CN107931416B

CN107931416B - 一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置及方法

Info

Publication number: CN107931416B
Application number: CN201710878860.9A
Authority: CN
Inventors: 靳凯; 马子奇; 郭训忠; 袁其炜; 程怡; 马燕楠; 王辉
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics; Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics; Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: CN107931416A

Abstract

本发明提供了一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置及方法，所述的装置包括沿管坯轴向依次连接的推进机构、管件夹紧机构、管件导向机构和弯曲模，弯曲模外设置有球面轴承，弯曲模内设置有旋压减径机构，旋压减径机构左右两侧通过两个圆锥轴承与弯曲模接触在弯曲模内高速转动。本发明通过弯曲模内部装入的旋压减径机构使管材减径，同时将绕轴线高速旋转的三个旋轮代替了原有弯曲模的与管件接触的圆弧部分，使管材在减径的同时实现了三维自由弯曲变形，得到所需管径的自由弯曲空心构件。

Description

一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置及方法

技术领域

本发明涉及金属复杂构件先进制造技术领域，具体是一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置及方法。

背景技术

复杂的空心弯曲构件在化工、航空航天、核电、以及其他民用工业等诸多领域具有广泛的应用，承担各种重要介质的输送。当下，金属弯曲件的空间构型也渐趋复杂，弯曲件的轴线形式从平面形式逐渐演变成空间形式，同一个弯曲件上所具有的弯曲半径数也逐渐增多。对于弯管而言，通过变弯曲半径、轴线为平面或空间曲线的复杂弯管空间构型，更加有效的节省空间，使组件更为紧凑的同时大大的缩短的空心构件的行程。一方面降低管路系统重量，对于航空发动机以及导弹系统非常重要，另一方面也更为经济。

目前，对于金属复杂弯曲构件，常见的包括绕弯、拉弯、压弯、推弯、辊弯等弯曲成形技术。现有弯曲方法适用于几何形状较简单、弯曲半径不连续变化的管材弯曲成形。对于空间弯曲构件或者弯曲半径连续变化的复杂弯曲构件，则具有一定的局限性，同时在弯曲改变弯曲半径的弯管时需要根据弯曲半径不断更换弯曲模具，极大降低了生产效率。

此外，当下的弯曲成形，管坯的管径都是与成品件对应的管径，如若空心构件的尺寸较为特殊，需在弯曲成形前多一道工序，将管坯成形成成品空心构件所需的管径，然后进行后续的成形。工序较多，生产效率较低。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置及方法,通过弯曲模内部装入的旋压减径机构使管材减径，同时将绕轴线高速旋转的三个旋轮代替了原有弯曲模的与管件接触的圆弧部分，使管材在减径的同时实现了三维自由弯曲变形，得到所需管径的自由弯曲空心构件。

本发明提供了一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置，包括沿管坯轴向依次连接的推进机构、管件夹紧机构、管件导向机构和弯曲模，弯曲模外设置有球面轴承，球面轴承由向X、Y两个方向运动的伺服电机控制，在XY平面轴移动；弯曲模外边面和球面轴承接触且外表面为球体，在X、Y轴上平动和转动，通过球面轴承带动弯曲模的移动而和转动；弯曲模内设置有旋压减径机构，旋压减径机构左右两侧通过两个圆锥轴承与弯曲模接触在弯曲模内高速转动；所述的旋压减径机构包括旋压转盘和设置在旋压转盘内与旋压转盘同心的三个旋轮，旋压转盘上有移动导槽，移动导槽间设置移动导滑块，旋轮通过移动导滑块在移动导槽中的移动来调整旋轮下压量,管坯穿过三个旋轮中心。

所述的移动导槽两侧装有三对固定块，用于提高旋轮刀杆和旋轮的稳定性，使装置有更好的刚性，减少空心构件在减薄旋压过程中的较大波纹的产生。

所述的管件夹紧机构与管坯之间设置有油槽，用于管件外表面的润滑，降低管坯变形过程中与旋轮的摩擦，将空心构件和旋轮的动摩擦系数控制在0.05～0.1，减少对构件和旋轮的损伤。

所述的旋轮尺寸为50mm～150mm，同时它的尺寸决定了空心构件的减薄区间，对应旋轮最小管径尺寸为三旋轮的相切位置对应的管坯管径，最大尺寸为旋轮在外侧移动导槽极限位置时三旋轮位置对应的管坯的管径。

