CN108971311A - 一种带有多道波形的高精度弹性元件制造设备及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有多道波形的高精度弹性元件制造设备，包括有机架，在机架上罩设有机壳，在机架的顶面上相互间隔地摆放着进料机构和出料机构，所述进料机构和出料机构上均包括有一台伺服电机，在伺服电机连接着丝杠，所述进料机构的丝杠朝向出料机构的方向延伸，所述出料机构的丝杠则朝向进料机构的方向延伸，由伺服电机控制丝杠转动，在丝杠上套接有推板，当丝杠转动时，所述推板能沿丝杠滑动，在进料机构和出料机构之间设置有两副挤压模具，其中一副为凸模，另一副为凹模，所述凸模和凹模均位于加工腔中，所述凸模朝向所述凹模的侧面向外凸起，所述凹模朝向所述凸模的侧面向内凹陷，凸模上的凸起与凹模上的凹陷尺寸适配。

Description

一种带有多道波形的高精度弹性元件制造设备及其制造工艺

技术领域

本发明涉及弹性元件制造技术领域，特别是涉及一种定位精度高金属弹性元件制造设备。

背景技术

现有技术中，对于金属弹性元件的制造，一般是通过液压成形或冲压焊接制成，液压成形的工作程序如下：一、合模上、下两片对称的推模和模片同时平行地向管坯料轴心线垂直移动，将安装在芯轴上的薄壁管坯料从外表面紧紧地抱住。二、进芯轴克服密封圈和管坯料内壁的摩擦阻力，向左移动，使固定在芯轴上的密封圈与模片相对运动到事先调定的位置。三、充填压力液体工作液体从芯轴中心孔流向两道密封圈之间，对管坯料内壁起作用。在液体压力的作用下，两道密封圈之间的管坯料凸起，形成初波。四、进推模推模克服弹簧的阻力，沿着导向滑杆向右移动，使原先初波的高度增加，宽度缩小，直至设计尺寸为止。再经过：五、泄液压；六、分模；七、退芯轴；八、退推模这四个工序把已经成型的弹性元件从模具中脱出来；同时，又为下一个波纹的成型做好了准备。如此循环。成型波纹约用4-40秒的时间。通径越大，成型所需的时间就越长。由于受到材料自身延展性的限制，液压成形制出的弹性元件两个相邻波形之间的间距无法做到很小，且每个波形的R角都比较大，否则容易在波峰位置因为超出材料延展性的限制而发生断裂现象。液压成形后的弹性元件伸缩弹性差,不能应用于高压与高伸缩性工况下长期有效工作.

但是，在这一过程中，对于管坯的固定是影响加工精度的重要因素，由于管坯大多数都是薄壁管坯，承压能力较差，如果模具的夹紧力过大，则容易在管坯的表面形成压痕，造成产品表面质量下降甚至报废，故模具一般对管坯是一种较宽松的夹紧状态，一旦对管坯施加轴向推力，管坯容易相对于模具内壁发生滑动，目前的生产过程中，一般是由生产者对这种滑动的距离通过多次试验取出平均值，在加工过程中根据滑动距离的平均值算好提前量，来把握管坯上波纹之间的间距，例如，需要标准产品两道波纹之间的间隙为2mm，而通过多次试验得到相同推力下，管坯的滑动距离平均值为0.1mm，则在推送管件时，就由系统指令推送1.9mm的距离，从而使得最终波纹间距接近2mm，这种方式的误差显然比较大，无法满足高精度产品的要求。另外，在波纹管的液压成形过程中，由于管坯的局部在内部液压作用下发生了凸起（初波），为了防止该位置的管壁发生减薄，需要进行补料（管坯的径向直径变大，如果不进行轴向补料，则该位置的管壁会由于直径的变大而被拉薄），补料过程中，也需要将管坯进行轴向推送，如果采用现在预估的方法，很容易在管坯表面由于补料过多造成褶皱或由于补料不够而造成管壁减薄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种具有超高定位精度并且成形效率极高的带有多道波形的高精度弹性元件制造设备及其制造工艺。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种带有多道波形的高精度弹性元件制造设备，包括有机架，在机架上罩设有机壳，由所述机壳和所述机架的顶面共同围成了一个封闭的加工腔，在机架的顶面上相互间隔地摆放着进料机构和出料机构，所述进料机构和出料机构上均包括有一台伺服电机，在伺服电机连接着丝杠，所述进料机构的丝杠朝向出料机构的方向延伸，所述出料机构的丝杠则朝向进料机构的方向延伸，由伺服电机控制丝杠转动，在丝杠上套接有推板，当丝杠转动时，所述推板能沿丝杠滑动，在进料机构和出料机构之间设置有两副挤压模具，其中一副为凸模，另一副为凹模，所述凸模和凹模均位于加工腔中，所述凸模朝向所述凹模的侧面向外凸起，所述凹模朝向所述凸模的侧面向内凹陷，凸模上的凸起与凹模上的凹陷尺寸适配，当所述凸模和所述凹模合拢时，所述凸模与凹模构成的轮廓与最终管件产品上形成的波纹轮廓一致；

