CN103302125A - 一种三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置，属于金属塑性加工技术及装备领域。通过在卧式挤压机出模口后依次布置在线淬火装置、多辊弯曲装备和液压导向装置。根据挤压型材的合金种类、截面形状、壁厚和挤压速度等合理调节淬火装置喷嘴的淬火介质、淬火速率，从而控制型材弯曲变形区的温度在250℃～350℃之间，使型材在后续二维和三维两道次弯曲加工过程都具有良好的弯曲变形性，克服弯曲回弹，同时又可防止温度过高型材发生截面塌陷和表面划伤。通过控制系统精确控制辊弯装备压辊和导向装置在各道次的位置、施力大小和停留时间，实现三维变弧度型材的在线弯曲加工，缩短加工流程，提高材料利用率，降低制造成本。

Description

一种三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术及装备领域,特别是一种三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置。 

背景技术

交通运输业的飞速发展同时也面临着能耗、排放和环保等方面的问题。着眼于将来的可持续发展，低油耗、低排放技术已成为世界交通运输产业发展中亟待解决的关键技术。汽车轻量化被广泛认为是实现节能、减排的最有效途径。铝合金具有比强度、比刚度高，吸能性能好，易回收等一系列优点，是汽车轻量化理想的材料。全铝空间框架式车身结构具有重量轻、抗震动及碰撞性能好等特点，因而在车身上具有极好的发展前景，目前已成功应用于Audi A2、A8等高端车型的车身结构。考虑到空气动力学、结构力学和美观等方面的要求，框架式车身铝型材需要弯曲成特定的复杂三维变曲率，从而对弯曲型材的尺寸精度和截面保持、表面质量提出了更高的要求。 

车身用铝型材断面薄壁多筋，结构形式复杂，不但挤压成形困难，而且很难进行后续弯曲成形，严重制约了铝合金材料在汽车上的应用。制造铝合金框架式车身的关键技术在于如何实现型材的高精度弯曲成形。现有的常规冷弯成形工艺复杂，成形过程中易出现回弹、截面变形和表面划伤，需要大型设备，生产效率和材料利用率低，制造成本高，已成为制约汽车车身结构轻量化的瓶颈之一。高效、短流程和低成本的弯曲新工艺开发已成为塑性加工领域备受关注并得到迅速发展的重要方向之一。 

经对现有技术的文献检索发现有以下相关专利： 

一种具有任意截面的曲线形金属管和棒的制造装置申请的韩国发明专利（申请号：CN01810961.6，名称：具有任意截面的曲线形金属管和棒的制造装置），该方法通过挤压过程能够在模腔中将一个或多个坯料挤压和焊接在一起，且由于在偏心锥形挤压弯曲模和锥形芯塞的入口与出口之间空腔截面的偏心度，或者用多孔容器的孔的相对尺寸，或者用多个冲头的相对移动速度而控制的挤压速度的梯度，能够在挤压过程中对它们进行弯曲。

一种镁合金型材挤压－弯曲一体化成形方法申请的中国专利（专利号：ZL200710171857.X，名称：镁合金型材挤压弯曲一体化成形方法），该方法通过在卧式挤压机的出料口附近布置一套三轮辊弯装置，镁合金锭坯经过热挤压形成型材，型材在冷却之前直接进入三轮辊弯装置，由同一平面内的三个辊轮对型材施加弯矩，实现弯曲成形，控制辊轮的运动及位置得到所需弯曲角度与弯曲半径。 

一种弯曲的挤压型材的挤压方法和装置申请的德国发明专利，（专利申请号：CN1549752B，Method and device for extruding curved extrusion profiles ，名称：弯曲的挤压型材的挤压方法和装置），挤压型材在一个设置在一卧式挤压机的一前横粱之前的挤压模中成形并随后通过外力作用被弯曲或弯折以及在挤压加工线上被切分成段，其特征在于，被挤出的条材在卧式挤压机出口处被一个支撑条材底面的支承台接走并且在条材定尺切断后被该支承台带离开挤压加工线并被送走，而在送走过程中同时通过该支承台保持了给后续条材提供一个支承面。 

一种用于制作汽车车架弯曲件的工艺及设备申请的欧洲发明专利（专利申请号：EP0706843B1，Method and device for the production of curved workpieces，名称：弯曲件的制作方法及设备），该方法是挤出的型材直接受具有一定运动轨迹的导引轮作用，型材的前端随导引轮一起运动，型材末端在挤压模具出料口边缘的约束下，形成弯曲件。 

