CN106311831A - 一种弯管机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弯管机，包括：主轴和与主轴侧面固定相连的胎具，以及与主轴端部固定相连的驱动结构；胎具包括一固定胎具和与固定胎具对位相连的多个移动胎具，固定胎具设有一连续固定胎具接触曲面，多个移动胎具的对应位置均设有一连续移动胎具接触曲面，且固定胎具与多个移动胎具固定相连后，固定胎具接触曲面与移动胎具接触曲面能够无缝扣合，构成吐丝管通道。本发明提供的方案通过设置具有连续曲面的固定胎具和移动胎具，形成吐丝管通道，使得吐丝管可以在吐丝管通道内进行弯制生产，且由于曲面是连续的，所以，可以精准的控制吐丝管的曲线，保证吐丝管的曲线过渡平顺光滑，曲率连续无波动，得到较高弯制精度的吐丝管。

Description

一种弯管机

技术领域

本发明涉及吐丝管弯制成型设备技术领域，特别是指一种弯管机。

背景技术

吐丝机是高速线材生产线机组中的重要设备，其主要运动过程为：电机通过一对螺旋锥齿轮传动，将旋转运动传递到吐丝机的空心轴上。高线精轧机轧制成形的钢材由夹送辊夹送，进入高速旋转的吐丝机空心轴中，再穿入吐丝管中，经过吐丝管受力变形。钢材由高速直线运动变成了近似静止的圆圈，散落在风冷辊道上，再经打包后成为线材盘卷，即俗称的盘条。

吐丝机中使线材变形成圈的部件为吐丝管，为三维不规则空间曲线。理论上吐丝管有一条标准曲线，实际弯制的吐丝管应最大程度上与标准曲线接近。制造吐丝管时要求吐丝管曲线光滑平顺、无高点，各段过度平滑，减小线材在吐丝管内运行时的不规则波动和扰动。如果实际的吐丝管曲线与理论标准曲线偏差过大，则会导致吐丝机吐丝紊乱，盘卷打包、收集困难，影响高线生产节奏和盘卷产品外观质量。

吐丝管弯管机的精度是决定吐丝管整体曲线弯制效果的好坏直接因素，传统的弯管机由主轴、分段式托架和驱动系统组成(见图1)。弯管机在设计时选取了吐丝管标准曲线上的若干个坐标点，在个坐标点反推吐丝管的局部外轮廓，并依照外轮廓设立分段式托架。分段式托架上有固定卡紧装置，用于在该坐标位置夹紧吐丝管。最终弯制成型的吐丝管曲线就是由若干个分段式托架确定的坐标点形成的样条曲线。

吐丝管的弯制过程如下：内、外径符合规格的直管经过加热达到一定温度之后屈服强度降低。操作者将其在弯管机上固定一端，另一端沿着若干个曲面托架弯曲变形，形成空间曲线。每个曲面托架上有固定卡紧装置，将弯曲后的吐丝管定位。经过一段时间的冷却后，吐丝管达到常温，形状固定(见图2和图3)。

这种吐丝管弯管机对吐丝管弯制精度影响主要产生在以下两个方面：

1、由于采用分段式托架，对吐丝管实际弯制曲线的控制不连续。该弯管机在若干托架位置处能够以较高精度控制吐丝管曲线上的坐标点。但是在两托架之间，吐丝管的曲线走势仅能依靠弯制过程中操作者人为控制曲线走势。因此吐丝管曲线的曲率变化很难保证均匀连续。

2、托架上和吐丝管接触的每个固定卡紧装置一般是V型或者圆弧形截面，且与吐丝管接触长度较短。吐丝管在加热弯曲后用此卡紧装置夹紧，由于吐丝管为高Cr、Ni、Mo合金材质无缝热轧管，在冷却过程中受到较强变形抗力作用会产生一定变形，使实际制造出的吐丝管偏离标准管型曲线。

由上可知，现有技术中的吐丝管弯管机生产吐丝管的过程中吐丝管曲线不易控制，且吐丝管易变形，得到的吐丝管弯制精度低，无法满足需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种弯管机，解决现有技术中吐丝管弯制精度低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种弯管机，包括：

主轴和与所述主轴侧面固定相连的胎具，以及与所述主轴端部固定相连的驱动结构；

所述胎具包括一固定胎具和与所述固定胎具对位相连的多个移动胎具，所述固定胎具设有一连续固定胎具接触曲面，所述多个移动胎具的对应位置均设有一连续移动胎具接触曲面，且所述固定胎具与所述多个移动胎具固定相连后，所述固定胎具接触曲面与移动胎具接触曲面能够无缝扣合，构成吐丝管通道。

