CN101422792A - 薄壁数控弯管成形模具调试方法 - Google Patents

薄壁数控弯管成形模具调试方法 Download PDF

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杨合
李恒
许杰
詹梅
寇永乐
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Abstract

本发明公开了一种薄壁数控弯管成形模具调试方法，它包括一个与机床固定联结的弯曲模(1)、压块(2)、夹块(3)、芯模(5)和一个具有六个自由度的防皱块(4)。该成形模具调试方法按照弯管各缺陷的破坏性以及成形参数对各质量参数影响的显著性大小主次对模具进行逐步调试安装，以获得不发生起皱，且壁厚减薄和截面畸变程度均符合要求的合格弯管件。采用该方法能够确保薄壁管弯曲成形实验的顺利进行，并用于指导工程实际薄壁管小弯曲半径弯曲成形，以减小调模次数，降低生产成本，满足航空、航天等高科技产业需要。

Description

薄壁数控弯管成形模具调试方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种薄壁数控弯管成形模具的调试方法。
背景技术
在航空、航天和汽车等领域，弯管零件有向壁厚因子更大(壁厚因子D/t，D-管材外径，t-管材壁厚)和弯曲半径更小(相对弯曲半径R/D，R-弯曲半径)的趋势发展，对弯管成形的质量要求非常严格。
现有技术中，弯管成形模具调试均采用试错法来进行，依赖于操作人员的经验，缺乏科学的模具调试方法，特别是对于大口径小弯曲半径薄壁弯管成形过程中，易发生失稳起皱、过度壁厚减薄和截面畸变等缺陷，而且难以控制。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题提供一种减小制造成本和制造周期，满足以上高科技领域中对于数控弯管批量生产需求的精确高效的弯管成形模具的调试方法。
为实现本发明的目的，本发明的薄壁数控弯管成形模具调试主要涉及弯曲模、夹块、压块、防皱块和芯模(芯棒和多个活动芯头)等模具，按照弯管各缺陷破坏的严重程度以及成形参数影响的显著性大小主次对模具进行逐步渐进调试安装，主要调试参数分别为各个模具的工作位置、压力、速度和摩擦等诸多因素。其中，弯曲模固定在机床主轴上并随主轴旋转，是弯管成形的主要模具之一，可调自由度较小，并且定位准确，因此实际调模中各模具的安装位置主要以弯曲模为参考；对于压块和夹块，可通过调节螺钉对其高低位置进行调整，其前后位置可通过丝杠进行调节以增大压紧力和夹紧力，压块速度可以进行独立调整，夹块速度与中心线切向线速度保持一致；芯模的安装包括确定芯头个数和芯棒伸出量，芯棒伸出量可通过改变芯棒与芯棒杆之间的螺纹连接长度来调节；防皱块是薄壁管数控弯曲成形必不可少的模具之一，其主要作用是与芯棒配合抑制管材内侧失稳起皱的发生，防皱块位置可调自由度较多，使得防皱块的调整成为制约弯管成形质量的关键。
从缺陷的危害性来说，对于薄壁数控弯管，首要问题是避免失稳起皱。而根据数控弯管起皱的特点，起皱可以通过加强边界条件而得到抑制，因此首先应调整模具参数以避免起皱失稳发生，然后再逐步调节约束条件，使得管件壁厚变化和截面畸变程度达到最佳，最后再进一步调整摩擦润滑条件，使得管件和模具的摩擦损耗最低。
本发明所提出的调模方法具体表述如下：
在给定的弯管材料和弯曲半径条件下，调模顺序依次为：
