CN109127913B - 绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具 - Google Patents
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Abstract
绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具属于技术机械工程领域。本发明设计的模具由一组成型模块和相同数量的控制装置及模具底座构建而成，控制装置由T型螺栓组固定在模具底座的上平面上。成型模块在模具空间上的六个自由度可调又可控。本发明中除成型模块需根据型材的截面形状加工外，其余零部件均可作为模具通用零部件用于其它成型零件加工用的模具上。模具的调整需根据型材需要成型的成型构件在模具空间上的相对位置和模具构件的几何尺寸利用电脑三维作图软件进行计算并获得。型材在动态拉弯成型过程中，通过成型模块控制型材的数个法向截面的空间位置及扭转角度实现型材的三维拉弯成型。
Description
技术领域
本发明属于技术机械工程领域，特别是涉及到一种用于各种型材的三维拉弯、扭拧成型，成型模块绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具。
背景技术
一般的型材三维弯扭成型零件是指，一种型材在三维空间三个方向均有弯曲变形，法向截面几何图形和尺寸基本不变，各截面绕其法线有扭转变形的型材成型零件。在工业生产上，由于拉弯成型具有回弹小、不起皱的特点，型材的成型一般采用拉弯成型的工艺方法。型材三维弯扭成型零件由于在成型过程中直线型材在三维空间上有弯曲和扭拧变形，变形状态比较复杂，导致型材在入模、弯曲变形、扭拧变形以及从模具中取出零件的过程变得十分困难，因此分段控制成型成为必然选择。目前的分段控制或多点控制成型模具在拉弯成型过程中为了使型材顺利进入模具，型材的弯曲变形和扭拧变形都是分段同步进行的，成型过程比较繁琐，成型效率较低，同时对机床的控制精度和工人的操作要求较高。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具用于解决现有技术中型材的弯曲变形和扭拧变形都是分段同步进行的，成型过程繁琐，成型效率低，同时对机床的控制精度和工人的操作要求较高的技术问题。
绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具，包括成型模块、控制装置和模具底座，所述模具底座的上部设置有T型槽；所述成型模块为侧面设置有沟槽的圆柱体，成型模块与控制装置连接；所述沟槽的形状与型材的横截面形状一致；所述控制装置通过T型螺栓固定在模具底座的上部，控制装置控制成型模块移动。
所述成型模块的外侧壁中部沿周向加工有沟槽，成型模块的一侧圆面上设置有挡销Ⅰ。
所述控制装置控制成型模块绕三个相互垂直的轴线转动并且沿垂直轴线上下移动。
所述控制装置包括机座、矩形键、垂直螺纹轴、定位盘Ⅰ、锁紧螺钉Ⅰ、滑块、双圆螺母、定位盘Ⅱ、锁紧螺钉Ⅱ、摆头、限位挡板和锁紧螺钉Ⅲ，
所述机座为钢板焊接的框架式结构，机座的上顶面和下底面各设置有一个安装孔并且两个安装孔同轴，机座的下部通过螺栓与矩形键固定连接；
所述矩形键嵌入模具底座的T型槽中与T型槽滑动连接；
所述垂直螺纹轴与机座的两个安装孔配合连接，垂直螺纹轴通过定位盘Ⅰ以及锁紧螺钉Ⅰ与机座固定连接，垂直螺纹轴的中部套装有滑块和双圆螺母；
所述滑块的上部通过双圆螺母与垂直螺纹轴连接，滑块的中部设置有键齿圆柱孔并通过键齿圆柱孔与垂直螺纹轴连接，滑块的侧壁上设置有与键齿圆柱孔轴线垂直相交的水平轴，滑块的上部设置有挡销Ⅱ；
所述定位盘Ⅱ套装在滑块的水平轴的外部，定位盘Ⅱ通过锁紧螺钉Ⅱ与滑块固定连接；
