CN106216538B - 一种大直径环件机械扩径机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大直径环件机械扩径机，该扩孔机包括塞缸、支撑盘、固定工作台及滑块，所述支撑盘上表面中心处设有固定工作，所述活塞缸安装于固定工作台内并通过活塞杆与固定工作台下端面相连，至少两套铰杆增力装置沿固定工作台圆周方向均匀布置，所述支撑盘上沿固定工作台圆周方向均布有与所述铰杆增力装置相对应的分瓣凸模，每套分瓣凸模底部设有导槽，在各自相对应的铰杆增力装置作用下在支撑盘上的径向导轨内滑动。本发明采用铰杆增力机构，将液压缸施加在滑块上的力进行放大，使得机械扩径机能够获得较大的输出力，特别适合于直径为5m以上的大直径环件的扩径，另外，铰杆机构使用方便，便于维修与配件更换，生产和制造成本低。

Description

一种大直径环件机械扩径机
技术领域
本发明涉及一种扩径机，尤其涉及一种大直径环件机械扩孔机。
背景技术
机械扩径是一种先进制造技术,是制造大直径、高钢级管线钢管及航空航天武器装备用大型连接环件的一个重要工艺环节。机械扩径一般采用斜块扩孔原理，通过分瓣凸模分段使环件产生塑性变形，达到改善制品尺寸和形状精度、消除焊接残余应力并同时形成有利于提高制品承载能力的残余应力状态，以及提高屈服强度的目的。
机械式扩径机的扩径头由扇形模具、斜块、楔形体组成。扇形模具固定在斜块上，斜块与楔形体相联，楔形体通过扩径轴与液压缸活塞杆相联接。当液压缸活塞带动楔形体移动时，扇形模具向外扩展。扩径力借助斜块通过扇形模具作用在工件上，使得环件或管坯的直径得以扩大。中国发明专利公开号为CN104001817A、CN103920823A、CN103170521A、CN102965589A的发明专利等都是与该类扩径机相关的发明。
当所需扩径的环件直径比较小时，该类扩径机不仅在功能上满足需求，而且具有尺寸精度较高、容易补偿模具磨损、适用性强等特点，因而得到了广泛的应用。随着航空航天和重载工业的高速发展，主承力构件朝着大型整体化方向发展，连接环类构件的直径也由原来的3～5米，扩展到了8～10米，对于该类大型环件，如果扩径时依旧采用传统形式的扩径头，由于扩径头各组成斜块、楔形体及扇形模具都是实心体，扩径机楔形体、斜块及扇形模具的整体尺寸与体积将十分庞大，不仅造成材料的浪费，还会产生由于需要推动巨形斜块及扇形模具运行而带来的能量损耗与能源浪费。
根据国内外有关资料可知扩径到钢管或环件直径的1％～1.5％之间就可以消除成形残余应力和提高圆度、直度，经计算，对于直径为10米的铝合金环件，扩径3％所需达到的力不超过30MN，施加至每块瓣膜上的力不超过2.5MN，完全可以采用铰杆机构驱动瓣模进行扩径作业。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、体积小及能源损耗低的大直径环件机械扩径机。
为了解决上述技术问题，本发明提供的大直径环件机械扩径机，包括活塞缸、支撑盘、固定工作台及滑块，所述支撑盘上表面中心处设有固定工作台，所述活塞缸安装于固定工作台的中心孔内并通过活塞杆与滑块下端面相连，至少两套铰杆增力装置沿固定工作台圆周方向均匀布置，所述支撑盘上沿固定工作台圆周方向均布有与所述铰杆增力装置相对应的分瓣凸模，每套铰杆增力装置包括增力杆、施力杆，两者通过一连接片铰接在滑块圆周壁上，形成定点旋转机构，所述增力杆另一端铰接在固定工作台圆周壁上，形成定点旋转机构，所述施力杆另一端与其相对应的分瓣凸模铰接，每套分瓣凸模底部设有导槽，所述支撑盘上表面沿圆周方向均布有与所述导槽相配合的径向导轨，每套分瓣凸模在各自相对应的铰杆增力装置作用下在径向导轨上滑动。
