CN100551674C - 树脂管件的高速弯曲方法以及该方法中所使用的三维弯曲模具 - Google Patents

树脂管件的高速弯曲方法以及该方法中所使用的三维弯曲模具 Download PDF

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Abstract

一种管件的高速弯曲方法，其中：将三维弯曲成形的形态的管件(P)的近前侧的末端置于由X、Y、Z轴构成的直角坐标的原点并作为加工基准点，对于从该管件的前端到对面侧的后端的含有弯曲部的多个点，求出其在所述坐标的各轴上的位置和各位置上的相对于所述坐标上的两个垂直面(3)的角度和相对于水平面的角度，根据所得到的位置数据和角度数据在组块状的模具构件上形成所述管件(P)的弯曲轨道作为三维弯曲的轨道槽(1)，由此制成三维弯曲模具(G)，将直管状的管件(P)的前端设置在所述弯曲模具(G)的轨道槽(1)的始端部，然后使水平滚轮(4)沿着所述轨道槽(1)从该管件(P)的前端向后端移动，由此将所述管件(P)压入轨道槽(1)进行三维弯曲成形。

Description

树脂管件的高速弯曲方法以及该方法中所使用的三维弯曲模具
技术领域
本发明主要涉及能够对合成树脂管件高速地进行三维弯曲加工的管件的弯曲方法，以及该方法中所使用的管件的三维弯曲模具。
背景技术
对管件进行三维弯曲加工的工序是在下述领域中应用特别广泛的工序，即燃料管件、制动管件等那样有高精度要求的领域，要求由三维弯曲工序进行多品种少量生产的工业领域。
在由现有的弯曲方法进行的管件的三维弯曲成形中，必需从与弯曲方向相同的方向加压，换言之，必需在含有弯曲部的同一面内使弯曲力作用在该弯曲部上。例如，在图6所示的滚轮压弯曲中，必需根据各个赋予在管件T上的各弯曲部的弯曲姿势设置多组3个弯曲机构B1～B3，或通过工业机器人对弯曲装置本身进行三维控制。因此不得已只能使三维弯曲加工设备专用化，需要复杂且精巧的装置，需要大量的设备投资。
另一方面，如图7所例示，由NC弯曲机进行的三维弯曲也广泛普及，其中仅设置一处弯曲机构B，用夹具Ch握住管件T的直线部，一边用该夹具Ch扭转管件T一边将其送出，从而进行弯曲。但是，在该弯曲方法中也有原理性的局限，即由于是反复进行由夹具Ch进行的管件T的送出(推进)和旋转(扭转)的复合作业的机构，所以作业是断续的，弯曲作业费时，而且在弯曲轨道旋回接近时、例如两个弯曲部接近而且不在同一面内等时候无法使用。
如上所述，在现有的三维弯曲技术中，在各个弯曲部上、在该弯曲平面内施加与弯曲方向相对应的力是不可缺少的，所以这一点成为现有技术中所存在的问题的主要原因。
发明内容
发明所要解决的课题
鉴于上述那样的现有技术中的问题，本发明的课题在于提供一种仅通过使在垂直方向和水平方向上施加力的弯曲加工头沿着弯曲轨道移动，便能够对管件进行三维弯曲成形的方法。
用于解决课题的方案
以解决上述的课题为目的而完成的本发明的三维弯曲方法的构成，其特征在于：将三维弯曲成形的形态的管件的近前侧的末端(以下称作前端)置于由X、Y、Z轴构成的直角坐标的原点并作为加工基准点，对于从该管件的前端到对面侧的末端(以下称作后端)的含有弯曲部的多个点，求出其在所述坐标的各轴上的位置、和在各位置上相对于所述坐标上的两个垂直面的角度和相对于水平面的角度，根据所得到的位置数据和角度数据在组块状的模具构件上形成所述管件的弯曲轨道作为三维弯曲的轨道槽，由此制成三维弯曲模具，将要进行弯曲的直管状的管件的前端设置在所述弯曲模具的轨道槽的始端部，然后使水平滚轮沿着所述轨道槽从该管件的前端向后端移动，由此将所述管件压入轨道槽进行三维弯曲成形。
在本发明方法中，在由X、Y、Z轴构成的直角坐标上的原点上，使三维弯曲成形的形态的树脂管件围绕该管件的中心轴旋转，相对于该坐标上的XY面、XZ面、YZ面，分别以θXY度、θXZ度、θYZ度(θ＞1°)为单位进行旋转，对于围绕该树脂管件的中心轴的360度，通过三维空间上(直角坐标上)的位置数据和角度数据表现该管件的弯曲轨道，由此定义对该管件进行三维弯曲成形的姿势。
接下来，对于与所述树脂管件的中心轴的周围360度有关的全部的弯曲轨道的数据，计算出该树脂管件的弯曲轨道上的含有弯曲部的各点处的方向矢量在XZ面方向上与X轴所成的角度(以下称作θ1)，和在XY面方向上通过方向矢量的起点、与平行于X轴的直线所成的角度也就是方向矢量后端与最接近该直线的一侧所夹的角度(以下称作θ2)。
对于围绕中心轴的周围旋转360度而得到的该树脂管件的全部的弯曲轨道求出这两个角度θ1、θ2，计算出其最大值。将围绕中心轴的360度的各姿势下的最大值定义为基准值，确定该值最小的管件的姿势，即计算出围绕管件的中心轴的旋转角、确定在所述坐标上的管件的姿势(朝向)。
