CN102026847B - 头靠架及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在管子或其它工件上形成凹口的装置和方法，包括沿着非直线路径行进的辊子。所述辊子包括离开所述工件的运动分量，以减少在所述工件外表面中否则会由直线辊子路径产生的瓢曲或其它变形。

Description

头靠架及方法

相关申请的交叉引用

本申请主张于2008年3月21日递交的题为“头靠架及方法”的美国临时专利申请US 61/038,490的权益，其整个内容通过引用而合并于此。

背景技术

管状件可用于支撑车辆座椅的头靠、扶手或其它构件，而且这样的管状件可包括凹口，所述凹口被一装置来接合，以防止或者另外地控制头靠或其它座椅构件相对于另外座椅构件的运动。在这种和其它应用场合中，已开发了各种用于在金属条和管子上形成凹口的机器和方法。然而，公知的用于形成凹口的工具和工艺会具有各种缺陷。

附图说明

图1是车辆座椅及头靠的部分片断的轴侧图，包括支撑头靠的带凹口管状件；

图2是依据本发明一个方面的与座椅结构结合的带凹口管状件的剖视图；

图3是依据本发明一个方面的用于在管子或类似物品上形成凹口的机器的部分示意图；

图3A是依据本发明另一方面的摆动机构的部分示意剖视图；

图4是示出成型加工的第一道次(pass)中辊子路径的局部示意图；

图5是图4的局部放大图；

图6是示出成型加工的第二道次中辊子路径的局部示意图；

图7是图6的局部放大图；

图8是示出成型加工的第三道次中辊子路径的局部示意图；

图9是图8的局部放大图；

图10是示出成型加工的第四道次中辊子路径的局部示意图；

图11是图10的局部放大图；

图12是示出刚好在成型加工结束之前的末道次中辊子运动的局部示意图；

图13是示出在成型加工结束时在末道次中辊子运动的局部示意图；

图14为示出依据本发明另一方面的替代辊子路径的局部示意图；

图15为示出另一辊子路径的局部示意图；

图16为示出替代的辊子路径的局部示意图；

图17为示出替代的辊子路径的局部示意图；

图18为双向锁定凹口的部分片断的剖视图；

图19为单向锁定凹口的部分片断的剖视图；

图20为示出可用于形成凹槽的替代辊子路径的剖视图，所述凹槽在横截面上具有凸形顶部；以及

图21为示出可用于形成凹槽的替代辊子路径的剖视图，所述凹槽在横截面上具有凸形顶部。

具体实施方式

出于在此说明的意图，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生词应涉及如图1定向的本发明。然而，将理解的是，本发明可假设任意替代定向以及步骤顺序，除非明确说明与此不同。而且将理解的是，示出在附图中且在下面说明书中说明的具体装置和工序仅为随附权利要求限定的本发明构思的示范性实施例。因此，除非权利要求明确另有说明，否则与在此给出的实施例相关的具体尺寸和其它物理特性将不视为是限制性的。

车辆座椅1包括椅背2、头靠3、以及管状支撑件4和5。管状支撑件4和5中的多个凹口6经由与所述凹口6接合的装置7(也参照图2)来提供头靠3相对于椅背2的高度调整。一般而言，装置7允许头靠3沿箭头“A”(图2)方向竖直运动，并选择性地在所需竖直位置保持在头靠3上。已开发了各种用于与所述凹口6接合的装置，从而装置7将不在此详细予以说明。

再次参照图2，管子4和5具有侧壁8，侧壁8具有针对特定应用场合所需要的厚度“T”。在所示出的实例中，管子4和5由具有所需强度和其它工程性能的钢或其它金属材料制成。然而，对于管子4和5而言，也可采用其它可变形材料。管子4和5典型地具有约10-14mm外径和且处于约0.75mm至约2.60mm范围内的壁厚。然而，将认识到的是，供其它应用场合(例如隔板货架等)使用的管子依据本发明来成型，且用于这些应用场合的管子可具有比上述典型范围更大或更小的直径和壁厚。此外，依据本发明的另一方面，凹口可形成在具有卵形、方形或其它非圆形横截面形状的管子上。还有，依据本发明的再一方面，管子可具有不均匀壁厚，或者成型材料可包括实心条或类似东西，而不是管子。

在图2示出的实例中，管子4和5可包括一个或多个的棘爪成型(detent-forming)的凹槽或V型凹口6、一个或多个的U形双向锁定凹口15(也参照图18)、以及一个或多个的单向锁定凹口20(也参照图19)。在所示出的实例中，管子4和5包括多个单向凹口20。管子4包括单个U形双向锁定凹口15，而管子5包括单个V形制动凹口(detent notch)6。凹口6为基本V形，且带有大体平的表面9和10，表面9和10相交形成根部11。依赖于特定应用场合的要求，根部11可以为尖角或者它可具有倒圆。凹口15为基本U型，带有大体平行侧壁16和17以及光滑切出圆角的底表面18。单向锁定凹槽或凹口20具有第一表面21，第一表面21与管子4和5的中心线“C”大体横交或垂直。凹口20还包括斜面22，斜面22相对于管子4和5的中心线C成锐角地延伸。下面将更详细说明的机器和方法可用于形成具有各种形状及尺寸并同时带有平和/或弯曲面的凹口或凹槽。将理解的是，图2所示的各种凹口是依据本发明可形成的凹口的实例，但是依据本发明的其它方面可形成范围广的凹口尺寸和形状。

