用于滚压管外螺纹的方法、滚压头及其设备技术

阅读:6 留言:0更新日期:2018-04-17 20:12
本发明专利技术提供一种管外螺纹滚压加工方法、滚压头及其滚压设备。本发明专利技术的方法将滚压轮从螺纹的螺尾开始滚压切入,向螺纹头部方向完成螺纹滚压。本发明专利技术的滚压头包括至少一个沿圆周布置的滚压轮及相应的滚压轮轴和滚压轮座,滚压轮通过滚压轮轴可转动地固定到滚压轮座,滚压轮上设有管螺纹成型部分,管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的管外螺纹的有效螺纹长度。本发明专利技术的滚压头还包括能够动态滚压全过程实时调节其滚压轮径向位置从而形成滚压工艺所需要锥度的径向调节装置。本发明专利技术还提供一种包括上述滚压头的滚压设备。本发明专利技术的方案使钢管端部在滚压期间不容易变形、显著节约空心圆柱毛坯的材料、提高成品率。

【技术实现步骤摘要】
用于滚压管外螺纹的方法、滚压头及其设备本申请要求2013年3月31日提交的申请号为CN201310110406.0的在先申请的优先权。
本专利技术总体涉及管道产品和管道加工机械领域,且具体涉及一种用于滚压管外螺纹的方法、滚压头及其设备。
技术介绍
由于滚压管外螺纹相比切削管外螺纹具有管螺纹机械连接强度高、密封性能好等优点,被越来越多的人们所重视,相应的制造工艺在国家专利技术专利“CN200310111695.2”和专利技术专利“CN200710106912.7”也有所披露。然而,上述的二个专利技术专利所揭示的二种滚压管外螺纹加工方法都是先进行轴向冲压或径向挤压圆锥面然后再进行管外螺纹滚压加工的工艺。相比切削管外螺纹一道加工成形方法,这二种加工工艺均需要利用圆锥形模具机械的或者是液压的轴向冲压或者是径向挤压空心圆柱毛坯工件,即先加工形成圆锥面,再在圆锥面上滚压加工管外螺纹。显然所述的这二种滚压管外螺纹加工工艺至少存在着下列3个问题:1.由于滚压管外螺纹加工工艺比目前套丝或者是切削加工管外螺纹工艺多了一道设备庞大的圆锥面加工工序,不但费时,而且对于管网现场加工管外螺纹操作非常不便,无法使人接受。2.由于巨大的轴向瞬间冲压或径向挤压压力,锥面成形时,钢管原始外径与圆锥面交界处的管体材料,特别是焊管的此处焊缝,容易受到隐性和显性的破坏,造成管外螺纹产品安全隐患。3.由于现有滚压钢管毛坯外径是以切削工艺而定的钢管外径,对于滚压而言其外径偏大。在冲压形成圆锥面时,尽管圆锥面为1:16,但滚压后产品内径锥面往往大于标准锥度1:16,或者是锥面长度(高度)远远大于标准允许的长度,造成滚压管外螺纹产品内孔最大缩小量大于标准允许的钢管外径和钢管壁厚最大偏差值之累计所造成的最大内径缩小量,对流体输送稳定性可能产生一定影响。从另一方面而言,如果不对现有标准钢管外径采用圆锥面加工的话,要么滚压加工成形的管外螺纹尺寸过大,要么管体容易变型或者是开裂。因此,冲压或挤压是现有管外螺纹滚压技术的必须工艺。究其原因,这是上述二项专利技术专利工艺设计上的缺陷以及以切削管螺纹技术制定的钢管标准外径作为滚压钢管外径滚压加工管外螺纹等原因所造成的。针对切削钢管外径过大不适合直接滚压,有一种利用滚压工艺在钢管标准外径上先进行滚压使钢管外径缩减至一定尺寸,即标准管外螺纹的中径,然后再滚压加工圆锥管外螺纹的方法。这种方法在滚压缩小钢管外径加工时会产生不易控制钢管椭圆度、钢管表面镀层受损以及滚压后产生钢管内孔缩小过多等现象。解决此问题的方法是在生产钢管时直接生产出符合滚压工艺要求的比标准钢管外径偏小的滚压专用外径钢管。但滚压钢管外径与壁厚尚无国家和国际标准,市场推广和接受需要一定的时间,这势必会影响到滚压管外螺纹工艺的推广和应用。