CN103521570B - 棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，包括上驱动辊、下驱动辊、左侧辊、右侧辊、支承辊、左侧辊直线位移驱动装置和箱体，所述上驱动辊和下驱动辊的轴线位于同一垂直平面内，上驱动辊和下驱动辊外圆面不接触，上驱动辊和下驱动辊的一侧为左侧辊，另一侧为右侧辊，上驱动辊和下驱动辊之间的间距大于工件棒料径向尺寸，右侧辊位于使所述棒料可被卷弯的位置处，左侧辊能通过左侧辊直线位移驱动装置实现直线位移。本发明调整好工艺辊位置后，后续加工同尺寸的圆环无需再次调整，可连续完成进料和一次成型可对焊圆环，具有滚圆工艺简单、安全可靠、效率高、生产工艺周期短等优点。

Description

棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置

技术领域

本发明涉及一种卷圆装置，具体涉及棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置。

背景技术

目前，对于一些尺寸较大的齿轮或蜗轮采取齿圈组装的形式，这样一来不仅可以节约贵重金属，更重的是一旦齿轮有磨损或损坏便于更换。对于质量要求较高的齿圈齿坯的生产一般不采用铸造成型，而可采用：棒料下料-→弯成大圆环-→对焊成大圆环-→打磨焊缝-→加热-→辗圆-→模锻成矩形截面的圆环-→退火修整成环。如发动机上的飞轮齿圈、回转体齿圈等。此种工艺成品质量可靠、加工余量小、材料利用率高。将坯料卷成可对焊圆环是此工艺最为关键的一环，若成型圆环质量不高，将导致对焊前期位置调整工作复杂、焊缝应力增大、焊缝打磨时间长等问题，严重影响所成圆环工件质量和后续加工的时间。

传统圆环件的成型主要靠轧制，国内外学者对轧制成环的工艺及有限元模拟分析都有了全面深入的研究，技术已趋于成熟。轧制成环工艺具有成品质量可靠、精度高、材料利用率高、加工范围广等优点，已广泛应用于航空、机械、化工等行业，是轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮、燃气轮机环等各种无缝环件零件的加工。然而，轧制系统庞大且昂贵，大多用于大型企业无开口圆环的成型，成环效率取决于坯料的质量，不利于中小型企业的经营。反观利用型材（棒料或矩形截面条材）冷弯后对焊成环的工艺则显得更为简单、灵活性也高，但目前研究甚少。冷弯卷园研究主要集中板材上，对棒料（型材）的卷园成环究相对较少。虽然棒料冷弯的方式多种多样，但从冷弯原理来说主要有：拉弯、压弯、绕弯、推弯、滚弯等。拉弯是指坯料在弯曲的同时在坯料两端加以切向拉力，使坯料截面内的应力为拉应力的一种型材弯曲工艺。此种工艺有弯曲精度高，回弹小，表面质量好等优点，但对设备要求高、工艺实施难度大，适用于变曲率弯曲件，不适合成型圆环件。拉弯成型弯曲件广泛应用于汽车、航天等行业。压弯是最早用于棒料弯曲的工艺。它是在油压机的作用下通过模具使棒料成型，工艺简单，成型效率高，但是配套设施多、模具种类多造成生产成本高且不能成型弯曲角度大于180°的棒料。适合工厂大批量生产弯头和带直边弯曲件。绕弯加工是指将棒料通过夹紧机构夹紧在弯曲模上，随弯曲模一起转动，棒料通过压料机构后即可成型。此工艺灵活性强、弯曲效率高操作方便且能弯曲小曲率半径工件，是冷弯大开口弯曲件应用最为广泛工艺。推弯工艺即借助简单的模具(模具尺寸远小于零件尺寸)，在型材轴向施压，毛坯沿轴向在模具的作用下逐点成形，能够制造其它方法难以成形的复杂形状零件。与其他冷弯工艺相比，推弯的模具结构简单、弯曲件曲率一致性好、能成型复杂的结构件。但是冷推弯对压力源要求高，模具制约了其工艺的灵活性。滚弯是通过调整辊轮位置对棒料施加变形力，利用辊轮滚压棒料使其产生连续变形达到预定的形状与尺寸。通过调整滚轮的位置来完成多种尺寸的棒料加工，所以滚弯的加工工艺范围较广，且设备结构简单通用性好，是最适合成型螺旋线型棒料和大曲率半径圆环的工艺。本文需成型大尺寸360°圆环，所以选用滚弯成型工艺。