凹口15包括锁定凹口，所述锁定凹口与第一装置7A接合，以在头靠3处于最上位置时防止管子4竖向运动，除非使用者手动将装置7A脱开。当第一装置7A锁定在凹口15中时，第二装置7B与V形凹口6接合，以提供制动(detent)。凹口20提供了防止头靠3沿着第一方向(例如向下)运动，除非使用者手动将装置7A和7B脱开，但是允许头靠3沿着相对方向(例如向上)运动，而不管装置7A和7B是否被手动脱开。因为凹口6、15和20的各种形状和尺寸在本领域中为公知，所以在此将不进一步详细说明凹口6、15和20。此外，各式各样的装置7A、7B也是公知的，且凹口6、15和/或20的具体形状、尺寸和位置可构造成与具体的装置7匹配。管子4和5可包括仅V形凹口6、仅U形凹口15、或者仅单向锁定凹口20。可替代地，依赖于特定应用场合的要求，管子4和5可包括凹口6、15和/或20的组合。

进一步参照图3，用于形成凹口6、15和/或20的机器或设备30包括支撑结构31和第一构件32，第一构件32可在采用轴承和其它合适结构的轴或枢轴33处枢转地安装于支撑结构31、并相对于支撑件31如箭头“R”所示地枢转。支撑结构31可包括一个或多个的板、管子或其它合适结构。成型元件(例如辊子35)可旋转地安装于板或其它合适结构36上。成型元件或辊子35可由硬质工具钢、陶瓷或其它合适的耐磨材料制成。

辊子35的尺寸和形状选择成提供所需凹口形状，且辊子35的外周部29(图4)具有与辊子35形成的凹口的形状相对应的横截面轮廓。例如，辊子35的外周部29可具有形成凹口6(图2)的对称V形、形成双向锁定凹口15(还参照图18)的U形、或者它可具有形成单向锁定凹口20(还参照图19)的不对称V形。辊子35的直径可依据特定应用场合的要求来变化。一般而言，辊子35典型地具有与要成型的管子的外径大约相同的外径，或者比要成型的管子的直径稍大。然而，辊子35可具有比管子直径小的直径。

再次参照图3，板36通过直线引导装置37而安装于第一构件32，从而辊子35和板36被约束成相对于第一构件32沿箭头“B”所示的直线路径运动。直线引导装置37可包括一个或多个的市场可购买的这样的组件，所述组件具有一个或多个的杆、轨道或类似东西且带有与所述杆或轨道接合的直线轴承。偏心组件46提供了使辊子35相对于第一构件32沿箭头“B”方向的动力往复运动。偏心组件46包括外元件47和可滑动/可旋转地容置在外元件47内的圆形内元件48。内元件48在偏离中心位置处固定于轴49，而轴49可旋转地安装于支撑结构31。如下面将更详细说明的，轴49可操作地连接于电机53或其它动力致动器，以提供轴49的动力旋转。臂50在枢轴51处枢转地连接于板36，从而轴49的动力旋转引起内元件48旋转，这导致成型辊子35和板36相对于第一构件32的直线往复运动。将理解的是，其它结构(例如曲柄臂)或其它动力机构(例如直线致动器)也可用于提供辊子35的往复运动，且所示出的偏心机构只是合适机构的一个实例。

下面进一步参照图3A，不采用偏心组件46，而是可采用依据本发明另一发明的摆动机构110。若特定应用场合要求，则摆动机构110提供板36A和辊子35的更复杂的往复运动(back and forth motion)。摆动机构110包括内凸轮元件111和外凸轮元件117，二者均安装于轴112，用于如箭头“R1”所示方向旋转。可旋转随动件113定位在内凸轮元件111和外凸轮元件117之间的空间或沟槽119内，以在凸轮元件111和117旋转时来提供板36A和辊子35如箭头“B1”所示的往复运动。通过一对轴承板115和116或其它合适地直线轴承装置，板36A可滑动地支撑在第一构件32上，从而板36A和辊子35可仅以直线往复方式运动。在所示出的实例中，轴112可旋转地安装于支撑结构31。由此，沟槽119成形为将第一构件32相对于支撑结构31的运动考虑进去。将理解的是，针对相对于第一构件32的直线运动，可采用各种直线轴承和类似东西来支撑板36A。此外，板36A示出为单个元件，同时辊子35和随动件13安装于板36A。板36A可包括与臂50(图3)类似的细长臂，且板36A可刚性或可枢转地连接于所述臂。

空间或沟槽119限定在外凸轮元件117的内表面和凸轮111的外表面114之间，从而随动件113被约束并顺着路径“C1”而行。内凸轮元件111和外凸轮元件117可包括由钢或其它合适材料制成的单个件，且空间或沟槽119可包括在所述材料的单个件中加工出的沟槽。一般而言，空间或沟槽119的宽度稍大于随动件113的直径，从而随动件113在与凸轮111的外表面或与外凸轮元件117的内表面120接触时自由旋转。因为随动件113受凸轮111和117约束，所以凸轮表面114和120可以相对复杂，以提供复杂的往复运动。这样，摆动机构110可提供辊子35的相对复杂的运动。通过皮带或链条52A、齿轮、轴或其它合适的机构，电机53或其它动力致动器可操作地连接于凸轮111和117，以提供凸轮111和117的动力旋转。在所示出的实例中，凸轮元件111具有四个凸角121A、121B、121C、和121D。一般而言，如果凸轮元件111和117以与第二凸轮56相同的速率旋转，则凸轮元件111具有与第二凸轮56的凸角61数量相同的凸角121。如果需提供辊子35的合适运动，各凸角121可具有独特的形状。凸轮元件11和117可以与第二凸轮56不同的旋转速率被交替地驱动。例如，如果凸轮元件111和117以第二凸轮56的旋转速率的两倍被驱动，则凸轮元件111可具有凸角121的数量为第二凸轮56凸角数量的一半。由此，结合有凸轮凸角61的摆动机构110提供了辊子35的复杂运动，以形成辊子35的如下将更详细说明的各式各样的路径。