所述凸模和凹模均由上模和下模构成，当上模和下模合拢时，形成有圆形的模腔，待加工的管坯穿设在模腔中，并被上模和下模夹紧限位，凸模的下模抵靠在进料机构的推板上并通过紧固件固定，凹模的下模则抵靠在出料机构的推板上并也通过紧固件固定，当伺服电机驱动丝杠进给时，可以通过推板推动下模做与所述丝杠同轴向的往复进给；

在管坯内部穿设有芯棒，芯棒的外径要比管坯的内径小1mm,芯棒内部中空形成有流道，在芯棒上套设有第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈被夹持在所述芯棒与所述管坯的内壁之间，该芯棒在第一密封圈和第二密封圈之间形成有成形凹槽，在成形凹槽上沿周向开设有若干第一出水孔，该成形凹槽位于所述凸模与所述凹模之间的间隙中，故该成形凹槽对应的管坯位置不受挤压模具的径向限制，当外部的高压源通过出水孔向管坯内部快速注水增压时，成形凹槽对应位置的管坯能向外膨胀形成一圈膨胀凸起，第一密封圈和第二密封圈用于防止成形凹槽位置漏水而造成液压下降，芯棒在第二密封圈和第三密封圈之间也设置有若干第二出水孔，第二出水孔的作用是通过液压使得管坯的外壁紧贴挤压模具模腔的内壁，防止在进给过程中管坯发生轴向的松动。

作为本发明的改进，所述挤压模具包括模架，在模架上固定着竖直线轨，所述上模和下模滑动连接在所述竖直线轨上，在模架顶部固定着合模电机，所述合模电机的电机轴穿过所述模架的顶面向下延伸，所述上模套设在所述合模电机的电机轴上，由所述合模电机提供驱动力驱动所述上模在竖直线轨上升降。

作为本发明的优选，在所述芯棒上形成有三道限位槽，所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈分别固定在其中一道限位槽中。

一种采用上述制造设备对金属弹性元件进行制造的工艺，包括了如下步骤：

1）、上料，将管坯输送到指定位置，并将芯棒插入管坯内部；

2）、启动凸模和凹模上的合模电机，使得上模和下模合模，将管坯预夹紧在模腔中；

3）、由高压源向芯棒内部注水加压，液体经过芯棒上的第一出水孔和第二出水孔进入到管坯和芯棒之间的间隙中，使得管坯向外膨胀，管坯的夹紧部分的外壁与模腔内壁紧贴，随后，尽管内压仍不断升高，但由于模腔内壁的支撑，管坯的夹紧部分不再向外膨胀，而管坯的成形部分则向外膨胀形成一圈膨胀凸起；在这一过程的同时，进料机构上的伺服电机驱动凸模以及被所述凸模夹持的管坯轴向进给，进行补料；

