CN101219450B - 弯管机心轴 - Google Patents

Abstract

一种弯管机心轴，包括刚性元件(5)，刚性元件(5)可以插入具有内部尺寸Di的待弯曲管道(T)的内部，并且因此可以在弯曲操作中倾斜成具有预定平均半径Rm，所述平均半径Rm是在弯曲模的旋转中心(O)和待弯曲管道(T)的纵向轴线(l)之间测量。所述刚性元件(5)具有相对于旋转中心(O)的近侧轮廓和相对于相同的旋转中心(O)的远侧轮廓，所述近侧轮廓至少包括通过圆周(50)的半径Rci部分产生的凹入中间部分，所述远侧轮廓包括通过圆周(51，52)的相应半径Rce部分产生的两个凸出的、分开的端部，其中Rci＝Rm-(Di/2)+t，并且Rce＝Rm+(Di/2)-t，t是根据待弯曲管道的和将获得的曲线的尺寸特性的精度而变化的量。

Description

弯管机心轴

技术领域

本发明涉及一种弯管机心轴(mandrel)。

背景技术

心轴是用于待弯曲管道内部的装置，从而防止在弯曲操作中管道产生缺陷和扭曲。

通过实例，1999年6月8日授权的美国专利No.5,909,908描述了一种组合的冲压和弯曲设备，用于冲压和弯曲管道，其中，在杆的端部处被支撑的芯棒包括主体和两个刚性元件，所述两个刚性元件顺序铰接到主体，并且设计成连同被弯曲的管道的相对应的部分一起倾斜。

这种刚性元件，在所引用的文献中设计用于矩形管道，具有棱形(prismatic)的形状，在它们的端部被倒角，并且具有这样的横向尺寸，该横向尺寸微微小于管道的内部横截面的尺寸，以允许心轴相对于管道滑动。在弯曲操作中，管道的内壁，即相对于弯曲中心近处的壁和远处的壁，仅沿着一条线与所述刚性铰接元件接触，因为刚性铰接元件具有直的侧表面，并且管道根据任何适合的弯曲半径Rm被弯曲。弯曲半径Rm表示在弯曲模的中心和相同弯曲模的外部边缘之间测量的距离，即弯曲模的中心和待弯曲管道的中心之间的距离，其中所述管道通过该弯曲模被弯曲。

然而，对于不同半径的弯曲操作使用相同心轴的大范围在管道的弯曲部分中具有突起或者折皱(wrinkle)，这是不利的突起(negative set-off)、扭曲和缺陷，其示为是通过平直化的产生而造成的。换句话说，在弯曲操作之前弯曲管道具有的相同轮廓在它之后不能保持。

2004年1月26日提交的日本专利申请No.2005-205482描述了一种弯管心轴，该心轴在与心轴保持杆相反的它的前端中具有倾斜元件，倾斜元件在两侧端之间枢转。在它们的远侧中，即在远离弯曲模的旋转中心的一侧中，侧端部被构造成类似一表面，在弯曲操作结束时，管道在该侧上将变成所述表面。

在上述引用的日本专利申请中，倾斜元件具有基本直的远侧，在所述管被弯曲之前，所述远侧平行于管道。所述远侧在前面和后面成圆角(radiused)，以在两点上抵靠所述管道。倾斜元件的近侧构造成类似一表面，在弯曲操作结束时管道在该侧上将呈现出该表面。这样，待弯曲的管道在整个弯曲操作过程中没有被适合地支撑。另外，心轴包括可互相移动的部件，并且这使得心轴很薄弱，并且会随着时间变弱。另外，根据所引用的日本专利申请的心轴具有一个工作位置，从而在操作中，操作者必须小心使倾斜元件优选与弯曲模共面。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明的目的是制造一种弯管机心轴，其具有整体刚性元件或者包括多个部件的刚性元件，所述多个部件牢固地连接在一起形成一个主体，这取决于曲率半径，所述管道的一部分将以该曲率半径被弯曲。