棒料滚弯成型主要有三辊滚圆机和四辊滚圆机。其中三辊滚圆机有对称式和非对称式两种。对称式三辊卷圆机结构最为简单，但是成型后圆环两端有较长一段不能弯曲即剩余直边，导致圆环接口处呈“八”字形，圆环不能对焊，在不要求弯边的场合应用广泛。非对称式三辊滚圆机结构相对复杂、剩余直边小，但是坯料须掉头弯边，操作不方便，工人劳动强度大，卷圆效率低。四辊滚圆机处理剩余直边的效率高、截面变形小、卷圆精度高、是目前自动化水平较高的滚圆设备，但是结构相对复杂，且滚圆时下辊、两侧辊都需动作，每滚圆一次工艺辊就须按给定的工艺参数动作一次来完成进料和直边预弯等工艺步骤，工艺繁琐。无论是三辊还是四辊滚圆机都需对剩余直边做相应的处理才能使圆环对焊，直接导致卷圆效率低，工人劳动强度大等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种只需一次调整工艺辊位置，便可连续完成进料和一次成型为可对焊圆环、滚圆工艺简单、加工效率高、生产工艺周期短的棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，包括上驱动辊、下驱动辊、左侧辊、右侧辊、支撑辊、左侧辊直线位移驱动装置和箱体，所述上驱动辊和下驱动辊的轴线位于同一垂直平面内，所述上驱动辊和下驱动辊外圆面不接触，所述上驱动辊和下驱动辊的一侧为左侧辊，另一侧为右侧辊，所述下驱动辊和右侧辊之间设有支撑棒料的支撑辊，所述支撑辊位于靠近下驱动辊的位置处，所述左侧辊安装于左侧辊直线位移驱动装置上，所述左侧辊直线位移驱动装置安装固定于箱体上。

所述左侧辊直线位移驱动装置包括固定螺母、螺杆、六角沉头孔、滑块、连接销和滑槽，所述固定螺母固定于箱体上，所述螺杆放置于固定螺母内，所述六角沉头孔设置在螺杆底部，所述螺杆与滑块经过连接销相连接，所述滑块两侧设置有滑槽。

所述箱体在左侧辊直线位移驱动装置部位设置有槽，所述槽的边缘尺寸不大于滑槽的尺寸。

所述棒料15支撑于右侧辊上且其一端插设于上驱动辊和下驱动辊之间时，棒料与上驱动辊和下驱动辊的轴线所在平面的夹角为初始放置角f，所述初始放置角f的大小满足以下公式：

其中，R1为上驱动辊的半径；

R4为下驱动辊的半径；

d为棒料15的径向尺寸；

h为上驱动辊和下驱动辊之间的间距。

所述上驱动辊和下驱动辊之间的间距h的范围为21mm~50mm之间，所述上驱动辊和下驱动辊之间的间距h大于工件棒料径向尺寸d。

所述上驱动辊、左侧辊、右侧辊和下驱动辊外圆面上均设有包夹所述棒料的弧形定位槽，所述支撑辊外圆面也设置为弧形定位槽。

所述左侧辊的位移量s与卷圆半径Rb的对应关系为：

其中：R为工件外圆半径；为左侧辊3的半径；为右侧辊4的半径；H为点A到下驱动辊2上沿的距离；为已知的左侧辊3偏置角度；g、n为中间转换角度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明用于棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，调整好工艺辊位置后，后续加工同尺寸的圆环无需再次调整，可连续完成进料和一次成型可对焊圆环，滚圆工艺简单、效率高、生产工艺周期短。

2、本发明用于棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，上驱动辊和下驱动辊外圆面上开设有包夹棒料的弧形定位槽，定位槽在棒料滚圆过程中可起到定位作用，可靠性高，同时棒料与定位槽之间的接触面大，增大了摩擦力，保证滚圆过程的顺利进行。