第一步：固定弯曲模。将弯曲模与机床固定联结，由机器本身的精度决定弯曲模的安装精度，并且为其它模具的安装提供了坐标参照。
第二步：初步安装夹块、压块，保证夹块、压块和弯曲模中心线的距离足够大。
第三步：安装芯模。确定芯头个数并获得芯棒伸出量的取值范围，此时芯棒伸出量的取值稍大于计算所得的最小值，即可发挥芯棒伸出量对失稳起皱的抑制作用。
第四步：安装防皱块。
防皱块具有前后左右以及上下等六个自由度，以保证防皱块的正确安装。通过调整螺钉调节左右自由度，使得防皱块的端部(刃口部位)与弯曲切点相平齐，并且使防皱块的结合面与弯曲模结合面紧密贴合，以获得弯曲模对防皱块的支撑，从而提高其刚性和使用寿命；其次将一个未经过弯曲成形的直管套装在芯棒上，然后把直管压紧在弯曲模镶块的型腔内，靠管件自身直线度来确定防皱块与弯曲模的高低位置；最后通过调整防皱块的前后位置，保证防皱块型腔与弯曲模型腔同轴。以上步骤完成后，将防皱块的支架固定在底座上。
第五步：调整压块的高低位置。
通过液压系统使压块靠近防皱块(不贴合)，通过压块上的调节螺钉调整压块的高低位置，使压块与防皱块的型腔同心，并且高度相同；点动夹块，使夹块尽可能靠近，但不贴合弯曲模的镶块，通过校准夹块，使夹块与镶块型腔同心，并且同高度。
第六步：润滑条件施加。
在不同接触界面施加不同程度的润滑条件。为了增加防皱块使用寿命，常在管材/防皱块间进行润滑，但此处润滑剂不能过多，否则反而会增加失稳起皱的趋势；管材/夹块间摩擦应足够大，一般在夹块内槽放置砂纸或设置螺纹以增大夹持摩擦力，而当管材较软而易于变形时(如铝合金)需要夹塞块以进一步增加夹持力；由于管材/压块摩擦对起皱影响较小，在实际生产中，应将该界面摩擦增大，以更好控制管件截面畸变和壁厚减薄程度，但不应如管材/夹块一样过分增大，否则不但不能显著提高壁厚和截面质量，反而易造成管材外表面划伤；管材/芯模(包括柔性芯头)间的摩擦应越小越好；在实际生产中，应将管材/弯曲模进行一般润滑即可；弯曲前应使管材内壁表面保持足够的光滑，外壁表面则根据需要可施加表面涂层，以避免在弯曲过程中被模具划伤。
第七步：调整芯棒伸出量。
在第三步获得的芯棒伸出量取值范围内，通过调整芯棒与芯棒杆之间的螺纹联结调节芯棒伸出量，进一步获得壁厚减薄和截面畸变程度更小的弯管件。
第八步：调整夹紧力与压紧力。
第九步：调整压块匹配速度。
将压块的向前速度大小设置为大于或等于中心线切向线速度R×ω(ω为弯曲速度，单位：弧度/秒)。
本发明给出了科学、可靠且实用的调模方法，以指导工程实际薄壁管数控弯曲成形，获得优化的工装参数，确保薄壁管数控弯曲成形过程的顺利进行，最大限度地减小调模次数和降低生产成本，满足航空、航天等高科技产业需要。
附图说明
通过下面参照附图，可对模具结构及运动控制工艺有更好的理解，进一步理解本发明的特点。附图中：
图1所示为薄壁管数控弯曲过程初始装配示意图。
图2所示为薄壁管数控弯曲过程弯曲后示意图。
图中：弯曲模1、压块2、夹块3、防皱块4、芯棒5-1、柔性芯头5-2、夹塞6、弯曲模镶块3-1、管材7、弯曲切点8。
具体实施方式
本发明公开的一种调模方法已成功应用于铝合金和不锈钢的薄壁管小弯曲半径的数控弯曲成形，弯曲规格分别为38×1×57(管材外径×壁厚×中心线弯曲半径)、50×1×75和50×1×100等。现以弯曲规格38×1×57的铝合金管材弯曲过程的模具调试为例，说明本发明对于薄壁数控弯管成形的适用性。弯曲速度为0.8弧度/秒。
确定调模顺序为：弯曲模安装->夹块和压块初装->芯模安装->防皱块安装->压块和夹块高低位置调整->施加润滑(包括管材/防皱块、管材/夹块、管材/弯曲模、管材/压块和管材/弯曲模等五个界面)->调整芯棒伸出量->调整压块压力和夹块压力->调整压块匹配速度。