第二构件42在销或轴43处可枢转地安装于支撑结构31。随动件或辊子59安装于第二构件42，且随动件59接合第一凸轮54，从而第一凸轮54的旋转引起第二构件42围绕轴43相对于支撑结构31枢转。待成型/开凹口的管子38通过第一夹持元件39和第二夹持元件40保持在机器30中的合适位置。在所示出的实例中，夹持元件40固定于结构31而夹持元件39固定于第二构件42，从而在第一凸轮54旋转时，夹持元件39相对于夹持元件40运动。第一凸轮54构造成使管子38被紧紧夹持，除了在第一凸轮54相对小部分旋转过程外。已开发了各种类型的管子夹持/保持装置，且将理解的是，夹持元件39和40可以各种不同方式来构造。如下面将更详细讨论的，第一凸轮54和第二凸轮56二者均固定于轴57并在操作过程中以相同的角速度旋转。第二凸轮56与第一构件32上的随动件或辊子66接合，并引起第一构件32围绕轴33枢转，以由此使辊子35朝向和远离管子38运动，且在成型加工过程中第一凸轮54夹持管子38。第一凸轮54包括凸角54A和凹区54B，凸角54A导致在通过辊子35成型的过程中管子38被夹持，且凹区54B导致在成型加工的起始和终了时的些微度旋转过程中管子38被松开，以允许将已成型的管子38取出并随后将未成型的管子38放置在机器30中。在所示出的实例中，在360°循环的约260°过程中，管子38被夹持，而对于约360°循环的约100°，管子38被松开。夹持元件39和40包括围绕管子38紧紧夹持的柱形面。可替代地，也可采用夹头式夹持器(未示出)，以在成型操作过程中将管子38夹持在合适位置。夹持元件39和40与公知的用于在成型操作过程中固定管子的夹持器基本类似，且由此将不详细说明所述夹持器的细节。

第二凸轮56包括多个凸角61A-61F，从而第二凸轮56的每次旋转就引起第一构件32围绕轴33的多次旋转运动。一般而言，针对第二凸轮56的旋转一周，偏心组件46使板35和成型辊子35反复运动多次。偏心组件46和凸轮54及56可通过机械驱动系统(例如定时链条52)相互连接，定时链条52连接于轴49上的固定链轮84和安装于轴57上的第二链轮85。第三链轮86安装于电机53的旋转输出轴88，而第四链轮87安装于轴57。驱动元件/定时链条55环绕第三链轮86和第四链轮87，从而电机53的致动同时引起板36(及辊子35)的往复运动和凸轮54及56的旋转。将理解的是，各种齿轮、驱动轴、或其它机械驱动构件均可用于可操作地将电机53与各种运动构件相互连接。此外，尽管采用单个电机53或者其它动力致动器来确保各种构件相对彼此以正确速度和相对位置来运动，但是可采用多个电机或其它合适的动力致动器。

电机53可以可操作地连接于控制器58，控制器58可被编程，以利用用户输入装置60来操作机器30。例如，按照特定应用场合的要求，控制器58提供了电机53的每分钟转数的调整。电机53可以以针对特定应用场合调整的恒定的每分钟转数来旋转，或者如果需要，则在每个循环中可改变每分钟转数。用户输入装置60可包括一个或多个的提供用户输入/控制的开关或按钮，而且它也可包括将关于机器30工作的信息提供给用户的显示屏和/或指示灯。例如，如果在工件38存在于所述夹持器中，则所述灯(或屏幕)可表示电机53的每分钟转数和/或一个或多个运动构件的位置。用户输入装置60可位于控制器58上(例如在控制器58的外壳上)，或者它可包括可操作地连接于控制器58的单独装置(例如膝上型计算机)。所述机器或设备30可包括一个或多个的传感器(未示出)，所述传感器可操作地连接于控制器58，以提供对机器30的受控操作。例如，一个或多个的传感器(未示出)可用于确定是否工件38存在于夹持器39中，且一个或多个的另外的传感器(未示出)可用于确定一个或多个的所述运动构件的位置和/或速度。控制器58可构造成：在一个循环的所述区段的过程中，如果工件38未被恰当地定位在夹持器39中，则停止电机53；如果所述机器正确操作，则工件38会正常地夹持在合适位置。所述机械驱动系统确保板36的往复运动和凸轮54及56的旋转相对彼此正确地同步。将理解的是，也可采用其它动力驱动装置，例如伺服电机等。此外，也可采用液压或气动致动器，以提供所述各种构件的动力操作。

在所示出的实例中，第二凸轮56包括六个凸角61A-61F，且对于第二凸轮56每转一周，偏心组件46使板36和辊子35移位，从而辊子35横跨管子38六次。各凸轮凸角61A-61F具有独特形状，以在每道次辊子35横穿管子38时来提供管子38的增加的成型量。一般而言，如果第二凸轮56沿逆时针方向旋转(图3)，则在随动件66沿着凸角61A的第一表面部6A运动时，辊子35将朝着管子38运动，且当随动件66越过凸角61A的顶部63A时，辊子35将瞬间改变运动方向。随后，当随动件66沿着凸角61A的第二表面部64A运动时，辊子63将背离管子38运动。在随动件66分别沿着凸角61B-61F的表面62B-6H、顶部63B-63F和表面6B-64F运动时，辊子35将以稍类似方式运动。然而，正如下面将更详细讨论的，各凸角61A-61F可具有这样独特的形状，所述形状构造成：在辊子35每道次横跨管子38的过程中，提供使管子38成型所要求的辊子35的特定运动。第一凸轮45构造成：当管子由辊子35成型时夹持管子38、并在辊子35的与凸角61F对应的最后道次成型之后松开/释放管子38。当随动件66接触第二凸轮56的处于凸角61A和61F之间的表面部65时(即在辊子35的最后道次成型完成之后)，随动件59接触第一凸轮54的表面部67，从而松开管子38，以允许取出完全成型的管子38，随后插入未成型管子38。尽管凸轮64的凸角61A-61F示出为以等角增量间隔开，但是将理解的是，凸角61A和61F之间的间隔可以相对于其它凸角之间的间隔加大，以在管38被松开的过程中提供凸轮54和56的增加的时间周期/角旋转，从而便于取出和插入管子38。

