CN108817170B - 一种金属卷材加工系统以及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属卷材加工系统以及加工方法，属于材料成型及加工领域，其包括校形送料装置、成型装置和切料机，校形送料装置的入料侧与待成型的卷料对应设置，校形送料装置的出料侧与成型装置的入料侧对应设置，以将校形后的坯料输送至成型装置中成型，成型装置的出料侧设有切料机。本发明能够实现卷材产品的自动化、平稳、连续生产，产品质量可靠，有较高的尺寸精度和产品尺寸调节敏捷性和灵活性。

Description

一种金属卷材加工系统以及加工方法

技术领域

本发明涉及材料成型及加工技术领域，具体涉及一种金属卷材加工系统以及加工方法。

背景技术

目前，金属卷材产品一般靠上下模具进行单件压制，生产效率低，无法实现连续自动化生产，而且对坯料有一定的伤害，质量没法保证。或者采用上下滚筒连续压制，但滚轴(滚筒)形式的不能解决卷制件的卷制两端直边问题。此外，不同尺寸的卷材产品需要不同的模具来生产，工装成本极高。而且，目前现有的卷制件表面平整，但卷制端宽度精度较低，端面波动较大，齐平、开缝两端有一定直边，但只能制备大规格尺寸的卷制产品。

发明内容

为了解决现有卷制件卷制端宽度精度较低、端面波动较大、只能制备大规格尺寸的卷制产品的问题，本发明的提供了一种金属卷材加工系统以及加工方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种金属卷材加工系统，包括：校形送料装置、成型装置和切料机，校形送料装置的入料侧与待成型的卷料对应设置，校形送料装置的出料侧与成型装置的入料侧对应设置，以将校形后的坯料输送至成型装置中成型，成型装置的出料侧设有切料机；校形送料装置包括多个成对设置的滚筒，滚筒包括筒体，两个相对设置的筒体之间形成校形坯料的间隙；成型装置包括第一模块、与第一模块形状配合的第二模块以及与第一模块滑动连接的第三模块，第一模块设置在第二模块的上方，并且第一模块与第二模块之间形成成型通道；成型通道包括与校形送料装置对应设置的第一弧形段以及与切料机对应设置的第二弧形段，第一弧形段与第二弧形段连通，并且第一弧形段与第二弧形段分别向下和向上凹陷；第二模块面向切料机的侧面为向内凹陷的成型弧面；第三模块设置于第一模块靠近切料机的外侧壁，所述第三模块与所述第一模块滑动连接。

本发明通过校形送料装置在输料的同时对待成型的坯料进行预压校形，然后进入成型装置中，在第一模块和第二模块构成的成型通道里进行再一次校形，由于成型通道为两段凹陷方向相反的第一弧形段和第二弧形段构成，坯料在进入成型通道后通过上下两次弯折将坯料反向加载软化处理，方便后续卷曲成型。坯料的塑性变形效果，也即是软化效果取决于第一弧形段和第二弧形段的曲率半径大小。对于材料质地较硬的坯料，对应的曲率半径较小；质地本身较软的坯料，对应的曲率半径较大。第一弧形段和第二弧形段的曲率半径大小取决于坯料的屈服强度及其料厚大小。曲率半径的弧面使坯料弯曲进入材料屈服和塑性阶段，并产生部分塑性变形。第二弧面的反向弯曲，因为材料软化，屈服强度降低，坯料的弯曲进入屈服和塑性变形的值减小。

此外，靠近切料机的第二弧形段为向上凹陷的弧形，在对应的第一模块和第二模块上各取一点，并通过调节第三模块的位置再在成型装置的出料侧定位一个点，根据三点确定一段圆弧的原理，由此可以确定对应卷材圆形半径大小，因此，当坯料从第二弧形段输出时，在第一模块、第二模块以及第三模块的作用下自动卷曲形成圆筒，并且第二模块上还设有辅助坯料弯曲成型的成型弧面，帮助卷材顺利成型为圆筒。

