一种铜管扩孔器工装的制作方法

1.本发明涉及一种铜管扩孔器工装。


背景技术：

2.通利(新加坡)航运集团的82000吨散货船其冰库的阀盘连接管为φ20的紫铜管，并且连接处需要扩成喇叭口，现有购买的工装最大只能扩孔φ19的紫铜管，现场施工周期紧，再去购买时间上来不及，只能自己制作工装进行扩孔，保证生产周期。
3.程逸明在《模具制造》2019年第10期上发表的论文《不锈钢管坯热扩孔用剪切环形状研究》，其采用有限元模拟和实际生产试验相结合的研究方法对60mn热挤压生产线的热扩孔变形工艺进行了研究，重点对热扩孔工艺中的剪切环能否顺利剪断扩孔后的余料进行分析。设计了3种不同形状的剪切环并对热扩孔过程进行了模拟分析。其通过热扩孔变形应变分析及研究扩孔余料与剪切环间隙区域的关系后得出：扩孔后的余料容易在剪切环的出口区域出现憋死现象，不利于扩孔锥的脱离和扩余的分离。虽然其为不锈钢管的扩孔研究，并且是不锈钢管的热扩孔研究，但在散货船其冰库的阀盘连接管(也即紫铜管)的扩孔过程中，也常出现扩孔锥与紫铜管难以脱离的情况。
4.公开号为cn208495970u的专利：一种成品紫铜管扩孔器，包括台式钻床本体和基板，基板一表面的一侧设置有一固定板；台式钻床本体通过固定板装设在基板上；基板一表面的另一侧固定有一基座；基座包括一底板，底板一表面的一侧设置有一夹座，底板一端的两侧对称设置有一挡板；两挡板内装设有一直线驱动装置；夹座为一“u”形板结构；夹座一侧及底板一侧均开设有一槽口；夹座一侧活动配合有一第一滑块；夹座另一侧活动配合有一第二滑块。其可以对紫铜管夹持的同时实现对紫铜管端孔进行多种扩孔操作，解决了现有的扩孔装置其扩孔形状单一的问题。但未解决扩孔锥与被扩孔管如何脱离的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种铜管扩孔器工装，通过使用本工装能够满足生产要求，并且制作简单，使用方便，制作成本低。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种铜管扩孔器工装，包括扩孔锥以及扩孔锥的脱锥结构，扩孔锥与手柄固定相连且扩孔锥其旋转轴线垂直于手柄的长度方向设置，扩孔锥设置在手柄长度方向的中心位置；
7.扩孔器工装还包括与扩孔锥配套设置的扩孔筒垫，扩孔筒垫远离扩孔锥的一端固定或一体连接有底板；扩孔筒垫与待扩孔铜管相适配。通过使用本工装能够满足生产要求，并且制作简单，使用方便，制作成本低。
8.进一步的技术方案是，扩孔锥为尖头螺栓；
9.或扩孔锥包括圆锥以及与圆锥一体而成的圆柱状杆，圆柱状杆与手柄固定相连。扩孔锥采用尖头螺栓的形式可以直接利用车间现场的现有工件，便于制备，节约成本，另外扩孔筒垫采用车间现场与尖头螺栓适配的丝杆座则可以通过尖头螺栓外壁的螺纹与丝杆
座其内壁的内螺纹的适配关系保证扩孔时扩孔锥的定向，保证扩出的孔不歪斜。扩孔锥采用圆锥以及与圆锥一体而成的圆柱状杆，则根据扩孔情况定制。
10.进一步的技术方案是，扩孔锥与手柄固定相连而成的整体构成扩孔结构，前述扩孔结构设有两个，其中一个扩孔结构中的尖头螺栓或圆锥的锥度为15
°
～20
°
，另一个扩孔结构中的尖头螺栓或圆锥的锥度为25
°
～35
°
。通过两个不同锥度的扩孔锥分两次扩孔，有利于金属流动，第二扩孔锥的锥度为25～35
°
第一扩孔锥的锥度为15～20
°