所述摆头为矩形体上加工有轴线相互垂直的一大一小两个孔，其中的大孔为开口孔，小孔为安装孔，摆头通过安装孔套装在滑块的水平轴的外部并且摆头与定位盘Ⅱ连接，摆头的一侧通过锁紧螺钉Ⅲ与限位挡板连接；所述开口孔的开口角度小于180度，开口孔的内部与成型模块配合连接；
所述限位挡板与挡销Ⅰ连接，用于成型模块的转动限位；
所述挡销Ⅱ与摆头连接，用于摆头的转动限位。
所述摆头在开口孔处设置有定位孔和定位螺栓，用于摆头与滑块之间的定位。
所述摆头在安装孔处设置有定位孔和定位螺栓，用于摆头与成型模块之间的定位。
所述摆头的下部设置有橡胶垫。
所述定位盘Ⅰ和定位盘Ⅱ上均设置有腰形槽孔。
所述垂直螺纹轴为带有台肩的圆柱体，圆柱体的外侧壁加工有外螺纹，沿圆柱体的轴线方向在外侧壁上开设有与滑块配合连接的键槽。
所述模具底座的上部设置的T型槽为复数个，并且相邻两个T型槽之间平行等距。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
本发明设计的模具由一组成型模块和相同数量的控制装置及模具底座构建而成，控制装置由T型螺栓组固定在模具底座的上平面上。成型模块在模具空间上的六个自由度可调又可控。
本发明中除成型模块需根据型材的截面形状加工外，其余零部件均可作为模具通用零部件用于其它成型零件加工用的模具上。模具的调整需根据型材需要成型的成型构件在模具空间上的相对位置和模具构件的几何尺寸利用电脑三维作图软件进行计算并获得。
型材在动态拉弯成型过程中，通过成型模块控制型材的数个法向截面的空间位置及扭转角度实现型材的三维拉弯成型。各个成型模块的空间位置和扭转角度可通过控制装置和模具底座进行调整和控制。型材在成型结束时其在模具控制点处的法向截面的空间位置及扭转角度受到模具成型模块的完全精确控制。
本发明简化了以往的多点三维拉弯成型模具的结构，提供了一种更便于设计制造和精确调整控制的型材三维拉弯多截面控制成型模具。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具的轴侧结构示意图。
图2为本发明绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具的主视结构示意图。
图3为本发明绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具的俯视结构示意图。
图4为本发明绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具的控制装置轴侧结构示意图。
图5为本发明绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具的控制装置主剖视图。
图6为本发明绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具的控制装置A—A方向剖视图。
图7为本发明绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具的控制装置B—B方向剖视图。
图8为本发明的实施例中型材在弯曲、扭拧变形结束时的模具工作状态轴侧图。
图9为本发明的实施例中型材在弯曲、扭拧变形结束时的模具工作状态主视图。
图10为本发明的实施例中型材在弯曲、扭拧变形结束时的模具工作状态俯视图。
图11为本发明的实施例中成型模块的主视图。
图12为本发明的实施例中成型模块的左视图。
图13为本发明的实施例中成型模块的俯视图。
图14为本发明的实施例中成型模块带挡销Ⅰ的轴测图。
图15为本发明的实施例中成型的型材构件轴测图。
图中，1-成型模块、2-控制装置、3-模具底座、4-橡胶垫、101-挡销Ⅰ、201-机座、202-矩形键、203-垂直螺纹轴、204-定位盘Ⅰ、205-锁紧螺钉Ⅰ、 206-滑块、207-双圆螺母、208-定位盘Ⅱ、209-锁紧螺钉Ⅱ、210-摆头、211- 限位挡板、212-锁紧螺钉Ⅲ、213-挡销Ⅱ、214-定位孔、215-定位螺栓、216-T 型螺栓组。