进一步参照图4，在所示出的实例中，辊子35开始处于位置35A，且当辊子35从起始位置35A向终了位置35B相对于工件38运动时，在第一道次成型过程中，辊子35的外边缘表面68沿路径“P”行进。辊子35初始沿基本直线路径段P1行进，随后在点“D”处变向成沿路径段P2行进。在所示出的实例中，路径段P2相对于通过路径段P1延长的线“L”形成约35度的角θ。然而，角θ可以处于约30-40度的范围内，或者它可以小至5度、10度、或20度，或者它可大至50度、60度、或甚至90度。一般而言，角θ可包括0度至180度之间的角度。此外，如下面将更详细说明的，路径段P1和P2可以部分或全部弯曲或非直线。当随动件66沿凸轮凸角61A运动时，板36相对于第一构件32的直线运动和构件32围绕轴33的旋转运动的组合效果的结果便是图4所示的辊子35的运动。

在所示出的实例中，辊子35的旋转轴线34沿线或路径41行进，路径41具有处于第一位置34A和第二位置34B之间的第一段44和第二段45。在所示出的实例中，辊子35的路径在点“D”处变向。点D选择成：当辊子35在点D处变向时，部分凹槽70的显著部分包括直线或平直表面71并形成相对小的切出圆角的或斜端部72。依赖于管子或其它工件38形成的材料、管子38的直径和管子38的壁厚“T”，可按照特定使用场合要求来变化变向发生的所述点(即点D的位置)。此外，尽管路径44示出为具有于点D处相交的直段41和45，但是将理解的是，段41和45可以由光滑倒圆而不是由点D表示的“尖锐”拐角来连接。例如，段41和45可通过在点D处具有约0.375英寸半径的弧形路径段来连接。此外，路径44的段41和45可以弯曲，而且这些路径段无需为如图4所示的直线或直线。

进一步参照图5，辊子35初始形成具有基本直线的底表面71的部分凹口或凹槽70。然而，因为辊子35变向，所以部分凹槽70的端部72向上弯曲并与管子38的外表面73相邻。如果辊子35将继续沿直线路径而行，则形成管子38的材料中的一些材料会被向外挤压，由此在管子38的位于部分凹槽70附近的外表面73中形成瓢曲。然而，因为辊子35的方向改变成提供背离管子38的运动分量，所以这种瓢曲及类似物的形成大体被减少或消除。当辊子35成型凹槽70时，管子38的一些材料在82处向内变形进入到管子38的腔83中。

进一步参照图6和图7，在辊子35的第一道次(图4)之后，由于第二凸轮56导致的板36的运动和构件32的旋转，辊子35从位置35B(图4)向位置35A(图6)运动。随后，在第二道次中，辊子35沿具有形成角度θ的第一段P3和第二段P4的路径反向横跨管子38运动。将理解的是，角度θ可改变。当随动件66接触第二凸角61B时，该运动由板36相对于第一构件32的直线运动和构件32的旋转运动产生。凸角61B构造成：对于第二道次的与段P3对应的第一部分而言，使辊子35朝着管子38运动，从而辊子35的边缘68和管子38的中心轴线78之间距离“D2”(图6)小于辊子35的第一道次过程中的距离

“D1”(图4)。在辊子35的第二道次(图6)之后，部分凹槽70变得更深，同时底表面部74基本为直线，而端部75向上延伸。如上述结合图4和图5所讨论的，辊子35的变向减少或消除在在管子38的位于部分凹槽70附近的外表面37中形成瓢曲。辊子35的第二道次也消除了凹槽70的非直线端部72(图5)。

管子38具有约0.08英寸的壁厚“T”和约0.50英寸的直径。然而，依赖于特定应用场合的要求，管子38可具有不同的直径(例如一英寸)和壁厚。此外，在所示出的实例中，管子38由高拉伸钢材料制成。在该实例中，一旦辊子35的第一道次完成(图4和图5)，则针对图6和图7所示的第二成型道次，辊子35移位约0.010英寸距以离靠近管子38。然而，辊子35靠近管子38的增加移位可依赖于管子38的壁厚、制造管子38的材料和其它变量来改变。此外，对于给定的管子而言，辊子35被移位的距离可从一个道次到下一个道次而变化。如图8至图11所示，辊子35横跨管子38往复运动；且针对成型辊子35的每个连续道次，辊子35移位靠近管子38。在所示出的实例中，图8和图10的辊子35的运动分别对应于第二凸轮56的凸角61C和61D(图3)。一般而言，道次数将依赖于被成型的凹口的形状、工件38的材料、尺寸及形状、以及其它加工变量来改变。按照针对特定应用场合所要求提供的合适的道次数、路径方向等，可改变第二凸轮56的凸轮凸角的数量、尺寸、形状和位置。

进一步参照图12和图13，在部分凹槽70已经成型到深度等于或接近于凹口的最终深度时，辊子35沿基本直线路径横跨管子38运动，以平整端部72(图5)和端部75(图7)，由此形成直线或平直底表面77。图12和图13所示的辊子35的直线运动分别对应于第二凸轮56的凸角61E和61F(图3)。这样，便可形成具有如凹口6、15、和20(图2)所示的外形的凹槽。将理解的是，在与辊子35的外边缘表面60A相邻处，辊子35具有针对特定应用场合来提供合适凹槽形状的表面轮廓。

