CN101480674A - 弯曲金属物的弯曲设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种弯曲金属物的弯曲设备和方法。提供了一种弯曲金属物例如管的方法，其使用金属物的实际回弹的实时闭环反馈以修改施加的弯曲力或预定弯曲坐标，从而获得最终所需的弯曲几何形状。因此可解决各金属物的回弹差异，减少了由于不正确的弯曲(过度弯曲或不足弯曲)而导致必须被废弃的金属物数量。使用具有测量装置的设备(例如旋转式拉弯机)来实施该方法，其中测量装置可操作以测量金属物被拉弯机弯曲的实际弯曲坐标。控制器可操作地连接到拉弯机和测量装置上，其构造成至少部分地基于由测量装置提供的测量的弯曲坐标控制拉弯机来弯曲金属物。

Description

弯曲金属物的弯曲设备和方法

技术领域

[0001]本发明涉及提供实时弯曲检验和修正的弯曲金属物的方法，以及用于相同目的的弯曲设备。

背景技术

[0002]在弯曲金属物时，例如金属管，为确保获得所需的最终几何形状会遇到许多必须考虑的变量。一种这类变量就是盘卷与盘卷之间的金属板自然差异及其相关的回弹变化。对处理差异有影响的其它变量包括环境温度、机械温度、弯曲工具的润滑、磨损和破裂以及工具调定。金属管由金属板卷成管状并沿着轴向接缝焊接而成。“回弹”为当从模具将金属板(或由板形成的金属管)取出时，其丧失一部分形状的趋势。当松开模具时，工件最终为少于在模具上(即，“进行弯曲”)的弯曲程度。回弹量取决于材料的特性，包括厚度、晶粒和回火。未恰当预测或修正的回弹会导致过高的废品率。

发明内容

[0003]提供了一种弯曲金属物(例如管)的方法，其使用金属物实际回弹的实时闭环反馈以修改施加的弯曲力或预定的弯曲坐标，从而获得最终所需的弯曲几何形状。因此可解决各金属物的回弹差异，减少了由于不正确的弯曲(过度弯曲或不足弯曲)导致必须废弃的金属物的数量。使用包括固定基座和固定到该基座上的测量装置的设备来实施该方法。可旋转弯曲模、固定到所述弯曲模的夹模和相对于所述可旋转弯曲模可移动的压模(例如，其可设置在旋转式拉弯机上)构造成用于弯曲金属物，并且这些模具也可包括在所述设备中。所述压模作用在回转弯管成形模上。另外，特定的弯曲可能需要在所述回转弯管成形模与金属物之间设置心轴。所述测量装置可操作以测量由所述模具弯曲的金属物的实际弯曲坐标。控制器可操作地连接到模具、基座和测量装置上，并构造成至少部分地基于由测量装置提供的测量的弯曲坐标(即，实际回弹的反馈)控制所述模具来弯曲金属物。

[0004]所述方法包括施加力以第一次将第一金属物(例如，管)的第一部分弯曲向第一预定弯曲坐标。所述第一预定弯曲坐标至少部分地基于预期回弹(即，基于金属特性的回弹，但是该回弹并未被检验为特定金属管的实际回弹)。然后解除所述力，从而允许所述管回弹。然后在所述回弹之后测量实际弯曲坐标。该测量可以利用摄像机来完成。然后所述控制器确定所述管是否过度弯曲或不足弯曲，当过度弯曲时废弃该管，而当不足弯曲时，基于所述第一预定弯曲坐标和所述第一实际(即，测量的)弯曲坐标计算第一弯曲修正因数。(如果所述管既不过度弯曲也不是不足弯曲，那么无需弯曲修正因数就可将基于预期回弹的预定弯曲坐标用于后续的弯曲。)如果所述管不足弯曲，那么至少部分地基于所述计算的第一弯曲修正因数通过所述模具重新施加力以第二次弯曲所述第一金属管的第一部分(即，重新弯曲第一部分)。当解除所述力时，所述管回弹将使得所述管处于所需的弯曲坐标并具有所需的管几何形状。如果在相同管中需要后续的弯曲，可基于计算的第一弯曲修正因数来施加力以弯曲所述管的第二部分(即，当解除所述力时，使用测量的实际回弹来获得更精确的弯曲)。如果要弯曲第二金属物(例如第二金属管)以获得与第一金属物相同的所需弯曲坐标，那么控制器“重置”，该控制器复位以基于预期回弹将第二金属物弯曲至预定弯曲坐标。这允许在松开第二金属物之后，通过测量第二金属物的实际弯曲坐标来单独地确定第二金属物的实际回弹。然后基于预定的坐标和第二实际弯曲坐标计算第二弯曲修正因数。然后重新施加力，第二次将第二金属物的第一部分弯曲向(即，重新弯曲第二管)至少部分地基于计算的第二弯曲修正因数的第二修正弯曲坐标。当解除重新施加的力时，第二管会回弹至所需坐标。

