CN109807208A - 一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置。盘状机架分为管材入口部和管材弯曲部，管材运送加工经过盘状机架，盘状机架管材入口部两侧设有进给辊组和限位辊组，进给辊组固定安装在盘状机架上，限位辊组安装盘状机架上，限位辊组连接液压缸组件；盘状机架管材弯曲部开设有滑道组，滑道组包括从内向外同圆心的多道半圆环滑槽，基座的底面开设有沿圆周间隔均布的四个凹槽，每个凹槽均安装有第三滚轮，电机运行带动第三滚轮运动。本发明可对弯曲部分多次施加小作用力实现薄壁管材渐进弯曲，实现对不同管径以及相同管径下不同弯径管材的连续加工；多次施加小作用力，渐进弯压的加工特点，对于薄壁管材的加工具有很好的适应性。

Description

一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置

技术领域

本发明属于工程材料加工成型技术领域，具体属于金属管材弯曲装置，涉及了一种辊组包络薄壁管材变弯径弯曲成形结构，可实现对不同管径或相同管径不同弯曲角度的薄壁管材弯曲成型加工。

背景技术

金属管材在加工过程中需按照不同角度进行弯折，这一过程通常采用冷加工的方式。冷加工则指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺。冷加工在使金属成形的同时，通过加工硬化提高了金属的强度和硬度。可以获得很好的尺寸公差和表面粗糙度。

目前常见的管材弯折装置一般结构包括夹紧机构以及弯曲机构。在对管材尤其是薄壁管材进行弯曲时，管材弯曲部位外侧壁厚会减少，内侧会堆积增加。这种变化不仅与管材直径和壁厚有关，还与弯曲的半径有关。在加工过程中，需要控制弯曲的半径以避免弯曲段外侧因过度减薄而达不到要求，严重时甚至出现破裂的现象，弯曲段内侧也会因材料的过度堆积而出现失稳起皱的现象。而渐进加工的方式可有效改善这一现象。此外，多数弯管机只能加工固定半径和固定弯径、固定弯曲角度的管材，且无法实现不同管径管材的任意弯曲半径、弯曲角度的连续加工过程。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置。本发明可以实现对不同管径以及相同管径不同弯曲半径管材，以及不同弯曲角度的连续加工，具有作用力小、可变弯径、连续加工、能耗低的特点。

本发明所采用的技术手段如下：

本发明包括盘状机架、进给辊组、限位辊组、液压缸组件和弯压成型辊组；盘状机架分为管材入口部和管材弯曲部，管材运送加工经过盘状机架，盘状机架管材入口部在管材的两侧分别设有进给辊组和限位辊组，进给辊组固定安装在盘状机架上，限位辊组安装盘状机架上，限位辊组连接液压缸组件，由液压缸组件控制限位辊组靠近进给辊组或者远离进给辊组移动；限位辊组底部带有滚轮，在机架的滑道内通过液压缸组件驱动实现对加工管材的固定和夹紧；盘状机架管材弯曲部开设有滑道组，滑道组包括从内向外同圆心的多道半圆环滑槽，每个半圆环滑槽安装有两个弯压成型辊组，各道半圆环滑槽半径不同，滑槽其中一侧侧壁设置有齿条；弯压成型辊组包括第三中心轴、第三深沟球轴承、第三套筒、第三推力轴承、基座和第三滚轮；基座为圆盘状，第三中心轴底端同轴固接在基座中心，第三中心轴通过第三推力轴承和第三深沟球轴承套装有第三套筒，第三中心轴顶部通过第三深沟球轴承和第三套筒内周面连接，第三中心轴底部设置的外凸缘通过第三推力轴承和第三套筒底端面连接；基座的底面开设有沿圆周间隔均布的四个凹槽，每个凹槽均安装有第三滚轮，四个第三滚轮的滚动轴均沿基座径向布置，电机外壳固定于基座的底面内部，其中一个滚轮与电机的输出轴连接，通过电机控制实现滚轮转动；基座外周面设置为齿轮结构，基座置于半圆环滑槽中，且齿轮结构和齿条啮合形成齿轮齿条副，电机运行带动第三滚轮运动，基座受第三滚轮导向下在半圆环滑槽转动并通过齿轮齿条副的传动沿半圆环滑槽移动。