具体实施方式
从几何意义上，型材三维弯曲扭拧成型构件是型材法向截面沿一条三维空间曲线移动同时绕该曲线上所经过点的曲线的切线按照一定的规律或要求扭转构建而成的。在工程上我们只要控制足够多的型材法向截面的位置，在拉弯机的作用下就可以将直线型材弯曲、扭拧成我们需要的尺寸和形状。为此，本发明提供了一种成型模块可绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯模具。
如图所示，绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯模具是由数个成型模块1和相同数量的控制装置2及模具底座3构建而成。通过矩形键202和T 型螺栓组216将控制装置2定位、固定在模具底座3的上平面上。
所述的模具底座3是在矩形体上加工有平行等距的T型槽的平板构件。定义沿T型槽的方向为前后方向，T型槽平行排布的方向为左右方向。矩形键202 定位控制装置2在模具底座3上的左右位置，控制装置2沿T型槽前后移动，可以调整各个模块控制装置2的前后相对位置。T型螺栓组216将各个控制装置 2在水平面上固定于成模具底座3上构成整体模具。即成型模块1的前后和左右两个方向的自由度通过模具底座3受到控制。
实施例：
参见图8、图9和图10，图中所示为一组由11个成型模块1和控制装置2构成的成型模块可绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯模具在型材弯曲和扭拧结束时的模具工作状态。模具用于拉弯成型一种类似“T”形截面型材的三维弯、扭成型构件。
由图4至图7可知，控制装置2在左右方向上的位置由模具底座3的T型槽距离确定。控制装置2在前后方向上可沿模具底座3的T型槽移动，位置确定后用T型螺栓组216固定。
成型模块1可绕自身轴线O3---O3转动，允许的转动角度由限位挡板211限定。成型模块1可绕水平轴线 O2---O2转动，允许的转动角度由定位盘Ⅱ208限定。成型模块1可绕垂直轴线 O1 ---O1 转动，允许的转动角度由定位盘Ⅰ204限定。成型模块1可上下移动，向上移动的位置由双圆螺母207限定。
所述的成型模块1是在圆柱体上根据型材的横截面形状和尺寸及弯曲方向沿轴线方向加工沟槽，在用于成型型材的槽底和槽侧面加工适当的圆弧而成，圆弧的中心应位于圆柱体的中心轴线中间点处的横截面上(见图11、图13)。此截面是成型模块1控制型材变形的控制截面。非用于成型型材的槽侧面需留适当的间隙以便于工件导入模具成型模块1内。在圆柱体外圆加工沟槽，用定位螺栓215轴向定位。在端面适当位置安装挡销Ⅰ101用于控制成型模块1绕自身轴线O3---O3的扭转角度，每个成型模块1允许的扭转角度由安装在摆头210上的限位挡板211控制。
所述的控制装置2主要由下述零件构成：
用于安装其它零件的机座201，是由钢板焊接的框架式结构件、经加工而成的。其上加工有垂直于底平面的两个同轴安装孔，用于配合安装垂直螺纹轴203。孔轴线我们定义为垂直轴线O1---O1。机座201的底平面上安装有矩形键202，矩形键202与模具底座3上的T型槽滑动配合。
垂直螺纹轴203是带有台肩的圆柱体，外圆加工有外螺纹，沿轴线开设有键槽。其上安装有带键齿圆柱孔的滑块206和加工有腰形槽孔的定位盘Ⅰ204，通过定位盘Ⅰ204和锁紧螺钉Ⅰ205控制垂直螺纹轴203绕垂直轴线O1---O1的扭转角度。垂直螺纹轴203上安装的双圆螺母207用于控制滑块206向上的移动距离。
滑块206上加工有与键齿圆柱孔轴线垂直相交的水平轴，定义该水平轴的轴线为水平轴线O2---O2。其上安装有摆头210和加工有腰形槽孔的定位盘Ⅱ208，摆头210可绕水平轴线O2---O2转动，转动的角度由挡销Ⅱ213和定位盘Ⅱ208 控制，由定位孔214和定位螺栓215进行固定，定位盘Ⅱ208通过锁紧螺钉Ⅱ209 锁紧。