除了上述讨论的与图4至图13相关的成型路径之外，辊子35也可构造成沿图14至图17所示的多个路径行进。图14和图15示出了可用于在管子38上进行初始成型操作的各种辊子运动或路径；图16示出了可供一个或多个中间道次使用的各种成型路径；而图17针对可用于结束成型操作的成型道次示出了一个或多个的路径。

参照图14，通过使辊子35沿箭头“A1”所示的路径或者沿箭头“A2”所示的路径分别运动，可形成一个或多个的初始凹槽或凹痕90和/或91。路径A1和A2可以弯曲，或者它们可包括基本直线段(例如如图4所示)。可替代地，通过使辊子35分别沿箭头“A3”和“A4”所示运动，可形成凹痕90和/或91。当辊子35沿箭头A3和A4所示的路径运动时，辊子35沿着与管子38的表面68基本垂直的方向运动。通过使辊子35沿箭头“A5”的方向(基本垂直于管子38的外表面68)运动，也可形成单个初始凹痕92。

进一步参照图16，在形成初始凹痕90和/或91或92之后，可采用一个或多个的成型道次，来形成具有非直线端部94和95的扩展凹痕或凹槽93。辊子35可沿箭头“A6”所示的路径行进，随后是如箭头“A7”所示的运动，接下来是如箭头“A8”所示的运动。辊子35可顺着箭头A6、A7和A8所示的路径段在任一方向上行进，从而各道次为基本U形。路径段A6相对路径段A7形成角度θ₁，而路径段A8相对路径段A7形成角度θ₂。角度θ1和θ2可约为90°或比90°稍小几度。一般而言，角度θ₁和θ₂可处于约70°至约90°的范围内，且依据本发明的一个方面，角度θ₁和θ₂优选约80°。可替代地，角度θ₁和θ₂可以为约90°，从而辊子35沿着路径段A7、A9和A10行进。中间路径段A7具有长度“L1”。长度L1可在连续道次过程中增加，由此连续增加凹槽93的底部96的长度。角度θ₁可等于角度θ₂，从而辊子35的路径对称。然而，角度θ₁无需等于角度θ₂，且由此辊子35行进的路径可以不对称。此外，所述路径示出为在点“B1”和“B2”处突然变向。然而，所述路径可包括直线路径部分A6、A7、和A8(或者路径段A7、A9和A10)之间的弯曲过渡。可替代地，所述路径段也可全部弯曲，从而辊子沿与图14的“A1”和“A2”的路径稍类似的弯曲路径行进。

进一步参照图17，在辊子35沿着图16所示的一个或多个路径行进之后，为了减少或消除部分形成的凹槽的非直线端部94和95，可进行一个或多个的最终道次。所述辊子可沿段“A11”、“A12”、“A13”定义的路径来行进。图17所示的针对最终道次的角度θ₃和θ₄典型地显著小于图16所示的中间成型道次中的角度θ₁和θ₂。针对最终道次的角度θ₃和θ₄可处于约0°至约30°的范围内，且更优选地处于约5°至约10°的范围内。中间路径段A12的长度“L2”典型地比中间路径段的尺寸“L1”(图16)稍长。在所示出的实例中，尺寸“L2”(图17)为点“B3”和点“B4”之间的距离，点“B3”和点“B4”分别定义路径段A11和A12以及A12与A13之间的交点。路径段A11、A12和A13可通过弯曲过渡部分而不是点B3和B4来连接，或者路径段A11、A12和A13可弯曲，以形成与路径A1和A2(图14)稍类似的路径。然而，在优选实施例中，路径段A12为直线，由此沿凹口或凹槽的底部形成平直凹痕93。此外，端部94和95非常小，而且由此典型地，，尺寸L2几乎与沿着凹槽的平直部93延伸的线的距离(其中，所述线会与管子38的外表面68相交)一样大。针对一个或多个的最终道次，角度θ₃和θ₄可变成零，以消除端部94和95，并由此产生具有直线顶部的凹口。

如上所述，辊子35往复运动的分量由偏心组件46(图3)产生，且辊子35背离管子38的运动分量是由于第二凸轮56导致第一构件32围绕轴33旋转而产生的。偏心组件46和第二凸轮56的凸角61-64的构型可选择成提供如图4、图6、图8、图10、图12和图13所示的辊子35的所需路径。然而，也可采用其它机械设备、致动器等来提供辊子35运动所需的路径。例如，气动、液压、电动、或其它动力致动器(未示出)可以可操作地连接于控制器58，且一个或多个的传感器(也未示出)可以可操作地连接于控制器58，以将关于一个或多个的运动构件(例如辊子35)的位置和/或速度的信息提供给控制器58。控制器58可被编程，以在如上所述的与图4至图17有关的一系列成型道次中，规定所需的辊子35沿一个或多个的路径的运动。

在图4至图13所示的实例中，对于第二凸轮56每旋转一周，第二凸轮56的凸角61A-61F对应的六个成型道次用于形成凹口，并在管子38上完全形成凹口。然而，将理解的是，对于不同凹口形状/尺寸，可需要更多或更少的道次数。例如，可采用少至两道次，以形成管子38；或者可采用十或十以上道次。如果采用图14至图17中的成型道次，则典型地采用总共约8-16道次(和/或直线运动A3、A4、A5)。此外，可制造多个具有不同的凸角数和/或凸角的尺寸/形状的凸轮，且通过将第二凸轮56改变成具有不同外形的凸轮，机器30可构造成形成不同的凹口形状/尺寸。此外，辊子35也可按照需要来改变，以提供不同凹口形状，而且夹持元件39和40也可改变，以适应不同尺寸的管子。