[0005]结合附图，从下面对实施本发明的最佳模式的详细描述可容易理解本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

[0006]图1为旋转式拉弯机的平面示意图，其中夹模夹住了未弯曲的金属管；

[0007]图2为图1中旋转式拉弯机的侧视示意图；

[0008]图3为图1和2中旋转式拉弯机的平面示意图，其中夹模闭合且应用了压模以将金属管的第一部分弯曲向预定的弯曲坐标；

[0009]图4为图3中旋转式拉弯机和弯管的侧视示意图；

[0010]图5为图1-图4中旋转式拉弯机和金属管的平面示意图，其中夹模松开且金属管从预定的弯曲坐标回弹；

[0011]图6为图1-图5中旋转式拉弯机和金属管的平面示意图，其中夹模闭合且应用了压模以使金属管弯曲超过预定的弯曲坐标，从而修正不足的弯曲；

[0012]图7为图1-图6中旋转式拉弯机和金属管的平面示意图，其中夹模松开且金属管回弹至所需的弯曲坐标；

[0013]图8为图1-图7中旋转式拉弯机的平面示意图，其中金属管重新定位且夹模夹住该金属管；

[0014]图9为图1-图8中旋转式拉弯机的平面示意图，其中夹模闭合且应用了压模以将金属管的第二部分弯向为另一预定的弯曲坐标；

[0015]图10为图1-图9中旋转式拉弯机和金属管的平面示意图，其中夹模松开且金属管从另一预定弯曲坐标回弹至所需弯曲坐标；

[0016]图11为图1-图10中第一和第二部分弯曲的弯曲金属管的侧视示意图；

[0017]图12A和图12B为示出弯曲金属管方法的流程图；以及

[0018]图13为示出另一弯曲金属管方法的流程图。

具体实施方式

[0019]参考附图，其中相同的附图标记指的是相同组件，图1示出了用于弯曲物体的设备10，包括示出为具有形式为金属管12的可弯曲物体的旋转式拉弯机11。如图2中所示，旋转式拉弯机11包括支撑可旋转弯曲模16的固定基座14。通过使夹模18抵靠着弯曲模16和压模20抵靠着回转弯管成形模21来夹住管12以实现弯曲。弯曲模16和夹模18一体地旋转，从而开始管12中的第一弯曲30的塑性变形(见图3)。压模20滞后，以防止其与夹模18干涉，并且在材料倚着回转弯管成形模21行进时允许其在弯曲的内侧(压缩侧)延伸，从而防止起皱现象。设备10还包括在金属管12上方位于固定支柱25上的测量装置，该装置的形式可选择为摄像机22。

[0020]设备10还包括控制器26，其通过电线(未示出)、无线电射频、无线连接或其它方式连接到夹模18、压模20和弯曲模16以及摄像机22。摄像机22记录管12的图像，并将由该图像得到的管12的位置传送给控制器26。