通过上述描述与分析,不难发现:在使用现有标准外径的钢管情况下,省略轴向冲压或径向挤压工艺,简化工艺步骤,使滚压管外螺纹既符合国家和国际标准,又符合目前人们操作习惯是推广滚压管外螺纹这一优秀工艺的关键所在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以现有的管材标准外径作为滚压管外螺纹的空心圆柱毛坯外径,可以不通过圆锥形模具机械的或者是液压的轴向冲压或径向挤压空心圆柱毛坯加工形成圆锥面的预备工艺,仅仅通过一次滚压这一贯穿始终的工艺方法,直接在管材标准外径的空心圆柱体毛坯上滚压加工成形密封圆锥管外螺纹的制造方法、滚压头及其设备,使滚压圆锥管外螺纹加工工艺简单、实用和完整,并且尽量符合人们目前的操作习惯。本专利技术一方面提供一种滚压加工管外螺纹的方法,其特征在于,将滚压轮从所述管外螺纹的螺尾开始滚压切入,向螺纹头部方向完成螺纹滚压。现有螺纹滚压工艺有二种:径向滚压法和轴向滚压法。70多年来径向滚压工艺技术被实际证明无法实施不借助芯棒的管外螺纹的滚压,而现有的管外螺纹滚压工艺沿袭的是管外螺纹切削的加工方式,是从内外螺纹啮合的起始端,亦即螺纹头部开始切入滚压完整管外螺纹开始的轴向滚压法。除了技术偏见之外,目前的轴向滚压技术也只能从螺纹头部开始滚压,否则管螺纹产品的螺纹长度大大超出标准管螺纹长度。径向与轴向滚压的工艺技术困难和对切削工艺的承袭造成滚压管外螺纹从螺纹头部开始滚压这一工艺技术的必然。由于管口端是管外螺纹最小直径端,其径向变形是整个管螺纹段最大处。在滚压加工初始阶段(也即数个滚压轮对牙时)管口受到较大的径向应力;同时随着管外螺纹成形过程的深入和材料冷作硬化,管材受到的滚压力不断增强,对于焊管或者是薄壁管极易产生由管口端部开始的管体焊缝开裂或者是管体变形,直接导致现有的管外螺纹滚压技术对管材有矫圆缩径或者是冲压或挤压锥度的要求;同时对管材的成分、壁厚、壁厚均匀度以及焊缝质量等技术指标要求很高。即便如此,在实际操作中受到管材标准宽松的影响,现有滚压技术生产的滚压管外螺纹产品合格率仍然难以在80%以上,滚压管外螺纹工艺不可靠,造成现有滚压管外螺纹工艺,特别是现场施工滚压管外螺纹工艺,难以推广。本专利技术克服了目前径向滚压的技术困难,破除现有轴向滚压管外螺纹这一偏见,创造性地采取从管外螺纹尾端开始滚压切入,向螺纹头部方向完成滚压的管外螺纹加工方法。一方面利用管材非端口部(内侧)受挤压后比端口部不容易变形的特点;另一方面,对于管外螺纹,特别是圆锥管外螺纹,利用其螺纹尾部不完整螺纹的技术标准,有效地降低了滚压加工初始滚压轮与空心圆柱毛坯啮合阶段的滚压力要求,极大地放宽了管材的适用度,不但适用于现有的有缝与无缝、厚壁与薄壁管材,而且适用于相对较软的各种壁厚的铜管或者是铝合金管等等其它各类金属管材;通过对不同管材屈服强度与滚压管外螺纹形成力的计算,合理的控制滚压力,使产品合格率达到99.9%以上,使滚压管螺纹技术的实用性大大增强。为了进一步减小作用在空心圆柱毛坯上的滚压力,在本专利技术如上所述的管外螺纹滚压加工方法中,优选地其进一步的特征在于,所述滚压轮上含有管螺纹成型部分,所述管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度。更优选地,所述管螺纹成型部分的螺纹长度为所述管外螺纹的一道螺纹长度、二道螺纹长度、三道螺纹长度、四道螺纹长度或五道螺纹长度。优选的是一道、二道、三道和四道螺纹。目前现有技术的管外螺纹滚压设备所使用的滚压轮的管螺纹成型部分的螺纹长度大于或等于管外螺纹有效螺纹的长度,这样随着滚压的进行,滚压轮与管材圆柱毛坯的接触面积不断增加,随着材料的冷作硬化,管材圆柱毛坯受到的滚压力也不断增加,极易导致管材,特别是端口的变形与开裂,本专利技术采用管外螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度的滚压轮,有效地减小了接触面积,在保证螺纹充分成形的前提下,亦即减小了管材圆柱毛坯所受到的滚压力的径向分力,不但对管材的材质、焊缝、壁厚等要求降低,而且降低了滚压轮材料成本和制造成本,同时使滚压管螺纹工艺可靠成熟,产品合格率提高至99.9%以上。本专利技术提供的上述滚压方法既可以用于圆柱管外螺纹的滚压,也可以用于圆锥管螺纹的滚压。本专利技术在上述滚压方法用于滚压圆锥管外螺纹时创造性地应用了管外螺纹实时锥度概念,增加滚压全过程中径向位置动态实时调节装置,所述管外螺纹实时锥度径向位置调节装置能够在滚压全过程中实时动态调节所述滚压轮座沿径向移动的位置,其目的是为了本文档来自技高网