所述的进给辊组包括角码、第一推力轴承、第一套筒、第一深沟球轴承和第一中心轴；第一中心轴下部通过角码固定于盘状机架上，第一中心轴上部和中部外通过第一推力轴承和第一深沟球轴承套装有第一套筒，第一中心轴上部通过第一深沟球轴承和第一套筒内周面连接，第一中心轴中部设置的外凸缘通过第一推力轴承和第一套筒底部凹槽连接。

所述的盘状机架在限位辊组和液压缸组件安装处开设有条形槽；所述的液压缸组件包括液压缸，液压缸固定在条形槽的一侧侧壁上；所述的限位辊组包括第二滚轮、第二推力轴承、第二套筒、第二中心轴和第二深沟球轴承；第二中心轴下部固定在底座上，液压缸的液压杆固定连接到底座侧面，第二中心轴上部和中部外通过第二推力轴承和第二深沟球轴承套装有第二套筒，第二中心轴上部通过第二深沟球轴承和第二套筒内周面连接，第二中心轴中部设置的外凸缘通过第二推力轴承和第二套筒底部凹槽连接；底座底面开设有凹槽，凹槽中安装有第二滚轮，液压缸工作带动底座在第二滚轮导向下沿液压杆来回移动。弯压成型辊组的底部通过齿轮轴与滑道内部两侧的齿条啮合，实现在滑道内的运动。

在靠近半圆环滑槽圆心的盘状机架上固定有另一个定位辊组，定位辊组和进给辊组结构相同。

每个半圆环滑槽安装有两个弯压成型辊组分别位于管材的两侧，

所述的盘状机架上开设有和各个半圆环滑槽连通的安装连通槽，安装连通槽延伸贯通到盘状机架的侧面。

本发明所产生的优点如下：

1.可实现管材弯曲加工中小作用力分散弯曲成型。相比于一次加工成型，多次分散弯曲使管材的受力更加均匀，可以获得更好的弯曲加工效果，避免了外侧破裂和内侧过度堆积或失稳起皱的现象。对于管材的适用性更好，降低了对于材料性能的要求，尤其适用于薄壁管材。

2.通过辊组包络拟合成型，可方便实现对于不同管径以及相同管径不同弯径管材的加工。通过改变辊组的数目，可同时加工不同外径的管材也可同时实现不同弯径管材的加工。

3.分散作用以及渐进式弯曲提高了对于薄壁管材的加工效果，使得受力更加均匀。

本发明能有效改善管材在弯曲加工中对于弯曲变形部位易于出现的加工缺陷，避免了现有技术弯管过程中的应力集中缺陷，通过将一次成型的弯曲过程分解，将弯曲处集中受到的应力分散，改善弯曲加工的效果。尤其对于薄壁管材的弯曲加工，具有良好的适用性。

附图说明

图1为本发明装置的整体示意图；

图2为本发明装置的进机辊组示意图；

图3为本发明装置的限位辊组与液压缸组件的示意图；

图4为本发明装置的弯压成型辊组示意图；

图5为本发明装置的弯压成型辊组底部滚轮布置方式示意图。

图中：机架1、进给辊组2、限位辊组3、液压缸组件4、弯压成型辊组5；1-1齿条；2-1角码、2-2第一推力轴承、2-3第一套筒、2-4第一深沟球轴承、2-5第一中心轴；3-1第二滚轮、3-2第二推力轴承、3-3第二套筒、3-4第二中心轴、3-5第二深沟球轴承、3-6底座；4-1液压杆、4-2有杆腔油口、4-3液压缸、4-4无杆腔油口；5-1第三中心轴、5-2第三深沟球轴承、5-3第三套筒、5-4第三推力轴承、5-5电机、5-6基座、5-7第三滚轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明具体实施包括盘状机架1、进给辊组2、限位辊组3、液压缸组件4和弯压成型辊组5；盘状机架1分为管材入口部和管材弯曲部，管材运送加工经过盘状机架1，盘状机架1管材入口部在管材的两侧分别设有进给辊组2和限位辊组3，进给辊组2固定安装在盘状机架1上，限位辊组3安装盘状机架1上，限位辊组3连接液压缸组件4，由液压缸组件4控制限位辊组3靠近进给辊组2或者远离进给辊组2移动。在靠近半圆环滑槽圆心的盘状机架1上固定有另一个定位辊组，定位辊组和进给辊组2结构相同。

