CN102151732A - 三维曲面辊压成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维曲面辊压成形装置，涉及一种用于板类件曲面成形的塑性加工设备，属于机械工程领域。该装置主要由上部至少一排多个辊压单元(1)、下部至少两排多个辊压单元(1)及机架(2)组成；其每个辊压单元(1)由工作辊(9)、工作辊驱动机构、工作辊高度调整机构及支撑体(15)构成；工作辊驱动机构由传动轴(16)、锥齿轮传动副、蜗轮蜗杆传动副组成，工作辊高度调整机构由丝杠或螺纹传动副组成。三维曲面辊压成形装置能够改变传统模具成形板材的加工方式以及传统卷板成形装置只能加工二维曲面的加工方式，提供一种高效、连续的三维曲面柔性成形装置。

Description

三维曲面辊压成形装置

技术领域

本发明公开了一种三维曲面辊压成形装置，涉及一种用于板类件曲面成形的塑性加工设备，属于机械工程领域。

背景技术

目前，三维曲面板类件的成形主要通过模具来实现。因为每一种工件都需要一套或数套模具才能完成，模具的设计、制造、安装和调试需要消耗大量的人力、物力和时间。传统的卷板成形装置只能加工母线是直线的简单曲面件，如柱形件和锥形件，很难加工三维曲面件。手工成形主要用于加工大尺寸、小批量的零件，但其成形质量差、生产效率低、劳动强度大。中国专利授权公告号CN100379501C、CN100398227C、CN100465993C和CN100999000B分别公开了三维曲面柔性卷板装置、使用可弯曲辊加工筒状或棒状三维工件的柔性成形装置、带有独立驱动式子辊的三维曲面柔性卷板装置以及使用可弯曲辊的三维曲面柔性成形装置，这些装置能够实现三维曲面的柔性成形，但其传递的扭矩较小，只能成形厚度较小的板材。

发明内容

本发明的目的在于改变传统卷板成形装置只能成形二维曲面的加工方式，提供一种用于三维曲面连续成形的柔性成形装置。与传统的模具成形相比，其不仅能够大大降低制造成本，还能够提高生产效率以及实现柔性成形。本发明的三维曲面辊压成形装置借鉴了多点成形技术的柔性可变思想，将传统卷板成形装置的刚性直辊离散为若干短辊(工作辊)，使用这些工作辊来实现三维曲面板类件的辊压成形。各个工作辊的高度可以在成形前通过计算机或手工调整，在成形过程中各个工作辊的高度保持不变；也可以在成形过程中通过计算机或手工实时地调整各个工作辊的高度。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现，结合附图说明如下：

一种三维曲面辊压成形装置，主要由上部至少一排多个辊压单元1、下部至少两排多个辊压单元1及机架2组成，每个辊压单元1由工作辊9、工作辊驱动机构、工作辊高度调整机构及支撑体15构成，工作辊驱动机构和工作辊高度调整机构安装在支撑体15上；工作辊驱动机构由传动轴16、锥齿轮传动副和蜗轮蜗杆传动副组成，传动轴16一端的空心轴接头14与滑动轴13滑动联接，滑动轴13通过锥齿轮传动副和蜗轮蜗杆传动副驱动工作辊9转动；工作辊9的高度由丝杠或螺纹传动副组成的工作辊高度调整机构调整。

可选地，工作辊9和蜗轮蜗杆传动副通过工作辊支架11安装在联接板6上，联接板6固定在调整体5上；与工作辊9同轴装配的蜗轮8与蜗杆7相啮合；工作辊9能绕蜗杆7的圆心摆动。

可选地，蜗轮蜗杆传动副中的蜗杆7通过轴承10与联接板6和工作辊支架11联接，轴承10为滚动轴承或滑动轴承。

可选地，滑动轴13采用方形截面或花键轴与空心轴接头14滑动联接。

可选地，工作辊9的辊面上装有聚氨酯套17。

可选地，工作辊支架11上安装有两个中间辊18和穿过一整排的长钢丝软轴19，工作辊9通过两个中间辊18带动钢丝软轴转动。

可选地，每个辊压单元1的工作辊驱动机构和工作辊高度调整机构各用一个电机带动，或用一个加长蜗杆20带动多个蜗轮8的方式，使用一个电机带动一排多个工作辊驱动机构或工作辊高度调整机构。