如上所述，在辊子与管子38接触时，所述辊子的路径可具有各式各样的形状而且可包括直部和曲部。一般而言，所述辊子的路径是非直线的，且包括在与所述工件接触的端部或附近处背离所述工件的运动分量，以减少或消除邻近凹口或凹槽处的瓢曲或其它变形。在辊子的最终道次之前，凹槽将典型地具有一个或两个端部(例如图16和图17中的端部94、95)和更深中间部，以由此减少瓢曲。此外，尽管在所示实例中在辊子35直线运动同时工件38围绕轴43以弧形运动，但是将理解的是，为了提供工件38的合适相对运动，也可采用其它方式。例如，辊子35或工件38可相对于支撑结构31固定/静止不动，而辊子35或工件38中的另一个可沿非直线路径运动，以提供辊子35相对于工件38的所需相对运动。

在操作过程中，当随动件66与第二凸轮56的表面部分65相邻时(图3)，可停止凸轮54和56的旋转，以允许插入/取出管子38。可替代地，凸轮54和56可连续旋转，而无需停下来装载/卸载管子38。此外，可采用自动装载和卸载管子38的机械装置(未示出)，而无需使凸轮54和56停止旋转。在将管子38装载到机器30之前，可将管子38剪切定尺；或者，可将更长的管段送入到机器30中，随后将管子切成更短的段，以形成单个管子。

如果将在管子上形成多个凹槽，则设备30可包括多个安装在板36上的辊子，从而多个凹槽同时形成于管子38上。可替代地，机器或设备30可包括单个辊子35，而管子38可被松开或相对于夹持器39和40运动至新位置，以用于形成另外的凹口。此外，尽管成型工具或元件35优选地包括具有一致圆形形状的辊子，但是也可采用其它成型元件(例如非旋转式成型元件)来形成凹口。将认识到的是，如果针对特定应用场合有要求的话，则结合辊子或其它成型元件，可采用油或其它润滑剂。此外，管子38可包括U形部分，所述U形部分具有一对大体平行的带凹口的部分(例如支撑件4和5)(图1)和在所述平行部分之间延伸横部(未示出)。机器30可包括一对辊子35，所述一对辊子35可操作地连接于第二凸轮56，从而在所述管子的所述平行部分上同时形成凹口。

此外，机器30可包括多个辊子35，各辊子沿着相同的路径运动，同时工件38随着各道次运动至新位置，从而由不同的辊子连续地形成凹口。例如，第一辊子35可构造成沿图4所示的路径运动，第二辊子可构造成沿图6所示的路径运动，第三辊子可构造成沿图8所示的路径运动，第四辊子可构造成沿图10所示的路径运动，第五辊子可构造成沿图11所示的路径运动，而第六辊子可构造成沿图13所示的路径运动，同时工件38和/所述辊子相对彼此在成型道次之间移位，以使部分形成的凹口与在所述顺序中的下一辊子对齐。如果需要，辊子可以具有不同的尺寸和/或形状，以按照受控/所要求的方式来提供凹口的形成。

本发明的成型机器或设备30及方法提供了这样一种方式，即以消除与现有成型技术及机器相关的缺陷的方式在管子上形成凹口。例如，因为为了形成凹口而未将材料去除，所以管子13未因去除材料导致壁厚显著减少而被消弱。具体而言，参照图5，由于辊子35的作用，管子38的材料82朝向管子38的中心腔83变形。进一步参照图13，一旦凹口完全形成，则管子38在凹口6、15或20处具有壁厚“T1”。厚度T1与管子38的远离凹口的壁厚T大致相同。此外，成型辊子35可构造成凹口6、15和20具有基本光滑的外表面。还有，上面更详细讨论的成型工艺显著消除了凹口附近的毛刺、瓢曲或其它可见缺陷。

进一步参照图18，双向锁定凹口15包括相对的侧表面16和17、以及底或根表面18。于底表面18和侧壁表面16及17的内部分处分别形成的拐角24和25可以相对尖锐，或者它们可具有相对大的倒圆。侧壁表面16和17优选垂直于管子4和5的外表面68，或者侧壁表面16和17可朝着彼此稍向内渐缩，从而侧壁表面16和17与管子4和5的外表面68之间限定的角度可以处于90°范围内或者处于稍大于90°的范围内。侧壁表面16及17的内部分与管子4和5的外表面68分别形成外拐角或边缘26和27。本发明提供了一种形成双向锁定凹口15的方式，从而外拐角或边缘26和27非常尖锐，同时具有非常小的倒圆。形成相对平的相对于管子4和5外表面68成90°或接近90°的侧壁表面16和17的能力，连同形成尖锐点或边缘26和27一起，提供了装置7的改进接合(还参照图2)，由此当装置7与双向锁定凹口15接合时，确保头靠3和管子4和5保持在选定高度。此外，如上所讨论的，因为形成双向锁定凹口15时未去除材料，所以侧壁厚度“T”在凹口15的区域中基本一致，从而管子4和5的强度未被降低至若为形成双向凹口15而将材料切除或者以其它方式去除时将要达到的强度的程度。

进一步参照图19，单向锁定凹口20包括楔形(tapered)或斜表面22和在根部或底部23处与表面22相交的第一表面21。表面21与管子4和5的外表面68垂直或接近垂直，并形成尖锐外拐角28。如上述针对图18的双向锁定凹口15所讨论的，这确保了装置7接合单向锁定凹口20，以防止管子4和5向上运动。此外，如上述针对图18所讨论的，侧壁厚度“T”在单向锁定凹口20的整个区域上大体为常数，从而管子4和5的强度未被降低至若为形成单向锁定凹口20而将材料去除时将要达到的强度的程度。