如图2所示，进给辊组2包括角码2-1、第一推力轴承2-2、第一套筒2-3、第一深沟球轴承2-4和第一中心轴2-5；第一中心轴2-5为阶梯轴结构，第一中心轴2-5下部通过角码2-1固定于盘状机架1上，第一中心轴2-5上部和中部外通过第一推力轴承2-2和第一深沟球轴承2-4套装有第一套筒2-3形成转动连接，第一套筒2-3和管材表面接触，管材经过时通过摩擦力带动第一套筒2-3自由转动，第一中心轴2-5上部通过第一深沟球轴承2-4和第一套筒2-3内周面连接，第一中心轴2-5中部设置的外凸缘通过第一推力轴承2-2和第一套筒2-3底部凹槽连接。

进给辊组2的第一中心轴2-5顶端可安装连接驱动电机，驱动电机带动外部套筒进行转动，控制加工管材实现进给。

如图3所示，盘状机架1在限位辊组3和液压缸组件4安装处开设有条形槽；液压缸组件4包括液压缸4-3，液压缸4-3的液压杆4-1平行于条形槽，液压缸4-3固定在条形槽远离进给辊组2的一侧侧壁上，液压缸4-3的有杆腔油口4-2和无杆腔油口4-4分别连接油源。

如图1所示，限位辊组3以及控制其运动的液压缸组件4位于机架左上方的滑槽内。液压缸组件固定在外端，液压缸的杆件与辊组底部相连。

如图3所示，限位辊组3包括第二滚轮3-1、第二推力轴承3-2、第二套筒3-3、第二中心轴3-4和第二深沟球轴承3-5；第二中心轴3-4为阶梯轴结构，第二中心轴3-4下部固定在底座3-6上，液压缸4-3的液压杆4-1固定连接到底座3-6侧面，第二中心轴3-4上部和中部外通过第二推力轴承3-2和第二深沟球轴承3-5套装有第二套筒3-3形成转动连接，第二套筒3-3和管材表面接触，管材经过时通过摩擦力带动第二套筒3-3自由转动，第二中心轴3-4上部通过第二深沟球轴承3-5和第二套筒3-3内周面连接，第二中心轴3-4中部设置的外凸缘通过第二推力轴承3-2和第二套筒3-3底部凹槽连接；底座3-6底面开设有凹槽，凹槽中安装有第二滚轮3-1，液压缸4-3工作带动底座3-6在第二滚轮3-1导向下沿液压杆4-1来回移动。

具体实施中，限位辊组3可设置两组，限位辊组3在滑槽内通过液压缸操控进行运动，用于在加工时对管材进行夹紧和固定的操作。

如图4所示，盘状机架1管材弯曲部开设有滑道组，滑道组包括从内向外同圆心的多道半圆环滑槽，半圆环滑槽的半圆侧朝向远离进给辊组2的一侧布置，滑槽非通槽，每个半圆环滑槽安装有两个弯压成型辊组5，各道半圆环滑槽半径不同，滑槽均为内T型槽，滑槽其中一侧侧壁设置有齿条1-1。

如图4所示，弯压成型辊组5包括第三中心轴5-1、第三深沟球轴承5-2、第三套筒5-3、第三推力轴承5-4、第三滚轮5-7、基座5-6和电机5-5；基座5-6为圆盘状，第三中心轴5-1为阶梯轴结构，第三中心轴5-1底端同轴固接在基座5-6中心，第三中心轴5-1通过第三推力轴承5-4和第三深沟球轴承5-2套装有第三套筒5-3形成转动连接，第三套筒5-3和管材表面接触，管材经过时通过摩擦力带动第三套筒5-3自由转动，第三中心轴5-1顶部通过第三深沟球轴承5-2和第三套筒5-3内周面连接，第三中心轴5-1底部设置的外凸缘通过第三推力轴承5-4和第三套筒5-3底端面连接；如图5所示，基座5-6的底面开设有沿圆周间隔均布的四个凹槽，每个凹槽均安装有第三滚轮5-7，四个第三滚轮5-7的滚动轴均沿基座5-6径向布置，其中一个滚轮与固定在基座5-6底部的电机5-5输出轴连接，由电机控制实现转动；基座5-6外周面设置为齿轮结构，基座5-6置于半圆环滑槽中，且齿轮结构和齿条1-1啮合形成齿轮齿条副，电机5-5运行带动其中一个第三滚轮5-7转动，基座5-6受第三滚轮5-7导向下在半圆环滑槽转动并通过齿轮齿条副的传动沿半圆环滑槽移动。