为了降低板材成形过程中所需模具的费用，以及改变传统卷板成形装置只能成形二维曲面的加工方式，本发明提供一种三维曲面辊压成形装置，主要由上部至少一排多个辊压单元1、下部至少两排多个辊压单元1及机架2组成；每个辊压单元1由工作辊9、工作辊驱动机构、工作辊高度调整机构及支撑体15构成，工作辊驱动机构和工作辊高度调整机构安装在支撑体15上；工作辊驱动机构由传动轴16、锥齿轮传动副和蜗轮蜗杆传动副组成，传动轴16一端的空心轴接头14与滑动轴13滑动联接，滑动轴13通过锥齿轮传动副和蜗轮蜗杆传动副驱动工作辊9转动，从而完成板材的连续进给。工作辊9的高度由丝杠或螺纹传动副组成的工作辊高度调整机构调整，工作辊高度调整机构能够实现工作辊9的上下移动，从而使各个工作辊9达到所需要的高度。工作辊9和蜗轮蜗杆传动副通过工作辊支架11安装在联接板6上，联接板6固定在调整体5上；与工作辊9同轴装配的蜗轮8与蜗杆7相啮合；工作辊9能绕蜗杆7的圆心摆动，从而适应曲面的形状的变化趋势，使板材顺利成形。蜗轮蜗杆传动副中的蜗杆7通过轴承10与联接板6和工作辊支架11联接，轴承10为滚动轴承或滑动轴承。当轴承10采用滑动轴承时，滑动轴承与蜗杆7间隙配合，从而保证工作辊支架11、蜗杆7和工作辊9顺利转动及摆动。滑动轴13采用方形截面或花键轴与空心轴接头14滑动联接。工作辊9的辊面上装有聚氨酯套17，聚氨酯套17的使用能够减小板材在辊压成形过程中产生的压痕和折线。工作辊支架11上安装有两个中间辊18和穿过一整排的长钢丝软轴19，工作辊9通过两个中间辊18带动钢丝软轴转动。在使用钢丝软轴辊压板材时，可以对钢丝软轴的外表面进行磨削，从而抑制板材表面上的划痕。钢丝软轴的使用能够进一步实现圆滑的三维曲面柔性成形。每个辊压单元1的工作辊驱动机构和工作辊高度调整机构各用一个电机带动，或用一个加长蜗杆20带动多个蜗轮8的方式，使用一个电机带动一排多个工作辊驱动机构或工作辊高度调整机构，从而降低其制造成本。

技术效果：

三维曲面辊压成形装置借鉴了多点成形技术的柔性可变思想，将传统卷板成形装置的刚性直辊离散为若干短辊(工作辊)，使用这些工作辊实现三维曲面板类件的辊压成形。该装置可以实现三维曲面板类件的高效、连续成形；与传统模具成形相比，不用设计、制造和调试模具，可以节省大量的人力、物力和时间。该装置能够改变传统卷板成形装置只能成形二维曲面的加工方式，提供一种用于三维曲面连续成形的新型柔性成形装置，与公开的三维曲面柔性卷板装置、使用可弯曲辊加工筒状或棒状三维工件的柔性成形装置、带有独立驱动式子辊的三维曲面柔性卷板装置以及使用可弯曲辊的三维曲面柔性成形装置等专利相比，显著增加传递的扭矩，可以成形厚度较大的板材。

附图说明

图1三维曲面辊压成形装置的核心部分示意图。

图2辊压单元结构图，其中，图2(a)是三维视图，图2(b)是剖视图。

图3工作辊摆动示意图。

图4采用滚动轴承的辊压单元示意图。

图5采用滑动轴承的辊压单元示意图。

图6空心轴接头示意图，其中，图6(a)是正视图，图6(b)是A-A截面视图。

图7方形截面滑动轴示意图，其中，图7(a)是正视图，图7(b)是A向视图，图7(c)是B向视图。

图8加聚氨酯套的工作辊示意图，其中，图8(a)是正视图，图8(b)是A-A截面视图。

图9工作辊通过两个中间辊带动长钢丝软轴转动的示意图，其中，图9(a)是正视图，图9(b)是截面图。

图10三维曲面辊压成形装置示意图。

图中，1.辊压单元，2.机架，3.活动横梁，4.螺杆，5.调整体，6.联接板，7.蜗杆，8.蜗轮，9.工作辊，10.轴承，11.工作辊支架，12.锥齿轮，13.滑动轴，14.空心轴接头，15.支撑体，16.传动轴，17.聚氨酯套，18.中间辊，19.长钢丝软轴，20.加长蜗杆。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容和工作过程。

图1是三维曲面辊压成形装置的核心部分示意图。该图的上部布置一排9个辊压单元1，下部平行布置两排各10个辊压单元1。当然，上部可以布置两排或多排辊压单元1；下部布置的辊压单元1的排数通常要比上部多一排。根据所要加工的三维曲面的形状，首先，通过计算机或手工调整各个辊压单元1中的工作辊9的高度，从而使工作辊9排列成所需要的曲线；其次，通过调整活动横梁3的高度产生一定的下压量，其效果是上部的工作辊9下压板材，并在两排下部工作辊9的共同作用下，使板材产生局部变形；最后，在工作辊驱动机构作用下转动工作辊9，实现板材的连续进给及成形。当然，作为另一种工作方式，三维曲面辊压成形装置也可以在成形过程中通过计算机或手工实时地调整各个工作辊9的高度，从而使工作辊9排列成所需要的曲线，在下压机构和工作辊驱动机构作用下，实现板材的成形及进给。