可选地，所述驱动结构与主轴之间通过端面式法兰螺栓固定相连。

可选地，所述驱动结构为转轮结构。

可选地，所述胎具中的固定胎具通过焊接与所述主轴侧面固定相连。

可选地，所述胎具中的固定胎具通过折弯钢板焊接在所述主轴侧面上。

可选地，所述固定胎具的第一侧与所述移动胎具的第一侧通过合页结构可转动连接，所述固定胎具的第二侧与所述移动胎具的第二侧通过锁紧结构固定相连。

可选地，所述固定胎具的第二侧与所述移动胎具的第二侧均设有螺纹通孔，所述锁紧结构包括螺栓和螺母，所述螺栓穿设于所述螺纹通孔中，并通过所述螺母进行紧固。

可选地，所述固定胎具包括第一母材部和第一增材部，所述第一母材部设有第一初步曲面，所述第一增材部在所述第一初步曲面基础上形成所述固定胎具接触曲面；

所述移动胎具包括第二母材部和第二增材部，所述第二母材部设有第二初步曲面，所述第二增材部在所述第二初步曲面基础上形成所述移动胎具接触曲面。

可选地，所述第一母材部和第二母材部的材质均为低碳钢。

可选地，所述主轴的材质为耐热合金钢。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，所述弯管机通过设置具有连续曲面的固定胎具和移动胎具，形成吐丝管通道，使得吐丝管可以在吐丝管通道内进行弯制生产，且由于曲面是连续的，所以，可以精准的控制吐丝管的曲线，保证吐丝管的曲线过渡平顺光滑，曲率连续无波动，得到较高弯制精度的吐丝管。

附图说明

图1为现有弯管机的结构示意图；

图2为现有弯管机生产的吐丝管正视示意图；

图3为现有弯管机生产的吐丝管侧视示意图；

图4为本发明实施例的弯管机正视结构示意图；

图5为本发明实施例的固定胎具与主轴配合示意图；

图6为本发明实施例的弯管机斜视结构示意图；

图7为图6中圈内结构放大示意图；

图8为本发明实施例的固定胎具结构示意图；

图9为本发明实施例的移动胎具结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的技术中吐丝管弯制精度低的问题，提供一种弯管机，如图4至图9所示，包括：

主轴1和与所述主轴1侧面固定相连的胎具2，以及与所述主轴1端部固定相连的驱动结构3；

所述胎具2包括一固定胎具4和与所述固定胎具4对位相连的多个移动胎具5，所述固定胎具4设有一连续固定胎具接触曲面6，所述多个移动胎具5的对应位置均设有一连续移动胎具接触曲面7，且所述固定胎具4与所述多个移动胎具5固定相连后，所述固定胎具接触曲面6与移动胎具接触曲面7能够无缝扣合，构成吐丝管通道。

本发明实施例提供的所述弯管机通过设置具有连续曲面的固定胎具和移动胎具，形成吐丝管通道，使得吐丝管可以在吐丝管通道内进行弯制生产，且由于曲面是连续的，所以，可以精准的控制吐丝管的曲线，保证吐丝管的曲线过渡平顺光滑，曲率连续无波动，得到较高弯制精度的吐丝管。

其中，如图4和图5所示，所述驱动结构3与主轴1之间通过端面式法兰螺栓固定相连，所述驱动结构3优选为转轮结构，可通过人工施力。

具体的，如图6所示，所述胎具2中的固定胎具4通过焊接与所述主轴1侧面固定相连，为了增加连接强度以及使用寿命，所述胎具2中的固定胎具4可通过折弯钢板焊接在所述主轴1侧面上。

为了达到较好的配合目的，如图4和图6所示，所述固定胎具4的第一侧与所述移动胎具5的第一侧通过合页结构8可转动连接，所述固定胎具4的第二侧与所述移动胎具5的第二侧通过锁紧结构9固定相连。

具体的，如图8和图9所示，所述固定胎具4的第二侧与所述移动胎具5的第二侧均设有螺纹通孔10，所述锁紧结构包括螺栓和螺母，所述螺栓穿设于所述螺纹通孔10中，并通过所述螺母进行紧固。