该扩径机还包括导柱导向装置，所述导向导柱下端固定在固定工作台上，导向导柱柱体部分与滑块内的导向套配合，实现滑块的导向。
每套分瓣凸模包括基础模具和与所述基础模具螺栓连接的扩径瓣模，所述基础模具内表面焊接有与所述铰杆增力装置的施力杆铰接的分瓣凸模连接块，基础模具底部开有与所述径向导轨相配合的导槽。
所述扩径瓣模底部开设有与所述径向导轨相配合的导槽。
所述支撑盘上安装有至少两套带动环件转动的旋转机构，所述旋转机构沿圆周方向均布,通过转动环件，进行二次扩孔，纠正由于分瓣凸模间的间隙造成的扩径不均匀问题。
所述旋转机构包括旋转支撑辊、旋转支撑辊轴承座以及驱动液压马达，所述旋转支撑辊安装于径向导轨内，辊面高度稍高于所述径向导轨上表面，旋转支撑辊带动环件转动，旋转支撑辊承载环件重量并对环件导向。
所述分瓣凸模的基础模具设计为偏心凸模结构，偏心圆直径依据实际工艺需要，由模瓣间所允许的最小间隙值确定。所述分瓣凸模的扩径瓣模设计为偏心模结构，偏心圆直径依据实际工艺需要，由模瓣间所允许的最小间隙值确定。
所述大直径环件的直径为5m以上。
本发明的有益效果：
采用铰杆增力机构，将液压缸施加在滑块上的力进行放大，使得机械扩径机能够获得较大的输出力，充分满足大型环件扩径力的需求；铰杆机构的采用不仅可以将滑块的竖直运动转化成模具的径向运动，径向位移大小几乎不受限制且行程方便可调，有效避免了传统锥杆瓣模式胀形机所带来的模具材料浪费问题，节约了生产和制造成本，特别适合于直径为5m以上的大直径环件的扩径，另外，铰杆机构使用方便，便于维修与配件更换，能有效降低维护成本。
分瓣凸模设计为由基础模具与扩径瓣模所组成的组合结构，可以适用于不同椭圆度及内孔形状的环件扩径，当环件内孔椭圆度与形状改变、或者由于模具表面磨损而不得不修模时，只需修整扩径瓣模的外表面形状及尺寸，而无需改动基础模具，可最大程度的节约材料和提高生产效率。
分瓣凸模的基础模具设计为偏心凸模结构，可使得分瓣凸模沿径向运动时，凸模侧面越靠近圆心的部位其距离越大，可有效防止凸模间可能存在的运动干涉问题，也便于生产和制造。
扩径瓣模的偏心设计方案，可使得扩径瓣模沿径向运动时，凸模侧面越靠近圆心的部位其距离越大，可有效防止凸模间可能存在的运动干涉问题，同时，也便于生产和制造。
附图说明
图1为本发明大直径环件机械扩径机的结构原理图主视图；
图2为本发明大直径环件机械扩径机的结构原理图俯视图；
图3为本发明大直径环件机械扩径机的支撑盘结构示意图；
图4为本发明大直径环件机械扩径机的铰杆增力装置与分瓣凸模结构示意图；
图5为本发明大直径环件机械扩径机的偏心基础模具结构示意图；
图6为本发明大直径环件机械扩径机的偏心扩径瓣模结构示意图。