本发明的另一个目的是根据待弯曲管道的内径或者内部横向尺寸使弯管机心轴的刚性元件相适合并且对其进行尺寸设计。

因此，本发明提供一种弯管机心轴，其包括刚性元件，所述刚性元件可以插入待弯曲管道的内部，并且在通过弯曲模进行的弯曲操作中可以与其一同(herewith)倾斜，从而获得一曲线，所述曲线具有在弯曲模的旋转中心和待弯曲管道的纵向轴线之间测量的预定的平均半径Rm，所述平均半径Rm和纵向轴线位于一中心平面中，所述中心平面与穿过它的纵向轴线的待弯曲管道的对称平面正交，所述待弯曲管道具有横向于它的纵向轴线测量的内部尺寸Di，所述刚性元件具有相对于弯曲模的旋转中心的近侧轮廓、和相对于旋转中心的远侧轮廓，所述近侧轮廓至少包括由圆周的半径Rci部分产生的凹入的中间部分，远侧轮廓包括由圆周的相应半径Rce部分产生的至少两个凸出的、分开的端部，其中Rci＝Rm-(Di/2)+t，并且Rce＝Rm+(Di/2)-t，t是根据待弯曲管道的和将获得的曲线的尺寸特性的精度而变化的量。

更加详细的是，量t考虑待弯曲管道的容差以及刚性元件的容差以及刚性元件和它的单个部分的总长度、以及还有平均半径Rm，用于在弯曲操作之前和之后允许刚性元件和待弯曲管道可活动的连接。

对于方便的结构，刚性元件可具有这样的侧轮廓，所述侧轮廓相对于待弯曲管道的所述对称平面对称，每个侧轮廓包括在两个凸出端部之间的凹入的中间部分，所述中间部分可朝着刚性元件的所述两个端部相互成圆角，所述两个端部依次在刚性元件的末端处倒角。

在待弯曲管道具有圆形横截面的情况中，即圆形或者椭圆形，刚性元件的中间部分和端部是通过圆周的所述部分围绕刚性元件的中心纵向轴线的旋转产生的旋转表面。如果待弯曲管道具有四边形横截面，例如正方形或者矩形的，刚性元件的所述轮廓的中间部分和端部是柱形挤压表面，通过圆周的所述部分平行于待弯曲管道的对称平面的移动而产生。在第一种情况中，刚性元件基本具有小桶形的形状，具有正弦形侧壁，并且在第二种情况中，刚性元件具有棱形形状，具有正弦形侧壁。应当认为，在任一种情况中，即圆形管道和方形管道，刚性元件具有近侧轮廓，即最靠近所述弯曲模的中心的轮廓，所述近侧轮廓具有中间凹入部分，待弯曲管道的内部部分适配在该凹入部分上。类似的，刚性元件的远侧轮廓具有凸出的端部，待弯曲管道的外部部分基本适配在该部分上。

这样，刚性元件一方面具有一对分开的表面，所述表面抵消待弯曲管道的不适合的变形，所述分开的表面具有的曲率半径大致等于待弯曲管道的拱背(extrados)部分上的曲线的曲率半径，并且另一方面，仅一个表面抵消该变形，所述仅一个表面具有的曲率半径大致等于待弯曲管道的拱背部分上的曲线的曲率半径。

因此，刚性元件如同量具(gauge)一样操作，以在弯曲操作之后保持管道的相同横截面。这种操作允许刚性元件的各表面之间的摩擦被减小。结果，材料受到较低的应力，并且这是特别有利的，例如因为强度较小的材料可用于刚性元件和它的连接部件。

附图说明

结合附图，根据参考本发明的优选实施例对本发明的描述，这些和其它目的、特征和优点将变得显而易见，附图中：

图1以部分局部剖视图示出了在进行90度的弯曲操作之后根据本发明位于管道内的弯管机心轴、以及产生曲线的弯曲模；

图2以示意图示出了用于图1的弯管机心轴的刚性元件的理论结构；

图3以重影示意图示出了位于管道T内部的图1中的刚性元件的真实结构；

图4是本发明第一实施例的刚性元件的透视图，用于弯曲具有圆形横截面的管道；和

图5是本发明第二实施例的刚性元件的透视图，用于弯曲具有四边形横截面的管道。

具体实施方式

参考附图，图1以部分局部剖视图示出了在进行90度弯曲操作之后根据本发明位于管道T内的弯管机心轴1。该操作通过弯管机中的弯曲模2和未示出的相对的(counter)弯曲模进行，弯管机同样未示出。管道T的横截面可以是圆的，例如圆形的或者椭圆形的，但是也可以是四边形的，例如正方形和矩形。