图2是辊压单元结构图。辊压单元1是三维曲面辊压成形装置的核心部件，其主要完成工作辊9的上下移动、转动和摆动。首先，工作辊高度调整机构通过旋转螺杆4带动调整体5沿支撑体15上下移动；调整体5带动联接板6、工作辊9、滑动轴13等上下移动，使各个工作辊9达到所需要的高度。其次，工作辊驱动机构通过传动轴16一端的空心轴接头14带动滑动轴13转动，滑动轴13带动锥齿轮12、蜗轮8、蜗杆7与工作辊9转动，从而完成工作辊9的转动功能；蜗轮8和工作辊9安装在工作辊支架11上，顺应曲面的形状的变化趋势而摆动，从而使板材顺利成形。

图3是工作辊摆动示意图，工作辊9可以绕蜗杆7的圆心摆动。

图4是采用滚动轴承的辊压单元示意图。轴承10采用滚动轴承时，两个滚动轴承安装在蜗杆7和工作辊支架11之间，另外两个滚动轴承安装在蜗杆7和联接板6之间；在辊压板材时，工作辊9可以通过滚动轴承沿蜗杆7的圆心摆动。

图5是采用滑动轴承的辊压单元示意图。四个滑动轴承与蜗杆7间隙配合，从而保证工作辊9顺利转动及摆动。

图6是空心轴接头示意图。空心轴接头14具有方形孔，其目的是与滑动轴13的方形截面相配合，从而传递转矩；在工作辊9上下移动时，滑动轴13会同时沿空心轴接头14的方形孔上下移动。可以想到的是，滑动轴13可以为花键轴或其它截面形状。

图7是方形截面滑动轴示意图。滑动轴13具有方形截面，可以与空心轴接头14的方形孔相配合，从而传递转矩。

图8是加聚氨酯套的工作辊示意图。由于各个工作辊9之间不连续，在辊压厚度较小的板材时，会在板材的表面产生压痕和折线；工作辊9的辊面安装聚氨酯套17，可以抑制压痕和折线。

图9是工作辊通过中间辊带动长钢丝软轴转动的示意图。为了解决各个工作辊9之间不连续的问题，可以在每个工作辊支架11上安装两个中间辊18，再将长钢丝软轴19安装在工作辊支架11上。各个工作辊9带动中间辊18转动，并通过中间辊18和长钢丝软轴19之间的摩擦力带动钢丝软轴转动，由钢丝软轴来辊压板材。可以对钢丝软轴的外表面进行磨削来进一步抑制板材表面的划痕。

图10是三维曲面辊压成形装置示意图。该装置采用三个加长蜗杆20，一个加长蜗杆带动一排多个蜗轮转动，经蜗轮带动各辊压单元1的驱动机构，实现工作辊9的转动。每个加长蜗杆20可以各用一个电机带动；也可以使用一个电机采用同步带或链条传动机构，同时带动三个加长蜗杆20，从而减少电机的数量，降低制造成本。当然，也可以设置上下两个活动横梁3，通过丝杠调整上下活动横梁3的高度，实现板材的柔性成形。

Claims (7)

1.一种三维曲面辊压成形装置，主要由上部至少一排多个辊压单元(1)、下部至少两排多个辊压单元(1)及机架(2)组成，其特征在于，所述的每个辊压单元(1)由工作辊(9)、工作辊驱动机构、工作辊高度调整机构及支撑体(15)构成，工作辊驱动机构和工作辊高度调整机构安装在支撑体(15)上；工作辊驱动机构由传动轴(16)、锥齿轮传动副和蜗轮蜗杆传动副组成，传动轴(16)一端的空心轴接头(14)与滑动轴(13)滑动联接，滑动轴(13)通过锥齿轮传动副和蜗轮蜗杆传动副驱动工作辊(9)转动；工作辊(9)的高度由丝杠或螺纹传动副组成的工作辊高度调整机构调整。

2.根据权利要求1所述的三维曲面辊压成形装置，其特征在于，所述的工作辊(9)和蜗轮蜗杆传动副通过工作辊支架(11)安装在联接板(6)上，联接板(6)固定在调整体(5)上；与工作辊(9)同轴装配的蜗轮(8)与蜗杆(7)相啮合；工作辊(9)能绕蜗杆(7)的圆心摆动。

3.根据权利要求1或2所述的三维曲面辊压成形装置，其特征在于，所述的蜗轮蜗杆传动副中的蜗杆(7)通过轴承(10)与联接板(6)和工作辊支架(11)联接，轴承(10)为滚动轴承或滑动轴承。

4.根据权利要求1所述的三维曲面辊压成形装置，其特征在于，所述的滑动轴(13)采用方形截面或花键轴与空心轴接头(14)滑动联接。

5.根据权利要求1所述的三维曲面辊压成形装置，其特征在于，所述的工作辊(9)的辊面上装有聚氨酯套(17)。

6.根据权利要求2所述的三维曲面辊压成形装置，其特征在于，所述的工作辊支架(11)上安装有两个中间辊(18)和穿过一整排的长钢丝软轴(19)，工作辊(9)通过两个中间辊(18)带动钢丝软轴转动。

7.根据权利要求1所述的三维曲面辊压成形装置，其特征在于，所述的每个辊压单元(1)的工作辊驱动机构和工作辊高度调整机构各用一个电机带动，或用一个加长蜗杆(20)带动多个蜗轮(8)的方式，使用一个电机带动一排多个工作辊驱动机构或工作辊高度调整机构。

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