CN104259308B - 一种管端无模数控渐进翻卷成形的工具头与方法 - Google Patents

Abstract

一种管端数控渐进翻卷成形的工具头与方法，所述工具头上端为杆状圆柱体，下端有一圆盘，圆盘底面有一呈上大下小的倒置圆台，圆台的侧面与底面之间有倒角，且圆台侧面与圆盘底面通过内凹圆弧光滑过渡。翻卷过程包括以下步骤：(1)管坯下端紧固在渐进成形设备工作台面上；(2)工具头下端的圆台底面位于管坯开口上端的内(外)侧，且圆台侧面与管壁内(外)侧接触；(3)利用数控程序控制工具头，使其绕管坯轴线进行周向运动，同时逐渐向下运动并挤压管壁，使其管壁发生向外(内)的逐渐翻卷变形，利用工具头的连续运动，完成整个管壁向外(内)的翻卷。本发明可以实现管坯管端的柔性翻卷成形，且避免管坯出现轴向压缩失稳。

Description

一种管端无模数控渐进翻卷成形的工具头与方法

技术领域

本发明属于金属成形领域，尤其涉及一种管端数控渐进翻卷成形的工具头与方法。

背景技术

将薄壁管开口管端进行向外或向内的翻卷(或翻转)，可以得到管接头、吸能元件等各种管类结构或功能件。传统的管端翻卷成形，是在机械压力机上通过专用冲压模具对管件进行轴向施压，使其产生一定的塑性变形而完成的，具有生产效率高、成本低的特点，特别在大批量生产时优势明显。但在新产品开发以及用户定制等一些特殊场合，由于批量小、或者制件形状尺寸需要经常调整，利用冲压方式就很难满足时间和成本上的要求。另外，冲压翻卷是利用模具对管坯进行轴向整体施压而完成的，翻卷时薄壁管坯受到很大的轴向压力，容易出现局部塌陷、偏转失稳等现象，从而导致成形失败，成品率较低。

渐进成形是近年来随着数字化等技术的进步而发展起来的一种柔性制造技术。它是在数控机床上，按CAD数字模型并利用简单工具头对板料进行多道次的逐渐成形。由于不需要专用模具或仅采用简单的模具，特别适于航空航天、车辆以及一些民用产品的小批量板金件加工及新品的研制。迄今为止，渐进成形主要用于金属板类零件的加工，在塑性成形方面的潜力和优势有待进一步扩大。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种管端数控渐进翻卷成形的工具头与方法，以解决现有技术存在的不足。

本发明解决上述技术问题的方案是：在数控渐进成形设备上，采用特殊形式的工具头并利用数控加工程序控制工具头的运动轨迹，利用工具头对薄壁管管端进行局部施压，通过管壁的逐渐变形实现向外和向内的翻卷成形。所述工具头上端为杆状圆柱体，下端有一个圆盘，圆盘的轴线与工具头杆状圆柱体的轴线重合；圆盘底面有一上大下小的倒置圆台，圆台侧面与垂直面的夹角θ在10～30°之间，圆台侧面与底面之间有倒角，且圆台侧面与圆盘的底面通过一段内凹圆弧过渡，所述内凹圆弧的半径r按如下公式确定：

$r=[\sqrt{(2D+t)t}+3t]/4$

其中，D为管坯的外直径，t为管坯的壁厚。

本发明的管端数控渐进翻卷成形方法，包括以下步骤：

(1)将管坯的下端利用夹具紧固在渐进成形设备的工作台面上，管坯轴线处于垂直状态，工具头杆状圆柱体的上端紧固在渐进成形设备的加工头上；

(2)利用数控程序控制工具头的运动；向外翻卷时，工具头下端圆台的底面首先伸入管坯上端开口的内侧，且工具头下端圆台的侧面与管壁内侧接触；向内翻卷时，工具头下端圆台的底面位于管坯上端开口的外侧，且工具头下端圆台的侧面与管壁外侧接触；