一种用于生产汽车结构件、保险杠、侧围等类似弯曲工件的铝合金挤压弯曲工艺申请的日本发明专利（专利申请号：JP2179313，Manufacture of aluminum extruded/bent products as automobile frame, bumper, side seal, and the like，名称：一种用于生产挤压弯曲工件如汽车结构件、保险杠、侧围等的方法）该方法通过在传统卧式挤压机出口处放置两块可以移动的金属引导板来调整型材的弯曲弧度。第一块金属引导板正对挤压中心，第二块金属引导板可以自由运动，以调整弯曲弧度。 

一种结合在线淬火控温的弯曲型材短流程加工方法和装置申请的中国专利（专利申请号：ZL201010240628.0，名称：一种结合在线淬火控温的弯曲型材短流程加工方法和装置），它将型材的挤压、弯曲和淬火有机结合，通过一道次加工即可制备出合格的弯曲型材。金属坯料在通过挤压模具后挤压成不同断面的型材，其在挤压出口处受外力作用发生弯曲；同时，在卧式挤压机出口处还安装有在线淬火装置，通过调整在线淬火装置与弯曲变形区之间的相对位置和淬火介质的种类及流量来控制挤压型材在进入弯曲变形区的温度，使其具有足够高的弯曲变形温度，保证良好的弯曲性能，避免弯曲回弹；同时又可防止由于型材温度过高而使其在弯曲过程中发生截面塌陷和表面划伤，提高生产效率和产品成品率，降低生产成本。 

以上几种挤压-弯曲一体化加工方法均是利用金属在模具中的不均匀流动或在卧式挤压机出模口处采用引导装置加工单一曲率弯曲型材，对于三维变弧度型材难以成功实施和保证产品尺寸精度。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置，克服三维变弧度型材传统弯曲加工出现的缺陷，提高材料利用率和生产效率，大幅度降低制造成本。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置，包括卧式挤压机，所述卧式挤压机出模口侧设有用于保持金属型材平直的导引滚轮，所述导引滚轮出料侧设有用于控制经所述导引滚轮矫正后的金属型材温度的淬火装置，所述淬火装置出料侧设有用于控制所述变弧度型材在水平面方向弯曲弧度的多辊弯曲装置，所述多辊弯曲装置出料侧设置有用于对所述变弧度型材进行定尺锯切的飞锯和测量仪，所述飞锯和测量仪之间设置有控制所述变弧度型材在垂直方向上的弯曲弧度的液压导向装置，所述液压导向装置出料侧设有用于夹持所述变弧度型材并将所述变弧度型材送入输送导轨的夹持装置，所述输送导轨出料端设有用于卸下所述变弧度型材的卸料装置。 

    所述淬火装置包括工作台、设置在所述工作台上方的上盖，所述上盖和所述工作台之间形成淬火槽；所述工作台长度方向上固定有若干个用于输送所述金属型材的毛毡辊；所述上盖下表面为倒凹形；所述上盖下表面和所述工作台上表面均设有多个淬火介质喷嘴。 

  

毛毡辊选用凯夫拉工业毛毡，避免弯曲过程中划伤型材表面。

所述多辊弯曲装置包括计算机、直线导轨、滑块、和固定在滑块上面的伺服电机、固定在所述伺服电机轴上的压辊和两个主动辊轮；所述两个主动辊轮和压辊构成多辊弯曲装备主体结构，三者连线形成三角形形状；通过计算机PLC编程控制伺服电机丝杆转动，从而控制压辊和两个主动辊轮的压下量。 

所述淬火装置将所述金属挤压型材的温度控制在250℃~350℃之间。 

在挤压机出口布置一副为箱体式结构的淬火装置，其左右、上下都装有小喷嘴。根据型材的合金种类、截面形状、壁厚和挤压速度等合理调节淬火装置喷嘴的淬火介质、淬火速率控制型材进入弯曲变形区的温度在合适的范围内。使型材在后续二维和三维两道次加工过程都具有良好的弯曲变形性，克服弯曲回弹，同时又可防止温度过高型材发生截面塌陷和表面划伤。 

在淬火装置后面安装一副由多组辊轮和控制系统组成的CNC多辊弯曲装置。通过控制系统精确调节辊弯装备某一压辊在弯曲变形第一道次的压下量来成形三维变弧度型材在水平面方向上的第一个弧度。 

在多辊弯曲装备后方安装一个带有数控程序系统的水平面和高度方向可移动的液压导向装置。在弯曲变形第二道次，导向装置沿弯曲型材第一个弧度方向可精确定位。控制导向装置在高度方向的压下量和施力大小来成形三维变弧度型材在垂直方向上的弯曲弧度。 

根据理论和三维软件计算，由控制系统精确控制辊弯装备某一压辊和导向装置在各道次的位置、施力大小和停留时间，协调运动，实现三维变弧度型材的弯曲加工。弯曲成形结束后，通过三坐标测量仪进行曲率测量，根据的三维形状数据反馈到控制系统对辊轮和导向装置位置进行修正。 