本发明还提供了一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的方法，包括以下步骤：

1)推进机构连续推动管坯运动，管坯由夹紧机构进入到旋压减径机构；

2)根据所要求弯曲管材的截管径，旋轮通过旋轮移动导滑块在移动导槽中移动来调整旋轮的位置，控制旋轮压下量；

3)伺服电机控制球面轴承由向X、Y两个方向运动，球面轴承带动弯曲模的移动和转动，从而使管坯完成三维自由弯曲变形，成形出所需管径的自由弯管。

步骤1)所述的推进机构推动管坯运动速度为0～400mm/s，同时能够实时地控制空心构件的进给速度以协调整个旋压弯曲变形过程。

本发明有益效果在于：

1、本发明对管坯的管径尺寸没有严格的要求，在管径尺寸的范围内管坯，即可成形出所符合要求管径的空心构件。

2、本发明无需更换弯曲模即可改变弯曲半径，弥补了传统技术需要更换模具才能实现不同弯曲半径的不足，极大的降低了生产成本。

3、本发明所提供的金属管材成形方法有较高柔性和生产效率，在航空航天、核能、石化等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。

附图说明

图1、基于旋压工艺的管材减径空间自由弯曲装置的成形原理示意图。

图2、旋轮转盘机构的示意图。

图3、变径的L形弯管示意图。

图4、变径的U形弯管示意图。

图中，1-推进机构、2-管件夹紧机构、3-管坯、4-油槽、5-管件导向机构、6-圆锥轴承、7-弯曲模、8-旋压减径机构、9-球面轴承、10-旋轮、11-旋压转盘、12-移动导槽、13-移动导滑块、14-旋轮刀杆、15-固定块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明提供了一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置，包括沿管坯3轴向依次连接的推进机构1、管件夹紧机构2、管件导向机构5和弯曲模7，弯曲模8外设置有球面轴承9，球面轴承9由向X、Y两个方向运动的伺服电机控制，在XY平面轴移动；弯曲模8外边面和球面轴承9接触且外表面为球体，在X、Y轴上平动和转动，通过球面轴承9带动弯曲模8的移动而和转动；弯曲模7内设置有旋压减径机构8，旋压减径机构8左右两侧通过两个圆锥轴承6与弯曲模接触7在弯曲模内高速转动；所述的旋压减径机构8包括旋压转盘11和设置在旋压转盘11内与旋压转盘11同心的三个旋轮10，旋压转盘上有移动导槽12，移动导槽12间设置移动导滑块13，旋轮10通过移动导滑块13在移动导槽12中的移动来调整旋轮下压量,管坯3穿过三个旋轮10中心。

所述的移动导槽12两侧装有三对固定块15，用于提高旋轮刀杆14和旋轮10的稳定性，使装置有更好的刚性，减少空心构件在减薄旋压过程中的较大波纹的产生。

所述的管件夹紧机构2与管坯3之间设置有油槽4，用于管件外表面的润滑，降低管坯3变形过程中与旋轮10的摩擦，将空心构件和旋轮的动摩擦系数控制在0.05～0.1，减少对构件和旋轮的损伤。

所述的旋轮10尺寸为50mm～150mm，同时它的尺寸决定了空心构件的减薄区间，对应旋轮最小管径尺寸为三旋轮的相切位置对应的管坯管径，最大尺寸为旋轮在外侧移动导槽极限位置时三旋轮位置对应的管坯的管径。

1)推进机构1连续推动管坯3运动，管坯3由夹紧机构2进入到旋压减径机构8；

2)根据所要求弯曲管材的截管径，旋轮11通过旋轮移动导滑块13在移动导槽12中移动来调整旋轮10的位置，控制旋轮10压下量；

3)伺服电机控制球面轴承9由向X、Y两个方向运动，球面轴承9带动弯曲模8的移动和转动，从而使管坯3完成三维自由弯曲变形，成形出所需管径的自由弯管。

步骤1)所述的推进机构1推动管坯3运动速度为0～400mm/s，同时能够实时地控制空心构件的进给速度以协调整个旋压弯曲变形过程。

下面通过具体的的实施例子，详细说明6061铝合金管、以及304不锈钢管减薄弯曲成形工艺。

参考图1-2，管坯在推进机构(1)的推动下向前运动，前端的夹紧机构起到了管坯固定及定位的作用，防止管坯通过后续的装置时发生错位，同时也可减少在减薄旋压过程中的振动。管坯由夹紧装置(2)通过管件导向机构进入整个旋压弯曲系统，通过调整旋轮位置，达到所需的管径尺寸，选择不同材料对应的转数，实时的控制推进机构的速度，通过旋压减薄工艺，成形所需管径的空心构件，同时在已定的弯曲半径，弯曲角度、弯曲方向的参数下，由球面轴承带动弯曲模成形出所要求的弯管构件。