即，在本发明中，在基准点上在该管件的中心轴的周围360度上、以适当角度间距使该管件旋转，从而形成在与管件的含有弯曲部的多个点有关的直角坐标上的位置数据和在各位置上的相对于垂直面和水平面的角度数据，将在各旋转位置下的相对于垂直面和水平面的角度数据的和最小的角度数据下的所述管件的旋转角的姿势形成在模具构件上作为轨道槽，由此形成管件的三维弯曲模具，使用该弯曲模具和在该弯曲模具的轨道槽上施加下压管件的力的水平滚轮，能够实现管件的三维高速弯曲。
发明的效果
在本发明中，将三维弯曲模具、三维弯曲成形的形态的管件的前侧的末端(以下称作前端)置于由X、Y、Z轴构成的直角坐标的原点并作为加工基准点，对于从该管件的前端到对面侧的末端(下面称作后端)的含有弯曲部的多个点，求出其在所述坐标的各轴上的位置、和在各位置上相对于所述坐标上的两个垂直面的角度和相对于水平面的角度，根据所得到的位置数据和角度数据在组块状的模具构件上形成所述管件的弯曲轨道作为三维弯曲的轨道槽，由此制成三维弯曲模具，所以能够通过将要进行弯曲的直管状的管件的前端设置在所述弯曲模具的轨道槽的始端部、然后使水平滚轮沿着所述轨道槽从该管件的前端向后端移动，由此能够将所述管件高速地压入轨道槽进行三维弯曲成形。
具体实施方式
关于实施上述的本发明方法的例子，参照图1～图3进行说明。另外，在以下的说明中，为了便于说明，直角坐标设为，以槽在组块B上延伸的方向为X轴，以与槽正交的方向为Y轴，以垂直方向为Z轴，以槽的起点为原点。
在图3中，首先在由金属、树脂、陶瓷等根据目的选择的原料构成的组块B上，雕刻管件的三维弯曲成形的形态下的轨道作为槽1，其中所述管件是要进行三维弯曲的管件。接下来，制作轨道的面2(以下将该面称为模具的上表面2)，其通过所述槽1的中心线，并且相对于铅直下方和槽的中心线双方保持垂直，并且距槽的中心线等距离，具有适当的宽度。进而，将模具的上表面2以外的部分的组块B向铅直下方切削，由此制作出在水平方向上与管件的弯曲轨道等距离的垂直面3(以下，将该面称为模具的垂直面3)。将具备这样在原料组块B上制作出的槽1、模具上表面2、垂直面3的构件整体称作弯曲模具G。本发明中的弯曲模具G的功能依存于上述形状，所以其制造方法除了上述的切削加工之外，也能通过铸塑成形、光成形等形成，对其形成方法没有限定。
同样，在图3中，在所述模具G的上表面2的上方侧，设置圆柱形的水平滚轮4，在水平滚轮4的中心轴的延长线上，在该水平滚轮4的两侧设置以铅直下方为中心轴的垂直滚轮5，通过该垂直滚轮5通过夹入所述垂直面3而被固定姿势，同时通过滚轮子支撑构件6保持该垂直滚轮5和水平滚轮4，在支撑构件6上制作出将垂直滚轮5和水平滚轮4组装起来而成的弯曲加工头H。加工头H在铅直方向的上部具有旋转轴7，该轴7被保持在支架8的轴承8a上。加工头H在支架9a上具备用于接受来自加工头H的上方的下压力的气缸9。另外，加工头H，由所述保持构件6保持水平地支持，并形成为通过气缸10使支撑构件6向水平方向移动以及通过气缸9使支撑构件6向垂直方向移动，由此形成有下述构造：一边使所述头H沿着模具G的上表面2移动，一边通过水平滚轮4将管件P从该上表面下压到槽1的内部。
对于在管件的三维弯曲加工中用于使加工头H水平移动以及垂直移动的气缸9、10的控制方法，能够利用凸轮机构的机械控制、电NC驱动控制、由气缸和顺序控制器进行的控制等，在本发明中并不限定控制方法。另外，上述支架8的轴承8a，在使用使轴7旋转的旋转控制器时也能够应付，此时能省略垂直滚轮5。进而，在使水平滚轮4本身具有驱动力时，也有能将驱动机构及其控制机构简略化的情况。这样形成了能够实施本发明方法的弯曲装置的一例，其使用方式如下所述。
首先，将弯曲成形前的直管状的管件P的前端插入模具G的轨道槽1的始端，然后使头H下降到其上面，使水平滚轮4与模具G的上表面2贴紧，通过气缸9施加一定的下压压力。在该状态下，使气缸10工作，使头H整体从轨道槽1的始端部向终端侧沿着该槽1移动，则通过水平滚轮4的沿着槽1的转动，产生了将管件P逐渐向轨道槽1下压的力。在轨道槽1的直线的部分上，该力以直接向正下方下压管件P的方式作用，将管件P顺次插入轨道槽1。在轨道槽1的不是直线的部分上，所述水平滚轮4的力产生将管件P向轨道槽1的两侧的壁面挤压的力，通过该应力，使管件P一边弯曲一边顺次不断插入弯曲的轨道槽1中。这样一来，通过使头H沿着轨道槽1移动，能够使管件P沿着形成在模具G上的任意的三维轨道槽1弯曲。
在本发明方法中，通过上述方式能够对管件P进行三维弯曲成形，但在本发明中，如果在弯曲前预先对管件P进行加热处理，使管件P的杨氏模量和临界变形的大小降低，则能够进行更高速的三维弯曲成形，其效果与利用现有的公知技术进行的三维弯曲处理相比极为显著。