标号说明：1-液压驱动装置；11-导向柱；12-滑块；13-滑块连接块；14-固定工作台连接块；15-固定工作台；16-活塞缸；2-铰杆增力装置；21-连接片；22-增力杆；23-施力杆；3-支撑盘结构；31-矩形径向导轨；32-旋转支撑辊；33-支撑盘；34-驱动液压马达；4-分瓣凸模；41-分瓣凸模连接块；42-基础模具；43-扩径瓣模；5-工件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的大直径环件机械扩径机，该扩孔机包括液压驱动装置1、铰杆增力装置2、支撑盘结构3和分瓣凸模4，支撑盘33固定在地面上，上表面中心处设置有固定工作台15，活塞缸16安装于固定工作台15的中心孔内并通过活塞杆与滑块12下端面相连，四根沿圆周均匀分布的导向柱11下端固定在固定工作台面上，柱体部分与滑块12内部的四个导向套间隙配合，活塞缸16的上、下腔皆接有液压油路(图中未画出)，在液压驱动***(图中未画出)的作用下，活塞杆上下移动，从而带动滑块在四根导向柱11的导向作用下上下平稳的运动。
如图1和图4所示，12套铰杆增力装置沿固定工作台圆周方向均布，每套铰杆增力装置都由连接片21、增力杆22和施力杆23组成，三者的一端铰接于同一铰接点，可以沿铰接点转动，增力杆22的另一端铰接于焊接在固定工作台15中部的连接块14上，施力杆23的另一端铰接于焊接在基础模具42上的连接块41上，连接片的另一端铰接于焊接在滑块12下端的连接块13上。各铰接点中心连线、分瓣凸模中心线与导轨中心线竖直投影至支撑盘台面上时重合，以确保分瓣凸模能在导轨上沿径向水平滑动。
图2和图3所示，支撑盘33为圆形，上端面通过螺栓固定有沿圆周方向均布的12条矩形径向导轨31；所述支撑盘台面上沿圆周方向每隔120°还同时均匀分布有3套旋转机构，每套旋转机构包括旋转支撑辊32、旋转支撑辊轴承座和驱动液压马达34，旋转支撑辊32安置于矩形径向导轨31内，其辊面高度稍高于支撑盘矩形径向导轨31的上表面，三个旋转支撑辊承载环件5的重量并对环件5进行导向。
如图4-6所示，分瓣凸模共12套，每套分瓣凸模结构完全相同，在圆周方向均匀分布，每套分瓣凸模都由1片基础模具42和1片扩径瓣模43通过螺栓紧密连接而成，所述基础模具42和扩径瓣模43设计为偏心模结构，可保证各基础模具间的距离δ2>δ1,可有效防止凸模间可能存在的运动干涉问题，同时，也便于生产和制造。基础模具42和扩径瓣模43的底部开有导槽并竖直压在矩形径向导轨31上，在矩形径向导轨31的左右两侧面的导向作用下，分瓣凸模可沿导轨面水平滑动，在扩径力的作用下，12块扩径瓣模43的外表面将与环件5的内表面接触并推动环件5往径向移动，实现扩径。
下面结合附图对本发明的扩径动作作进一步的说明。
本发明扩径动作分为一次扩径和二次扩径：
如图1-4所示，一次扩径时，液压驱动***(图中未画出)将液压油充入到活塞缸16的上端，驱动连接在活塞缸16的活塞杆上的滑块12往下运动；在导向柱11的导向作用下，滑块可以平稳的下行，沿圆周均布的12块连接块分别铰接着12套铰杆增力装置的连接片21，将液压缸16施加到滑块12上的作用力分成12等分分别传导给12套铰杆增力装置的增力杆22，此时压力角α逐渐变小，增力杆进行力放大作用，增力杆22将力通过施力杆23传递到分瓣凸模的基础模具42上，形成径向作用力，由于12套分瓣凸模的基础模具42和扩径瓣模43的底部都开有导槽并分别竖直地压在12块矩形径向导轨31上，在矩形导轨31的导向作用下，径向作用力推动12块分瓣凸模沿径向运动，实现环件5的扩径，液压驱动***(图中未画出)保压一定时间后，将液压油充入到活塞缸16的下端，滑块12上行，12套铰杆增力装置在连接片21的带动下沿径向回收，推动12块分瓣凸模(含基础模具42和扩径瓣模43)径向收缩并与环件5分离，第一次扩径动作完成。