4）、继续启动进料机构上的伺服电机，推动凸模和凹模相互靠拢，对管坯的膨胀凸起进行轴向的挤压，使得管坯的侧部轮廓被挤压成与凸模、凹模的轮廓一致；

5）、泄压，打开凸模和凹模，同时继续推动管坯前进，再夹紧挤压模具，重复上述成形步骤。

作为上述工艺的改进，在步骤4）中，在对管坯的膨胀凸起进行挤压前，外部的高压源通过增压泵降低向管坯内部输水的流速，直至管坯的内压小于能使凹模、凸模合拢的挤压力。

作为上述工艺的进一步改进，在步骤3）中，所述进料机构上的伺服电机驱动凸模沿轴向进给直至凸模与膨胀凸起的侧面贴靠。

与现有技术相比，本发明的优点在于：它一方面采用了伺服电机对管坯的进给、模具的合模进行精确控制，从而提升加工精度，另一方面通过内压使得管坯的外壁紧贴挤压模具模腔的内壁，从而防止在进给过程中管坯发生轴向的松动，利用管坯与模腔内壁之间的摩擦力对管坯进行精确定位，极大提升了定位精度，从而使得各圈波纹之间的间距也相当精确。另一方面，利用多轴电机伺服加液压伺服运动控制将成形步骤结合,通过液压伺服成形时增压,挤压时降压达到波距极小的弹性元件。

附图说明

图1为本发明实施例中带有多道波形的高精度弹性元件制造设备的结构示意图;

图2为图1中加工腔内部的结构示意图；

图3为管坯内芯棒的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。

如附图所示，本实施例为一种带有多道波形的高精度弹性元件制造设备，包括有机架1，在机架上罩设有方形的机壳2，由机壳和机架的顶面共同围成了一个封闭的加工腔，在机壳的前部设置了视窗21，用于操作人员观测加工腔内部的工况，在机壳的两侧则分别开设有通孔22，待加工的管坯由其中一侧的通孔进入到加工腔中加工，最终成形的波纹管产品则由另一侧的通孔移出。

在机架的顶面上相互间隔地摆放着进料机构3和出料机构4，进料机构和出料机构上均包括有一台伺服电机5，在伺服电机上连接着丝杠6，所述进料机构的丝杠朝向出料机构的方向延伸，所述出料机构的丝杠则朝向进料机构的方向延伸，由伺服电机提供驱动力来控制丝杠转动，在丝杠上套接有推板7，所述推板能沿丝杠往复滑动，丝杠一部分位于加工腔的外部，一部分延伸在加工腔中，而推板则始终位于加工腔中，其实质上为一滚珠丝杠，推板即为滚珠丝杠的丝杠螺母，由伺服电机控制丝杠正转或反转，从而令推板在丝杠上前移或后退。

在进料机构和出料机构之间设置有两副挤压模具，其中一副为凸模8，另一副为凹模9，所述凸模和凹模均位于加工腔中，所述凸模朝向所述凹模的侧面向外凸起，所述凹模朝向所述凸模的侧面向内凹陷，凸模上的凸起与凹模上的凹陷尺寸适配，当所述凸模和所述凹模合拢时，凸起和凹陷之间仍存在间隙，而该间隙为最终产品波纹的轮廓，即凸模与凹模构成的轮廓与最终管件产品上形成的波纹轮廓一致，这样，当凸模和凹模合拢时，能将管坯上隆起的膨胀凸起挤压成目标波纹形状；

所述凸模和凹模均由上模10、下模11和模架12构成，在模架上固定着竖直线轨121，所述上模和下模滑动连接在所述竖直线轨上，在模架顶部固定着合模电机13，所述合模电机的电机轴穿过所述模架的顶面向下延伸，所述上模套设在所述合模电机的电机轴上，由所述合模电机提供驱动力驱动所述上模在竖直线轨上升降，如果想要提升合模的精度，也可以由滚珠丝杠代替电机轴，将上模固定在丝杠螺母上。

当上模和下模合拢时，形成有圆形的模腔，待加工的管坯22穿设在模腔中，并被上模和下模夹紧限位，凸模的下模抵靠在进料机构的推板上并通过紧固件固定，凹模的下模则抵靠在出料机构的推板上并也通过紧固件固定，当伺服电机驱动丝杠进给时，可以通过推板推动下模做与所述丝杠同轴向的往复进给；