另外，在本发明中，除了通过上述方法对预热而容易发生塑性变形的树脂管件P进行三维弯曲成形的所谓预热弯曲方法以外，还能够在对没有加热的常温下的管件P进行弯曲成形时，乃至在弯曲成形后在轨道槽1中对管件P加热。另外，作为加热的方法，并不限定其热源和加热方法，可使用利用电阻式加热器、热交换管、微波等进行的加热，高频加热，远红外线加热等。
另一方面，在本发明中，也能够应对管件P的物理性能。即，作为对于杨氏模量较大的管件P的应对，通过强化弯曲装置的机械强度能够应对，但如果如图3所示那样在水平滚轮4上具有凹部4a，则对弯曲加工更有效。进而，在头H上设置引导滚轮也很有效。即，在图3中，在经由垂直轴8c设置在支架8的延长部8b上的滚轮支架11的两侧，设置与垂直滚轮5、5相同朝向的引导滚轮12、12，以在其移动前端侧对沿着头H的轨道槽1的移动进行导引、支撑的方式设置。
另外，对于像树脂管件P那样弹性限度内的变形较大的材料，如果通过加热等的前处理使其物理性质变化，则能够进行极高速度的三维弯曲成形。进而，在多层构造管件等使用了复合材料的管件P、含有附属的橡胶制保护部的树脂管件P中，本发明的弯曲方法也有效，特别是对于在表面具有较大摩擦阻力的材料的管件P，在弯曲模具G的槽1的内表面上实施硬质电镀、树脂涂层、聚硅氧烷涂层等的摩擦降低处理十分有效。
以上的说明是形成在模具G上的轨道槽1具有与水平滚轮4(或加工头H)的进行方向(移动方向、X轴方向)有关、一直向正方向侧变位(移动)的平面形状的例子。
但是，根据管件P的三维弯曲成形结束的形态，即便使该管件P在坐标原点上在中心轴的围绕360度旋转，也有轨道槽1翻转(换言之，如图4、5中实线所示，在由直线AB所示的方向上水平滚轮4的移动方向向后退侧(相反方向)返回)的情况。
由于在水平滚轮4由该头H施加有X轴(直线AB)的正方向的移动力，所以当轨道槽1在模具G的上面翻转时，无法实现高速弯曲(参照图4的C部分)。这一点在弯曲角较大的时候也会引起同样的问题。
在这里，在本发明中，在轨道槽1翻转或弯曲角较大(例如90度乃至与其接近的角等)时，使形成了该槽1的模具G本身在平面内旋回。即，如图4、5中虚线所示，在图4的情况下，使模具G在该模具G槽1的起始点乃至其附近的点P1向顺时针方向旋转，另外在图5的情况下，使模具G在该模具G的中心或其附近的点P2向顺时针方向旋转，由此消除轨道槽1的翻转。在本发明中，只要能够消除翻转或较大的弯曲角即可，所以点P1、P2处的旋转方向可以是顺时针方向、逆时针方向中的任意一个方向。
实施例
在表1的条件下对外径8mm、内径6mm、长度270mm的直管的尼龙制燃料管件进行弯曲成形。
使用机器为通过图1～图3所说明的实施本发明方法的三维弯曲装置。
将要进行弯曲的管件预先从常温加热到例如150℃～160℃左右。将该管件的前端设置在上述弯曲装置的槽1内，使加工头H从槽1的始端部向终端部移动3秒。在头H的移动后，冷却管件内部约15秒，使其返回常温。
该管件的弯曲所需要的循环时间，除去预热时间约为20秒。
表1
Figure C20048004427200101
产业上的利用可能性
本发明如上所述，将三维弯曲成形的形态的管件的近前侧的末端(以下称作前端)置于由X、Y、Z轴构成的直角坐标的原点并作为加工基准点，对于从该管件的前端到对面侧的末端(以下称作后端)的含有弯曲部的多个点，求出其在所述坐标的各轴上的位置、和在各位置上相对于所述坐标上的两个垂直面的角度和相对于水平面的角度，根据所得到的位置数据和角度数据在组块状的模具构件上形成所述管件的弯曲轨道作为三维弯曲的轨道槽，由此制成三维弯曲模具，将要进行弯曲的直管状的管件的前端设置在所述弯曲模具的轨道槽的始端部，然后使水平滚轮沿着所述轨道槽从该管件的前端向后端移动，由此将所述管件压入轨道槽从而进行三维弯曲成形，所以能够容易且低成本地对合成树脂制管件、金属制管件进行三维弯曲成形。
另外，由于本发明方法如上所述，所以除了能够应用于弯曲后的复原较小的铝等金属管件，特别是应用于伴随着加热软化处理的树脂管件的弯曲时极为有效。
附图说明
图1是用于实施本发明方法的弯曲装置的一例的平面图。
图2是图1的弯曲装置的主视图。
图3是表示用于对本发明方法进行说明的弯曲机构的概要的立体图。
图4是在水平面内使本发明方法所使用的弯曲模具G旋转的一例的平面图。
图5是在水平面内使本发明方法所使用的弯曲模具G旋转的另一例的平面图。
图6是用于对现有的滚轮压弯曲装置进行说明的立体图。
图7是用于对现有的NC弯曲机进行说明的立体图。
标号说明
G弯曲模具    1轨道槽
2上表面      3垂直面
4水平滚轮    5垂直滚轮
6保持构件    7旋转轴
8、9支架     8a轴承
9、10气缸    H头
P管件