进一步参照图20，第二凸轮56的凸角可以构造成使辊子35沿箭头A14、A15和A16限定的路径行进。箭头A14与箭头A15形成角度θ₅，而箭头A16相对于箭头A15形成角度θ₆。箭头A14和A15在点B5处相交，而箭头A15和A16在点B6处相交。角度θ₅和θ₆可以彼此相等，或者它们可以不同。一般而言，角度θ₅和θ₆处于约0°和90°之间。在优选实施例中，角度θ₅小于角度θ₆。例如，角度θ₅可以小于45度，可以处于约10度至约30度的范围内，且可以优选为约20度。角度θ₆可以大于45度，可以处于约80度至约90度范围内。一般而言，角度θ₆可以接近但稍小于40度。将理解的是，箭头A14、A15和A16所示的路径段可以弯曲或者它们可以为直线。图20所示的辊子路径形成具有底部或顶部100的部分凹口99，底部或顶部100具有第一部分101、中间部分102和端部分103。因为辊子的路径是不对称的而且是稍S形，由此凹口或凹槽99的底部或顶部100为非直线，且带有与第一部分101相邻的凸部分和与端部103相邻的凹部分。

参照图21，后续辊子路径可包括箭头A17、A18和A19所示的段。箭头A17所示的路径段与箭头A18所示的路径段形成角度θ₈，而箭头A19所示的路径段与箭头A18所示的路径段形成角度θ₇。路径段A17和A18在点B8处相交，而箭头A18和A19所示的路径段在点B7处相交。角度θ₈可以基本类似于上述角度θ₅(图20)的大小，而角度θ₇可以基本类似于角度θ₆。在图20和21所示的系列往复道次可以提供为形成具有底部或顶部106的凹口105(图21)，底部或顶部106具有中间部分107和第一端部分108及第二端部分109。将理解的是，针对各连续路径，辊子35将典型地被带到更接近管子38；而且，连续路径的形状无需相同。例如，初始成型道次可具有图4至图17所示形状中的一个形状，而图20和图21所示的最终道次可被采用，以用于形成图21所示的凸形凹口(convex notch)。一般而言，图20和图21所示的道次形成具有底部或顶部106的最终凹口形状，所述底部或顶部106在如图21所示的横截面中具有凸曲形状。

再次参照图1和图2，凹口105可包括V形凹口6、双向锁定凹口15，或者它可包括单向锁定凹口20。因为管段4和5可以不与高度保持元件或装置7A和7B精确对齐，所以如果凹口6、15和20具有平直或直线顶部，则装置7A和7B可以不精确地接合所述凹口。然而，凸形凹口形状105(图21)允许管段4和5相对于装置7A和7B有些许错位，但是依然允许为头靠3提供合适的高度调整。例如，如果管段4和5中的一个或者二者围绕它们各自的中心线“C”旋转稍许，则凸形凹口形状105(图21)将依然允许装置7A和7B可靠地接合于所述凹口。

尽管在所示出的实例中，采用管子38来形成用于头靠3的管状支撑件4和5(图1)，但是针对各种应用场合，本发明的机器和方法可用于在管子或实心条上形成凹口。

在前述说明中，本领域技术人员将容易认识到，在不脱在此给出的构思的情况下，可对本发明进行修改。这些修改将被视为包含在随附权利要求中，除非这些权利要求在语言上明确另有说明。

Claims (34)

1.一种在工件上形成凹口的方法，包括：

提供一工件，所述工件限定外表面，其中所述工件包括能塑性变形的材料；

提供具有成型元件的机器，所述成型元件构造成沿多个成型道次运动；

将所述工件固定在所述机器中；

利用所述多个成型道次，通过使所述成型元件与所述工件辊压接触而使所述外表面向内塑性变形，以在所述工件上形成凹口；在所述成型道次的至少一个道次中，所述成型元件相对于所述正在成型的所述工件沿非直线路径行进，在所述成型元件与所述工件接触的同时所述非直线路径由所述成型元件的运动来限定，所述成型元件的运动包括相对于所述工件在第一方向上的运动分量和相对于所述工件在第二方向上的运动分量，其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

2.如权利要求1所述的方法，其中，

所述非直线路径包括由所述成型元件和所述工件之间的初始接触来限定的第一端部和由所述成型元件和所述工件之间失去接触限定的端部；以及，

由于在所述非直线路径的所述端部处在所述第二方向上的运动分量，所以所述成型元件以增加的速率运动离开所述工件。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述成型元件在与所述工件接触时初始进行直线运动。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述成型元件包括辊子，所述辊子在与所述工件接触时初始沿所述第一方向进行直线运动，随后沿第三方向直线运动，所述沿第三方向直线运动包括沿所述第一方向及第二方向的运动分量。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第一方向及第三方向相对彼此限定一锐角。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述锐角处于70度至90度的范围内。

7.如权利要求4所述的方法，其中，所述辊子以非直线方式运动，以从沿所述第一方向的运动过渡到沿所述第三方向的运动。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述辊子的运动限定弯曲路径部分。

9.如权利要求1所述的方法，其中，

所述成型元件包括辊子；

形成凹口包括通过连续成型道次形成扩大的凹槽，以形成所述凹口；并且包括：

使所述辊子沿非直线路径运动，以形成凹槽，所述凹槽具有收敛成限定顶部的侧壁，所述顶部由于所述辊子的非直线运动而具有非直线形状。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述辊子包括横截面为V形的外周边缘表面；并且所述凹槽的侧壁具有与所述辊子的外周边缘表面的横截面形状相对应的大体平的部分。