[0021]控制器26中存储有用于给金属管12提供回弹反馈的算法，以检验和修正由拉弯机11实施的弯曲，从而确保获得想要的弯曲坐标。下面参考图12A-图12B和图13，根据在控制器26的控制下由设备10实施的一系列步骤描述该算法。该算法可实施图12A和图12B中所示的弯曲金属物的方法100，即在控制器26的控制下由设备10实施的一系列步骤。类似地，该算法可实施图13中所示的制造弯曲金属管的方法200，即在控制器26的控制下由设备10实施的一系列步骤。

[0022]参考图12A和图12B，参考图1-图10中所示的设备10和图11中所示的该设备的产品(形成车架组件(如辗杆)的弯管12)来描述方法100。如果在图12B中于指针F处继续图12A，那么图12A和图12B中通过流程图示出了方法100。方法100包括步骤102，施加力以第一次将第一金属物的第一部分弯曲向第一预定弯曲坐标；其中第一预定弯曲坐标至少部分地基于预期回弹。步骤102包括步骤104，夹住第一模具(即，夹模18)。图3和图4中示出了步骤102和104。当弯曲模16旋转预定量以弯曲管12的第一部分30时，夹模18闭合，压模20向前移动，向管12施加力。模具16、18和20控制成使得管12弯曲向控制器26中存储的、在摄像机22下方居中的第一预定坐标，这里表示为点A，管12弯曲直到管12的中心线C1与点A对齐为止。因为知道所有延展性金属都会具有一定程度的回弹，所以具体考虑要弯曲的给定金属的最小回弹来确定第一预定坐标A。从下面的说明中可看出，这允许一些管通过弯曲设备10，而无需进一步的修正，并且减少了对循环时间的所有影响。在步骤102的弯曲操作期间，在所需(第一)弯曲结束时，启用摄像机22，记录管12的位置。将数据发送至控制器26，并确定管12的位置和弯曲的程度。在图4中通过摄像机22的观察线17来表示数据的记录。

[0023]再次参考图1至图4，在步骤102和104之后执行步骤106，解除施加到第一金属物的力，以允许实际回弹。步骤106包括步骤108，打开第一模具(即，夹模18)。因此，在步骤106中，夹模18打开，使管12放松以经历实际量的回弹，如图5中所示，管12的中心线稍稍从预定点A移至中心线表示为C2的位置。(图5中以虚线示出了松开模具之前的中心线C1的位置，以便示出回弹量。)方法100包括步骤110，测量由施加的力在第一金属物上引起的第一实际弯曲坐标和第一金属物的实际回弹。步骤110可包括步骤112，可视地记录第一金属物，例如通过在实际回弹之后再次使用摄像机22来记录管12的位置，并将该数据发送回控制器26。步骤102后由摄像机22记录的管12的位置以及步骤106后由摄像机22再次记录的管12的位置的数据可为角度(例如，中心线C2相对于预定线的角度，例如当在预定位置C1时的中心线，该角度表示为θ)、距离(例如，中心线C2沿着从点A延伸的半径与点A相距的距离B)或任何与相对位置相关的其它数据。为了描述的目的，可假设摄像机22测量的第一实际弯曲坐标为中心线C2的位置。基于步骤110，控制器26通过将实际回弹量与预期回弹量做比较，可在步骤114中确定实际弯曲坐标是否指示不足弯曲，或者在步骤115中确定是否过度弯曲。在过度弯曲的情形下(即，实际回弹小于预期)，那么在步骤116废弃管12。过度弯曲的发生会警告操作者应当保证进一步调查意料外的材料状况。可能的原因可包括无意地使用了不同材料的管、使用了不合规格的管材料、或者需要修正预定(最小)回弹设定。如果不存在过度弯曲，也不存在不足弯曲(即，第一实际弯曲坐标与第一预定弯曲坐标相同)，那么完成了第一弯曲，方法100进行至步骤117，至少部分地基于预期回弹来施加力，将第一物体的第二部分弯曲向第二弯曲坐标。然后，方法进行至下述步骤126。