(3)利用数控程序控制工具头的运动，使工具头一方面以管坯轴线为中心，绕管壁进行周向运动，另一方面使工具头逐渐向下运动并挤压管壁，使管壁材料发生向外和向内的翻卷变形；通过工具头的连续运动，完成整个管壁向外(内)的翻卷成形。

本发明的有益效果是，利用数控渐进成形机床并结合简单的工具头，可以实现薄壁管端的无模数控渐进翻卷成形，且由于成形时管坯轴向受到压力较小，能够避免管坯的轴向塌陷失稳。

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是利用本发明的工具头对管端进行数控渐进外翻卷成形的三维示意图；

图2是本发明所采用的工具头结构示意图；

图3是利用本发明的工具头对管端进行数控渐进外翻卷成形不同变形阶段的示意图；

图4是利用本发明的工具头对管端进行数控渐进内翻卷成形不同变形阶段的示意图。

图1到图4中，1—工具头，2—管坯。

具体实施方式

下面以在渐进成形设备上对外径38mm、壁厚0.5mm的不锈钢管坯进行管端数控渐进翻卷成形为例，说明本发明的具体实施方式。

所采用工具头上端的杆状圆柱体的直径为10mm，下端圆盘的直径和高度分别为20mm和5mm，圆盘底面有一轴线与工具头杆状圆柱体的轴线重合的倒置圆台，所述圆台的锥角θ为25°。根据本发明提供的公式，圆台的侧面与圆盘的底面内凹过渡圆弧的半径r＝2mm。

利用本发明的管端数控渐进翻卷成形，包括以下步骤：

(1)将外径38mm、壁厚0.5mm，长度100mm管坯的下端，利用夹具紧固在渐进成形设备的工作台面上，管坯轴线处于垂直状态，工具头杆状圆柱体的上端紧固在渐进成形设备的加工头上；

(2)向外翻卷时，工具头下端圆台的侧面与管坯上端开口处的管壁内侧接触；向内翻卷时，工具头下端圆台的侧面与管壁上端开口处的管壁外侧接触；

(3)利用数控程序控制工具头的运动，使工具头以250mm/min的速度绕管坯轴线进行周向运动，同时以10mm/min的速度垂直向下运动，逐渐挤压管壁材料，使管壁材料发生向外或向内的翻卷变形。通过工具头的连续运动，最终完成整个管壁向外(内)的翻卷成形。

本发明利用数控渐进成形机床并结合简单的工具头，可以实现管端的柔性翻卷成形，且可以避免成形时管坯因过大的轴向压力而出现塌陷失稳。

Claims (2)

1.一种管端数控渐进翻卷成形的工具头，其特征在于，所述工具头上端为杆状圆柱体，下端有一个圆盘，圆盘的轴线与工具头杆状圆柱体的轴线重合；圆盘底面有一上大下小的倒置圆台，圆台侧面与垂直面的夹角θ在10～30°之间，圆台侧面与底面之间有倒角，且圆台侧面与圆盘的底面通过一段内凹圆弧过渡，所述内凹圆弧的半径r按如下公式确定：

其中，D为管坯的外直径，t为管坯的壁厚。

2.一种利用权利要求1所述工具头进行的管端数控渐进翻卷成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将管坯的下端利用夹具紧固在渐进成形设备的工作台面上，管坯轴线处于垂直状态，工具头杆状圆柱体的上端紧固在渐进成形设备的加工头上；

(2)利用数控程序控制工具头的运动；向外翻卷时，工具头下端圆台的底面首先伸入管坯上端开口的内侧，且工具头下端圆台的侧面与管壁内侧接触；向内翻卷时，工具头下端圆台的底面位于管坯上端开口的外侧，且工具头下端圆台的侧面与管壁外侧接触；

(3)利用数控程序控制工具头的运动，使工具头一方面以管坯轴线为中心，绕管壁进行周向运动，另一方面使工具头逐渐向下运动并挤压管壁，使管壁材料发生向外和向内的翻卷变形；通过工具头的连续运动，完成整个管壁向外或向内的翻卷成形。