11.如权利要求9所述的方法，其中，所述凹槽的顶部包括大体直线的第一部分和与所述工件的外表面相邻的弯曲的第二部分。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述工件包括在成型前具有大体柱形内表面和外表面的管子；并且，当所述成型元件接触所述管子的外表面时，所述内表面的一部分向内变形。

13.如权利要求9所述的方法，其中，

所述辊子在一对顺序成型道次中沿第一非直线路径和第二非直线路径运动；

在所述一对顺序成型道次的第一成型道次中，所述辊子在与所述工件接触时初始沿所述第一方向运动，随后沿第三方向运动，所述沿第三方向运动包含沿与所述第一方向垂直的第二方向的运动分量；以及

在所述一对顺序成型道次的第二成型道次中，所述辊子在与所述工件接触时初始沿与所述第一方向相反的方向运动，随后沿第四方向运动，所述沿第四方向运动包括沿所述第二方向的运动分量和与所述第一方向相反的分量。

14.如权利要求13所述的方法，其中，相对于如果所述辊子相对所述工件沿直线路径行进所述凹槽将会具有的深度，所述辊子运动成使所述凹槽在与所述工件的外表面相邻处具有减少的深度。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述一对顺序成型道次中的第一成型道次包括使所述工件变形的第一成型道次。

16.如权利要求13所述的方法，其中，在所述一对顺序成型道次中的所述第二成型道次之后发生的成型道次中，所述辊子沿基本直线路径运动。

17.如权利要求16所述的方法，其中，

所述辊子沿所述直线路径沿所述第一方向运动，所述直线路径包括第一直线路径；以及

在后续成型道次中，所述辊子沿基本直线的第二路径沿与所述第一方向相反的方向运动。

18.如权利要求1所述的方法，其中，所述非直线路径为大体S形。

19.如权利要求18所述的方法，其中，

所述工件限定轴线；

所述方法包括利用所述成型元件的一系列往复S形成型道次来形成所述凹口；以及

所述凹口包括顶部，所述顶部在与所述工件的轴线相垂直而得到的横截面中具有凸形形状。

20.一种在金属管子上形成凹口的方法，所述方法包括：

提供具有外表面的金属管子；

使成型元件运动接触所述金属管子的所述外表面，从而在不从所述管子上去除材料的情况下，所述外表面向内变形而形成凹槽；其中，在所述成型元件与所述金属管子接触的同时所述成型元件相对所述金属管子沿第一方向运动，随后在所述成型元件与所述金属管子接触的同时相对于所述金属管子沿第二方向运动，其中，所述第二方向包括处于与所述第一方向垂直的方向上的分量。

21.如权利要求20所述的方法，其中，所述成型元件包括辊子，并且所述使所述成型元件运动包括使所述辊子旋转。

22.如权利要求20所述的方法，其中，所述成型元件在与所述金属管子的外表面接触时初始沿所述第一方向直线运动。

23.如权利要求20所述的方法，其中，所述成型元件沿一系列S形道次运动，从而所述凹口具有凸形顶部。

24.一种在工件上形成凹口的机器，所述机器包括：

支撑结构；

保持器，其连接于所述支撑结构，所述保持器构造成在成型操作期间牢固地支撑工件；

动力致动器，其连接于所述支撑结构；

辊子，其可操作地连接于所述动力致动器，从而在一系列成型道次中，所述动力致动器使辊子相对于所述保持器以非直线方式运动，由此，所述辊子和正在被成型的工件之间的接触使得所述辊子旋转；其中，所述辊子构造成在它与正由所述辊子成型的工件接触的同时以非直线方式运动。

25.如权利要求24所述的机器，其中，所述辊子可操作地连接于所述动力致动器，以用于以往复方式运动。

26.如权利要求25所述的机器，其中，所述保持器安装在刚性元件上，所述刚性元件可枢转地连接于所述支撑结构。

27.如权利要求26所述的机器，包括具有多个凸角的多凸角凸轮，所述多个凸角与所述刚性元件上的凸轮随动件接合，在所述多凸角凸轮旋转时，所述多凸角凸轮使得所述刚性元件枢转，从而所述保持器相对于所述辊子运动。

28.如权利要求27所述的机器，其中，

所述保持器包括夹持器，所述夹持器具有第一夹持元件和第二夹持元件，所述第一夹持元件和第二夹持元件能打开和关闭，以选择性地保持工件；并且包括：

夹持凸轮，所述夹持凸轮可操作地连接于所述夹持器，并且在所述夹持凸轮旋转时，所述夹持凸轮能打开和关闭所述第一夹持元件和第二夹持元件。

29.如权利要求28所述的机器，其中，

所述动力致动器包括具有旋转输出元件的电机；

所述辊子通过直线引导装置而连接于所述支撑结构；并且包括：

曲柄臂，其可操作地将所述辊子和所述电机相互连接，从而在所述电机的旋转输出元件旋转时，所述辊子以直线往复方式运动。

30.如权利要求29所述的机器，其中，

所述多凸角凸轮可操作地连接于所述电机的旋转输出元件，从而在所述电机的旋转输出元件旋转时，所述多凸角凸轮旋转。

31.如权利要求30所述的机器，其中，所述多凸角凸轮的凸角成形为提供一系列使所述工件渐进变形的成型道次。

32.如权利要求31所述的机器，其中，第一凸轮凸角提供非直线成型道次，从而第二凸轮凸角提供直线成型道次。

33.如权利要求32所述的机器，其中，所述多凸角凸轮包括多个凸角，从而提供由至少两个基本直线成型道次形成的非直线成型道次。

34.如权利要求24所述的机器，包括用于对所述机器进行控制的控制器，所述控制器可操作地连接于所述动力致动器。

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