3、本发明用于棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，下驱动辊和右侧辊之间设有支撑棒料的支撑辊，当棒料末端脱离右侧辊时，支撑辊仍可支撑棒料，提供使棒料产生弯曲变形所需的弯矩，使棒料末端的直边大大减短。且支撑辊越靠近下驱动辊，棒料末端的直边越短。

4、本发明用于棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，上驱动辊和下驱动辊的另一侧设有左侧辊，通过调整左侧辊的工艺位置，可对棒料形成二次卷圆，卷出直径更小的圆环，弥补了一次卷圆时的尺寸限制，增大了卷圆装置的应用范围。

5、本发明用于棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，左侧辊是可以实现直线位移的，左侧辊的位置是与所卷圆环的直径是一一对应的。在卷制不同直径的圆环时只需调整左侧辊的位置即可，工艺简单、易操作。

6、本发明用于棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，左侧辊安装在滑块上。滑块两侧开有滑槽，滑块以箱体上的槽的两边缘作为轨道，通过螺母螺杆副实现左侧辊的直线位移。此种结构简单、工作可靠，易操作。

附图说明

图1是本发明的主视结构简图；

图2是本发明左侧辊直线位移驱动装置的主视图；

图3是本发明左侧辊直线位移驱动装置的剖面图；

图4是本发明左侧辊直线位移驱动装置的俯视图；

图5是本发明左侧辊直线位移驱动装置的B向视图；

图6是本发明进料时的结构示意图；

图7是本发明开始滚圆时的结构示意图；

图8是本发明定位滚圆时的结构示意图；

图9是本发明滚圆结束时的结构示意图；

图10是本发明滚圆时的位置关系示意图；

图中标号及名称如下：

1、上驱动辊，2、下驱动辊，3、左侧辊，4、右侧辊，5、支撑辊，6、左侧辊直线位移驱动装置，7、箱体，8、固定螺母，9、螺杆，10、六角沉头孔，11、滑块，12、连接销，13、弧形定位槽，14、滑槽，15、棒料。

具体实施方式

为了更加详细的讲解本发明，下面结合附图对本发明进做一步说明。

如图1至图6所示，本发明是棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置的一种实施例，该卷圆装置包括上驱动辊1、下驱动辊2和右侧辊4，上驱动辊1和下驱动辊2的轴线位于同一平面内，其特征在于：上驱动辊1和下驱动辊2位置固定且间隔布置，上驱动辊1和下驱动辊2之间的间距h大于工件径向尺寸d，右侧辊4位于使棒料15可被卷弯的位置处，左侧辊3可实现直线位移，左侧辊3的位置决定被卷圆环直径。该卷圆装置调整好工艺辊位置后，后续加工同尺寸圆环无需再次调整，可连续完成进料和一次成型可对焊圆环，具有滚圆工艺简单、效率高、生产工艺周期短等优点。

本实施例中，棒料15支撑于右侧辊4上且其一端插于上驱动辊1和下驱动辊2之间时，棒料15与上驱动辊1和下驱动辊2的轴线所在平面的夹角为初始放置角f，初始放置角f的大小满足以下公式：

其中，R1为上驱动辊1的半径；

R4为下驱动辊2的半径；

d为棒料15的径向尺寸（即棒料15的直径尺寸）；

h为上驱动辊1和下驱动辊2之间的间距。

本实施例中，上驱动辊1直径为380mm，下驱动辊2直径为300mm，上下驱动辊间距h为30mm。当用径向尺寸d为28mm的棒料15卷制外环尺寸为500mm的圆环时，则初始放置角f需大于8°，左侧辊3从初始位置（左侧辊3与下驱动辊2上沿对齐的位置即为初始位置）向上移动54.3mm即可。用径向尺寸d为25mm的棒料15卷制外环尺寸为560mm的圆环时，则初始放置角需大于8.3°，左侧辊3从初始位置移动41.2mm即可。在其他实施例中，上辊直径、下辊直径和上下驱动辊间距也可以采取其他数值，例如，上驱动辊1和下驱动辊2之间的间距h可在21mm~50mm之间的范围内选取。