本发明通过在滚筒之间设置换向组件将现有的“多个主动轴”同时驱动的方式转换为“1个主动轴+多个从动轴”的驱动方式，减少了电机的使用数量，降低了装置能耗。

此外，本发明还通过在转轴上设置斜齿轮，通过上下斜齿轮之间的啮合，使得上下两侧的滚筒配合更加紧密，避免了上下滚筒因错位而影响送料效率。

本发明设置切料机以保证卷制成形具有一定卷制端的距离或一定距离的重边。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第一模块与第三模块的滑动接触面为竖直平面；第三模块包括与第一模块滑动连接的水平部以及与水平部滑动连接的垂直部，并且水平部与滑动接触面垂直，垂直部与滑动接触面平行；第一模块沿竖直方向设有第一滑槽，水平部通过设置在其端部的第一滑块与第一滑槽滑动配合，水平部沿其长度方向设有第二滑槽，垂直部通过设置在其端部的第二滑块与第二滑槽滑动配合，并且垂直部远离水平部的下端面为弧形面。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第一模块与第三模块的滑动接触面为斜面；第三模块包括与第一模块接触的滑行面以及与滑行面连接且位于第三模块下方的定位面，定位面为弧形面，滑行面上设有滑轨，第一模块上设有与滑轨配合的第三滑槽。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述成型通道还包括设置于第一弧形段和第二弧形段之间的平直段，平直段分别与第一弧形段和第二弧形段连通。

在第一弧形段和第二弧形段之间设置平直段的目的在于调节整个成型装置的成型范围大小。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述平直段的长度不超过100mm。优选地，平直段的长度不超过35mm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述滚筒上下并排设置成两排，位于同侧的两个相邻的滚筒之间通过换向组件连接；滚筒包括转轴以及依次套设在转轴上的筒体、斜齿轮和直齿轮，位于同侧的相邻两个直齿轮之间通过换向组件连接，位于异侧且成对设置的两个斜齿轮彼此啮合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述校形送料装置还包括升降支架，升降支架与位于下侧的滚筒连接。

本发明通过升降支架调节上下侧滚筒之间的距离来调节允许坯料通过的间隙宽度，满足不同料厚的成型送料需求。

此外，本发明还可以通过升降支架控制下侧滚筒的高度位置，从而调节上下两侧滚筒之间送料间隙的宽度，以适应不同厚度坯料的输送，使得装置能够满足不同厚度尺寸的坯料的送料，适应性更强。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述校形送料装置还包括导向板，导向板上下成对设置在两个相邻的筒体之间，使得坯料从上下两个导向板之间通过。

本发明通过在相邻两个筒体之间设置上下两个导向板，对坯料进行导向，而且对于薄型坯料而言通过两个导向板施压还可以起到防止卷料起皱，更加顺利地送料。

本发明的导向板其作用在于引导坯料在滚筒之间平稳运输，同时还可以避免坯料从两滚筒之间滑落，保证了送料过程连续、稳定的进行

利用上述的金属卷材加工系统加工金属卷材的方法，包括：将待成型的坯料的端头从校形送料装置的入料侧送入，经过筒体挤压校形后从校形送料装置的出料侧输出；然后，从成型装置的入料侧进入至由第一模块和第二模块形成的成型通道中，并且通过第三模块与第一模块之间的相对滑动调节坯料端头从成型装置出料侧输出的高度位置；从成型通道输出后的坯料端头在第三模块的作用下弯曲，继续向前运动，经过第二模块的成型弧面后再次回到第三模块下方，形成卷材，然后，根据所需尺寸利用切料机将已卷制成形部分卷材切断，获得所需产品。