Claims (7)

1.一种管件的高速弯曲方法，其特征在于：将三维弯曲成形的形态的管件的近前侧的末端即前端置于由X、Y、Z轴构成的直角坐标的原点并作为加工基准点，对于从该管件的前端到对面侧的末端即后端的含有弯曲部的多个点，在基准点上使该管件绕其中心轴以适当的角度间距进行旋转而得到的各个旋转角上，形成该多个点的在直角坐标上的位置数据、和在其各个位置上的相对于所述坐标上的垂直面和水平面的角度数据，并且将在各个旋转角的位置上相对于垂直面和水平面的角度数据之和为最小的角度下的所述管件的姿势形成在组块状的模具构件上作为三维弯曲的轨道槽，由此制成三维弯曲模具，将要进行弯曲的直管状的管件的前端设置在所述弯曲模具的轨道槽的始端部，然后使水平滚轮沿着所述轨道槽从该管件的前端向后端移动，由此将所述管件压入轨道槽进行三维弯曲成形。
2.如权利要求1所述的管件的高速弯曲方法，其中：对于水平滚轮的移动方向，在轨道槽翻转或具有较大的弯曲角时，使设置了轨道槽的三维弯曲模具在平面内角旋转，由此消除所述翻转或在外观上减小较大的弯曲角。
3.如权利要求1或2所述的管件的高速弯曲方法，其中：使用具有与管件的直径相对应的凹部的水平滚轮。
4.如权利要求1或2所述的管件的高速弯曲方法，其中：在与水平滚轮的移动方向相关的两侧设置纵向的滚轮，使该纵向滚轮沿着轨道槽的外壁面进行弯曲成形。
5.如权利要求1或2所述的管件的高速弯曲方法，其中：对轨道槽的表面进行摩擦降低处理。
6.如权利要求1或2所述的管件的高速弯曲方法，其中：管件为树脂管件或具有橡胶制保护部的树脂管件或金属制管件。
7.一种管件的三维弯曲模具，其特征在于：对于管件的包括弯曲部在内的多个点的在直角坐标上的位置数据、和在其各个位置上的相对于垂直面和水平面的角度数据，是在基准点上使该管件绕其中心轴以适当的角度间距进行旋转而得到的各个旋转角上形成的，并且以在各个旋转角的位置上相对于垂直面和水平面的角度数据之和为最小的角度，来将所述管件的姿势形成在模具构件上作为轨道槽。
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