CN104707884B - 一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模 - Google Patents

Abstract

一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模。芯棒为长方体形的整体式构件，前端为圆筒结构，内有圆柱窝，后端加工有用于与机床连接的螺纹孔；芯头有多个，为外表面相接的圆柱和圆筒组成的整体式结构，各芯头之间通过圆柱头和圆柱窝连接，通过前端芯头上圆柱头与芯棒圆柱窝配合连接；尾芯头有一个，通过其自身圆柱头接入芯头的圆柱窝进行连接，形成芯头链；芯头、芯棒、尾芯头间通过圆柱头和圆柱窝的配合实现相对转动。当弯曲矩形管时，该芯模结构可以实现对管件的支撑；芯头能够自由转动，以满足矩形管弯曲成形曲率的要求；而整体式的结构保证了零件的加工、安装和拆卸简单易行，对截面尺寸较小的矩形管仍有很好的适应性。

Description

一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模

一、技术领域

本发明涉及一种数控弯管加工模具，具体是一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模。

二、背景技术

由于耐功率大、振动吸收好以及波导损耗低等优点，薄壁矩形波导管组件广泛应用于航空、航天和雷达通讯等领域。然而由于绕弯成形受力复杂、涉及几何、材料和接触多重非线性，且薄壁矩形管本身具有空心、薄壁及截面惯性矩大等特点，导致弯曲过程中管材容易产生截面变形、壁厚变化及回弹等缺陷，严重影响薄壁矩形管的成形精度。为了避免上述成形缺陷，特别是截面变形，这就需要设计合适的芯模以便实现薄壁矩形管的精确绕弯成形。

在传统的薄壁矩形管绕弯过程中，常用液压、沙粒、钢芯芯模等作为芯模进行填充。液压填充物容易附着在管件内表面上，影响其内部精度，且实施困难；沙粒填充物容易划伤内表面且难以充分填充；钢芯芯模主要有弧式芯模、矩形圆弧头、芯模钢带和链式芯模等，弧式芯模和矩形圆弧头芯模结构简单，其下部是平直的，对矩形管内侧几乎起不到支撑作用，不能有效地消除起皱而且很容易造成管件破裂，不能适应薄壁矩形管小半径弯曲；钢带的填充及取出比较费时费力使用不方便，而且容易划伤管件内表面；链式芯模结构不够紧凑、灵活。目前，已有专利(CN102581091A)提出了适用于薄壁矩形管绕弯成形的柔性芯模结构，该芯模结构可以对矩形管的绕弯过程进行有效的支撑，从而减小矩形管的截面变形；然而上述芯模结构为组装式的，存在尺寸小、零件多等特点，当矩形管尺寸较小时，芯模的加工难度加大且安装费时费力。因此有必要开发一种新型的芯模结构，以适应现代工业对薄壁矩形管绕弯精确成形的要求，实现芯模的快速拆装并实现不同截面尺寸矩形管的绕弯成形要求。

三、发明内容

为了克服矩形管绕弯成形易截面变形及产生拉裂等缺陷，解决已有芯模结构在矩形管截面尺寸较小时出现的不足，本发明提出了一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模，该芯模可以有效地消除截面畸变、起皱并减少弯曲过程的拉裂，同时由于其整体式结构便于拆卸，提高了装配效率，且在矩形管截面尺寸较小时能够避免因为组装式芯模太小而额外增加的加工难度，对不同截面尺寸矩形管绕弯成形过程均有着较好的适应性。

本发明包括芯棒、芯头、尾芯头。其中：

所述芯头为外表面相接的圆柱和圆筒构成的一个整体式构件，可以简化加工过程并便于装配。其中直径较小的圆柱称为圆柱头，圆柱头高度与芯棒截面宽度相同；外径较大的圆筒称为芯头体，芯头体横截面圆圆心(以下简称芯头体圆心)与圆柱头横截面圆圆心(以下简称圆柱头圆心)的距离约为圆柱头半径的3倍；芯头体高度与芯棒截面宽度相同，外缘曲率半径为芯棒截面高度的1/2，芯头体内为空心圆筒结构，称为圆柱窝，圆柱窝的曲率半径与圆柱头曲率半径相同；芯头体远离圆柱头的一端被一上一下两段圆弧打断，上段圆弧的确定原则为与下一个芯头的芯头体相交，而下段圆弧的确定原则为下一个芯头旋转15°后与下段圆弧相交。

所述芯棒为长方体零件，为整体式构件，一端加工有螺纹孔，用于与机床的连接固定，称为后端，一端为与芯棒上下端面相切的圆筒形结构，称为前端。芯棒截面尺寸略小于矩形管内截面尺寸，长度视所用矩形管长度决定。前端的圆筒形结构外缘曲率半径等于芯棒截面高度的1/2，且与芯头类似，圆筒形结构被上下两段圆弧打断，形成圆柱窝，上段圆弧的确定原则为与下一个芯头相交，而下段圆弧的确定原则为下一个芯头旋转15°后与下段圆弧相交；前端圆筒形结构中间的圆柱窝半径与芯头圆柱头半径相同。

