CN101310886A - 制造管连接件的方法及装置 - Google Patents

Abstract

制造管连接件的方法及装置：具体来说是制造具有不同端头(3，4)之接头(2)的装置及方法，所述接头允许不同的连接措施。例如，接头(2)为螺纹端头连接件，其一个端头(4)可以配置成如压力接头，而另外的端头(3)为带螺纹端头。在两端头(3，4)之间提供具有优选为多边形截面的中段(5)。制造过程从管件(1)开始，以若干工艺可靠的方法步骤来完成。

Description

制造管连接件的方法及装置

技术领域

本发明涉及制造管连接件、接头等的方法及装置，尤其是制造螺纹端头连接件的方法及装置。

背景技术

接头是能够以高效的方式大量制造的批量制造品。不过质量的降低是不能接受的。这就需要高质量的机械工程、模具建造和工艺技术。在实践中，“管连接件”被称为接头，其包括螺纹端头和用于压缩式连接的端头。

例如，在文献DE 100 31 989 A1中已知一种不锈钢接头的制造方法，该方法使用一个模具，向其中放置一个坯件形式的管件，还使用管端头压入其中的压缩心轴以扩展管端头。这样做时，管壁在***方向上伸展。此外，心轴上提供的台肩对管件的前侧端施加轴向的压力，从而使管壁在轴向方向上被压缩。籍此过程产生围绕管壁的环形撑圈，可以放置O形环作为所述撑圈中的密封。

在文献DE 43 36 261 A1中已知另一种用于制造优选由铜构成的压力接头的方法。该参考文献披露了一种多步骤方法，将作为坯件的管件放置到分开的模具中。借助心轴使如此保持的坯件在轴向方向上被压缩，并任选有所扩张。围绕管的管壁形成环形材料撑圈。在随后步骤当中，用在环形路径上移动的滚筒辗平高出或凹进的撑圈，用以形成平滑完整的O形环座。

先前所知方法的主要特征为制造的接头具有O形环座。这样做时，接头的特征在于它们的两端分别以同样的连接技术，即分别为一个O形环座和一个压缩区，用于管的连接。然而，管壁是如此之薄，如果要制造螺纹端头的连接件的话，无法可以应用常规的螺纹。

文献DE 10 2005 014 940 A1中披露了一种由改型工艺制造的具有螺纹端头连接件和压缩连接件的接头。通过压缩制造的螺纹端头连接件的壁厚更大。在这种情况下，必须在轴向压缩的材料上制造螺纹。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于制造接头的强力高效制造方法，所述接头在其相对的两端中的每一方使用不同的连接技术。

本发明的另一目的是要制造具有非圆形截面之节段的接头。

采用根据权利要求1的方法和使用根据权利要求14的装置实现此目的：

参照本发明的方法，将用作坯件的管件放置在模子(mold)或模具(matrix)中并固定到位。此后，按任何适当的次序借助于心轴对管件的节段进行扩张，由此可以消除管件的现有外形(profile)并可以制造出不曾有的外形，以及(之前或之后)在管端头放置拉延装置。使用拉延装置在管端头进行拉延操作，在此过程中管端头在轴向方向上伸展。由此实现壁厚的减小。得到具有不同壁厚的两个端头的中间坯件。

按这种方式可以将管件改型成这样的产品，该产品具有较大壁厚的第一端头、较小壁厚的第二端头和之间的定形节段(例如八边形或六边形)。在两个管端可以实施不同的连接技术。例如，可以对具有较厚壁的管端头提供以外螺纹、内螺纹或需较厚壁的另外的连接装置。可以对较薄壁的管端头提供以不同的连接装置，例如其中放置O形环的环形撑圈(bead)，从而该管端头必须像压力接头一样地进行处理。然而，也可以采用焊接连接。也可以应用更适合薄壁管端头的其它连接技术。

优选的是，按两个分步实施管端头的扩张。为此使用两个不同的成形心轴。在第一扩张步骤期间，使用第一成形心轴将管端头扩张至较小的直径。这样做时，在管件的中段可以制造出一种外形。例如，该外形可以为六边形、八边形或其它外形。这可以是制造的最后尺寸。然而，优选将邻接该定形区的管端头扩张到所需的尺寸。如果用作管件的坯件已经具有初步的外形，则可以在扩张操作当中消除该外形。于是在每种情况下管端头的截面都呈圆形，而与任何现有的初始外形无关。

