CN108080458B - 一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置及方法,包括管坯推进装置、弯曲模和球面轴承(7),其中,弯曲模包括弯曲模架(5)和合金钢棒(6),弯曲模架(5)沿圆周周向设置多个通孔,通孔内安装有合金钢棒(6),每个合金钢棒(6)沿弯曲模架(5)径向在驱动装置的驱动下可以自由伸缩运动,每个合金钢棒沿弯曲模架(5)径向伸缩运动使弯曲模内径以及形状可调,能够渐近成型加工得到不同截面尺寸和截面形状的零件。本发明通过改变细小合金钢棒的组成形状,可以调控弯曲模的尺寸和形状,从而改变弯管的截面形状和尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及三轴自由弯曲局部渐进成形先进制造技术领域,具体是一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置及方法。
背景技术
航空航天器中经常采用复杂形状的空心构件(通常呈现各种复杂空间构型),各处弯曲半径不尽相同,成形精度要求高。并且,空心构件的截面特征有可能是沿轴线变化的。同时,由于特殊的工作环境,因此要求其能承受液体流通产生的高压,且管坯冷弯时不产生截面畸变,可扩口、压扁无裂痕,以上技术要求对空心构件的成形质量提出了很高的要求。
现有的预弯—内高压成形多工步制造技术虽然可以实现变截面三维复杂空心件的制造,但是多工步制造技术并不能同时满足空心构件精度和力学性能的要求,同时,根据空心构件相对弯曲半径和空间形状的不同,在预弯和内高压每个工步中必须不断更换弯曲模和内高压模具,从而极大降低了生产效率、提高了生产成本,故无法满足变截面三维复杂构件的生产要求。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题,提供了一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置及方法,采用在线调整弯曲模的形状和尺寸,提出了三轴自由弯曲局部渐进成形技术,有效地解决了实际应用中的变截面三维复杂构件生产的生产效率低、生产成本高和成形质量不高的问题。
一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置,包括管坯推进装置、弯曲模和球面轴承(7),其中,弯曲模包括弯曲模架(5)和合金钢棒(6),弯曲模架(5)沿圆周周向设置多个通孔,通孔内安装有合金钢棒(6),合金钢棒(6)组合成的空心圆环结构,每个合金钢棒(6)沿弯曲模架(5)径向在驱动装置的驱动下可以自由伸缩运动,每个合金钢棒沿弯曲模架(5)径向伸缩运动使弯曲模内径以及形状可调,能够渐近成型加工得到不同截面尺寸和截面形状的零件。合金钢棒数量可以根据需要调整,例如5-20根直径3-10mm的合金钢棒。
所述的三轴自由弯曲局部渐进成形装置,所述的管坯推进装置包括位于管坯(2)后端的推块(1)、位于管坯(2)中端的压块(3)以及位于管坯(2)前端的导套(4);管坯在推块(1)连续推动下向前运动,压块(3)起到了管坯定位作用,防止管坯通过后续装置时发生错位,同时可以防止在成形过程中管坯振动,随后管坯在导套(4)的导向作用下顺利通过弯曲模。
所述的三轴自由弯曲局部渐进成形装置,所述的弯曲模内径变化范围为5mm-30mm。
根据所述三轴自由弯曲局部渐进成形装置的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,包括以下步骤:
1)将管坯放入设备中,由管坯推进装置推动管坯向前运动;
2)根据生产需求,弯曲模中的合金钢棒(6)在系统的控制下沿弯曲模架(5)径向伸缩运动,使弯曲模的形状和尺寸达到管坯(2)的要求;
3)利用球面轴承(7)按照预先设定的轨迹带动弯曲模运动,利用球面轴承(7)的偏心运动使管坯在弯曲部分产生偏心距,实现对管坯(2)进行三维自由弯曲局部渐进弯曲成形,最终得到形状复杂的零件。
所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,还包括第四步:通过对弯曲后的空心构件进行三维扫描,并与目标产品的三维几何模型进行尺寸对比,进而修改弯曲工艺参数,解决弯曲后回弹问题。
所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,步骤3)所述的弯曲成型过程中最小相对弯曲变径为2.5。
所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,在变弯曲角度弯曲时,改变弯曲模在每个偏心距的停留运动。