本实施例中，滚圆过程简单、高效。传统的滚圆过程分为：对正、夹紧、预弯以及滚圆四个阶段，工艺步较多，滚圆时间长。而该卷圆装置由入料到滚圆一次完成，滚圆后的圆环即可进行对焊，相对传统滚圆工艺少用60%的时间。传统的滚圆设备是通过上辊下压将坯料压紧从而获得足够的摩擦力完成滚圆。而此种五辊滚圆机上驱动辊1、下驱动辊2间的距离是相对固定的，无相对直线运动，且上驱动辊1、下驱动辊2间距须大于所滚坯料的径向厚度。摩擦力是通过坯料与上驱动辊1、下驱动辊2及右侧辊4间的相互作用产生的。上驱动辊1、下驱动辊2旋转的同时将坯料顺着右侧辊4以一定的角度送入上驱动辊1、下驱动辊2间的入料口，右侧辊4起支撑作用提供使坯料产生弯曲变形所需的弯矩，实现一次弯曲。靠近下驱动辊2的支撑辊5的作用是在坯料脱离右侧辊4后起支撑作用，更重要的是有利于坯料末端的弯曲。左侧辊3的位置需通过工艺位置关系进行精确的计算确定，作用是实现二次弯曲使坯料达到所要求的曲率半径。从滚圆过程可知，本实施例中只有左侧辊有直线调整，所以本实施例的运动易实现、成本低、卷圆效率高且一旦确定了工件的尺寸后只需按工艺要求调整左侧辊位置一次就能实现大批量的生产，保证了工件的一致性的同时大大降低了工人的劳动强度，非常适用于工厂大批量工件的生产。

本实施例中，支撑辊5位于上驱动辊1与下驱动辊2之间，且靠近下驱动辊2。右侧辊4在滚圆前期起支撑作用，而支撑辊5在滚圆后期起支撑作用，使整个滚圆过程顺利完成。

本实施例中，上驱动辊1和下驱动辊2上开设有包夹棒料15的弧形定位槽13，弧形定位槽13在棒料15滚圆过程中可起到定位作用，可靠性高，同时棒料15与弧形定位槽13之间的接触面大，增大了摩擦力，保证滚圆过程的顺利进行。

本实施例中，下驱动辊2和右侧辊4之间设有支撑棒料15的支撑辊5。当棒料15末端脱离右侧辊4时，支撑辊5仍可支撑棒料15，提供使棒料15产生弯曲变形所需的弯矩，使棒料15末端的直边大大减短。支撑辊5位于靠近下驱动辊2的位置。显然，支撑辊5越靠近下驱动辊2，棒料15末端的直边越短。

本实施例中，上驱动辊1和下驱动辊2的另一侧设有用于对棒料15形成二次卷圆的左侧辊3。通过调整左侧辊3的工艺位置，可对棒料15形成二次卷圆，卷出直径更小的圆环，弥补了一次卷圆时的尺寸限制，增大了卷圆装置的应用范围。

本实施例中，左侧辊3是可以实现直线位移的，左侧辊3的位置是与所卷圆环的直径是一一对应的。在卷制不同直径的圆环时只需调整左侧辊3的位置即可，工艺简单、易操作。

本实施例中，左侧辊3直线位移的实现是通过左侧辊直线位移驱动装置6实现。确定圆环尺寸后，在卷圆前通过工艺位置计算得出左侧辊所需移动的距离。然后人工用六角扳手转动螺杆9实现滑块11沿螺杆9轴向方向的位移。

本实施例主要用于齿圈毛坯的生产，该卷圆装置成型的圆环通过闪光焊接和辗圆等工艺后即可成为后续工艺的坯料，具有加工余量少、坯料质量可靠等特点。

本发明棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置的工艺过程如下：

1、进料。当上驱动辊1、下驱动辊2旋转时，将棒料15送入入料口。棒料15与上驱动辊1、下驱动辊2、右侧辊4接触，棒料15在上驱动辊1施加的摩擦力和压力、下驱动辊2施加的摩擦力和支撑力及右侧辊4的支撑力的共同作用下进料，如图6所示。