制造(或得到)的中段中的定形及管端头的扩张优选在围住管端头定形区外部的模具中进行。这部分的模具优选配置成两个或两个以上的元件，所述元件以可移动的方式被支撑，例如是径向可调节的。

进一步方法的步骤是将要对管端头进行的拉延操作。为了进行该拉延操作，使拉延装置连接到管端头。拉延装置优选包括在外部围住管端头的拉延环和心轴。能用的心轴例如可以为在扩张步骤当中使用的扩张心轴。如果扩张步骤分两步完成，则用于第二次扩张步骤的成形心轴可以被用作拉延装置的部件。

在拉延操作期间，管端头的壁厚减小。可以将该壁厚减小到例如适合于形成压力接头的合适的大小。可以跟进另外的加工步骤，例如表面车削管端头的端面，应用一个或多个环形撑圈，用于容纳O形环或其它元件等。

现在对第二管端头继续进行该过程，该第二管端头优选保留更大的壁厚。可以用另一心轴对管端头进行扩张，其中所述管端头置于与管端头外部密切接触的模具中。如果要在管端头上应用圆锥形螺纹，则可以在径向方向上压缩管端头，用以获得圆锥形的基本形状。这样做时，如果必要的话，管端头可以由一个或多个可移动的模子部件从内部支撑。

如果坯件最初具有多边形截面，则多边形的形状可以经扩张步骤被消除，用以由此给管端头赋予圆形的截面。

形成所需的管端头形状之后，可以进行另外的加工步骤，例如表面车削，在此期间管端头的表面被转变为平整。在另外的加工步骤期间，可以通过切削或滚轧或者以另外的方式对管的外表面提供外螺纹。

如果已经以圆锥形的方式对管端头进行了扩张，则还可能应用圆锥形内螺纹。

如果管端头为圆柱形，则可以应用内和/或外螺纹。此外，可以提供凹槽或凸缘作为密封座或其它密封手段。

另外的修改是可行的。从附图、说明书或权利要求中可显而易见本发明另外的有益细节。说明书及附图受限于本发明的基本方面及各种情况。附图以通常的方式对说明书进行补充。

附图说明

附图显示的是本发明的典型实施方案。它们是

图1作为用来制造接头的坯件的管件之纵向剖视图；

图2根据图1之坯件的平面图；

图3实施第一扩张步骤之后，模具与相关扩张心轴的纵向剖视图；

图4实施第二次扩张步骤之后，模具和拉延装置以及第二扩张心轴的纵向剖视图；

图5正在进行拉延操作时根据图4的装置；

图6用于扩张第二管端头的模具和中间坯件以及成形心轴；

图7用于将管端头转变成圆锥形模具和滑动器的纵向剖视图；

图8代表替代根据图7装置的实施方案之纵向剖视图；

图9大部分已完成的经加工的接头之侧视图，部分为剖面；

图10根据图9的接头之平面图；

图11作为本发明方法的替换性实施方案之坯件的八角矩形管的纵向剖视图；

图12根据图11的坯件之平面图；

图13实施第一方法的步骤之后，模具、扩张心轴和坯件的纵向剖视图；

图14实施第二次扩张步骤之后，除坯件外的模具、第二扩张心轴和拉延装置；

图15实施拉延操作之后，模具、坯件和拉延装置的纵向剖视图；

图16实施扩张步骤之后，用于扩张第二管端头的模具和扩张心轴的纵向剖视图；

图17模具和滑动器元件用于使坯件按圆锥方式逐渐变细之原理的纵向剖视图；

图18用于实施根据图17方法步骤的装置之替换性实施方案的纵向剖视图；

图19大部分已完成的接头之侧视图，部分为剖面；和

图20根据图19的接头之平面图。

参考标记列表：

1  管件

2  接头

3，4  端头

5  中段

6，7  管端头

8   节段

9   模具

10  前侧

11  芯体

12，13  成型元件

14  扩张心轴

15，16  节段

17      模具部件

18      过渡段

19      扩张心轴

20，21  节段

22      台肩，22a

23      拉延环

24      开口

25      环表面

26      模具

27      部件

28      芯体

39-32   模具部件

33      过渡区

34      模具部件

35      扩张心轴

36，37  节段

38，39  元件

40      推动装置

41      通道开口

42      心轴

43      挡圈

F       箭头

具体实施方式

图1显示的是用于制造图9所示的接头2的管件1。如图2所示，管件1具有初始的环形截面。与此相反，接头2具有两个不同构形的端头3、4和介于之间的多边形中段5。后者如图10所示，可以具有八边形截面或甚至与此不同的截面。端头3、4是由管件1的管端头6、7得到的。管端头6、7之间是节段8，它将被改型成多边形中段5。节段8和管端头6、7优选具有匹配的直径和截面。