本发明具有以下有益效果：

本发明能够实现卷材产品的自动化、平稳、连续生产，产品质量可靠，有较高的尺寸精度和产品尺寸调节敏捷性和灵活性。

本发明能实现零件连续、稳定的生产；坯料校形和成型连续进行，能保护坯料，避免坯料刮伤或划伤；产品成形后的落料切断快速高效，且端口质量好；传动送料装置平稳、连续，能避免材料送进过程中产生堆积等缺陷。

本发明解决了不同规格尺寸的卷制件的成型问题，同时制件表面光洁平整，卷制两端宽度精度高，端面波动小，齐平，两端无直边。

附图说明

图1为本发明实施例1的金属卷材加工系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1的金属卷材加工系统的校形送料装置的侧视图；

图3为本发明实施例1的金属卷材加工系统的校形送料装置的俯视图；

图4为本发明实施例1的金属卷材加工系统的校形送料装置的立体结构示意图；

图5为本发明实施例1的金属卷材加工系统的校形送料装置的斜齿轮的侧视图；

图6为本发明实施例1的金属卷材加工系统的成型装置的结构示意图；

图7为本发明实施例1的金属卷材加工系统成型卷材的示意图；

图8为本发明实施例2的金属卷材加工系统成型卷材的示意图。

图中：10-校形送料装置；101-滚筒；102-固定支架；103-升降支架；111-转轴；112-筒体；113-斜齿轮；114-直齿轮；115-换向组件；116-导向板；117-底座；118-升降连杆；119-套筒；20-成型装置；201-第一模块；202-第二模块；203-第三模块；204-成型通道；205-成型弧面；211-第一弧形段；212-第二弧形段；213-平直段；214-垂直部；215-水平部；216-滑行面；217-定位面；218-滑轨；219-第三滑槽；30-切料机；40-坯料；50-卷材成品。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

请参照图1所示出的本发明实施例的金属卷材加工系统，其包括：校形送料装置10、成型装置20和切料机30。按照校形、成型、切料的生产步骤，依次设置校形送料装置10、成型装置20和切料机30。具体地，校形送料装置10的入料侧与待成型的卷料对应设置，校形送料装置10的出料侧与成型装置20的入料侧对应设置，以将校形后的坯料40输送至成型装置20中成型。成型装置20的出料侧设有切料机30。本发明的切料机30优选为激光切割机。当然，还可以是其他类型的金属切割装置。

请参照图2，校形送料装置10包括多个成对设置的滚筒101。滚筒101按照上下对称的方式设置成多对，滚筒101的数量为奇数对，例如图2中展示的3对。显然，本发明实施例中滚筒101的数量包括但不限于图中所示的3对，还可以是5对、7对。

校形送料装置10还包括固定支架102和升降支架103，固定支架102与升降支架103间隔设置。位于上侧的滚筒101安装在固定支架102上，升降支架103与位于下侧的滚筒101连接。升降支架103带动下侧的滚筒101上下移动，以调节上下斜齿轮113之间的距离，调节范围为1-2mm。升降支架103优选为通过液压缸进行驱动。

请参照图2，升降支架103包括底座117和升降连杆118。底座117具有套筒119，套筒119设置在底座117的两侧，其分别与升降连杆118的两端连接。升降连杆118呈U形，其包括横杆和连接在横杆两端的竖杆。位于下侧的滚筒101安装在横杆上。套筒119内设有驱动装置(未图示)，驱动装置的动力输出轴与升降连杆118连接，具体与升降连杆118的竖杆连接。升降支架103优选为通过液压缸进行驱动。在驱动装置的驱动下，升降连杆118带动滚筒101上升或下降。

在本发明的另一个实施例中，固定支架102和升降支架103的设置位置可以交换，即，升降支架103设置在上方，固定支架102设置在下方，此时，上侧的滚筒101在升降支架103的作用下上下移动，下侧的滚筒101则固定不动。