通过实例，心轴1包括非柔性(not flexible)主体3和位于非柔性主体3的前端30处的刚性元件5，主体3由心轴保持杆4支撑，杆4仅部分示出。其它刚性元件如所示的一个可以顺序连接，但是为了清楚起见它们没有示出。刚性元件5通过球节连接到非柔性主体3，如下面详细描述的。然而，这种连接可以用柔性的方式和其它方式形成，例如通过金属线。

下面参考图2和图3，其中分别以示意图和重影(ghost)示意图示出了图1中的管道T内的刚性元件5的理论结构和真实结构。D1假设是待弯曲的管道T的内部直径或者内部横向尺寸，s是管道厚度，并且De＝Di+2s是管道T的外部直径或者外部横向尺寸。另外，假设这个管道必须沿着具有预定平均半径Rm的曲线被弯曲。根据本发明的刚性元件5具有近侧轮廓，即靠近弯曲模的旋转中心O，该近侧轮廓包括凹入的中间部分。适合的是，为了使管道T符合适合的曲率半径，凹入的中间部分通过具有半径Rci的圆周的一部分50产生，其中Rci＝Rm-(Di/2)+t，t是取决于可变因素的量(term)，如下面所述的。

另外，根据本发明，刚性元件5相对于旋转中心具有远侧轮廓，该远侧轮廓包括两个凸出的端部，所述端部通过具有半径Rce的圆周部分51、52产生，其中，Rce＝Rm+(Di/2)-t。

这个平均半径Rm通常也是弯曲模的半径，即从弯曲模2的旋转中心O和待弯曲管道T的纵向轴线l测量的半径。所述旋转中心O和纵向轴线l位于中心平面α中，即图3的图形中的一个，其正交于穿过待弯曲管道T的纵向轴线l的竖直对称平面。刚性元件具有中心纵向轴线a，其垂直于半径Rm，并且位于相同的中心平面α中。

量t取决于在刚性元件5和它的单个部分的总长度上待弯曲管道和刚性元件5的容差(allowance)，从而允许刚性元件5和待弯曲管道T在弯曲操作之前和之后被可活动地连接在一起。显然，如果t增大，那么弯曲所述管道T中的精度下降，因为待弯曲管道T相对于刚性元件5的侧轮廓的间隙增大。然后，应当理解，为了精度的目的，重要的是t尽可能快地接近零。

参考图3，应当理解，通过所述半径Rci圆周部分50产生的表面中间部分以及通过所述半径Rce圆周部分51、52产生的表面端部是相应的近侧和远侧轮廓的部分，它们在弯曲操作中与管道T相互作用。另一方面，可以以这样一种方式使远侧轮廓的中间部分和近侧轮廓的端部被适应(conformed)，即管道弯曲不受影响的方式。因此，适合的是，通过与半径Rci的圆周部分50相反的半径Rci圆周部分53产生的中间部分是凹入的，并且通过与半径Rci圆周部分51、52相反的半径Rce圆周部分54、55产生的端部是凸出的。

优选的是，刚性元件5在它的真实结构中具有对称的侧轮廓，例如具有回转体(rotation solid)，用于弯曲圆形管道，或者具有挤压体(extrusion solid)，用于弯曲四边形管道，如下面参考图4和图5所述的，图4和图5以透视图(assonometric view)示出了本发明的两个优选实施例。

特别的是，如果相对于所述对称平面的对称侧轮廓被选择，其中所述对称平面穿过管道的纵向轴线l，并且垂直于图形的平面α，那么远侧轮廓的中间凹入部分将通过半径Rci圆周部分53产生，其中该圆周部分53具有与近侧轮廓的凹入中间部分的半径Rci圆周部分50相同的曲率半径。对于近侧轮廓的凸出的端部，它们将通过半径Rce圆周部分54、55产生，该圆周部分54、55具有与远侧轮廓的凸出端部的圆周部分51、52相同的曲率半径。