更具体的，如图7至图9所示，所述固定胎具4包括第一母材部11和第一增材部12，所述第一母材部11设有第一初步曲面13，所述第一增材部12在所述第一初步曲面13基础上形成所述固定胎具接触曲面6；

所述移动胎具5包括第二母材部14和第二增材部15，所述第二母材部14设有第二初步曲面16，所述第二增材部15在所述第二初步曲面16基础上形成所述移动胎具接触曲面7。

需要说明的是，所述第一母材部和第二母材部的材质需选为低碳钢(20号钢或30号钢)；所述主轴的材质需选为耐热合金钢。

下面对本发明实施例提供的弯管机的工艺制造流程和工作原理进行说明。

1、首先理论计算得到吐丝管标准曲线

吐丝管标准曲线可以由理论计算、模拟仿真方法取得，或者通过对已有标准吐丝管的精确测绘获得。吐丝管标准曲线的取得方法在此不做论述。

2、计算机生成吐丝管标准曲线三维模型

得到理论的曲线之后，可在计算机中利用三维建模软件，把吐丝管标准曲线作为已知条件，在计算机中生成吐丝管标准曲线三维模型：根据吐丝管内径d，外径D，得到吐丝管的三维实体模型，该理论模型曲面以 $\mathrm{\δ}\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)$ 表示，也可通过测绘等方法获得该模型。

3、由吐丝管外轮廓曲面，计算机反推吐丝管弯制胎具(弯管机中的胎具)空间三维模型

在计算机中得到吐丝管标准曲线三维模型之后，以吐丝管外轮廓连续曲面为基础，利用三维设计软件，反推以吐丝管外壁为边界曲面的吐丝管弯制胎具三维曲面，建立连续不间断的吐丝管弯制胎具三维空间模型；分别反推得到固定弯制胎具和移动弯制胎具的空间三维模型。

4、利用激光3D增材制造技术，制造弯制胎具三维实体

得到固定弯管胎具、移动弯管胎具的空间三维模型后，以较低成本、较低精度加工固定胎具和移动胎具的母材，分别得到固定胎具母材曲面 ${\mathrm{\δ}}_1\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)$ 和移动胎具母材曲面 ${\mathrm{\δ}}_2\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right);$

将弯管胎具空间三维模型数据导入到激光3D增材制造系统软件中，用混合合金粉末作为增材原料，在母材的基础上融合生成符合吐丝管外壁轮廓的固定胎具增材曲面 ${\mathrm{\δ}}_1^{*}\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right),$ 以及移动胎具的增材曲面 ${\mathrm{\δ}}_2^{*}\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right).$ 此过程中母材的基础面与增材融合为一体:

弯制胎具分为固定胎具和移动胎具两部分，每个胎具上都包含母材和增材两种材质。

4.1母材的准备：高效率的激光3D增材制造技术，需要为增材准备母材。吐丝管弯管机的母材就是弯管机上与吐丝管外壁有一定间隙的连续曲面实体，如图3中的标号11和14所示。母材可以通过简单的机械加工或人工靠模获得，母材的制造精度要求较低。

4.2弯制胎具的增材制造：将第3步得到的弯管胎具空间三维模型数据导入到激光3D增材制造系统软件中，软件将根据激光光斑大小、激光器输出功率、金属粉末输送量等因素，规划计算生成所需要三维曲面的光斑行走轨迹。利用现已成熟的3D激光增材制造技术，使用混合合金粉末作为增材原料，在母材的基础上融合生成符合吐丝管外壁轮廓的增材。配合多自由度机械臂，可保证增材一次成型。

5、曲面的检验及精整

按照1-4步骤，可以生成弯管机上吐丝管成型的胎具接触曲面：固定胎具和移动胎具的制作方式相同。将固定胎具安装在弯管机主轴上，移动胎具分成若干段，并用销轴与固定胎具对位固定，弯管操作时用楔形块、螺栓等方式压紧，即形成连续曲面的吐丝管弯管设备。

为了保证激光增材制造出的胎具曲面的高精度，需对此曲面进行检测及校准。可用接触式三坐标等空间高精度方法，检查 ${\mathrm{\δ}}_1^{*}\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right),{\mathrm{\δ}}_2^{*}\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)$ 与理论目标曲面 $\mathrm{\δ}\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)$ 的符合程度，并修磨增材胎具曲面至允许误差范围内。

以接触式三坐标法进行说明：采用接触式三坐标测量仪，事先选取好若干检测位置，并计算各个位置的空间理论坐标值；而后经三坐标测量仪检测得到该位置实际坐标数据。将理论坐标数据和实测坐标数据进行对比，如发现超出误差允许范围，则需进行精整修磨，并再次校准。