请参照图2，滚筒101上下并排设置成两排，位于同侧的两个相邻的滚筒101之间通过换向组件115连接。如图3和图4所示，滚筒101包括转轴111以及依次套设在转轴111上的筒体112、斜齿轮113和直齿轮114。两个相对设置的筒体112之间形成校形坯料40的间隙。位于同侧的相邻两个直齿轮114之间通过换向组件115连接，位于异侧且成对设置的两个斜齿轮113彼此啮合，如图5所示。位于中间的滚筒101对应的转轴111为主动轴，通过电机进行驱动，其余两侧的滚筒101对应的转轴111为从动轴，主动轴通过换向组件115带动转动。滚筒对数以及对应的驱动电机数量可以根据具体的送料功率进行设置。电机的数量可以两个或者更多。换向组件115包括转轴以及与转轴配合的换向齿轮。换向齿轮分别与两侧的直齿轮114啮合。

在具体实施时，斜齿轮113与筒体112的半径之差应大于或等于坯料40厚度的一半，即R_斜-R_筒≥d/2。

请参照图2，校形送料装置10还包括导向板116，导向板116设置在位于同侧的相邻两个筒体112之间。导向板116可以同时设置在上下两侧，具体地，设置在下侧相邻两个筒体112之间并且靠近其顶部，以及设置在上侧相邻两个筒体112之间并且靠近其底部。这样设置好处在于，使坯料40仅在上下导向板116限定的空间内向前输送，既不会从下侧的空隙中滑落，也不会卷入上侧的空隙中。当然，导向板116也可以仅设置在下侧，如图2所示，因为考虑到坯料40自身重量，卷入上侧空隙的机率较少。

请参照图6，成型装置20包括第一模块201、与第一模块201形状配合的第二模块202以及与第一模块201滑动连接的第三模块203。第一模块201设置在第二模块202的上方，并且第一模块201与第二模块202之间形成成型通道204。成型通道204包括与校形送料装置10对应设置的第一弧形段211以及与切料机30对应设置的第二弧形段212。第一弧形段211与第二弧形段212连通，并且第一弧形段211与第二弧形段212分别向下和向上凹陷。图4中，为了便于理解，将成型通道204用短直线划分出第一弧形段211、平直段213和第二弧形段212，但在实际应用中并无此短直线。第二模块202面向切料机30的侧面为向内凹陷的成型弧面205。

优选地，成型通道204还包括设置于第一弧形段211和第二弧形段212之间的平直段213，平直段213分别与第一弧形段211和第二弧形段212连通。平直段213的长度不超过100mm，例如80mm、35mm，优选地，平直段213的长度不超过35mm。例如10mm、15mm或20mm。

请参照图6，第三模块203设置于第一模块201靠近切料机30的外侧壁。第一模块201与第三模块203的滑动接触面为竖直平面。第三模块203包括与第一模块201滑动连接的水平部215以及与水平部215滑动连接的垂直部214，并且水平部215与滑动接触面垂直，垂直部214与滑动接触面平行。第三模块203的垂直部214沿第一模块201的外侧壁设置，垂直部214顶端与第三模块203的水平部215滑动连接，水平部215的一端与第一模块201滑动连接。垂直部214与水平部215之间的滑动连接以及水平部215与第一模块201之间的滑动连接均采用“滑块+滑槽”的配合连接方式。具体地，第一模块201沿竖直方向设有第一滑槽(图未示)，水平部215通过设置在其端部的第一滑块(图未示)与第一滑槽滑动配合。水平部215沿其长度方向设有第二滑槽(图未示)，垂直部214通过设置在其端部的第二滑块(图未示)与第二滑槽滑动配合。垂直部远离水平部的下端面为弧形面，利于坯料弯曲成型。通过调节水平部215与第一模块201的相对位置关系调节第三模块203在竖直方向上的高度位置，通过调节垂直部214与水平部215的相对位置关系调节第三模块203在水平方向上的位置，进而确定水平部215下方自由端的空间点位。水平部215下方的自由端部作为定位点，与第一模块201和第二模块202上的两点，实现三点定位，由此确定出控制卷材半径尺寸的圆弧段。