从弯曲变形区出来的型材，飞锯根据在线测量仪反馈的信息以与型材挤压出口速度相同的速率与弯曲型材一起运动，完成对变弧度型材进行定尺锯切，然后由夹持装置夹持型材将其转移到输送导轨上。 

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过在卧式挤压机出模口后面依次布置一副淬火装置、CNC多辊弯曲装置（XY水平面方向）和一个水平面和高度方向可精确调整的导向装置（Z向）。根据型材的合金种类、截面形状、壁厚和挤压速度等合理调节淬火装置喷嘴的淬火介质、淬火速率控制型材后续弯曲变形区的温度在合适的范围，如对6系铝合金，控制在250℃~350℃之间。通过控制系统精确控制辊弯装备压辊和导向装置在各道次的位置、施力大小和停留时间，实现三维变弧度型材的弯曲加工。型材经挤压出模口后直接在温、热状态下一道次制备三维变弧度型材，克服传统冷弯和已有挤压-弯曲一体化技术存在的回弹、截面变形和表面划伤等缺陷；缩短了加工流程，提高了材料利用率，降低了制造成本。 

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图； 

图2为图1中I—I向，即一节小淬火槽的一种实施例剖面结构示意图；

图3为图1中变弧度多辊弯曲装置的结构示意图；

图4为一种铝合金车身框架型材截面示意图；

图5为图4所示型材的形状尺寸，三维变弧度弯曲半径依次为1084mm，2266mm，1084mm示意图；

图6为图4所示型材截面形状相适应的导向装置结构示意图，图6为(a)为正视图；图6（b）为俯视图；

图7为另一种铝合金车身框架型材截面示意图；

图8为图7所示型材的形状尺寸，三维变弧度弯曲半径依次为1460mm，1750mm示意图；

图9为图7所示型材截面形状相适应的导向装置结构示意图，图9 (a)为正视图；图9（b）俯视图；

其中：

1：挤压机液压缸；2：挤压杆；3：挤压筒；4；挤压垫；5：挤压坯料； 6：挤压模具；6：挤压机前梁； 8：导引滚轮； 9：淬火装置；10：多辊弯曲装置；11：飞锯；12：液压导向装置；13：测量仪；14：弯变弧度型材；15：夹持装置；16：输送辊道；17：卸料装置；18：上盖；19：喷嘴；20：挤压型材；21：毛毡辊；22：工作台；24：压辊；25：主动辊轮；26：型材出口速度。

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例包括卧式挤压机1，所述卧式挤压机1出模口侧设有用于保持金属型材平直的导引滚轮8，所述金属型材经导引滚轮8矫正后通过淬火装置9控制温度，然后通过多辊弯曲装置10在水平面方向弯曲变形为变弧度型材14，所述变弧度型材14依次通过设置在所述多辊弯曲装置10型材出口侧的飞锯11、控制所述变弧度型材14在垂直方向上的弯曲弧度的液压导向装置12、测量仪13，经定尺锯切处理后由夹持装置15夹持送入输送导轨16，并由设置在所述输送导轨16出料端的卸料装置17卸出。 

如图2所示，淬火装置9包括工作台22、设置在所述工作台22上方的上盖18，所述上盖18和所述工作台22之间形成淬火槽；所述工作台22长度方向上固定有若干个用于输送所述金属型材的毛毡辊21；所述上盖18下表面为倒凹形；所述上盖18下表面和所述工作台22上表面均设有多个淬火介质喷嘴19。 

    如图3所示，多辊弯曲装置10包括计算机、直线导轨、滑块、和固定在滑块上面的伺服电机、固定在所述伺服电机轴上的压辊23和两个主动辊轮24，所述两个主动辊轮24之间的连线、两个主动辊轮24与压辊23的连线组成三角形；所述滑块可沿直线导轨移动；通过计算机PLC编程控制伺服电机丝杆转动，从而控制压辊和两个主动辊轮的压下量。 