所述尾芯头结构与芯头结构类似，但是没有圆柱窝。尾芯头的芯头体和尾芯头的圆柱头半径与芯头的对应半径相同。尾芯头高度等于芯棒的截面宽度尺寸，其芯头体在尾芯头横截面圆圆心向尾芯头的圆柱头相反方向偏移一定距离进行切割形成端面。

装配时：

1)组装芯头。将尾芯头的圆柱头装入一个芯头的圆柱窝中，再将组装好的芯头的圆柱头装入下一个芯头的圆柱窝中，注意保证安装时两个芯头的芯头体上的上下两段圆弧应该分别处于组装后芯头的同一侧，即上段圆弧与下个芯头的上段圆弧位于一侧，下段圆弧与下个芯头的下段圆弧位于一侧，按照实际弯管时需要的芯头个数，完成芯头与尾芯头的组装，并形成一段芯头链；

2)安装芯棒。将已安装好的芯头链一端芯头的圆柱头装入芯棒前端的圆柱窝，与芯头的组装类似，注意保持芯头链的上下两段圆弧与芯棒上下两段圆弧位于同侧，完成芯棒的组装后，获得最终的整体式柔性芯模。

本发明包含一个芯棒、多个芯头和一个尾芯头。芯头的圆柱头与圆柱窝相互配合以防止芯头的脱离，而且二者之间可产生转动，使得芯头可以随着管件的弯曲随管转动，从而时刻实现对管件的支撑；芯头外缘直径与芯棒的截面高度相等，而且芯头与芯棒的宽度和倒角都相同，使芯头外缘各点均可与矩形管内壁相配合。由于芯头、芯棒和尾芯头均为整体式结构，直接通过其本身自带的圆柱头、圆柱窝结构进行连接，无需添加其他连接结构的约束，大大简化了芯模的安装拆卸过程，便于调整芯头个数且加工容易，同时整体式的结构在矩形管截面较小时仍然能够实现精确加工，具有很高的适应性。使用时，将芯模置于矩形管内，配合其他绕弯成形模具实现矩形管的绕弯成形。当弯曲矩形管时，芯头能够自由转动，即可根据设计要求完成矩形管小半径弯曲成形，以满足矩形管弯曲成形曲率的要求。

四、附图说明

图1是矩形管绕弯芯模在成形管坯内的状态示意图，

图2是芯模示意图，

图3是芯头示意图，

图4是尾芯头示意图，

图5是芯棒示意图，

图6是矩形管整体式柔性芯模的安装示意图，

图7是实施例所用矩形管形状和截面尺寸。其中：

1.薄壁矩形管 2.芯棒 3.芯头 4.尾芯头 5.圆柱头

6.芯头体 7.圆柱窝 8.上段圆弧 9.下段圆弧 10.螺纹孔

五、具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本实施例使用的矩形管形状尺寸如图7所示，管坯长度200mm，截面尺寸为24.86mm×12.2mm×1mm(b×h×t)，弯曲半径R为40mm，弯曲角度为90°，由此计算出的相对弯曲半径(R/h)为3.28。根据矩形管截面尺寸和弯曲规格，确定芯棒的宽度为22.66mm，高度为10.00mm，长度为150mm；芯头数量为4(3个芯头，1个尾芯头)，各处倒角取0.3mm。

本实施例包括1个芯棒、3个芯头和1个尾芯头。

芯头3为外表面相接的圆柱和圆筒结构。其中直径较小的圆柱为圆柱头5，圆柱头半径取2mm，圆柱头高度与芯棒2宽度相同，为22.66mm；外径较大的圆筒称为芯头体6，芯头体圆心与圆柱头圆心的距离为圆柱头半径5的3倍，取6mm；芯头体6高度与芯棒2宽度相同，为22.66mm，外缘曲率半径为芯棒2高度的1/2，即5.00mm，芯头体6内为圆柱窝7，圆柱窝曲率半径与圆柱头5曲率半径相同；芯头体6远离圆柱头5的一端被一上一下两段圆弧打断，上段圆弧8的确定原则为与下一个芯头的芯头体相交，而下段圆弧9的确定原则为下一个芯头旋转15°后与下段圆弧相交。

所述芯棒2为长方体零件，一端为加工有螺纹孔10，用于与机床的连接固定，称为后端，一端为与芯棒上下端面相切的圆筒形结构，称为前端。芯棒2截面尺寸略小于矩形管内截面尺寸，取22.66mm×10.00mm，长度根据所用矩形管长度，确定为150mm。前端的圆柱窝半径等于芯棒截面高度的1/2，且与芯头3类似，圆柱窝被上下两段圆弧打断，上段圆弧8的确定原则为与下一个芯头相交，而下段圆弧9的确定原则为下一个芯头旋转15°后与下段圆弧相交；前端圆筒形结构中间的圆柱窝7半径与芯头圆柱头5半径相同。