[0024]如果在步骤114中确定了不足弯曲，那么在步骤118中，控制器26基于实际回弹与预期回弹之间的差计算第一弯曲修正因数。实际回弹为第一预定弯曲坐标(例如，A)与测量的第一实际弯曲坐标C2之间的差。在该实施例中，实际回弹为实际回弹之后中心线C2的位置与预定坐标A之间的距离，例如，沿着延伸通过预定坐标A的径向线的距离B。因为预期回弹量已经存储在控制器26中且表示为距离B的百分比，所以第一弯曲修正因数为距离B中意料之外的一部分(即，表示高于或超出特定材料预计的过量回弹)。基于步骤110中测量的数据，如果管12的实际回弹与预期回弹相符，那么由于管12在第一部分30的弯曲与所需参数相符，所以无需修正。但是，如果弯管12不足弯曲(由于过高的回弹)，那么控制器26利用回弹修正因数来修正所使用的存储弯曲数据，以控制模具16、18、20的运动。在步骤120修正第一部分30的弯曲，其中至少部分地基于计算的第一弯曲修正因数通过模具16、18、20重新施加力来第二次将第一管12的第一部分30弯曲向修正的弯曲坐标。即，参考图6，夹模18闭合，压模20和弯曲模16控制成将管12弯曲增加量，即管12的不足弯曲加上新确定的回弹量，如图所示，移动管12直到中心线处于通过点A的位置C3为止。然后，在步骤122，放开重新施加的力，管12回弹至所需位置，如图7中所示，其中中心线处于所需位置并称为C4。

[0025]现在确定了管12的实际回弹，且控制器26基于预期回弹计算了用以修正预定弯曲坐标的第一弯曲修正因数，由于控制器26使用实际测量的回弹修正了用于作用在管12上的所有后续弯曲的所有预定弯曲坐标，所以现在可更加精确地弯曲那些作用在管12上的后续弯曲。因此，为了弯曲管12的第二部分，将管12重新定位在拉弯机11中，如图8中所示，然后在步骤124中，通过弯曲模16、夹模18和压模20施加力将第二部分20弯向这里表示为点D的、摄像机22下方居中的第二弯曲坐标，使管12弯曲直至管12的中心线C5与点D对齐为止。然后，在步骤126中，解除所施加的力，管12将回弹至所需弯曲位置，如图10中所示，为图示目的，如当管12的中心线处于与点E相交的位置C6时。由于第二部分32的弯曲是基于管12的实际测量回弹来控制的，所以第二部分32无需修正(即，无需“重新弯曲”)。如图11中所示，作为方法100的结果，现在管12在弯曲位置30和32具有需要的恰当弯曲。

[0026]如果要将其它的管制成图11中所示的弯曲规格，那么分别确定各管的实际回弹以解决所有变化。例如，如果将第二管放入拉弯机11中，在步骤128，部分地基于初始在形成第一管12的第一弯曲30中使用的相同预期回弹来施加力，以第一次将第二管的第一部分弯曲向第一预定弯曲坐标。通过参看图3并假设管12为第二管，本领域的技术人员可很好地理解上述。然后，如同第一管的步骤106，在步骤130中，解除力以允许第二管回弹，如参考图5中的第一管所示。第二管发生的回弹量可能很大程度地不同于第一管12发生的回弹量。在步骤132中测量第二管的第二实际弯曲坐标，然后在步骤134中基于第二管的实际测量回弹计算第二弯曲修正因数(即，预定弯曲坐标与第二实际弯曲坐标之间的差)。然后在步骤136中重新施加力，以第二次将第二管的第一部分弯曲向考虑了计算的第二弯曲修正因数的第二修正弯曲坐标。最后，在步骤138中，解除力，第二管会回弹使得第一弯曲具有所需几何形状的量。由于现在确定了第二管的实际回弹，所以可使用已知的实际回弹并基于修正的弯曲坐标进行第二管的所有后续弯曲。由于各管的假设回弹是单独检验的，并且如果需要的话使用计算的回弹修正因数进行修正，所以方法100将减少废弃的金属管(例如，由于过度弯曲而废弃)。