将固定胎具安装在弯管机主轴上，并为移动胎具设置定位销和压紧装置，确保移动胎具与固定胎具有较高的定位精度，以及可靠的压紧力，以该胎具代替图1中的分段式托架。此时的固定胎具和移动胎具已经是吐丝管全长连续的空间曲线。

利用本发明实施例提供的弯管机生产吐丝管的流程如下：

内、外径符合要求的吐丝管直管加热到指定温度后，入口端在弯管机上固定，沿弯管机上的固定胎具由初始段逐渐弯曲，每弯曲一段之后，需将移动胎具固定、压牢，避免吐丝管应力变化引起形状反弹；待吐丝管全长按照固定胎具弯曲后，全部压紧移动胎具。在室温下使吐丝管冷却定型，随时检查胎具与吐丝管外壁间隙；至完全冷却后松开移动胎具，取下弯制成功的吐丝管。

本发明实施例提供的弯管机的特点是：胎具曲面由激光3D增材制造方法得到，曲面的参数在制造前可人为控制调整；激光3D增材制造所得到的胎具三维曲面与吐丝管标准曲线的一致性较好；实际获得的曲面 ${\mathrm{\δ}}^{*}\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)$ 可以与目标曲面 $\mathrm{\δ}\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)$ 有较高的重合度；与以往的弯管机相比，此弯管机使用的弯管胎具为全长连续的空间曲面，吐丝管弯制及定型过程中受到均匀的变形抗力，弯制出的吐丝管曲率光滑连续，不会因实际吐丝管曲线与标准曲线偏离而影响吐丝机的吐丝效果。

综上所述，本发明实施例提供的弯管机克服了原有吐丝管弯管机无法连续控制吐丝管曲线的弊端，保证了吐丝管在弯曲、冷却、定型过程中全长不间断的空间曲面接触，以及，吐丝管上各点的坐标尺寸与吐丝管标准曲线的一致性，并有效提高了吐丝管的弯制精度，使得实际制造出的吐丝管曲线过渡平顺光滑，曲率连续无波动。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述原理前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种弯管机，其特征在于，包括：

主轴和与所述主轴侧面固定相连的胎具，以及与所述主轴端部固定相连的驱动结构；

所述胎具包括一固定胎具和与所述固定胎具对位相连的多个移动胎具，所述固定胎具设有一连续固定胎具接触曲面，所述多个移动胎具的对应位置均设有一连续移动胎具接触曲面，且所述固定胎具与所述多个移动胎具固定相连后，所述固定胎具接触曲面与移动胎具接触曲面能够无缝扣合，构成吐丝管通道。

2.如权利要求1所述的弯管机，其特征在于，所述驱动结构与主轴之间通过端面式法兰螺栓固定相连。

3.如权利要求1所述的弯管机，其特征在于，所述驱动结构为转轮结构。

4.如权利要求1所述的弯管机，其特征在于，所述胎具中的固定胎具通过焊接与所述主轴侧面固定相连。

5.如权利要求4所述的弯管机，其特征在于，所述胎具中的固定胎具通过折弯钢板焊接在所述主轴侧面上。

6.如权利要求1所述的弯管机，其特征在于，所述固定胎具的第一侧与所述移动胎具的第一侧通过合页结构可转动连接，所述固定胎具的第二侧与所述移动胎具的第二侧通过锁紧结构固定相连。

7.如权利要求6所述的弯管机，其特征在于，所述固定胎具的第二侧与所述移动胎具的第二侧均设有螺纹通孔，所述锁紧结构包括螺栓和螺母，所述螺栓穿设于所述螺纹通孔中，并通过所述螺母进行紧固。

8.如权利要求1所述的弯管机，其特征在于，所述固定胎具包括第一母材部和第一增材部，所述第一母材部设有第一初步曲面，所述第一增材部在所述第一初步曲面基础上形成所述固定胎具接触曲面；

所述移动胎具包括第二母材部和第二增材部，所述第二母材部设有第二初步曲面，所述第二增材部在所述第二初步曲面基础上形成所述移动胎具接触曲面。

9.如权利要求8所述的弯管机，其特征在于，所述第一母材部和第二母材部的材质均为低碳钢。

10.如权利要求1所述的弯管机，其特征在于，所述主轴的材质为耐热合金钢。