所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,在螺旋弯曲时,弯曲模在XY平面先运动到预定偏心距后以1/4圆弧为运动轨迹运动,再回到初始位置。
所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,在空间弯曲时,弯曲模在XY平面中进行多次偏心停留运动。
本发明有益效果在于:
1、本发明为变截面三维复杂构件的成形提供了一种新的成形方法;最终成形件成形精度高;
2、本发明通过改变细小合金钢棒的组成形状,可以调控弯曲模的尺寸和形状(截面可以为规则的圆形多边形,也可以为不规则的形状),从而改变弯管的截面形状和尺寸,它可实现截面非圆或椭圆的弯管柔性成形,成形柔性度较大;
3、本发明方法简单可行,可以很容易地实现变弯曲半径弯曲、变弯曲角度弯曲、螺旋形弯曲、空间弯曲等多种空心复杂弯曲构件的成形,避免了传统技术需要更换模具才能实现不同弯曲半径的缺陷,大大提高了弯曲复杂构件时的效率,在航空、航天、汽车制造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为三轴自由弯曲局部渐进成形装置示意图;
图2为图1的局部放大图;
图3为图2的剖面图;
图4为实施例1制得零件示意图;
图5为实施例2制得零件示意图;
图6为实施例3制得零件示意图;
图中,1推块、2管坯、3压块、4导套、5弯曲模架、6合金钢棒、7球面轴承。
具体实施方式
以下结合具体实施例,对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置,如图1所示,包括依次连接的管坯推进装置、弯曲模和球面轴承7,其中,弯曲模包括弯曲模架5和合金钢棒6,弯曲模架5沿圆周周向设置通孔,通孔内安装有合金钢棒6,每个合金钢棒沿弯曲模架5径向在驱动装置的驱动下可以自由伸缩运动,使弯曲模内径以及内部形状可调进而对管坯进行不同截面形状和截面尺寸的渐近成型加工,内径变化范围为5mm-30mm。
所述的管坯推进装置包括位于管坯2后端的推块1、位于管坯2中端的压块3以及位于管坯2前端的导套4。管坯在推块1连续推动下向前运动,压块3起到了管坯定位作用,防止管坯通过后续装置时发生错位,同时可以防止在成形过程中管坯振动,随后管坯在导套4的导向作用下顺利通过弯曲模。
本发明还提供了一种三轴自由弯曲局部渐进成形方法,包括以下步骤:
1将管坯放入设备中,由管坯推进装置推动管坯向前运动;
2根据生产需求,弯曲模中的合金钢棒6在系统的控制下沿弯曲模架5径向伸缩运动,使弯曲模的形状和尺寸达到管坯2的要求;
3利用球面轴承7按照预先设定的轨迹带动弯曲模运动,利用球面轴承7的偏心运动使管坯在弯曲部分产生偏心距,实现对管坯2进行三维自由弯曲局部渐进弯曲成形,比如在变弯曲半径弯曲时,在推进管坯向前运动过程中,通过弯曲模运动来实现改变弯管弯曲半径;在变弯曲角度弯曲时,改变弯曲模在每个偏心距的停留运动;在螺旋弯曲时,弯曲模在XY平面先运动到预定偏心距后以1/4圆弧为运动轨迹运动,再回到初始位置;在空间弯曲时,弯曲模在XY平面中进行多次偏心停留运动。最终得到形状复杂的零件。所述的弯曲成型过程中最小相对弯曲变径为2.5。
实施例1
第一步,将长1170mm、直径15mm、壁厚1mm的H68铜合金管放入设备中,由推块推动管坯向前运动;
第二步,弯曲模在系统的控制下调整成圆形开口,开口直径为15.2mm;
第三步,球面轴承在运动平面从初始位置出发运动到坐标为(0,10)的偏心位置,然后再以顺时针的四分之一圆弧轨迹带动弯曲模运动,实现对管坯三维自由弯曲成形,最终得到如图4所示的复杂弯曲的空心构件。
第四步,通过对弯曲后的空心构件进行三维扫描,并与目标产品的三维几何模型进行尺寸对比,进而修改弯曲工艺参数,解决弯曲后回弹问题。
实施例2
第一步,将长1500、直径20mm、壁厚2mm的1060铝合金管放入设备中,由推块推动管坯向前运动;
第二步,弯曲模在系统的控制下调整成圆形开口,开口直径为20.2mm;
第三步,球面轴承在运动平面从初始位置出发运动到坐标为(0,15)的偏心位置,然后再以逆时针的二分之一圆弧轨迹带动弯曲模运动,实现对管坯三维自由弯曲成形,最终得到如图5所示的复杂弯曲的空心构件。
第四步,通过对弯曲后的空心构件进行三维扫描,并与目标产品的三维几何模型进行尺寸对比,进而修改弯曲工艺参数,解决弯曲后回弹问题。
实施例3
第一步,将长1000mm、直径10mm、壁厚1mm的5754铝合金管放入设备中,由推块推动管坯向前运动;
第二步,弯曲模在系统的控制下调整成局部凸出的形状。
第三步,球面轴承在运动平面从初始位置出发运动到坐标为(0,-8)的偏心位置,然后再以逆时针的三分之一圆弧轨迹带动弯曲模运动,实现对管坯三维自由弯曲成形,最终得到如图6所示的带凹槽的复杂弯曲的空心构件。