[0027]现在参考图13，参考图1-图12描述制造弯曲金属管的方法200。该方法包括步骤202，将第一金属管12放在旋转式拉弯机11中。然后，在步骤204中，将第一金属管12的第一部分30弯曲向第一预定弯曲坐标(例如，管12的中心线C1与至少部分地基于管12的预期回弹的预定弯曲坐标，即点A对齐)。然后，在步骤206中，解除在步骤204中施加的力(通过松开夹模18)，允许金属管12如图5所示一样回弹。在回弹后，步骤208中，测量金属管12的第一弯曲部分30的实际弯曲坐标。这可包括通过摄像机22可视地记录第一金属管12，并将数据发送回控制器26。记录的数据可为角度(例如，中心线C2相对于预定线的角度，例如当中心线位于预定位置C1时，且角度表示为θ)、距离(例如，中心线C2沿着从点A延伸的半径与点A相距的距离B)、或者任何与相对位置相关的其它数据。为了描述的目的，假设摄像机22测量的第一实际弯曲坐标为中心线C2的位置。在步骤210中，控制器26可基于实际回弹及其与预期回弹的关系计算第一弯曲修正因数(即，测量的弯曲坐标与预定弯曲坐标之间的差)。在步骤212，使用第一弯曲修正因数，通过第二次施加的力(即，由模具16、18、20、21施加的力)将第一管12的第一部分30重新弯曲向基于第一弯曲修正因数的修正弯曲坐标(由中心线C3的位置表示)，如图6中所示。然后在步骤214中解除该力。在步骤216中，步骤214之后，现在可通过测量新的实际弯曲坐标(例如，图7中所示中心线C4的位置)来检验弯曲的精度。在检验了精度后，至少部分地基于弯曲修正因数将金属管12的第二部分32弯曲向另一弯曲坐标C5(如图9中所示)。由于在控制器26的控制下通过模具16、18、20、21获得的弯曲坐标中结合了实际回弹，所以当松开管时，第二部分32会回弹至期望位置，其中中心线处在无需重新弯曲的期望位置。

[0028]应当注意，在方法100或200中可能会给弯曲过程增加少量的循环时间，但是在整体工时上，消除了废弃以及质量的改进将大大抵消该少量循环时间的增加。因此，本发明将减少甚至消除由于水平回转式拉弯机中金属回弹事件引起的物品废弃，并改善整体质量和拉弯机工时。

[0029]尽管已经详细描述了实施本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员会认识到在所附权利要求范围内实现本发明的可种可选设计和实施方式。

Claims (10)

1.一种弯曲金属物的方法，包括：

施加力以第一次将所述金属物的第一部分弯曲向预定弯曲坐标，其中所述预定弯曲坐标至少部分地基于所述第一金属物的预期回弹；

解除施加至所述金属物的力以允许实际回弹；

在所述松开之后，测量由所施加的力和所述实际回弹在所述金属物上导致的实际弯曲坐标；

基于所述预定弯曲坐标和测量的实际弯曲坐标计算弯曲修正因数；

重新施加力以第二次将所述金属物的第一部分弯曲向至少部分地基于所述计算的弯曲修正因数的修正弯曲坐标；以及

解除所述重新施加的力。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述解除所述重新施加的力之后，施加力以将所述金属物的第二部分弯曲向至少部分地基于所述计算的弯曲修正因数的第二弯曲坐标。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述重新施加力来弯曲所述第一部分之前，确定所述实际弯曲坐标是否指示过度弯曲；并且所述方法还包括：

如果所述实际弯曲坐标指示过度弯曲，那么废弃所述金属物以替代重新施加力来弯曲所述第一部分。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述金属物为第一金属物，所述测量的实际弯曲坐标为第一实际弯曲坐标，所述实际回弹为所述第一金属物的实际回弹，所述计算的弯曲修正因数为第一弯曲修正因数，所述修正的弯曲坐标为第一修正弯曲坐标，并且所述方法还包括：