在管坯内部穿设有芯棒14，芯棒的外径要比管坯的内径小1mm,芯棒内部中空形成有流道，在芯棒上套设有第一密封圈15、第二密封圈16和第三密封圈17，为了防止密封圈沿芯棒轴向滑动，在所述芯棒上形成有三道限位槽，所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈分别固定在其中一道限位槽中，所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈被夹持在所述芯棒与所述管坯的内壁之间，该芯棒在第一密封圈和第二密封圈之间形成有成形凹槽18，在成形凹槽上沿周向开设有若干第一出水孔19，该成形凹槽位于所述凸模与所述凹模之间的间隙中，芯棒的流道通过水管外接着外部的高压源（高压水源），高压源通过增压泵来控制水管中液体的流速，并向流道中注水，流道中的水在充满流道之后通过第一出水孔进入到管坯内壁与芯棒的间隙中，从而使得管坯的内压迅速增大，由液压逐渐向外挤压管壁，由于该成形凹槽对应的管坯位置不受挤压模具的径向限制，当外部的高压源通过第一出水孔向管坯内部快速注水增压时，成形凹槽对应位置的管坯能向外膨胀形成一圈膨胀凸起，第一密封圈和第二密封圈用于防止成形凹槽位置漏水而造成液压下降，芯棒在第二密封圈和第三密封圈之间也设置有若干第二出水孔20，当高压源通过第一出水孔向管坯内注水的同时，也通过第二出水孔向管坯内部注水，但与成形凹槽位置所对应的管坯不同，第二出水孔位置所对应的管坯外部被模腔内壁夹紧，故随着内部液压的增大，只能使得管坯紧贴模腔内壁，而无法使得管壁向外凸起，由此防止模具在夹持管坯向前输送的过程中发生模具和管坯之间的轴向松动，从而大幅提升了进给的精度，使得各圈波纹之间的间隙精度提升。

具体的，一种采用上述制造设备对金属弹性元件进行制造的工艺，包括了如下步骤：

1）、上料，通过机械手或者人工的方式将管坯输送到指定位置，即由机壳一侧的通孔插入加工腔，再由机壳另一侧的通孔伸出加工腔，并使得管坯被摆放在凹模、凸模的下模上，随后在管坯中插入芯棒，芯棒上设置了刻度，通过安装在两个通孔中的光传感器来确定芯棒上的指定刻度，从而确保芯棒上的成形凹槽移动至准确的工位，

2）、启动凸模和凹模上的合模电机，使得上模和下模合模，将管坯预夹紧在模腔中；

3）、由高压源向芯棒内部注水加压，液体经过芯棒上的第一出水孔和第二出水孔进入到管坯和芯棒之间的间隙中，使得管坯向外膨胀，管坯的夹紧部分的外壁与模腔内壁紧贴，随后，尽管内压仍不断升高，但由于模腔内壁的支撑，管坯的夹紧部分不再向外膨胀，而管坯的成形部分则向外膨胀形成一圈膨胀凸起；在这一过程的同时，进料机构上的伺服电机驱动凸模以及被所述凸模夹持的管坯轴向进给，进行补料；

4）、继续启动进料机构上的伺服电机，推动凸模和凹模相互靠拢，对管坯上形成的膨胀凸起进行轴向的挤压，使得管坯的侧部轮廓被挤压成与凸模、凹模的轮廓一致；

5）、泄压，打开凸模和凹模，同时继续推动管坯前进，再夹紧挤压模具，重复上述成形步骤。

作为上述工艺的改进，在步骤4）中，在对管坯的膨胀凸起进行挤压前，外部的高压源通过增压泵降低向管坯内部输水的流速，直至管坯的内压小于能使凹模、凸模合拢的挤压力。这一步降压的目的是减小两台伺服电机的功率要求，降低成本，因为如果内压很高，则需要驱动凹模、凸模合模的两台进料机构、出料机构上的伺服电机提供较大的驱动力（出料机构上的伺服电机也可以只提供确保凹模保持不动的驱动力），那对伺服电机的规格要求较高，也就提升了成本。

作为上述工艺的进一步改进，在步骤3）中，所述进料机构上的伺服电机驱动凸模沿轴向进给直至凸模与膨胀凸起的侧面贴靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种带有多道波形的高精度弹性元件制造设备，其特征在于：包括有机架，在机架上罩设有机壳，由所述机壳和所述机架的顶面共同围成了一个封闭的加工腔，在机架的顶面上相互间隔地摆放着进料机构和出料机构，所述进料机构和出料机构上均包括有一台伺服电机，在伺服电机连接着丝杠，所述进料机构的丝杠朝向出料机构的方向延伸，所述出料机构的丝杠则朝向进料机构的方向延伸，由伺服电机控制丝杠转动，在丝杠上套接有推板，当丝杠转动时，所述推板能沿丝杠滑动，在进料机构和出料机构之间设置有两副挤压模具，其中一副为凸模，另一副为凹模，所述凸模和凹模均位于加工腔中，所述凸模朝向所述凹模的侧面向外凸起，所述凹模朝向所述凸模的侧面向内凹陷，凸模上的凸起与凹模上的凹陷尺寸适配，当所述凸模和所述凹模合拢时，所述凸模与凹模构成的轮廓与最终管件产品上形成的波纹轮廓一致；