本发明实施例金属卷材加工系统加工金属卷材的方法，包括：将待成型的坯料40的端头从校形送料装置10的入料侧送入，经过筒体112挤压校形后从校形送料装置10的出料侧输出；然后，从成型装置20的入料侧进入至由第一模块201和第二模块202形成的成型通道204中，并且通过第三模块203与第一模块201之间的相对滑动调节坯料40端头从成型装置20出料侧输出的高度位置；从成型通道204输出后的坯料40端头经过第二模块202的成型弧面205后又返回至成型装置20的出料侧，然后，根据所需尺寸利用切料机30将坯料40切断，制得卷材。

下面对本发明实施例的金属卷材加工系统的工作原理进行说明。

请参照图1，坯料40从校形送料装置10的入料侧进入，经过筒体112挤压校形后从校形送料装置10的出料侧输出。图中筒体112上的剪头表示筒体112转动方向，图1中筒体112为顺时针旋转。然后，进入成型装置20中，如图6所示，依次经过第一弧形段211、第二弧形段212(有平直段213时，还需先经过平直段213)进行弯曲软化处理，然后从成型装置20的出料侧输出。从成型装置20出料侧输出的坯料40端头在第二弧形段212的作用下朝下。根据卷材的半径尺寸大小，事先将第三模块203调节到相应的位置，在其垂直部214下方的自由端确定出点位。根据三点确定一段圆弧的原理，使坯料40沿着确定出的圆弧段延伸并卷曲成型。如图6所示，第一模块201和第二模块202上的点位分别为A点和B点，其中，A点位于第一模块201出料侧的边缘，B点为第二模块202对应第二弧形段212上凸的凸点处，第三模块203上的C点位于其垂直部214的自由端，C点的具体位置通过水平部215和垂直部214进行调节。在具体实施时，若卷材的半径尺寸较大，则将C点调节至成型通道204出料侧的斜上方区域，若卷材的半径尺寸较小，则将C点调节至成型通道204出料侧的斜下方区域。图6中，C点刚好位于成型通道204出料侧。坯料在第三模块203下端的AC弧面段的作用下，向下延伸并逐渐弯曲，在延伸过程中坯料端头顺着成型弧面205继续运动，最终运动至C点，完成一个圆周的运行，成为卷筒制品，如图7所示。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，区别在于，本实施例的第三模块203形状发生变化。请参照图8，第一模块201与第三模块203的滑动接触面为斜面。第三模块203沿着第一模块201的外侧壁斜向上或斜向下滑动，同时调节水平和垂直方向上的位置。第三模块203包括与第一模块201接触的滑行面216以及与滑行面216连接且位于第三模块203下方的定位面217。定位面217与成型通道204相对应。定位面217上取一点作为定位点，实现三点定位，其卷材成型原理与实施例1相同。滑行面216上设有滑轨218，第一模块201上设有与滑轨218配合的第三滑槽219。优选地，第三滑槽219为燕尾槽。

本实施例的工作原理与实施例1相同，区别在于第三模块203的C点位于第三模块203的定位面217上。在具体实施时，若卷材的半径尺寸较大，通过滑动第三模块203将C点调节至成型通道204出料侧的斜上方区域，若卷材的半径尺寸较小，则将C点调节至成型通道204出料侧的斜下方区域。本实施例在成型部分，可参照图6。坯料在第三模块203下端的AC弧面段的作用下，向下延伸并逐渐弯曲，在延伸过程中坯料端头顺着成型弧面205继续运动，最终运动至C点，完成一个圆周的运行，成为卷筒制品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属卷材加工系统，其特征在于，包括：校形送料装置、成型装置和切料机，所述校形送料装置的入料侧与待成型的卷料对应设置，所述校形送料装置的出料侧与所述成型装置的入料侧对应设置，以将校形后的坯料输送至所述成型装置中成型，所述成型装置的出料侧设有所述切料机；

