金属管竹节形的内滚压成型方法及装置 【技术领域】
本发明涉及一种竹节形金属管的加工方法及装置，具体涉及一种将金属直管通过内滚压成型加工成竹节状中空管的方法及装置。所述金属管主要包括铝管、铜管以及钢管等管材，尤其针对铝管。
背景技术
返朴归真是现代人的一种新的追求。竹子以其挺拨、秀气、古朴典雅深受古今中外人士的青睐，人们喜爱采用竹子编制各种装饰用品或生活用品，以显示其文化和修养，竹篱笆就是其中的一种。但是由于自然资源的溃乏，大量砍伐竹子不仅会破坏生态平衡，而且给人们的生活环境带来危害。
随着社会进步以及技术的发展，目前在国内外装饰市场中，仿竹的工业产品大量出现，其中最常用的是塑料仿竹制品。这种制品在日本以及东南亚一带国家中比较流行。但是由于处理塑料废旧品会给环境带来严重污染，所以，近年来，许多国家开始对这类塑料制品加以限制。因而竹节形铝管就成了替代塑料竹管的较好选择。
现有技术中，将铝合金中空管加工成竹节形铝管通常有两种方法，第一种是液压胀型法，即利用液压膨胀原理，向管内旋加高压液压，通过膨胀挤压与管外的模型配合，使管壁变形成竹节状。这种方法密封要求高，生产设备复杂，因此实践中很少使用。第二种是橡胶胀型法，即将橡胶块置入铝管内，通过两端的挤压使橡胶块侧向膨胀与管外的模型配合，迫使管壁变形成竹节状。这种方法必须提供足够的挤压力，否则变形可能不到位，另外，橡胶块太厚，会导致侧向膨胀力不足，太薄不易保持定位准确性。上述两种方法都是利用内膨胀原理通过扩压与管外模型配合使管壁变形成竹节状。但这类方法的缺点是：1、对于小直径细长比大的铝合金中空管材的仿竹节加工难度较大；2、仿竹节地外观轮廓质量不高，尤其是当竹节向外凸起较高时仿竹节的逼真度较差；3、设备和模具结构复杂，成本较高。
本发明的目的是提供一种新的金属管竹节形的内滚压成型方法及装置。该方法及装置是一个既经济又合适的机械加工方法及装置，特别适合加工小直径细长比大的金属中空管材。
【发明内容】
为达到上述目的，本发明方法采用的技术方案是：一种金属管竹节形的内滚压成型方法，其内容为：
(1)、在中空金属直管外侧的被加工部位，紧贴管外壁环绕圆周方向设置一副仿竹节形的凹型模具；
(2)、在中空金属直管内侧对应部位，沿管内壁圆周方向均匀设置一组仿竹节形的凸型滚轮，每个滚轮由一根滚轮轴转动支承；在管内中心位置设置一凸轮轴，在凸轮轴正向转动过程中，利用凸轮表面相对转动中心矢量的大小和方向的变化，先推动各滚轮轴向外作径向移动，使各滚轮与管内壁接触，然后带动滚轮轴公转，迫使滚轮在管内壁上滚压，使管壁向外鼓起变形，直至与凹型模具完全吻合；在反向转动过程中，凸轮表面让位于滚轮轴，使滚轮轴连带滚轮有径向退回的空间。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述一组仿竹节形的凸型滚轮至少由三个组成，且在圆周方向匀布。
2、上述方案中，为了便于操作，可以将上述凹型模具设计成由上下两个半模拼合而成，其中，上下两个半模中，一个固定，另一个活动。
为达到上述目的，本发明装置采用的技术方案是：一种金属管竹节形的内滚压成型装置，包括：
一副仿竹节形的凹型模具，该凹型模具有一圆筒形内模面，内模面的筒壁上环绕圆周方向设置仿竹节形的凹型模腔；
一个内滚压芯棒，该芯棒主要由滚轮、滚轮轴、滚架、凸轮轴构成，滚架为一中空支架，其架体周向外缘至少均布三个滚轮，每个滚轮由一根滚轮轴转动支承，滚轮轴两端座落在滚架上所设的滑槽中，滚轮位于滚架周向的凹腔中，滚轮的轮缘设有仿竹节凸筋；凸轮轴由凸轮与轴体两部分构成，其中，凸轮置于滚架的中空腔内，凸轮针对滚轮轴设有弧面或斜面，该弧面或斜面同时作用于滚轮轴两端；弧面或斜面相对转动中心的矢量大小和方向，满足正向转动时矢量的大小增加，反向转时减少的变化。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述滚轮的轮缘上有两个仿竹节凸筋，其中，两个仿竹节凸筋中，一个大，另一个小，这种设计可以使滚压的仿竹节更加逼真。
2、为了便于操作，将凹型模具设计成由上下两个半模拼合而成。
3、上述方案中，所述滚架上所设的滑槽为斜槽，这样由于滚压的方向与滚轮轴滑动方向更加合理，可以使滚轮的滚压效果更好。当然，滑槽采用径向直槽也是可以的。
4、上述方案中，为了使滚压芯棒可够加工更长的金属管，可以在凸轮轴端加一根驱动轴，该驱动轴与凸轮轴的轴体固定连接。