所述尾芯头4结构与芯头3结构类似，但是没有圆柱窝。尾芯头的芯头体6和尾芯头的圆柱头5外径与芯头的对应外径相同。尾芯头4高度等于芯棒2的宽度尺寸，尾芯头的芯头体6在圆心向尾芯头的圆柱头5相反方向偏移一定距离进行切割形成端面。

装配时：

1)组装芯头。取3个芯头和1个尾芯头，将尾芯头的圆柱头装入一个芯头的圆柱窝中，再将组装好的芯头的圆柱头装入下一个芯头的圆柱窝中，注意保证安装时两个芯头的芯头体上的上下两段圆弧应该分别处于组装后芯头的同一侧，即上段圆弧与下个芯头的上段圆弧位于一侧，下段圆弧与下个芯头的下段圆弧位于一侧；按照上述步骤，完成所有芯头和尾芯头的组装，形成一段芯头链；

2)安装芯棒。将已安装好的芯头链一端芯头的圆柱头装入芯棒前端的圆柱窝，与芯头的组装类似，注意保持芯头链的上下两段圆弧与芯棒上下两段圆弧位于同侧，完成芯棒的组装后，获得最终的整体式柔性芯模。

在矩形管绕弯成形时，将所得芯模通过芯棒上螺纹孔与数控绕弯机床连接，并和其他绕弯模具配合使用，实现对矩形管管件的绕弯成形。拆卸时，按照上述步骤逆序操作。

使用本发明时，芯头之间的连接是圆柱头和圆柱窝，下一个芯头的圆柱头可以在上一个芯头圆柱窝内转动。弯曲过程中芯头随矩形管的弯曲而相应地转动，从而实现对矩形管矩形管坯内壁的有效支撑。单个芯头的相对旋转角为15°，这样在实现其柔性的同时，可以实现对管坯的有效支撑。采用本发明，可以很好的实现矩形管的绕弯成形，有效的消除拉裂并减小截面畸变，简化装配，降低芯模加工难度。该芯模结构紧凑，各部件连接紧密，主要零件更换方便，并能适用于小截面尺寸矩形管的绕弯成形。

Claims (4)

1.一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模，其特征在于，包括芯棒、芯头和尾芯头，且芯棒、芯头和尾芯头均为整体式构件；芯头有多个，芯头之间通过圆柱头和圆柱窝连接；尾芯头有一个，通过尾芯头的圆柱头与芯头的圆柱窝连接，形成一段芯头链；芯棒通过前端的圆柱窝与芯头链前端芯头上的圆柱头连接，并通过自身后端的螺纹孔与机床连接，所述芯头为外表面相接的圆柱和圆筒，是一个整体式构件；其中直径较小的圆柱称为圆柱头，圆柱头高度与芯棒横截面宽度相同；外径较大的圆筒称为芯头体，芯头体横截面圆圆心与圆柱头横截面圆圆心的距离约为圆柱头半径的3倍；芯头体高度与芯棒横截面宽度相同，外缘曲率半径为芯棒横截面高度的1/2，芯头体内为空心圆筒结构，称为圆柱窝，圆柱窝的曲率半径与圆柱头曲率半径相同；芯头体远离圆柱头的一端被一上一下两段圆弧打断，上段圆弧的确定原则为与下一个芯头的芯头体相交，而下段圆弧的确定原则为下一个芯头旋转15°后与下段圆弧相交。

2.如权利要求1所述一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模，其特征在于，所述芯棒为一长方体形的整体式结构，后端加工有螺纹孔，用于与机床的连接固定，前端为与芯棒上下端面相切的圆筒形结构；芯棒截面尺寸略小于矩形管的内截面尺寸，长度视所用矩形管长度决定；前端的圆筒形结构外缘曲率半径等于芯棒横截面高度的1/2，圆筒形结构被上下两段圆弧打断，形成圆柱窝，上段圆弧的确定原则为与下一个芯头相交，而下段圆弧的确定原则为下一个芯头旋转15°后与下段圆弧相交；前端圆筒形结构中间的圆柱窝半径与芯头圆柱头半径相同。

3.如权利要求2所述一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模，其特征在于，所述尾芯头结构与芯头结构类似，但是没有圆柱窝；尾芯头的芯头体外径和尾芯头的圆柱头外径与芯头的对应外径相同；尾芯头高度等于芯棒横截面宽度尺寸，尾芯头的芯头体在其横截面圆圆心向尾芯头的圆柱头相反方向偏移一定距离进行切割形成端面。

4.如权利要求3所述一种用于薄壁矩形管绕弯成形的整体式柔性芯模，其特征在于，装配时，芯棒的圆柱窝与芯头的圆柱头连接，芯头之间通过圆柱头和圆柱窝连接，尾芯头的圆柱头与芯头的圆柱窝连接，形成最终的整体式柔性芯模，安装时要保证芯头的上段圆弧和芯棒的上段圆弧处于组装后芯模的同一侧，并保证芯头的下段圆弧和芯棒的下段圆弧处于组装后芯模的同一侧。