2、开始滚圆。棒料15进入入料口后即进入了滚圆阶段，棒料15开始发生弯曲变形。右侧辊4支撑棒料15使其与上驱动辊1、下驱动辊2产生足够的摩擦力，使棒料15发生弯曲变形，完成第一阶段滚圆，如图7所示。

3、定位滚圆。由于第一阶段滚圆的曲率半径过大不能达到工件尺寸，所以需要左侧辊3对棒料15进行第二阶段滚圆。当棒料15与左侧辊3接触后在上驱动辊1、下驱动辊2所提供的摩擦力作用下及左侧辊3的反作用力共同作用下发生第二次弯曲变形，使工件达到要求的曲率半径，如图8所示。

4、滚圆结束。滚圆后期当棒料15离开右侧辊4后，支撑辊5替代右侧辊4的作用，提供棒料15后期弯曲所需的摩擦力，直至滚圆结束，如图9所示。

本实施例滚圆时的位置关系示意图如图10所示，由图10可知：

在中有：

（1）

在中有：，即

（2）

又由正弦定理得：（3）

在中，由正弦定理有：

由上式得：（4）

（5）

从上述可知，左侧辊3的位移s与卷圆半径Rb之间的对应关系为：

（6）

其中：R为工件外圆半径；为上驱动辊1的半径；为左侧辊3的半径；为右侧辊4的半径；为下驱动辊2的半径；H为点A到下驱动辊2上沿的距离。为已知的左侧辊3偏置角度。

Claims (2)

1.棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，其特征在于：包括上驱动辊（1）、下驱动辊（2）、左侧辊（3）、右侧辊（4）、支撑辊（5）、左侧辊直线位移驱动装置（6）和箱体（7），所述上驱动辊（1）和下驱动辊（2）的轴线位于同一垂直平面内，上驱动辊（1）和下驱动辊（2）外圆面不接触，上驱动辊（1）和下驱动辊（2）的一侧为左侧辊（3），另一侧为右侧辊（4），下驱动辊（2）和右侧辊（4）之间设有支撑辊（5），支撑辊（5）位于靠近下驱动辊（2）的位置处，左侧辊（3）安装于左侧辊直线位移驱动装置（6）上，左侧辊直线位移驱动装置（6）安装固定于箱体（7）上；

所述左侧辊直线位移驱动装置（6）包括固定螺母（8）、螺杆（9）、六角沉头孔（10）、滑块（11）、连接销（12）和滑槽（14），所述固定螺母（8）固定于箱体（7）上，所述螺杆（9）放置于固定螺母（8）内，所述六角沉头孔（10）设置在螺杆（9）底部，所述螺杆（9）与滑块（11）经过连接销（12）相连接，所述滑块（11）两侧设置有滑槽（14）；

所述箱体（7）在左侧辊直线位移驱动装置（6）部位设置有槽，所述槽的边缘尺寸不大于滑槽（14）的尺寸；

所述棒料（15）支撑于右侧辊（4）上且其一端插设于上驱动辊（1）和下驱动辊（2）之间时，棒料（15）与上驱动辊（1）和下驱动辊（2）的轴线所在平面的夹角为初始放置角f，所述初始放置角f的大小满足以下公式：

其中，R1为上驱动辊（1）的半径；

R4为下驱动辊（2）的半径；

d为棒料（15）的径向直径尺寸；

h为上驱动辊（1）和下驱动辊（2）之间的间距；

所述上驱动辊（1）、左侧辊（3）、右侧辊（4）和下驱动辊（2）外圆面上均设有包夹所述棒料（15）的弧形定位槽（13），所述支撑辊（5）外圆面也设置为弧形定位槽（13）。

2.根据权利要求1所述的棒料成型为可对焊圆环的五辊卷圆装置，其特征在于：所述上驱动辊（1）和下驱动辊（2）之间的间距h的范围为21mm~50mm之间，所述上驱动辊（1）和下驱动辊（2）之间的间距h大于工件棒料（15）径向直径尺寸d。