5、上述方案中，转动滚压芯棒可以采用手动和机动两种方式，其中，机动时可以在驱动轴另一端设置电机，该电机经减速器与驱动轴连接。
本发明工作原理是：将金属直管，如铝管，套在内滚压芯棒上(此时滚轮应处于缩进状态)，一副仿竹节形的凹型模具加装在铝管外，定位压紧，使铝管、内滚压芯棒和凹型模具相对固定，其中，内滚压芯棒和滚轮与凹型模具内模面上的仿竹节凹型腔对齐。正向转动凸轮轴，凸轮外缘上的弧面或斜面同时推动各滚轮轴沿滑槽向外侧移动(滚轮轴带动滚轮由b点逐步向a点移动，见图3所示)，带动各滚轮向外扩张。当滚轮扩张到一定程度，与铝管内壁接触，接着凸轮轴带动滚轮轴和滚架正向公转，滚轮接触到铝管内壁即开始滚压，使管壁向外鼓起变形，直至与凹型模具完全吻合。完成滚压后，反向转动凸轮轴，凸轮表面让位于滚轮轴，使滚轮轴连带滚轮有径向退回的空间(滚轮轴带动滚轮由a点向b点复位，见图3所示)，此时可以将内滚压芯棒抽出，完成一个竹节成型。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明采用内滚压加外靠模方法，成型过程中管壁无任何切削伤痕，加工质量高，外观轮廓清晰，仿竹节形的逼真度高。不会在加工过程中划伤和切削管材内壁，使管壁变薄或因存在切屑使竹节鼓起变形。
2、本发明构思巧妙，加工设备简单，成本低，安全可靠。
3、本发明方法不仅能够将短管加工成竹节形管材，更重要的是能够对细长管进行仿竹节形加工。这在本领域中是一种创新和突破。根据理论计算，本发明可以加最小管径为20mm，最大长度超过6m以上的铝管材。
4、本发明方法适合加工凸起较高的环形竹节形结构。
【附图说明】
附图1为本发明内滚压成型原理图；
附图2为本发明内滚压装置结构剖视图；
附图3为本发明内滚压及斜向滑槽示意图；
附图4为本发明滚压成型的仿竹节形铝管外形图。
以上附图中：1、滚轮；2、滚轮轴；3、凸轮轴；4、上半模；5、下半模；6、滚架；7、端盖；8、铝管；9、凹腔；10、螺钉；11、法兰；12、弧面；13、滑槽。
【具体实施方式】
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1和图2所示，一种铝管竹节形的内滚压成型方法，
其内容为：
(1)、在中空铝管8外侧的被加工部位，紧贴管外壁环绕圆周方向设置一副仿竹节形的凹型模具。凹型模具由上下两个半模4、5拼合而成，其中，下半模5固定，上半模4活动拼合。
(2)、在中空铝管8内侧对应部位，沿管内壁圆周方向均匀设置三个仿竹节形的凸型滚轮1，每个滚轮1由一根滚轮轴2转动支承；在管内中心位置设置一凸轮轴3，在凸轮轴3正向转动过程中，利用凸轮表面相对转动中心矢量的大小和方向的变化，先推动各滚轮轴2向外作径向移动，使各滚轮1与管内壁接触，然后带动滚轮轴2公转，迫使滚轮1在管内壁上滚压，使管壁向外鼓起变形，直至与凹型模具完全吻合；在反向转动过程中，凸轮表面让位于滚轮轴2，使滚轮轴2连带滚轮1有径向退回的空间。
实施例二：参见附图1～图3所示，一种铝管竹节形的内滚压成型装置，由一副仿竹节形的凹型模具、一个内滚压芯棒和驱动机构组成。其中：
凹型模具由上半模4和下半模5拼合而成，下半模5作为固定拼模，上半模4作为活动拼模。上半模4与下半模5拼合后构成一圆筒形内模面，内模面的筒壁上环绕圆周方向设置仿竹节形的凹型模腔。
内滚压芯棒由滚轮1、滚轮轴2、滚架6、凸轮轴3构成。滚架6为一中空支架，在本例中为环形支架，其架体周向外缘均布三个滚轮1。每个滚轮1由一根滚轮轴2转动支承，滚轮轴2两端座落在滚架6上所设的滑槽13中(滑槽13可以是斜向滑槽，见图3所示，也可以是径向直槽，见图1，本例采用斜向滑槽)，滚轮1位于滚架6周向的凹腔9中，滚轮1的轮缘设有两个仿竹节凸筋，其中，一个稍大，一个稍小，使仿竹节形的逼真度更高。凸轮轴3由凸轮与轴体两部分构成，其中，凸轮置于滚架6的中空腔内，凸轮针对滚轮轴2设有弧面12，该弧面12同时作用于滚轮轴2两端。弧面12相对转动中心的矢量大小和方向，满足正向转动时矢量的大小增加，反向转时减少的变化。滚架6一端用螺钉10固定法兰11，法兰11上有一段带螺纹的轴，该轴与支承轴连接；另一端用端盖7固定，端盖7中央设孔，凸轮轴3中的轴体从该孔穿过，以接驱动机构。
驱动机构由驱动轴、减速器和电机组成，该驱动轴与凸轮轴3的轴体通过螺纹连接，驱动轴的另一端通过减速器与电机连接。