为纠正由于分瓣凸模间的间隙δ1(如图4所示)造成的扩径不均匀问题，需要进行二次扩径。此时支撑盘33上3套旋转支撑辊32在液压驱动马达34的作用下旋转，带动环件5旋转15°,之后，液压驱动***(图中未画出)将液压油再次充入到活塞缸16的上端，驱动连接在活塞缸16的活塞杆上的滑块12往下运动，铰杆增力装置(含连接片21、增力杆22和施力杆23)配合矩形径向导轨31导向将滑块12的竖直运动转化为12块分瓣凸模(含基础模具42和扩径瓣模43)的径向运动，按和第一次扩径完全相同的方式对环件5进行第二次扩径。

Claims (9)

1.一种大直径环件机械扩径机，包括活塞缸(16)、支撑盘(33)、固定工作台(15)及滑块(12)，其特征在于：所述支撑盘(33)上表面中心处设有固定工作台(15)，所述的活塞缸(16)安装于所述的固定工作台(15)的中心孔内并通过活塞杆与固定工作台上部的滑块(12)下端面相连，至少两套铰杆增力装置(2)沿所述的固定工作台(15)圆周方向均匀布置，所述支撑盘(33)上沿固定工作台圆周方向均布有与所述铰杆增力装置(2)相对应的分瓣凸模(4)，每套铰杆增力装置包括增力杆(22)、施力杆(23)，两者通过一连接片(21)铰接在滑块圆周壁上，形成定点旋转机构，所述增力杆(22)另一端铰接在固定工作台圆周壁上，形成定点旋转机构，所述施力杆(23)另一端与其相对应的所述的分瓣凸模(4)铰接，每套分瓣凸模底部设有导槽，所述支撑盘上表面沿圆周方向均布有与所述导槽相配合的径向导轨，每套分瓣凸模在各自相对应的所述的铰杆增力装置(2)作用下在径向导轨上滑动。
2.根据权利要求1所述的大直径环件机械扩径机，其特征在于：该扩径机还包括导柱导向装置，导向柱(11)下端固定在所述的固定工作台(15)上，导向柱柱体部分与滑块内的导向套配合导向。
3.根据权利要求1或2所述的大直径环件机械扩径机，其特征在于：每套所述的分瓣凸模(4)包括基础模具(42)和与所述基础模具螺栓连接的扩径瓣模(43)，所述基础模具内表面焊接有与所述铰杆增力装置的施力杆铰接的分瓣凸模连接块(41)，基础模具底部开有与所述径向导轨相配合的导槽。
4.根据权利要求3所述的大直径环件机械扩径机，其特征在于：所述扩径瓣模(43)底部开设有与所述径向导轨相配合的导槽。
5.根据权利要求1或2所述的大直径环件机械扩径机，其特征在于：所述支撑盘(33)上安装有至少两套带动环件转动的旋转机构，所述旋转机构沿圆周方向均布。
6.根据权利要求5所述的大直径环件机械扩径机，其特征在于：所述旋转机构包括旋转支撑辊(32)、旋转支撑辊轴承座以及驱动液压马达(34)，所述旋转支撑辊(32)安装于径向导轨内，辊面高度稍高于所述径向导轨上表面。
7.根据权利要求1或2所述的大直径环件机械扩径机，其特征在于：所述分瓣凸模(4)的基础模具(42)为偏心凸模结构。
8.根据权利要求1或2所述的大直径环件机械扩径机，其特征在于：所述分瓣凸模(4)的扩径瓣模(43)为偏心模结构。
9.根据权利要求1所述的大直径环件机械扩径机，其特征在于：所述大直径环件的直径5m以上。
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