为了实施改型操作，例如可以使用包括如图3、4、5、6以及可能的7或8所示构件的装置。如图3那样实施第一改型步骤。为此提供模具9，所述模具具有用于容纳管端头7以及另外还用于支撑管端头7的前端10的中央内腔。模具9还可以包括安置在模具内腔中并从内部支撑管端头7的芯体11。

在模具的上方提供用于界定出多边形截面的附加成型元件12、13。该多边形截面优选与期望的中段5的外部形状相匹配。成型元件12、13优选在径向方向上是可调节的。可以提供两个、三个或更多个对应配合的成型元件，所述各元件借助于未明确示出的调节装置彼此连接。

使用分为若干段的扩张心轴14来对管端头6进行扩张以及对节段8定形。第一段15的截面与元件12、13的内截面相应，然而，其尺寸由于中段5的壁厚而减小。在本实施例中，该段15是八角形的。邻近该段15的是优选为稍呈圆锥形的另一段16，该段用来对管端头6进行扩张。在外部，管端头6被环形模具部件17所围绕，为此该环形模具部件具有圆柱形开口。15和16段之间为过渡段18，该过渡段形成15、16段之间的圆形过渡。

提供根据图4的装置以实施第二种方法的步骤。该装置包括模具9，它可以与图3中的模具9相同(但不必如此)。同样，该装置包含芯体11，这是为了稳固管端头7和防止所述管端头被向内部压扁。提供用于实施第二种方法的扩张步骤的扩张心轴19，所述心轴也是具有多边形段19和差不多的圆柱段21(直径更大)。在20、21两段之间提供相对陡的台肩22，这是为了使要制造的接头在合适的区域中达成其最终的形状。

现在在管端头6上安置拉延环23而不是模具部件17。拉延环具有基本上呈圆柱形或略呈圆锥形的开口24。其下端由直径稍大于扩张心轴19之节段21的直径的环表面25形成。然而，扩张过程以后所存在的管端头6的壁厚大于节段21与环表面25之间的直径差，考虑到这一点，在环表面25与其余的开口24之间提供如图4中所示的梯段22a。

图6显示另一模具26，用于第二管端头7的继续制造过程。模具26由若干元件组成。下端环形部件27具有圆柱形开口，其具有第一管端头6的直径。管端头6的内部空间中可以放置芯体8，所述芯体在向内的方向上支撑管端头6并防止所述管端头由于轴向的压力被压扁。

中段5可以被若干以可调节的方式支撑的模具部件29、30围住，为了均匀地靠紧所述段，这些模具部件具有适应中段5的内部形状。附加的模具部件31、32可以围住接头2的过渡区33，用以支撑所述接头。上部模具部件34向外支撑管端头7，为此目的，它具有适当直径的圆柱形通道开口。

根据图6的装置与具有下段35的扩张心轴35相联。所述段适应多边形中段5的内部形状。经由圆形的台肩与此邻接的是一个设置用于对管端头7进行扩张的基本上呈圆柱形或略呈圆锥形的节段37。

为了继续本发明的成形过程，可以构造出由图7可显而易见的装置。再次地，管端头6被模具26的部件27围住，所述模具26还包括模具部件29至32。这些元件可以与图6中的相同。然而，也可以将图6中的模具26里的管件转移到图7中的相同或类似构形的模具里。不过，上部的模具部件34被省略，由此管端头7可以在模具26中自由延伸。现在推动装置40的元件38、39可以作用于管端头7的外表上，用以对所述管端头施加径向的内向力。元件38，39可以为能在径向方向上移动的滑动器、抓手等，并与驱动装置相连，所述元件尤其接触管端头7的上部边缘。此外，可以使元件38、39相结合，形成具有圆锥形通道开口41的环。通过将环按压到管端头7上对所述管端头进行改型，产生适当的圆锥形。