如图3所示，从结构的角度，适合的是，近侧轮廓的凹入中间部分的圆周的部分50、53通过曲线56、57连接到相应端部的所述圆周部分54、55和51、52。相应的远侧和近侧轮廓的相同端部的圆周部分51、52和54、55通过曲线58、59朝着刚性元件的端部缩减，所述曲线终止于倒角，通常以60表示。

在对称的侧轮廓的情况中，刚性元件5将基本符合圆柱体501，如图4的透视图所示，用于弯曲管道。圆柱体501具有圆形横截面，其具有正弦形侧表面，其中，凹入的中间部分502通过圆周的半径Rci部分围绕刚性元件的纵向中心轴线a旋转而产生为旋转表面，并且凸出端部505、506通过圆周的Rce半径部分围绕相同的纵向中心轴线a旋转而产生为分开的旋转表面。所述凹入的中间部分502通过以503和504表示的曲线分别连接到凸出的端部505、506。所述凸出的端部505、506以相应的倒角507、508终止在刚性元件的端部处。

对于弯曲四边形管道，刚性元件5将基本符合直的棱柱510，其具有柱形侧表面，与在弯曲圆形管道中使用的刚性元件501的旋转表面不同。这种表面在近侧轮廓中以540、500、550表示，并且在远侧轮廓中以520、550、530表示，如图5中的透视图所示。

如图所示，凹入的中间表面500通过近侧的凸出端面540、550通过相应的曲线560、570被减小，其在远侧中看不到，并且在刚性元件510的端部处终止于通常以580表示的倒角。

即使直到现在远和近的定义被用于侧轮廓，但显而易见，在刚性元件的对称的侧轮廓的情况中，用这样的方式表示这些轮廓并不意味着任何事情，因为在图4的实施例中，刚性元件501的所有侧轮廓相同的，因为它是旋转体，并且刚性元件510具有可彼此替换的侧轮廓和远轮廓，因为它们是相同的。

再次参考图1，下面将详细描述根据本发明的对于心轴的实施例。所述非柔性主体3在后端处连接到心轴保持杆4(仅部分示出)，它的功能是已知的，并且不再描述。

刚性元件5铰接在非柔性主体3的前端30处。如上所述，刚性元件5与非柔性主体3的铰接连接下面描述，但是应当理解，可以使用能够使刚性元件5相对于所述非柔性主体倾斜的任何其它连接方式。

适合的是，非柔性主体3在它的前端30处具有壳体31，壳体31以已知的方式构造成它包括球节的阴部件。在壳体31上，形成有径向孔32，以允许销钉(未示出)被螺纹连接到其中。

用已知的方式，第一突起6形式的球节的阳部件具有球形形状，该球形形状具有方形正面(front face)。利用这个方形面，所述第一突起6被沿圆周方向加工以获得圆柱形中心部分，该部分的半径小于所述球形的。另外，在第一突起6中，形成有大的螺纹通孔，未示出，用于一连接轴7。通过第一突起6的这种结构，它可以迅速插入到壳体31中的球形凹部中，第一突起6的尺寸小于相同的球形凹部的半径。在将螺旋弹簧8施加到壳体31的圆柱形后部腔室中之后，第一突起6被放入球形凹部中。在被放置在球形凹部中之后，第一突起6被旋转以允许所述连接轴7被方便地螺纹连接在第一突起6中。然后，连接轴7通过销钉(dowel)被锁定在第一突起6内部，所述销钉螺纹连接穿过所述径向孔32。

第二突起9固定到连接轴7的另一端，例如同样通过螺纹销钉。有利的是，刚性元件5具有面10，所述面10面向非柔性主体3的前端30。双柱形腔，即具有较大直径的一个外部腔11和具有较小直径的另一个内部腔12，，中心形成在刚性元件5的面10上。外部腔11具有螺纹(threaded)，并且保持衬套13被螺纹连接到外部腔11中。保持衬套13具有通孔，所述通孔前部构造成半球状，并且在后部设置有截头圆锥体状的口14，与壳体31的入口相对。

