齿轮副的比例n（直径比），即可精确调整滚压行程内rs与zs的数量关系，该结构下rs与zs的数量保持稳定比例系数。
28.本发明的工作过程：（
ⅰ
）将外套前半模1通过螺栓孔13连接于机床主轴或卡盘上。
29.（
ⅱ
）调整内部成型机构，使之与外套模具同轴。
30.（
ⅲ
）将薄壁管件14装填于外套前半模1中，将外套后半模2通过连接内外螺纹与外套前半模1旋紧。
31.（
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9与薄壁管件14接触后，调整驱动机构速度，采取步进方式进行滚压。
32.（
ⅴ
）驱动机构3驱动轴向滚珠丝杠4，轴向滚珠丝杠4旋转带动一对反旋螺母压片6相对运动，实现轴向压紧，轴向滚珠丝杠4上的主锥形齿轮副5带动四组径向滚珠丝杠7旋转，从而带动从动滚轮9径向位移；在轴向压紧与径向扩张的共同作用下，迫使成型部位材料进入外套波纹凹槽内，实现波纹成型。
33.本发明提供了一种用于薄壁管件波纹的机械滚压成型工装，具有以下优点：外套模具与机床主轴相连，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；可拆卸连接的外套前后半模可使工件成型后快速取出；利用滚珠丝杠、反旋螺母压片、锥形齿轮副与四组径向滚珠丝杠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；工装设置四组内部滚轮，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；伺服电机控制滚珠丝杠，实现径向进给精确控制；调整锥形齿轮副比例，可以调节轴向运动与径向运动的比值。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。