，有效改善扩孔导致的管坯上端开裂问题(由于扩孔锥与待扩孔管喇叭口不同配合下的金属流动和位移特点不同，采用先小角度扩孔再采用最终需要的大扩孔角度，扩孔锥与待扩孔管喇叭口之间形成了更为合理的配合，更有利于扩孔变形时的金属流动，有效改善扩孔导致的管坯上端开裂问题)。
11.进一步的技术方案为，脱锥结构包括扩孔锥其锥体部分外壁上转动设置的滚珠。扩孔锥锥体部分即尖头螺栓的端头部分或与圆柱状杆一体而成的圆锥部分。在锥体部分外壁转动设置滚珠，将现有技术中扩孔时产生的扩孔锥与紫铜管挤压而产生滑动摩擦一定程度改为了滚动摩擦，减轻了滑动摩擦生热较多的情况。避免通过扩孔锥扩孔时紫铜管内壁发热较多的情况，可减少热应力，利于扩孔锥的脱离。
12.进一步的技术方案为，脱锥结构还包括包覆设置在待扩孔铜管外壁的加热带；
13.待扩孔铜管为散货船其冰库的阀盘连接管，所述待扩孔铜管为紫铜管。在紫铜管的外壁加热，这样边扩孔边加热，紫铜管在扩孔时内外壁均加热，避免通过扩孔锥扩孔时仅有紫铜管内壁发热，减少热应力；利于扩孔锥的脱离。
14.进一步的技术方案为，扩孔筒垫的内壁设置膨胀节，膨胀节靠近扩孔筒垫的上端口。扩孔筒垫的内壁设置膨胀节这样的柔性元件，可减少在紫铜管由于扩孔变形内壁生热及外壁受加热带加热引起的热应力，起到补偿变形的作用。
15.进一步的技术方案为，扩孔筒垫呈管状，扩孔筒垫的内孔呈阶梯孔状且远离扩孔锥的部分为与待扩孔铜管相适配的圆孔；
16.扩孔筒垫的内孔其抵靠扩孔锥的部分的尺寸大于扩孔后的紫铜管扩孔口的尺寸；扩孔筒垫的内孔其抵靠扩孔锥的部分为圆锥孔状。扩孔筒垫的内孔其扩孔锥的部分为尺寸上大于扩孔后的紫铜管扩孔口的尺寸，可以给予膨胀节足够的变形空间，以给予扩孔的紫铜管足够的变形空间，减少热应力。
17.本发明的优点和有益效果在于：扩孔锥采用尖头螺栓的形式可以直接利用车间现场的现有工件，便于制备，节约成本，另外扩孔筒垫采用车间现场与尖头螺栓适配的丝杆座则可以通过尖头螺栓外壁的螺纹与丝杆座其内壁的内螺纹的适配关系保证扩孔时扩孔锥的定向，保证扩出的孔不歪斜。扩孔锥采用圆锥以及与圆锥一体而成的圆柱状杆，则根据扩孔情况定制。
18.通过两个不同锥度的扩孔锥分两次扩孔，有利于金属流动，第二扩孔锥的锥度为25～35
°
第一扩孔锥的锥度为15～20
°
，有效改善扩孔导致的管坯上端开裂问题(由于扩孔锥与待扩孔管喇叭口不同配合下的金属流动和位移特点不同，采用先小角度扩孔再采用最终需要的大扩孔角度，扩孔锥与待扩孔管喇叭口之间形成了更为合理的配合，更有利于扩孔变形时的金属流动，有效改善扩孔导致的管坯上端开裂问题)。
19.在锥体部分外壁转动设置滚珠，将现有技术中扩孔时产生的扩孔锥与紫铜管挤压
而产生滑动摩擦一定程度改为了滚动摩擦，减轻了滑动摩擦生热较多的情况。避免通过扩孔锥扩孔时紫铜管内壁发热较多的情况，可减少热应力，利于扩孔锥的脱离。
20.在紫铜管的外壁加热，这样边扩孔边加热，紫铜管在扩孔时内外壁均加热，避免通过扩孔锥扩孔时仅有紫铜管内壁发热，减少热应力；利于扩孔锥的脱离。
21.扩孔筒垫的内壁设置膨胀节这样的柔性元件，可减少在紫铜管由于扩孔变形内壁生热及外壁受加热带加热引起的热应力，起到补偿变形的作用。
22.扩孔筒垫的内孔其扩孔锥的部分为尺寸上大于扩孔后的紫铜管扩孔口的尺寸，可以给予膨胀节足够的变形空间，以给予扩孔的紫铜管足够的变形空间，减少热应力。
附图说明
23.图1是本发明一种铜管扩孔器工装实施例一的示意图；
24.图2是图1中扩孔锥的示意图；
25.图3是图1中扩孔筒垫的示意图；
26.图4是图1中底板的俯视图；
27.图5是本发明实施例二的示意图；