施加力以第一次将第二金属物的第一部分弯曲向部分地基于所述预期回弹的所述预定弯曲坐标；

解除施加至所述第二金属物的力以允许所述第二金属物的实际回弹；

在所述解除施加到所述第二金属物的力后，测量由施加到所述第二金属物的力和所述第二金属物的实际回弹所导致的第二实际弯曲坐标；

基于所述预定弯曲坐标和所述第二实际弯曲坐标计算第二弯曲修正因数；

重新施加力以第二次将所述第二金属物的所述第一部分弯曲向至少部分地基于所述计算的第二弯曲修正因数的第二修正弯曲坐标；以及

解除所述重新施加的力。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述测量实际弯曲坐标包括可视地记录所述金属物。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述施加力为通过夹紧第一模具来实现；并且其中所述解除力为通过打开所述第一模具来实现。

7.一种制造弯曲金属管的方法，包括：

将第一金属管放在旋转式拉弯机中；

使用第一施加力将所述第一金属管的第一部分弯曲向第一预定弯曲坐标，其中所述第一预定弯曲坐标至少部分地基于所述第一金属管的预期回弹；

解除在所述第一金属管上的所述第一施加力，以允许所述第一金属管的实际回弹；

在所述解除之后，测量由所述第一施加力以及所述第一金属管的实际回弹导致的所述第一部分的实际弯曲坐标；

至少部分地基于所述测量的实际弯曲坐标计算弯曲修正因数；

使用第二施加力将所述第一金属管的所述第一部分重新弯曲向修正弯曲坐标，其中所述修正弯曲坐标至少部分地基于所述计算的弯曲修正因数；

解除所述第二施加力，以再次允许所述第一金属管的实际回弹；

在所述解除第二施加力之后，测量由所述第二施加力以及解除所述第二施加力之后所述第一金属管的实际回弹导致的、所述第一部分的新的实际弯曲坐标；以及

将所述第一金属管的第二部分弯向至少部分地基于所述计算的弯曲修正因数的另一弯曲坐标。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

从所述旋转式拉弯机中卸下所述第一金属管；

将第二金属管放在所述旋转式拉弯机中；

使用第三施加力第一次将所述第二金属管的第一部分弯曲向所述第一预定弯曲坐标，其中所述第一预定弯曲坐标至少部分地基于所述第二金属管的预期回弹；

解除所述第三施加力，以允许所述第二金属管的实际回弹；

在所述解除第三施加力之后，测量由施加到所述第二金属管的所述第三施加力以及所述第二金属管的实际回弹导致的第二实际弯曲坐标；

至少部分地基于所述测量的第二实际弯曲坐标计算第二弯曲修正因数；

使用第四施加力将所述第二金属管的所述第一部分重新弯曲向另一修正弯曲坐标，其中所述另一修正弯曲坐标至少部分地基于所述计算的第二弯曲修正因数；

解除所述第四施加力；

测量由所述第四施加力以及解除所述第四施加力之后所述第二金属管的实际回弹导致的、所述第二金属管的第一部分的新的实际弯曲坐标；以及

将所述第二金属管的第二部分弯曲向至少部分地基于所述计算的第二弯曲修正因数的另一弯曲坐标。

9.一种用于弯曲金属物的设备，包括：

固定基座；

固定到所述固定基座上的测量装置；

构造成弯曲金属物的多个模具，包括可旋转弯曲模、可刚性地固定到所述可旋转弯曲模上的夹模以及相对于所述可旋转弯曲模可移动的压模；

其中所述测量装置可操作以测量由所述模具弯曲的金属物的实际弯曲坐标；以及

可操作地连接到所述模具、固定基座和测量装置上的控制器，其构造成至少部分地基于由所述测量装置提供的所测量的弯曲坐标来控制所述模具弯曲所述金属物。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述测量装置为相机。

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