所述校形送料装置包括多个成对设置的滚筒，所述滚筒包括筒体，两个相对设置的筒体之间形成校形坯料的间隙；

所述成型装置包括第一模块、与所述第一模块形状配合的第二模块以及与所述第一模块滑动连接的第三模块，所述第一模块设置在所述第二模块的上方，并且所述第一模块与所述第二模块之间形成成型通道；所述成型通道包括与所述校形送料装置对应设置的第一弧形段以及与所述切料机对应设置的第二弧形段，所述第一弧形段与所述第二弧形段连通，并且所述第一弧形段与所述第二弧形段分别向下和向上凹陷；所述第二模块面向所述切料机的侧面为向内凹陷的成型弧面；所述第三模块设置于所述第一模块靠近切料机的外侧壁，所述第三模块与所述第一模块滑动连接。

2.根据权利要求1所述的金属卷材加工系统，其特征在于，所述第一模块与所述第三模块的滑动接触面为竖直平面；所述第三模块包括与所述第一模块滑动连接的水平部以及与所述水平部滑动连接的垂直部，并且所述水平部与所述滑动接触面垂直，所述垂直部与所述滑动接触面平行；

所述第一模块沿竖直方向设有第一滑槽，所述水平部通过设置在其端部的第一滑块与所述第一滑槽滑动配合，所述水平部沿其长度方向设有第二滑槽，所述垂直部通过设置在其端部的第二滑块与所述第二滑槽滑动配合，并且所述垂直部远离所述水平部的下端面为弧形面。

3.根据权利要求1所述的金属卷材加工系统，其特征在于，所述第一模块与所述第三模块的滑动接触面为斜面；所述第三模块包括与所述第一模块接触的滑行面以及与所述滑行面连接且位于所述第三模块下方的定位面，所述定位面为弧形面，所述滑行面上设有滑轨，所述第一模块上设有与所述滑轨配合的第三滑槽。

4.根据权利要求1所述的金属卷材加工系统，其特征在于，所述成型通道还包括设置于所述第一弧形段和所述第二弧形段之间的平直段，所述平直段分别与所述第一弧形段和所述第二弧形段连通。

5.根据权利要求4所述的金属卷材加工系统，其特征在于，所述平直段的长度不超过100mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的金属卷材加工系统，其特征在于，所述滚筒上下并排设置成两排，位于同侧的两个相邻的滚筒之间通过换向组件连接；所述滚筒包括转轴以及依次套设在所述转轴上的筒体、斜齿轮和直齿轮，位于同侧的相邻两个直齿轮之间通过所述换向组件连接，位于异侧且成对设置的两个斜齿轮彼此啮合。

7.根据权利要求6所述的金属卷材加工系统，其特征在于，所述校形送料装置还包括升降支架，所述升降支架与位于下侧的滚筒连接。

8.根据权利要求6所述的金属卷材加工系统，其特征在于，所述校形送料装置还包括导向板，所述导向板上下成对设置在两个相邻的筒体之间，使得坯料从上下两个导向板之间通过。

9.利用权利要求1-8任一项所述的金属卷材加工系统加工金属卷材的方法，其特征在于，包括：将待成型的坯料的端头从所述校形送料装置的入料侧送入，经过筒体挤压校形后从所述校形送料装置的出料侧输出；然后，从所述成型装置的入料侧进入至由第一模块和第二模块形成的成型通道中，并且通过第三模块与第一模块之间的相对滑动调节坯料端头从成型装置出料侧输出的高度位置；从成型通道输出后的坯料端头在第三模块的作用下弯曲，继续向前运动，经过所述第二模块的成型弧面后再次回到第三模块下方，形成卷材，然后，根据所需尺寸利用切料机将已卷制成形部分卷材切断，获得所需产品。

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