摆头210是在矩形体上加工有相互垂直的一大一小两个孔，其中的大孔为开口孔，开口角度要小于180度，我们定义开口孔的轴线为自身 轴线O3---O3，小孔为安装孔。开口孔内配合安装成型模块1，成型模块1的轴向定位由定位孔214和定位螺栓215控制。成型模块1绕自身 轴线O3---O3的转动角度由挡销Ⅰ101和限位挡板211控制。限位挡板211的高度可以调节并且由锁紧螺钉Ⅲ212锁紧固定。
通过上述对模具结构的描述，可知成型模块1在模具空间上的位置，也就是其六个自由度即可调又可控。当需要成型的型材构件在模具上的位置确定后，我们利用电脑三维软件就可以求出所有成型模块1的位置参数。据此参数调整控制装置2在模具底座3上的前后、左右控制位置，其中左右位置由模具底座3 上的T型槽距离确定，通过双圆螺母207,调整其高度方向的控制位置，通过定位盘Ⅰ204调整其绕垂直轴线O1---O1的控制角度，通过定位盘Ⅱ208调整其绕水平轴线O2---O2的控制角度，通过限位挡板211调整其绕自身轴线O3---O3的控制角度。此时的模具状态就是直线型材在拉弯机的作用下通过该模具对型材进行弯曲、扭拧变形完成后的模具状态。调整好后应将控制装置2上的定位盘Ⅱ208、定位盘Ⅰ204、限位挡板211、双圆螺母207锁死，用T型螺栓组216将控制装置2和模具底座3固定。
由于拉弯开始时型材在拉力的作用下处于直线状态，为使型材顺利进入模具，应将模具上的成型模块1调整到同一水平面内并使槽口与型材突出部相适应。直线型材在入模过程结束时即完成了水平面内的弯曲变形，拉弯机夹头抬升型材完成在垂直面方向的弯曲变形，拉弯机夹头扭拧完成对型材的扭拧变形。此时型材变形过程结束。
本发明模具上除成型模块1需根据型材的截面形状加工外，其余零部件均可作为模具通用零部件用于其它成型零件加工用的模具上。模具的调整需根据型材需要成型的成型构件在模具空间上的相对位置和模具构件的几何尺寸利用电脑三维作图软件进行。成型构件与模具在空间上的位置确定后，按下述步骤确定模具各个零部件的位置参数：
步骤一、将成型构件数学模型和模具相关的结构件的几何数据导入电脑三维作图软件中，通过几何约束条件求取出成型模块1所要控制的型材法向截面位置，并作剖切求取相应的参数后对模具进行调整。
步骤二、模具底座的T型槽间距为设计值，控制装置2在左右方向的位置是确定的。
步骤三、求取并获得控制装置2在模具底座3上的前后位置，用T型螺栓组216固定。
步骤四、求取并获得滑块206距模具底座的高度值，在垂直螺纹轴203上调整双圆螺母207到正确位置，用双螺母锁定。
步骤五、求取并获得垂直螺纹轴203绕垂直轴线O1---O1的扭转角度，通过定位盘Ⅰ204进行调整并用锁紧螺钉Ⅰ205锁定。
步骤六、求取并获得摆头210绕水平轴线O2---O2的扭转角度，调整定位盘Ⅱ208的位置并用螺钉10锁定。
步骤七、求取并获得成型模块1绕自身轴线O3---O3的扭转角度，调整摆头210上的限位挡板211位置并用锁紧螺钉Ⅲ212锁定。
此时模具相应的极限位置参数调整完成，将摆头210摆正置于橡胶垫4上，并将成型模块1的槽口调正，模具即处于拉弯前的准备状态。
当拉弯机夹头在水平面内将拉直的型材逐个引入成型模块1后，型材在水平面的弯曲变形完成。然后拉弯机夹头可对型材施加扭矩M完成型材的扭拧变形，也可以在拉弯机夹头抬升完成型材在垂直曲面上的弯曲变形后扭拧成型。此时模具处于型材弯曲，扭拧后的工作状态。如图8、图9以及图10所示。
型材的成型完成后，取下工件恢复模具的拉弯前的准备状态。
Claims (6)