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用于滚压管外螺纹的方法、滚压头及其设备

【技术保护点】
一种对空心圆柱毛坯进行管外螺纹滚压加工方法,其特征在于,将滚压轮从所述管外螺纹的螺尾开始滚压切入,向螺纹头部方向完成螺纹滚压,所述滚压轮上含有管螺纹成型部分,所述管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度,所述管外螺纹是圆锥管外螺纹,并且所述滚压轮能够通过径向位置调节装置在动态滚压全过程在进行轴向运动的同时实时以径向进给方式调节其沿径向的位置,从而形成滚压工艺所需要的锥度。

【技术特征摘要】
2013.03.31 CN 20131011040601.一种对空心圆柱毛坯进行管外螺纹滚压加工方法,其特征在于,将滚压轮从所述管外螺纹的螺尾开始滚压切入,向螺纹头部方向完成螺纹滚压,所述滚压轮上含有管螺纹成型部分,所述管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度,所述管外螺纹是圆锥管外螺纹,并且所述滚压轮能够通过径向位置调节装置在动态滚压全过程在进行轴向运动的同时实时以径向进给方式调节其沿径向的位置,从而形成滚压工艺所需要的锥度。2.如权利要求1所述的管外螺纹滚压加工方法,其特征在于,所述管螺纹成型部分的螺纹长度为所述管外螺纹的一道螺纹长度、二道螺纹长度、三道螺纹长度、四道螺纹长度或五道螺纹长度。3.如权利要求1所述的管外螺纹滚压加工方法,其特征在于,利用滚压时所述滚压轮产生的滚压轴向分力,使所述滚压轮相对于空心圆柱毛坯由螺尾向螺纹头部滚压移动,同时通过所述径向位置调节装置控制滚压轮径向进给,使得滚压轮径向进给随着轴向位置的变化而变化,从而直接滚压加工成形圆锥管外螺纹。4.如权利要求3所述的管外螺纹滚压加工方法,其特征在于,所述滚压轮的径向进给速率和所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向移动速率的比值等于所述管外螺纹实时锥度的1/2。5.如权利要求4所述的管外螺纹滚压加工方法,其特征在于,所述滚压轮的径向进给速率和所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向移动速率的比值等于1/32。6.一种用于空心圆柱毛坯的管外螺纹滚压头,包括至少一个沿圆周布置的滚压轮及相应的滚压轮轴和滚压轮座,所述滚压轮通过所述滚压轮轴可转动地固定到所述滚压轮座上,所述滚压轮上设有管螺纹成型部分,所述管螺纹成型部分的螺纹长度小于所滚压的所述管外螺纹的有效螺纹长度,所述管外螺纹为圆锥管外螺纹,在所述滚压轮座上设有沿径向调节所述滚压轮座的径向位置调节装置,从而沿径向在动态滚压全过程在进行轴向运动的同时实时以径向进给方式调节所述滚压轮的径向位置,从而形成滚压工艺所需要的锥度,所述滚压轮相对于所述滚压轮座沿所述滚压轮轴的方向上有一轴向活动空间;同时所述滚压轮相对于所述滚压轮座沿所述滚压轮轴的径向上有一径向活动空间,所述滚压轮在所述管螺纹成型部分的头部进一步包括预成型部分,所述预成型部分的形状包括圆柱面、圆锥面、圆柱螺纹、非完整圆锥螺纹或其组合;所述滚压轮在所述预成型部分的头部进一步包括导入部分,所述导入部分的形状包括锥面、渐进曲面或其组合;滚压轮纵向二边均带有导入部分、预成型部分和圆锥管螺纹成形部分。7.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述滚压轮的个数为2个以上。8.