所述凸模和凹模均由上模和下模构成，当上模和下模合拢时，形成有圆形的模腔，待加工的管坯穿设在模腔中，并被上模和下模夹紧限位，凸模的下模抵靠在进料机构的推板上并通过紧固件固定，凹模的下模则抵靠在出料机构的推板上并也通过紧固件固定，当伺服电机驱动丝杠进给时，可以通过推板推动下模做与所述丝杠同轴向的往复进给；

在管坯内部穿设有芯棒，芯棒的外径要比管坯的内径小1mm,芯棒内部中空形成有流道，在芯棒上套设有第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈被夹持在所述芯棒与所述管坯的内壁之间，该芯棒在第一密封圈和第二密封圈之间形成有成形凹槽，在成形凹槽上沿周向开设有若干第一出水孔，该成形凹槽位于所述凸模与所述凹模之间的间隙中，故该成形凹槽对应的管坯位置不受挤压模具的径向限制，当外部的高压源通过出水孔向管坯内部快速注水增压时，成形凹槽对应位置的管坯能向外膨胀形成一圈膨胀凸起，第一密封圈和第二密封圈用于防止成形凹槽位置漏水而造成液压下降，芯棒在第二密封圈和第三密封圈之间也设置有若干第二出水孔，第二出水孔的作用是通过液压使得管坯的外壁紧贴挤压模具模腔的内壁，防止在进给过程中管坯发生轴向的松动。

2.根据权利要求1所述的带有多道波形的高精度弹性元件制造设备，其特征在于：所述凹模和凸模还包括模架，在模架上固定着竖直线轨，所述上模和下模滑动连接在所述竖直线轨上，在模架顶部固定着合模电机，所述合模电机的电机轴穿过所述模架的顶面向下延伸，所述上模套设在所述合模电机的电机轴上，由所述合模电机提供驱动力驱动所述上模在竖直线轨上升降。

3.根据权利要求1所述的带有多道波形的高精度弹性元件制造设备，其特征在于：在所述芯棒上形成有三道限位槽，所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈分别固定在其中一道限位槽中。

4.一种采用如权利要求2所述制造设备对金属弹性元件进行制造的工艺，包括了如下步骤：

1）、上料，将管坯输送到指定位置，并将芯棒插入管坯内部；

2）、启动凸模和凹模上的合模电机，使得上模和下模合模，将管坯预夹紧在模腔中；

3）、由高压源向芯棒内部注水加压，液体经过芯棒上的第一出水孔和第二出水孔进入到管坯和芯棒之间的间隙中，使得管坯向外膨胀，管坯的夹紧部分的外壁与模腔内壁紧贴，随后，尽管内压仍不断升高，但由于模腔内壁的支撑，管坯的夹紧部分不再向外膨胀，而管坯的成形部分则向外膨胀形成一圈膨胀凸起；在这一过程的同时，进料机构上的伺服电机驱动凸模以及被所述凸模夹持的管坯轴向进给，进行补料；

4）、继续启动进料机构上的伺服电机，推动凸模和凹模相互靠拢，对管坯的膨胀凸起进行轴向的挤压，使得管坯的侧部轮廓被挤压成与凸模、凹模的轮廓一致；

5）、泄压，打开凸模和凹模，同时继续推动管坯前进，再夹紧挤压模具，重复上述成形步骤。

5.根据权利要求4所述的制造工艺，其特征在于：在步骤4）中，在对管坯的膨胀凸起进行挤压前，外部的高压源通过增压泵降低向管坯内部输水的流速，直至管坯的内压小于能使凹模、凸模合拢的挤压力。

6.根据权利要求3所述的制造工艺，其特征在于：在步骤3）中，所述进料机构上的伺服电机驱动凸模沿轴向进给直至凸模与膨胀凸起的侧面贴靠。