如根据图8的修改所示，在许多情况下，当环38、39被推向管端头7时，也有可能且实用的是，借助于心轴42从内部支撑管端头7。该心轴可以由能在径向方向上调节的若干个可移动支撑的元件构成。由于这个原因，可以改变心轴42的直径，用以在管端头7的内部空间中对其进行初始扩张，并然后使管端头7与环38、39转变成圆锥形状。此后，可以再次减小心轴42的直径，心轴可以从管端头7中退出。

至此所描述的装置之功能如下：

为了制造接头2，按照图3所示将管件1移动到模具9当中。通过使用扩张心轴14对管端头6进行扩张，并将中段5转变成多边形的形状。这是通过这样的方法实现的，使心轴14在箭头F的方向上移动到管端头6和节段8之中，然后再从中撤出来。

在该第一扩张步骤之后，移开成型元件12、13和模具部件17。现在将拉延环23移动到管端头6上。所述管的直径略小于环表面25的直径，从而使得拉延环23配合到管端头6上。然后，在第二次扩张步骤期间，将扩张心轴19移动到管端头6当中，后者由此被进一步扩张。至此所述管端头的直径大于环表面25的内径。这种情况如图4所示。

如图5所示，在随后的步骤当中进行拉延操作。这一步中需要将管端头7在芯体11与模具9的环形下部之间被加紧，或者以其它方式固定来克服任何轴向牵引。当扩张心轴19仍安置在管端头6和中段5之中时，在轴向方向上移动拉延环23(图5中向上)。至此管端头6的壁厚借助于环表面25而减小。这样做时，管端头6产生轴向方向上的扩展。图5显示这一拉延过程的结束。

在这一阶段中产生中间坯件，所述坯件具有显示出不同壁厚的两个管端头6、7。在一些个别的情况下，中间坯件可能已经过了足够的加工。然而在大多数情况下还需要进行另外的加工步骤。例如，可能需要对管端头6的上缘即端面进行整平，例如通过表面车削。这一过程未具体叙述。

图6显示可以对管端头7进行的另外的加工步骤。例如，对所述管端头进一步进行扩张可能是很重要的。为此将模具部件34推至管端头7位置，借助于扩张心轴35进行扩张。模具部件34可以包括一个或多个元件。多元件的模具部件也可以在径向方向上移动。

例如，如果欲在管端头7上应用圆锥形的螺纹，则如图7所示，首先将管端头7转变成圆锥形。这例如可以用由封闭环或单独的元件38、39构成的模具部件来完成。图7显示元件38、39组合成环，该环在箭头F的方向上被压至管端头7位置。其通道开口41在管端头7上模压出圆锥形状。

或者，在这一操作当中，如图8所示，管端头7可以由心轴42在内部支撑。这样做也可以按圆锥形的方式对管端头7进行扩张。

这一步完成之后，如果必要的话，可以对管端头的工作面端头(faceend)进行表面车削或另外地进行整平。此外，可以给接头2提供以其它的形状，例如，对管端头7提供以圆锥形的外螺纹。于是可完成接头2的制造。

图13至18显示的是用于对管件1所实施的方法之装置的替换性实施方案，所述管件1具有如图11和12所示的多边形截面。对于根据图13至18的装置和根据图19及20的接头2，参照已经给出的参考标记号，先前描述中的说明是适用的。以下被认为是补充的内容：

模具9具有适应于管端头7的多边形形状的多边形开口。同样，芯体11具有多边形的截面。相反，模具部件17具有优选是圆柱形的内腔，用于容纳待扩张的管端头6。在其下面可以提供向外径向支撑成型元件12、13的挡圈43。成型元件12、13与挡圈43的相应邻接表面可以配置成与模具9和管件1的纵向中心轴成一角度，这样模具部件17的轴向渐进移动径向地夹紧成型元件12、13，使之向内抵靠定形的中段。

将扩张心轴14移动到管端头6中并对所述管端头进行扩张，由此其节段16消除所述外形。不过，所述外形在中段5的区域中得以保留。

接下来，如图14所示，拉延环23被推至扩张了的管端头6的位置。然后借助于第二扩张心轴19将管端头6扩张到其外径超过环表面25之内径的程度。正如图15所示，接下来是拉延步骤，正如已经结合图5所描述的那样。实施根据图13至15中步骤的模具9和芯体11可以是相同的，即这些步骤均可以在一个位置上进行。这也同样适用于图3至5。

