一种金属管材内孔加工装置的制作方法

本实用新型属于金属加工技术领域，具体为一种金属管材内孔加工装置。

背景技术：

各种金属管材主要用于工业系统中液体及气体输送等任务，是重要材料。金属管材在工作中要承受内外介质的工作压力以及结构应力等。管材内表面如果有缺陷一方面影响管材的耐压等使用性能，另一方面严重影响管路接头部位的密封性能，造成被输送流体的泄漏。

通常采用挤压、斜轧穿孔等方法制备厚壁管坯，然后用多道次的轧制、拉拔等方法制备薄壁的精密管材。制备厚壁管坯过程中内表面很容易产生划伤，叠皮，夹杂，氧化皮等缺陷，在随后管材多道次加工过程中内表面也会因工模具的摩擦等原因继续产生各种缺陷。这些内表面已产生的缺陷在管材制造过程中将延续发展，造成最终管材内表面质量的严重问题。

内孔加工指利用车、铰、镗等加工方法对管材内表面进行机械加工，去除内表面带有缺陷的一层材料，提高内表面质量。由于内孔加工的刀具加工轨迹是圆形的，沿着圆形的理想管材内表面可均匀去除一层材料，以达到去除表面缺陷的目的。但很多时候管材的内横截面不是规则的圆形，内孔加工时会产生表面缺陷去除不彻底，局部切削量过大，甚至损坏刀具等问题。例如在制造精密薄壁铝合金管材时，一般先利用挤压方法制造厚壁管坯，挤压时管坯内表面会产生氧化，叠皮、划伤等缺陷。这时可用铰或镗的方法对挤压后的厚壁管坯内表面去除0.2-0.5mm厚的一层，以去除上述缺陷。但由于挤压管材内表面可能是不规则的，例如椭圆的形状；此时的内表面缺陷去除过程变得困难。当内表面椭圆长轴半径大于刀具加工半径，处于长轴方向内表面的缺陷将不会被去除；而在短轴方向的材料却被过多地被去除，同时刀具则在切削短轴方向时由于吃刀过大而容易造成损坏。这种情况下，需要加大加工量或多次加工来保证内表面的质量。

因而急需构建一种新型的金属管材内孔加工装置和方法，针对内孔形状不规则的管材内表面进行加工，用尽量少的加工量达到去除内表面缺陷的目的，同时改善加工时刀具状态，提高刀具使用寿命。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种金属管材内孔加工装置和方法，其特征在于，包括：刀杆、定位螺母、刀盘、刀具、键、滚珠和保持架；其中刀杆由前部的小径段，中部的圆锥斜面和后部的大径段一体构成；刀杆小径段安装了可沿其轴向同时自由移动的刀盘和键；刀盘为内部设有安装孔和键槽的空心圆柱，其圆周方向均布有至少两把刀具；在刀盘前侧的刀杆小径段上设有用于安装定位螺母的外螺纹；在刀盘的后侧与刀杆中部的圆锥斜面间装有一圈滚珠，滚珠外部设有保持架。

所述刀具为镗刀，且各刀具的加工半径相同。

所述滚珠的数量至少三个，滚珠的直径为3-20mm。

所述保持架为一个周向均布有数个圆孔的短套；短套外径小于管材的内径；圆孔个数等于一圈滚珠的个数。

所述圆孔的直径小于滚珠直径，同时圆孔的直径又大于滚珠与保持架接触部位对应弦长的数值。

本实用新型的有益效果在于：

1.去除内表面缺陷效果好于传统的加工法；

2.可以减少内表面加工时的加工量；

3.刀具使用寿命长。

附图说明

图1为本实用新型一种金属管材内圆加工装置实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1在加工管材时的正视图。

其中：1-管材，2-刀杆，3-定位螺母，4-刀盘，5-刀具，6-键，7-滚珠，8-保持架，9-椭圆形管材内壁。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细说明。

如图1和图2所示的本实用新型实施例1，包括：刀杆2、定位螺母3、刀盘4、刀具5、键6、滚珠7和保持架8。其中刀杆2由前部的小径段，中部的圆锥斜面和后部的大径段一体构成。刀杆2小径段安装了可沿其轴向同时自由移动的刀盘4和键6；刀盘4为内部设有安装孔和键槽的空心圆柱，其圆周方向均布有至少两把以上加工半径相同的刀具5，刀具5可用市售各种镗刀；键6用于保证刀盘4随刀杆2的转动而转动。在刀盘4前侧的刀杆2小径段上设有用于安装定位螺母3的外螺纹，定位螺母3决定刀盘4在刀杆2上的轴向位置。在刀盘4的后侧与刀杆2中部的圆锥斜面间装有一圈滚珠7，滚珠7外部设有保持架8。

保持架8为一个周向均布有数个圆孔的短套；短套外径稍小于管材1的内径。圆孔个数对应环绕滚珠7的个数，圆孔直径选取小于滚珠7直径又大于滚珠7与保持架8接触部位对应弦长的适当数值，这样能使滚珠7安装后及调整时始终能保持在圆孔内，从而保证了滚珠7始终环绕在刀杆2的周围，并保证滚珠7沿刀杆2的圆周方向基本均匀分布。

在使用实施例1时，一圈滚珠7的数量至少3个，具体以尽量布满刀杆2圆锥斜面的一圈为宜。滚珠7的直径最优为3-20mm。通过刀杆2与管材1间的相对旋转与横向移动，带动成圈的滚珠7在管材1内表面滚动。通过调整定位螺母3的位置，将一圈滚珠7的外接圆直径调整至与管材1内径相当时，会将不规则的椭圆形内管壁撑圆。再通过随着刀杆2旋转和横向移动的刀具5，对已经变圆的管材1的内管壁进行均匀加工。