第四步,通过对弯曲后的空心构件进行三维扫描,并与目标产品的三维几何模型进行尺寸对比,进而修改弯曲工艺参数,解决弯曲后回弹问题。
三轴自由弯曲局部渐进成形先进制造技术的弯曲模是由很多细小合金钢棒组成,且可在系统控制下自由伸缩,实现弯曲模的形状和尺寸在线调整。通过弯曲模的在线调整三轴自由弯曲局部渐进成形技术则能实现空心构件在各种弯曲半径条件下的高精度无模局部渐进成形,极大提高了生产效率和降低了生产成本,同时能够很好地满足航空航天空心构件的性能要求。
三轴自由弯曲局部渐进成形技术相对传统成形技术的重要优势有:
(1)通过对弯曲模偏心距的改变即可满足空心复杂构件不同弯曲半径条件下的弯曲成形,避免了传统技术需要更换模具才能实现不同弯曲半径的缺陷,且实现了在线调成弯曲模尺寸和形状以及局部渐进成形,大大提高了弯曲复杂构件时的效率,同时极大的降低了生产成本;
(2)该技术通过控制弯曲模运动可以很容易地实现变弯曲半径弯曲、变弯曲角度弯曲、螺旋形弯曲、空间弯曲等多种空心复杂弯曲构件的成形。该技术完全通过控制工艺参数,无须改变模具或工装即可实现航空器所需的各种异形复杂弯曲件的精确成形,属于典型、高效、新型的航空柔性制造技术;
(3)通过对弯曲后的空心构件进行三维扫描,并与目标产品的三维几何模型进行尺寸对比,进而修改弯曲工艺参数,可以彻底解决传统技术所存在的弯曲后回弹问题,实现复杂空心构件高精度成形。
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。
Claims (7)
1.一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置,其特征在于:包括管坯推进装置、弯曲模和球面轴承(7),其中,弯曲模包括弯曲模架(5)和合金钢棒(6),弯曲模架(5)沿圆周周向设置多个通孔,通孔内安装有合金钢棒(6),每个合金钢棒(6)沿弯曲模架(5)径向在驱动装置的驱动下可以自由伸缩运动,每个合金钢棒沿弯曲模架(5)径向伸缩运动使弯曲模内径以及形状可调,能够渐近成型加工得到不同截面尺寸和截面形状的零件;所述的管坯推进装置包括位于管坯(2)后端的推块(1)、位于管坯(2)中端的压块(3)以及位于管坯(2)前端的导套(4);管坯在推块(1)连续推动下向前运动,压块(3)起到了管坯定位作用,防止管坯通过后续装置时发生错位,同时可以防止在成形过程中管坯振动,随后管坯在导套(4)的导向作用下顺利通过弯曲模;所述的弯曲模内径变化范围为5mm-30mm。
2.根据权利要求1所述三轴自由弯曲局部渐进成形装置的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将管坯放入装置中,由管坯推进装置推动管坯向前运动;
2)根据生产需求,弯曲模中的合金钢棒在系统的控制下沿弯曲模架(5)径向伸缩运动,使弯曲模的形状和尺寸达到管坯(2)的要求;
3)利用球面轴承(7)按照预先设定的轨迹带动弯曲模运动,利用球面轴承(7)的偏心运动使管坯在弯曲部分产生偏心距,实现对管坯(2)进行三维自由弯曲局部渐进弯曲成形,最终得到形状复杂的零件。
3.根据权利要求2所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,其特征在于:还包括第四步:通过对弯曲后的空心构件进行三维扫描,并与目标产品的三维几何模型进行尺寸对比,进而修改弯曲工艺参数,解决弯曲后回弹问题。
4.根据权利要求2或3所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,其特征在于:步骤3)所述的弯曲成形过程中最小相对弯曲半径为2.5。
5.根据权利要求2或3所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,其特征在于:在变弯曲角度弯曲时,改变弯曲模在每个偏心距的停留运动。
6.根据权利要求2或3所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,其特征在于:在螺旋弯曲时,弯曲模在XY平面先运动到预定偏心距后以1/4圆弧为运动轨迹运动,再回到初始位置。
7.根据权利要求2或3所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法,其特征在于:在空间弯曲时,弯曲模在XY平面中进行多次偏心停留运动。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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