如权利要求7所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述滚压轮的个数为4个或5个。9.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,利用滚压时所述滚压轮产生的滚压轴向分力,使所述滚压轮相对于空心圆柱毛坯由螺尾向螺纹头部沿轴向滚压移动,同时通过所述径向位置调节装置控制滚压轮径向进给,使得滚压轮径向进给随着轴向滚压位置的变化而变化,从而直接滚压加工成形圆锥管外螺纹。10.如权利要求9所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述滚压轮相对于所述空心圆柱毛坯的轴向滚压移动是所述滚压头轴向移动而所述空心圆柱毛坯轴向静止,或者是所述空心圆柱毛坯轴向移动而所述滚压头轴向静止,或者是二者同时轴向的相对移动。11.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述径向位置调节装置的径向力动力源可以来自使滚压头与所述空心圆柱毛坯相对转动的动力源或者是来自其它独立的动力源。12.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述径向位置调节装置可以是手动调节、液压比例调节、气动比例调节、电机带动蜗轮蜗杆调节、电机带动齿轮齿条调节、电机滚珠丝杠调节以及由滚压头轴向运动联动径向位置进给调节中的一种,或者其中多种的组合。13.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,还包括外圆壳体盘、旋转盘、以及滚压轮座和滚压轮;所述外圆壳体盘与滚压设备上的滑座间隙相连;所述旋转盘在所述外圆壳体盘一侧通过轴孔配合与所述外圆壳体盘同轴心地安装在其内圆轴上,并在与所述外圆壳体盘相对的一侧上设有螺旋凹槽;所述外圆壳体盘上开有至少一个径向滚压轮座滑槽,所述滚压轮座通过其底部的多个螺旋凸槽与所述旋转盘的所述螺旋凹槽的相互配合作用而在外圆壳体盘的所述滚压轮座滑槽内作径向移动,所述滚压轮座上装有滚压轮,当旋转盘旋转时,通过与其螺旋凹槽相匹配的螺旋凸槽,带动滚压轮座沿着外圆壳体盘上相应滑槽作径向移动。14.如权利要求13所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,还包括:齿轮控制杆,所述旋转盘的另一侧是伞形齿轮,所述伞形齿轮中心轴线大致与滚压头的中心轴线重合;齿轮控制杆在其一端部设有与所述旋转盘的伞形齿轮啮合且中心轴线沿所述齿轮控制杆纵向轴线的另一伞形齿轮,所述齿轮控制杆的纵向轴线与所述旋转盘的中心轴线成一定角度;旋转齿轮控制杆能够使所述旋转盘绕其自身轴线旋转。15.如权利要求14所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,还包括动力电机,所述动力电机通过蜗轮蜗杆、齿轮齿条、滚珠丝杠、皮带轮、凸轮或曲柄连杆驱动所述齿轮控制杆旋转。16.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,还包括:动力旋转柄、丝杆、上杆、中杆、下杆、一对导向柱;所述一对导向柱在其上端和下端分别固定到所述上杆和下杆的两侧,构成固定框架结构,且所述一对导向柱穿过所述中杆两侧上的孔,且所述中杆能沿所述导向柱上下滑动;所述上杆内设有竖直方向的螺纹孔;所述丝杆可与所述螺纹孔啮合,且所述丝杆上端与所述动力旋转柄固定连接,而下端抵靠所述中杆,从而所述动力旋转柄带动所述丝杆转动下可使所述中杆沿两侧的导向柱上下移动;所述中杆和下杆上分别设有滚压轮座和相应的滚压轮。17.