实施例1: 用本发明的方法，在2750T挤压机的出口处安装所述的三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置（参见图1），图4所示为挤压型材截面，材料为6061铝合金，挤压坯料直径198mm，长度为500mm。坯料初始挤压温度480℃，挤压模具和挤压垫温度初始温度450℃，挤压筒初始温度为430℃，挤压杆速度为4mm/s，挤压比25，淬火介质为水冷。金属坯料经挤压机挤压出模口以后，经导引滚轮矫正，保证型材的平直性，顺利通过在线淬火装置。根据该型材截面形状，调节上喷嘴水流速度为9m/s，下喷嘴水流速度为13.5m/s，左右喷嘴水流速度为7.5m/s。从而使型材出在线淬火装置后进入多辊弯曲装置的温度范围降为350℃左右。通过PLC计算机编程控制伺服电机转动丝杠，使压辊沿导轨移动，从而精确控制压辊在弯曲变形过程中的压下量大小实现平面变弧度弯曲，其中压辊的压下量分别为23.25mm，10.99mm，23.25mm，停留时间为4.5s，4.46s，4.5s。后续导向装置的截面形状与型材外轮廓相适应，呈凸字形，沿垂直方向上的偏移量为0。然后飞锯根据在线测量仪反馈的信息对变弧度型材进行定尺锯切，然后由夹持装置夹持型材放入输送导轨上。图5所示的三维变弧度型材弯曲半径依次为1084mm，2266mm，1084mm，能满足装配要求，成形后的型材尺寸精度高，截面变形小，表面质量好。 

实施例2: 用本发明的方法，在800T挤压机的出口处布置一副三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置（参见图1）。图6所示为挤压型材截面，材料为AZ31镁合金，挤压坯料直径120mm，长度为210mm。坯料初始挤压温度380℃，挤压模具和挤压垫温度初始温度360℃，挤压筒初始温度为380℃，挤压杆速度为1mm/s，挤压比50，淬火介质为风冷，液压闭环施加压力大小为210N。金属坯料经挤压机挤压出模口以后，经导引滚轮矫正，保证型材的平直性，顺利通过在线淬火装置。根据该型材截面形状，调节上下、左右喷嘴风速为20m/s，使型材的温度降为300℃左右进入多辊弯曲装置。通过PLC计算机编程控制伺服电机转动丝杠，使压辊沿导轨移动，从而精确控制压辊的压下量为20.43mm，来成形三维变弧度型材的第一个弧度；同时使导向装置沿弯曲型材第一个弧度方向精确定位，PLC计算机编程控制伺服电机转动丝杠，使导向装置在高度方向的压下量为17.82mm，实现弯曲型材在垂直方向上的弯曲弧度，其中导向装置的截面形状与空心型材外轮廓相适应，以免划伤型材表面。飞锯根据在线测量仪反馈的信息对变弧度型材进行定尺锯切，然后由夹持装置夹持型材放入输送导轨上。图7所示的三维变弧度型材弯曲半径依次为1460mm，1750mm，能满足装配要求，成形后的型材尺寸精度高，截面变形小，表面质量好。由于镁合金室温塑性差，冷弯成形基本不可能实现，因而该方法特别适合于镁合金弯曲型材加工。 

Claims (4)

1.一种三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置，包括卧式挤压机（1），其特征在于，所述卧式挤压机（1）出模口侧设有用于保持金属型材平直的导引滚轮（8）；所述导引滚轮（8）出料侧设有用于控制经所述导引滚轮（8）矫正后的金属型材温度的淬火装置（9）；所述淬火装置（9）出料侧设有用于控制所述变弧度型材（14）在水平面方向弯曲弧度的多辊弯曲装置（10）；所述多辊弯曲装置（10）出料侧设置有用于对所述变弧度型材（14）进行定尺锯切的飞锯（11）和测量仪（12）；所述飞锯（11）和测量仪（12）之间设置有控制所述变弧度型材（14）在垂直方向弯曲弧度的液压导向装置（12）；所述液压导向装置（12）出料侧设有用于夹持所述变弧度型材（14），并将所述变弧度型材（14）送入输送导轨（16）的夹持装置（15）；所述输送导轨（16）出料端设有用于卸下所述变弧度型材（14）的卸料装置（17）。

2.根据权利要求1所述的三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置，其特征在于，所述淬火装置（9）包括工作台（22）、设置在所述工作台（22）上方的上盖（18），所述上盖（18）和所述工作台（22）之间形成淬火槽；所述工作台（22）长度方向上固定有若干个用于输送所述金属型材的毛毡辊（21）；所述上盖（18）下表面为倒凹形；所述上盖（18）下表面和所述工作台（22）上表面均设有多个喷嘴（19）。

3.根据权利要求1所述的三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置，其特征在于，所述多辊弯曲装置（10）包括计算机、直线导轨、可沿所述直线导轨移动的滑块、固定在滑块上的伺服电机、固定在所述伺服电机轴上的压辊（23）和两个主动辊轮（24）；所述两个主动辊轮（24）和压辊（23）构成多辊弯曲装备主体结构，三者连线形成三角形形状；计算机PLC控制伺服电机丝杆转动，从而控制压辊（23）和两个主动辊轮（24）的压下量。

4.根据权利要求1所述的三维变弧度挤压型材在线弯曲成形装置，其特征在于，所述淬火装置（9）将所述金属型材的温度控制在250℃~350℃之间。

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