第一步：固定弯曲模。将弯曲模与机床固定联结，由机器本身的精度决定弯曲模的安装精度，并且为其它模具的安装提供了坐标参照。
第二步：初步安装夹紧块、压块，保证夹块、压块和弯曲模中心线的距离足够大。
第三步：安装芯模。根据西北工业大学专利(专利号：××××)，确定芯头个数为2个，芯棒伸出量取值范围为6~11.5mm，此时芯棒伸出量取值为7mm。
第四步：安装防皱块。
防皱块具有前后左右以及上下等六个自由度，以保证防皱块的正确安装。通过调整螺钉调节左右自由度，使得防皱块的端部(刃口部位)与弯曲切点相平齐，并且使防皱块的结合面与弯曲模结合面紧密贴合，以获得弯曲模对防皱块的支撑，从而提高其刚性和使用寿命；其次将一个未经过弯曲成形的直管套装在芯棒上，然后把直管压紧在弯曲模镶块的型腔内，靠管件自身直线度来确定防皱块与弯曲模的高低位置；最后通过调整防皱块的前后位置，保证防皱块型腔与弯曲模型腔同轴。通过以上步骤，最后将防皱块的支架固定在底座上。
第五步：调整压块的高低位置。
通过液压系统使压块靠近防皱块(不贴合)，通过压块上的调节螺钉调整压块的高低位置，使压块与防皱块的型腔同心，并且高度相同；点动夹块，使夹块尽可能靠近，但不贴合弯曲模的镶块，通过调整夹块，使夹块与镶块型腔同心，并且同高度。
第六步：润滑条件施加。
在管材/防皱块间进行润滑；在夹块内槽放置砂纸以增大夹持摩擦力；管材/压块间不添加任何润滑剂，即设置为干摩擦状态；管材/芯模(包括柔性芯头)间涂抹均匀的润滑剂；弯曲前应使管材内壁表面保持足够的光滑，外壁表面则根据需要可施加表面涂层。
第七步：调整芯棒伸出量。
在第三步获得的芯棒伸出量取值范围内，通过调整芯棒与芯棒杆之间的螺纹联结调节芯棒伸出量，最终获得芯棒伸出量为6mm。
第八步：调整夹紧力与压紧力。
在调整夹紧力与压紧力之前，必须把压块与夹紧块完全松开，保证夹紧块与压块的初始位置与弯曲模之间有足够大的间隙；通过液压系统进一步调整压紧力和夹紧力，以保证压块将管件紧压在防皱块上，以有效防止起皱，并保证有足够的压紧力以避免管件与夹块间产生相对滑动。
第九步：调整压块匹配速度。
将压块的向前速度大小设置为52mm大于中心线切向线速度。
通过以上方法，较快获得了不起皱的弯曲管件，且壁厚减薄率和截面畸变分别为22.7％和7.0％。实践证明，本发明所公开的模具调试方法针对性强，利用该方法可以科学有效地对薄壁管数控弯曲过程进行模具调试，减小调模次数，降低生产成本。

Claims (1)

1、薄壁数控弯管成形模具调试方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)将弯曲模与机床联结，并随主轴旋转；
(b)安装压块和夹块，通过调节螺钉、丝杠对其高低位置、压紧力和夹紧力进行调节，校准夹块、压块与弯曲模中心线平行；
(c)安装芯模，确定芯头个数并获得芯棒伸出量的取值范围，芯棒伸出量可通过改变芯棒和芯棒杆之间的螺纹连接长度调节；
(d)安装具有六个自由度的防皱块，通过调整螺钉调节自由度，使防皱块与弯曲模结合面紧密贴合，以获得弯曲模的支撑，最后将防皱块的支架固定在底座上；
(e)在不同接触面施加不同程度的润滑条件；
(f)按上述步骤调整芯棒伸出量，调整夹紧力与压紧力，调整压块匹配速度，即可得调模方法。
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