28.图6是图5中扩孔筒垫的上端的局部放大示意图；
29.图7是图6中膨胀节的示意图；
30.图8是图7的立体示意图；
31.图9是图5中扩孔锥的示意图。
32.图中：1、扩孔锥；2、手柄；3、扩孔筒垫；4、底板；5、滚珠；6、加热带；7、膨胀节；8、石墨粉通道；9、环状通道；10、电加热丝。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
34.实施例一：
35.如图1至图4所示，本发明是一种铜管扩孔器工装，包括扩孔锥1，扩孔锥1与手柄2固定相连且扩孔锥1其旋转轴线垂直于手柄2的长度方向设置，扩孔锥1设置在手柄2长度方向的中心位置；扩孔器工装还包括与扩孔锥1配套设置的扩孔筒垫3，扩孔筒垫3远离扩孔锥1的一端一体连接有底板4；扩孔筒垫3与待扩孔铜管相适配。扩孔锥1为尖头螺栓；扩孔锥1与手柄2固定相连而成的整体构成扩孔结构，前述扩孔结构设有两个，其中一个扩孔结构中的尖头螺栓的锥度为15
°
～20
°
，另一个扩孔结构中的尖头螺栓的锥度为25
°
～35
°
。
36.主要配置单如下：
37.1.手柄(材料为q235-a)；
38.2.丝杆(即扩孔锥，材料为q235-a)；
39.3.丝杆座(即扩孔筒垫，材料为q235-a)；
40.4.座板(材料为q235-a)；
41.技术参数如下：
42.1.手柄φ16*160
43.2.丝杆m27*70
44.3.丝杆座m27*80
45.4.座板φ100*15
46.工作原理如下：
47.只需将铜管放在扩孔筒垫3的内孔中，拧紧手柄2，通过扩孔锥11的锥体部分挤压铜管，就可以达到扩孔的目的。
48.另外，由于采用两套扩孔结构，先采用锥度较小的扩孔锥11对紫铜管进行初步的扩孔，然后再采用锥度较大的扩孔锥1对紫铜管进行终扩孔。
49.实施例二：
50.与实施例一的不同在于，如图5至图9所示(为便于图示，图9仅示出一段电加热丝，实际上电加热丝布满整个环状通道)，包括扩孔锥1以及扩孔锥1的脱锥结构，脱锥结构包括扩孔锥1其锥体部分外壁上转动设置的滚珠5。脱锥结构还包括包覆设置在待扩孔铜管外壁的加热带6；待扩孔铜管为散货船其冰库的阀盘连接管，所述待扩孔铜管为紫铜管。扩孔筒垫3的内壁设置膨胀节7，膨胀节7靠近扩孔筒垫3的上端口。扩孔筒垫3呈管状，扩孔筒垫3的内孔呈阶梯孔状且远离扩孔锥1的部分为与待扩孔铜管相适配的圆孔；扩孔筒垫3的内孔其抵靠扩孔锥1的部分的尺寸大于扩孔后的紫铜管扩孔口的尺寸；扩孔筒垫3的内孔其抵靠扩孔锥1的部分为圆锥孔状。脱锥结构还包括设置在扩孔锥1内的石墨粉通道8，石墨粉通道8的一端通向扩孔锥1外壁上转动设置的滚珠5，另一端穿过手柄2且此端口位于手柄2的外表面上。脱锥结构还包括设置在石墨粉通道8外壁的电加热丝10。相应的，扩孔锥1内设置用于容纳电加热丝10的环状通道9。环状通道9位于石墨粉通道8的外部且环状通道9与石墨粉通道8同心设置。
51.工作原理如下：
52.在铜管扩孔高度处的外壁紧紧包覆加热带6，然后将铜管放在扩孔筒垫3的内孔中，拧紧手柄2，通过扩孔锥11的锥体部分挤压铜管，就可以达到扩孔的目的，而滚珠5的设置则减轻了摩擦产生的热量，可以减少紫铜管内壁升温太多，减少热应力，热应力少，热变形小，便于脱锥(即扩孔锥1与扩孔铜管的脱离)。加热带6工作则使得紫铜管的外壁也升温，避免通过扩孔锥1扩孔时仅有紫铜管内壁发热，减少热应力；利于扩孔锥1的脱离。扩孔筒垫3其位于扩孔处的内壁设置膨胀节7用于容纳热变形，减少热应力，利于脱锥。