现在管端头7的任何进一步的变形按图16至18发生，其方式与先前所描述的类似。然而，有关管端头7的改型存在着差别，在已实施拉延步骤之后，管端头7初始仍具有多边形的形状。当扩张心轴35被移动到管端头7中时，其消除了多边形的形状。其圆柱形或略呈圆锥形的节段37平稳地推动着管壁抵靠模具部件34之相应的圆柱形或略呈圆锥形的壁。然后，正如图17和18所示，在有或没有心轴42的内部支撑(图18)的情况下，可以将管端头7转变成圆锥形状，这是通过分别***推动装置40实现的。根据图19和20得到的接头对应于根据图9和10的接头2。

已经显示了制造具有不同端头3、4之接头的装置及方法，所述接头允许不同的连接措施。例如，接头2为螺纹端头连接件，其一个端头4可以配置成如压力接头，而另外的端头3为带螺纹端头。在两端头3、4之间提供具有优选为多边形截面的中段5。制造过程从管件1开始，以若干工艺可靠的方法步骤来完成。

Claims (22)

1.制造管连接件、尤其是螺纹端头连接件的方法，包括以下的步骤：

将管件(1)***到模具(9)中，

借助于成形心轴(14)对管件(1)的第一管端头(6)进行扩张，同时形成或消除管件(1)的外形，

将拉延装置(23)放置到管端头(6)上，

对扩张了的管端头(6)实施拉延操作。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，管端头(6)的扩张在两个分步中进行。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在使用成形心轴(14)的第一扩张步骤期间，管件被扩张至小于额定尺寸的固定尺寸。

4.根据权利要求2的方法，其特征在于，在第二扩张步骤期间，管端头(6)被扩张至额定尺寸。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在实施拉延操作之前，管端头(6)在拉延装置(23)内被扩张。

6.根据权利要求4的方法，其特征在于，第二扩张步骤在拉延装置(23)内进行。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，在第一拉延操作期间管端头(6)在轴向方向上伸展，由此所述管的壁厚减小。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，对构成第二管端头(7)的管件(1)之第二段进行扩张。

9.根据权利要求1的方法，其特征在于，将构成第二管端头(7)的管件(1)之第二段转变成圆锥形状。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，对构成第二管端头(7)的管件(1)之第二段提供螺纹。

11.根据权利要求1的方法，其特征在于，成形心轴(14，19)具有多边形截面的节段(15，20)和圆形截面的节段(16，21)，且管件(1)的中段(5)在成形段(12，13)中被支撑，所述中段(5)要接纳或保留多边形截面，所述成形段(12，13)具有多边形中段(5)的额定尺寸。

12.根据权利要求1的方法，其特征在于，实施该方法之前管件(1)具有圆形截面。

13.根据权利要求1的方法，其特征在于，实施该方法之前管件(1)具有多边形截面。

14.一种装置，特别用于实施权利要求1的方法，包括

第一模具部件(9)，具有用于容纳管件(1)的开口，所述开口具有适应管件(1)的直径，

第二模具部件(12，13)，具有多边形内部形状，管件(1)穿过它而延伸，

与驱动装置连接的至少一个扩张心轴(14，19)，用以轴向移入及移出管件(1)的第一管端头(6)，从而对所述管端头进行扩张，和

拉延装置(23)，用于轴向拉伸已被扩张心轴(14，19)扩张了的管端头(6)。

15.根据权利要求14的装置，其特征在于，第一模具部件(9)的开口具有圆形截面。

16.根据权利要求14的装置，其特征在于，第一模具部件(9)的开口具有多边形截面。

17.根据权利要求14的装置，其特征在于，第二模具部件(12，13)分成至少两个被支撑的部件，以便能够径向调节。

18.根据权利要求14的装置，其特征在于，提供至少两个准备相继使用且具有不同尺寸的扩张心轴(14，15)。

19.根据权利要求18的装置，其特征在于，第二扩张心轴(19)与拉延装置(23)相联。

20.根据权利要求14的装置，其特征在于，拉延环(23)属于拉延装置，所述拉延环安置在管端头(6)之待扩张段的外周，而扩张心轴移入管端头(6)中。

21.根据权利要求14的装置，其特征在于，该装置包括用于管件(1)之第二段的模具(26，34)和扩张心轴(35)，所述段构成第二管端头(7)。

22.根据权利要求14的装置，其特征在于，该装置包括用于把管端头(7)之轴向未伸展段转变成圆锥形状的推动装置(40)。

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