螺旋弹簧15容纳在刚性元件5的内部腔12中，当第二突起9插入保持衬套13中时，螺旋弹簧15通过球16向第二突起9加载(charge)。刚性元件在静止(rest)状态利用连接轴7的这种设置在它的端部被弹性加载，从而刚性元件容易与主体3呈现出直的位置。

刚性元件5可以被整体制造或者制造成多个部件，所述多个部件牢固连接在一起从而形成一个主体。

在上述描述中，仅给出了主体和刚性元件之间连接的说明性的而非限制性的实施例，但是清楚的是，本发明不限于此。

Claims (9)

1.一种弯管机心轴，包括刚性元件(5)，刚性元件(5)可以插入待弯曲管道(T)的内部，并且可以在通过弯曲模(2)进行的弯曲操作中与其一起倾斜，从而获得一曲线，所述曲线具有在弯曲模(2)的旋转中心(O)和待弯曲管道(T)的纵向轴线(l)之间测量的预定平均半径Rm，所述平均半径Rm和纵向轴线(l)位于一中心平面(α)中，所述中心平面正交于穿过它的纵向轴线(l)的待弯曲管道(T)的对称平面，所述待弯曲管道(T)具有横向于它的纵向轴线(l)测量的内部尺寸Di，其特征在于，刚性元件(5)具有相对于弯曲模(2)的旋转中心(O)的近侧轮廓、和相对于弯曲模(2)的旋转中心(O)的远侧轮廓，所述近侧轮廓至少包括由半径Rci的圆周内部中间部分(50)产生的凹入的中间部分，远侧轮廓包括由半径Rce的相应圆周外部端部部分(51，52)产生的两个凸出的、分开的端部，其中Rci＝Rm-(Di/2)+t，并且Rce＝Rm+(Di/2)-t，t是根据待弯曲管道的和将获得的曲线的尺寸特性的精度而变化的量。

2.如权利要求1所述的心轴，其特征在于，所述刚性元件(5)具有相对于管道的所述对称平面对称的近侧和远侧轮廓，每个侧轮廓包括位于两个凸出端部之间、由半径Rci的圆周内部和外部中间部分(50；53)产生的凹入的中间部分，所述凸出端部由半径Rce的圆周外部和内部端部部分(51，52；54，55)产生，所述中间部分朝着刚性元件的所述两个端部成圆角，所述两个端部依次在刚性元件的末端处倒角。

3.如权利要求1或2所述的心轴，其特征在于，所述待弯曲管道(T)具有圆形横截面，并且刚性元件(5)的所述中间部分和所述端部是通过半径Rci的圆周内部中间部分(50)和半径Rce的圆周外部端部部分(51，52)围绕刚性元件的中心纵向轴线(α)产生的旋转表面的部分。

4.如权利要求1或2所述的心轴，其特征在于，所述待弯曲管道具有四边形横截面，并且刚性元件的所述中间部分和所述端部是通过半径Rci的圆周内部和外部中间部分(50；53)和半径Rce的圆周外部和内部端部部分(51，52；54，55)平行于待弯曲管道的所述对称平面移动而产生的挤压表面的部分。

5.如权利要求1所述的心轴，其特征在于，所述刚性元件(5)相对于非柔性主体(3)铰接，主体(3)连接到心轴保持杆(4)。

6.如权利要求5所述的心轴，其特征在于，所述刚性元件(5)和所述非柔性主体(3)通过一连接轴(7)相互连接，所述连接轴(7)终止于球形端部突起(6，9)，所述突起接纳在相应的壳体(31，14)中，所述壳体设置在所述非柔性主体(3)的和所述刚性元件(5)的相对部分(30，10)中，用于形成共同操作的球节。

7.如权利要求6所述的心轴，其特征在于，所述连接轴(7)的所述球形端部突起(6，9)在所述相应壳体(31，14)中被弹簧加载。

8.如权利要求1所述的心轴，其特征在于，所述刚性元件(5)制造成是整体的。

9.如权利要求1所述的心轴，其特征在于，所述刚性元件(5)制造成多个部件，所述多个部件牢固地连接在一起用于形成单个主体。

Images