53.脱锥结构还包括局部降温结构，也即石墨粉通道8，在扩孔完后需要脱锥(类似脱模)，而扩孔锥1由于扩孔时其与紫铜管内壁紧紧抵靠，摩擦以及热的作用使得扩孔锥1很难与紫铜管脱离，而石墨粉通道8的设置则可以在扩孔后向石墨粉通道8内加入石墨粉，加入的石墨粉温度上低于扩孔处的温度，可以适当降低扩孔处温度，便于脱锥，另外，石墨粉起到润滑的作用，在扩孔后工人继续转动手柄2，但此时转动手柄2是一边转动一边向上拉，石墨粉的加入，配合锥体外壁转动设置的滚珠5能够便于脱锥。而为了尽可能减少了热应力及开裂等问题，所以在石墨粉通道8外壁设置电加热丝10，根据扩孔处的温度情况控制电加热丝10的加热时间，使得加入的石墨粉温度不要太低，避免引入温度较低的石墨粉反而导致的热应力。
54.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰
也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种铜管扩孔器工装，其特征在于，包括扩孔锥以及扩孔锥的脱锥结构，扩孔锥与手柄固定相连且扩孔锥其旋转轴线垂直于手柄的长度方向设置，扩孔锥设置在手柄长度方向的中心位置；所述扩孔器工装还包括与扩孔锥配套设置的扩孔筒垫，扩孔筒垫远离扩孔锥的一端固定或一体连接有底板；扩孔筒垫与待扩孔铜管相适配。2.根据权利要求1所述的一种铜管扩孔器工装，其特征在于，所述扩孔锥为尖头螺栓；或所述扩孔锥包括圆锥以及与圆锥一体而成的圆柱状杆，圆柱状杆与手柄固定相连。3.根据权利要求2所述的一种铜管扩孔器工装，其特征在于，扩孔锥与手柄固定相连而成的整体构成扩孔结构，前述扩孔结构设有两个，其中一个扩孔结构中的尖头螺栓或圆锥的锥度为15
°
～20
°
，另一个扩孔结构中的尖头螺栓或圆锥的锥度为25
°
～35
°
。4.根据权利要求1或3所述的一种铜管扩孔器工装，其特征在于，所述脱锥结构包括扩孔锥其锥体部分外壁上转动设置的滚珠。5.根据权利要求4所述的一种铜管扩孔器工装，其特征在于，所述脱锥结构还包括包覆设置在待扩孔铜管外壁的加热带；所述待扩孔铜管为散货船其冰库的阀盘连接管，所述待扩孔铜管为紫铜管。6.根据权利要求5所述的一种铜管扩孔器工装，其特征在于，所述扩孔筒垫的内壁设置膨胀节，膨胀节靠近扩孔筒垫的上端口。7.根据权利要求6所述的一种铜管扩孔器工装，其特征在于，所述扩孔筒垫呈管状，扩孔筒垫的内孔呈阶梯孔状且远离扩孔锥的部分为与待扩孔铜管相适配的圆孔；扩孔筒垫的内孔其抵靠扩孔锥的部分的尺寸大于扩孔后的紫铜管扩孔口的尺寸；扩孔筒垫的内孔其抵靠扩孔锥的部分为圆锥孔状。

技术总结
本发明公开了一种铜管扩孔器工装，包括扩孔锥以及扩孔锥的脱锥结构，扩孔锥与手柄固定相连且扩孔锥其旋转轴线垂直于手柄的长度方向设置，扩孔锥设置在手柄长度方向的中心位置；扩孔器工装还包括与扩孔锥配套设置的扩孔筒垫，扩孔筒垫远离扩孔锥的一端固定或一体连接有底板；扩孔筒垫与待扩孔铜管相适配。本发明通过两个不同锥度的扩孔锥分两次扩孔，有利于金属流动，有效改善扩孔导致的管坯上端开裂问题。本发明可避免通过扩孔锥扩孔时紫铜管内壁发热较多的情况，可减少热应力，利于扩孔锥的脱离。本发明能够满足生产要求，并且制作简单，使用方便，制作成本低。制作成本低。制作成本低。


技术研发人员：姚伟峰
受保护的技术使用者：中船澄西船舶修造有限公司
技术研发日：2023.06.23
技术公布日：2023/10/7