通过静态调整定位螺母3在刀杆2上的轴向位置可改变刀盘4与刀杆2的圆锥斜面间的相对位置，进而改变装在它们及管材1内表面之间的一圈滚珠7的沿管材1半径方向上的位置，进而决定滚珠7对管材1不规则内壁的撑圆改善程度。

在实施例1的工作过程中，通过调整定位螺母3在刀杆2上的轴向位置，使成圈的滚珠7外接圆直径与管材1内径接近，将管材1的不规则内壁逐渐撑圆。

使用实施例1去除管材内表面缺陷的方法如下：

1、选材

根据管材1的内径要求，选取刀具加工半径比管材名义内径大0.1-2mm，同时选取相应尺寸的滚珠和数量。

2、组装

通过在具有圆锥斜面的刀杆2上顺序安装滚珠7和保持架8、键6、安装有刀具5的刀盘4，松装定位螺母3；完成装置的组装；

在安装刀盘4的过程中，先将刀杆2插入刀盘4中心的安装孔中并向内推送，随后将键槽对准键6的位置并继续推送直至解除滚珠7为止。

3、调整

将组装好的装置放入具有明显椭圆形内管壁9的管材1中，逐渐拧紧定位螺母3的，与管材1内表面接触的一圈滚珠7会将变形的椭圆形内管壁9撑开，成为比较规则的近似圆形。测量管材1被滚珠7撑着部分的椭圆度，椭圆度明显变小时或当椭圆度小于0.2mm时，锁定定位螺母3的位置，完成装置的调整。这种装置的调整和锁定方法避免了因管材1的材质、性能及壁厚不同而造成的难以准确确定滚珠与管材径向相对位置的问题。

4、加工

利用调整好的装置，通过刀杆2旋转并沿轴向移动，带动滚珠7将管材1不规则内壁撑圆，同时刀具5对变圆后的管材1内表面进行均匀加工，去除内表面所有缺陷。

利用本实施例及方法可以选择更少的加工量，缺陷去除完全，刀具受力均衡。达到减少加工量，提高刀具使用寿命，改善加工质量的目的。

本实用新型的实施例2，未描述的部分与实施例1相同；

实施例2需要生产内外表面不得有可见损伤且壁厚为2mm直径为100mm的铝合金管材；

在使用实施例2时，一圈滚珠7的数量为五个，滚珠7的直径为18mm；刀具5的数量是六把，加工半径为55.5mm。

为了得到性能良好的管材，必须先用挤压方法制备内径110mm左右，壁厚5mm左右的厚壁管坯，再经多次轧制及热处理得到壁厚2mm的成品管材。在挤压过程中由于铝合金与模具的粘连，挤压后内外管坯表面会有0.1mm深的沟状缺陷，同时管材的椭圆度有0.5-1mm；因此必须增加挤压后厚壁管坯的内外表面缺陷去除的加工过程，去除内表面的缺陷一般用车或铰等方法，去除外表面缺陷用车或抛光等方法。

所使用的常规方法为：

先使用热挤压方法制备壁厚8mm、内径为110mm厚壁管坯，用传统方法去除厚壁管坯内外表面缺陷，再经后续轧制及热处理得到壁厚2mm的成品管材。

为了去除厚壁管坯内表面缺陷，需要在车床上对管坯内表面去除一层，由于管材不圆，加工量小时，缺陷去除不彻底，使用了2mm的加工量，可得到质量良好的内表面。

管坯原厚8mm，内表面去除2mm，加上为改善外表面质量而去除的1mm，共去除3mm。去除厚壁管坯表面缺陷过程的材料利用率只有62％。

使用实施例2为：

A制作管材：

先使用热挤压方法制备挤压6.5mm厚、内径为110mm的厚壁管坯。

B去除内表面缺陷，其中又分为：

1、选材

选取六把加工半径均为55.5mm的刀具5，并选用五个直径18mm的滚珠7；

2、组装

将六把刀具5均布在刀盘4上，随后将五个滚珠7通过保持架8均布在刀杆2圆锥斜面的周围，再先将键6、刀盘4及定位螺母3松装于刀杆2上；

3、调整

将组装好的实施例2放入椭圆形内管壁9中，调整定位螺母3，使5个滚珠7将内管壁9逐渐撑圆。测量管材1的椭圆度，当管材1在滚珠7撑圆位置的椭圆度小于0.2mm时，锁定定位螺母3；

4、加工

如图1和图2所示，利用调整好的实施例2对管材进行加工，刀杆2转动并沿轴向移动，滚珠7将管材1(厚壁管坯)的椭圆形内管壁9撑圆，刀具5沿圆形内表面加工掉0.5mm,即可加工得到质量良好的内表面。

C、去除外表面缺陷：

使用传统方法去除管材1外表面的缺陷。

D、再经后续轧制及热处理得到壁厚2mm的成品管材。

管坯原厚6.5mm，内表面去除0.5mm，加上为改善外表面质量而去除了的1mm,共去除1.5mmm；使用本方法去除内表面缺陷，去除厚壁管坯表面缺陷过程的材料利用率为77％。

相比常规方法，实施例2材料利用率提高了15％。

使用本实施例对管坯内表面进行加工时避免了使用常规方法加工管材不规则内表面时可能起到的加工质量差，加工量大及可能损坏刀具的问题。