1.绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具，包括成型 模块(1)、控制装置(2)和模具底座(3)，所述模具底座(3)的上部设置有T型槽；所述成型 模块(1)为侧面设置有沟槽的圆柱体，成型 模块(1)与控制装置(2)连接；所述沟槽的形状与型材的横截面形状一致；所述控制装置(2)通过T型螺栓(4)固定在模具底座(3)的上部，控制装置(2)控制成型 模块(1)移动，
所述成型 模块(1)的外侧壁中部沿周向加工有沟槽，成型 模块(1)的一侧圆面上设置有挡销Ⅰ(101)，
所述控制装置(2)控制成型 模块(1)绕三个相互垂直的轴线转动并且沿垂直轴线上下移动，
其特征是：所述控制装置(2)包括机座(201)、矩形键(202)、垂直螺纹轴(203)、定位盘Ⅰ(204)、锁紧螺钉Ⅰ(205)、滑块(206)、双圆螺母(207)、定位盘Ⅱ(208)、锁紧螺钉Ⅱ(209)、摆头(210)、限位挡板(211)和锁紧螺钉Ⅲ(212)，
所述机座(201)为钢板焊接的框架式结构，机座(201)的上顶面和下底面各设置有一个安装孔并且两个安装孔同轴，机座(201)的下部通过螺栓与矩形键(202)固定连接；
所述矩形键(202)嵌入模具底座(3)的T型槽中与T型槽滑动连接；
所述垂直螺纹轴(203)与机座(201)的两个安装孔配合连接，垂直螺纹轴(203)通过定位盘Ⅰ(204)以及锁紧螺钉Ⅰ(205)与机座(201)固定连接，垂直螺纹轴(203)的中部套装有滑块(206)和双圆螺母(207)；
所述滑块(206)的上部通过双圆螺母(207)与垂直螺纹轴(203)连接，滑块(206)的中部设置有键齿圆柱孔并通过键齿圆柱孔与垂直螺纹轴(203)连接，滑块(206)的侧壁上设置有与键齿圆柱孔轴线垂直相交的水平轴，滑块(206)的上部设置有挡销Ⅱ(213)；
所述定位盘Ⅱ(208)套装在滑块(206)的水平轴的外部，定位盘Ⅱ(208)通过锁紧螺钉Ⅱ(209)与滑块(206)固定连接；
所述摆头(210)为矩形体上加工有轴线相互垂直的一大一小两个孔，其中的大孔为开口孔，小孔为安装孔，摆头(210)通过安装孔套装在滑块(206) 的水平轴的外部并且摆头(210)与定位盘Ⅱ(208)连接，摆头(210)的一侧通过锁紧螺钉Ⅲ(212)与限位挡板(211)连接；所述开口孔的开口角度小于180度，开口孔的内部与成型 模块(1)配合连接；
所述限位挡板(211)与挡销Ⅰ(101)连接，用于成型 模块(1)的转动限位；
所述挡销Ⅱ(213)与摆头(210)连接，用于摆头(210)的转动限位。
2.根据权利要求1所述的绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具，其特征是：所述摆头(210)在开口孔处设置有定位孔(214)和定位螺栓(215)，用于摆头(210)与滑块(206)之间的定位。
3.根据权利要求1所述的绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具，其特征是：所述摆头(210)在安装孔处设置有定位孔(214)和定位螺栓(215)，用于摆头(210)与成型 模块(1)之间的定位。
4.根据权利要求1、2、3中任一项所述的绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具，其特征是：所述摆头(210)的下部设置有橡胶垫(4)。
5.根据权利要求1所述的绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具，其特征是：所述定位盘Ⅰ(204)和定位盘Ⅱ(208)上均设置有腰形槽孔。
6.根据权利要求1所述的绕自身轴线转动的多截面控制型材三维拉弯成型模具，其特征是：所述垂直螺纹轴(203)为带有台肩的圆柱体，圆柱体的外侧壁加工有外螺纹，沿圆柱体的轴线方向在外侧壁上开设有与滑块(206)配合连接的键槽。
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