如权利要求16所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,还包括:圆柱体、弹簧以及调节螺栓;所述圆柱体上端与所述下杆固定相连;所述圆柱体下端与滚压设备滑座的轴孔活动配合,通过套设在所述圆柱体上且两端分别抵靠所述下杆和所述滚压设备滑座的所述弹簧使整个所述固定框架结构与所述滚压设备滑座浮动相连;所述调节螺栓从所述下杆向下突出并与所述滚压设备滑座间隔开一定距离,通过调节所述调节螺栓的长短,从而调节其与所述滚压设备滑座间隔开的距离,能够控制所述固定框架结构的摆动幅度以保证空心圆柱毛坯与滚压头同心;通过转动所述动力旋转柄,所述丝杆带动中杆在导向柱上下移动由此实现在滚压头轴向移动时径向滚压轮位置的动态调整。18.如权利要求6所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述滚压轮管螺纹成型部分含有至少一道螺纹,所述螺纹的螺牙形状与所加工的圆锥管外螺纹螺牙对应。19.如权利要求18所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述管螺纹成型部分的螺纹长度为所述管外螺纹的一道螺纹长度、二道螺纹长度、三道螺纹长度、四道螺纹长度或五道螺纹长度。20.如权利要求18所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹,管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时,其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过6道螺纹,对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90,其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过9道螺纹,对于管径为DN100、DN125、DN150及以上,其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过14道螺纹;所述滚压轮用于滚压60°NPT圆锥管外螺纹,管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时,其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过5道螺纹,对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90,其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过8道螺纹,对于管径为DN100、DN125、DN150及以上,其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过13道螺纹;所述滚压轮用于滚压API圆锥管外螺纹时,其管螺纹成型部分的螺纹长度不超过所述API圆锥管外螺纹相应有效螺纹长度的90%。21.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹,对于管径为DN4、DN6、DN8、DN10、DN15、DN20、DN25、DN32或DN40时,其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道或二道螺纹。22.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头,其特征在于,所述滚压轮用于滚压55°BSPT圆锥管外螺纹,对于管径为DN50、DN65、DN80或DN90,其管螺纹成型部分的螺纹长度是一道、二道或三道螺纹。23.如权利要求20所述的管外螺纹滚压头...

【专利技术属性】
技术研发人员:周俊
申请(专利权)人:上海泛华紧固系统有限公司
类型:发明
编号:201410126899
国别省市:上海,31

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