实施例1

第一步，将长1000m、直径20mm、壁厚1mm的6061铝合金管放入设备中，由推进机构推动管坯向前运动；

第二步，利用夹紧机构起到了管坯固定和定位作用，防止管坯通过后续的装置时发生错位，也可减少在变形过程中的振动；

第三步，利用旋压机构对管坯进行局部旋压减径，在开始的直段和弯曲段不改变管径，通过已定参数弯：曲半径100mm，弯曲角90度，在球面轴承带动下，完成弯曲段，在第二个直段通过调整旋轮下压量使管径变成18.5mm，最终得到如图3所示的变径L形的空心弯管。

实施例2

第一步，将长1000m、直径16mm、壁厚1mm的304不锈钢管放入设备中，由推进机构推动管坯向前运动；

第二步，利用夹紧机构起到了管坯固定和定位作用，防止管坯通过后续的装置时发生错位，也可减少在减薄旋压过程中的振动；

第三步，利用旋压机构对管坯进行局部旋压减径，通过第一个直段后，在第一个弯曲段进行减径弯曲变形，调整旋轮下压量使管径变成15.5mm，同时弯曲模通过已定的参数：弯曲半径90mm，弯曲角90度，在球面轴承带动下，完成第一个弯曲段，在第二个直线段和弯曲段调整旋轮下压量使管径还原为16mm，通过已定参数：弯曲半径90mm，弯曲角90度，在球面轴承带动下，完成第二个弯曲段，然后调整旋轮下压量将管径变成15.5mm，完成最后的直段，最终得到如图4所示的变径U形的空心弯管。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅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技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置，其特征在于：包括沿管坯（3）轴向依次连接的推进机构（1）、管件夹紧机构（2）、管件导向机构（5）和弯曲模（7），弯曲模（7）外设置有球面轴承（9），球面轴承（9）由向X、Y轴两个方向运动的伺服电机控制，在X、Y轴两个方向移动；弯曲模（7）外表面和球面轴承（9）接触且外表面为球体，在X、Y轴上平动和转动，通过球面轴承（9）带动弯曲模（7）的移动和转动；弯曲模（7）内设置有旋压减径机构（8），旋压减径机构（8）左右两侧通过两个圆锥轴承（6）与弯曲模（7）接触在弯曲模内高速转动；所述的旋压减径机构（8）包括旋压转盘（11）和设置在旋压转盘（11）内与旋压转盘（11）同心的三个旋轮（10），旋轮（10）的旋转轴线平行于管坯的轴线，旋压转盘上有移动导槽（12），移动导槽（12）间设置移动导滑块（13），旋轮（10）通过移动导滑块（13）在移动导槽（12）中的移动来调整旋轮下压量, 管坯（3）穿过三个旋轮（10）中心；所述的移动导槽（12）两侧装有三对固定块（15）；所述的管件夹紧机构（2）与管坯（3）之间设置有油槽（4）。

2.根据权利要求1所述的旋压减径与空间自由弯曲同步成形的装置，其特征在于：所述的旋轮（10）尺寸为50mm~150mm。

3.一种采用权利要求1所述的装置进行旋压减径与空间自由弯曲同步成形的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）推进机构（1）连续推动管坯（3）运动，管坯（3）由夹紧机构（2）进入到旋压减径机构（8）；

2）根据所要求弯曲管材的截管径，旋轮（10）通过移动导滑块（13）在移动导槽（12）中移动来调整旋轮（10）的位置，控制旋轮（10）压下量；

3）伺服电机控制球面轴承（9）向X、Y轴两个方向运动，球面轴承（9）带动弯曲模（8）的移动和转动，从而使管坯（3）完成三维自由弯曲变形，成形出所需管径的自由弯管。

4.根据权利要求3所述的旋压减径与空间自由弯曲同步成形的方法，其特征在于：步骤1）所述的推进机构（1）推动管坯（3）运动速度为0~400mm/s。