具体实施中，盘状机架1上开设有和各个半圆环滑槽连通的安装连通槽，安装连通槽延伸贯通到盘状机架1的侧面。

在管材弯曲起始处，设有两组进给辊组2，管材从进给辊组2和限位辊组3之间进入，弯压成型辊组从管材的弯曲起始处开始，夹紧管材需要弯曲的部位在滑道内运动，不断对管材施加弯曲作用，实现渐进弯曲成型。

每个辊组的固定轴与套筒通过深沟球轴承与推力轴承配合，实现定位与转动。弯压成型辊组5底部带有环状分布的滚轮，管材通过机架1左侧的入口进入不同曲率半径的同心半圆环滑槽内。

弯压成型辊组5通过机架左侧的滑道入口进入同心半圆环滑槽内，并通过底部齿轮与T型截面滑道两侧的齿条1-1啮合，在滑道内运动，每条半圆环滑槽中有两组弯压成型辊组5，在进行加工时夹紧管材按照管材弯曲的变化和目标位置时时调整位置，进行弯曲加工。

每个半圆环滑槽安装有两个弯压成型辊组5分别位于管材的两侧，在加工时夹紧管材进行弯曲运动。不同半圆环滑槽的弯压成型辊组5构成了薄壁管材变弯径弯曲的核心加工组件。本发明通过对管材加工后位置的模拟计算，控制辊组运动，使得所有弯压成型辊组5沿包络线布置，对所加工的管材进行整体弯曲加工。通过计算包络线与滑道的半径的交点确定弯压成型辊组5位置，控制电机5-5转动角度，基座5-6收到第三滚轮5-7的导向作用转动相应的角度，在基座的齿轮表面与滑道内部齿条的配合下运动到所需位置。

调整限位辊组4的位置，并减少弯压成型辊组5的数目实现对小管径，弯曲半径较小管材的加工，相反增加弯压成型辊组5可实现大管径，弯曲半径大的管材加工。

调整弯压成型辊组5在滑道内的位置，可实现对相同管径的管材，进行不同弯曲半径的连续加工，管材的连续加工即至少连个不同位置需弯曲加工的管材的处理。

将弯曲成型后管材的曲线作为限位辊组和弯压成型辊组的包络线，通过控制辊组运动，在多次施加小作用力的同时实现渐进弯曲。

本发明安装和加工弯管过程如下：

1.将弯压成型辊组从安装连通槽装入半圆环滑槽内，将管材放在进给辊组旁。

2.加工时首先将管材靠近进给辊组2，进机辊组转动，使管材所需加工部位运动到弯曲起点处，液压缸4驱动限位辊组3在滑道上运动，限位辊组在液压缸的驱动下夹紧并固定管材，完成管材固定。

3.弯压成型辊组内部的控制单元通过管材半径、弯曲半径以及弯曲角度，计算弯曲后管材的形状，并作为辊组的包络线，控制步进电机转动相应的角度，带动辊组通过与环形滑道底部的齿条啮合，在环形滑道内运动。

4.弯压成型辊组夹紧管材需要弯曲处，在滑道内运动到控制单元计算的位置，进行弯曲作用。各组辊组每次转动一定的角度，对所夹紧的管材部位多次施加作用力，位于最小半径滑道内的辊组先运动，各组辊组按照滑道半径由小到大顺序依次运动，实现管材弯曲加工的过程。

具体是通过加工管材的半径，弯曲半径和弯曲角度计算弯曲后管材的形状，并作为弯压成型辊组的包络线，确定每个辊组的最终位置以及步进电机转动的步距角。从弯曲起始处开始，弯压成型辊组5按照半圆环滑槽的半径，从小到大依次沿滑道运动。每一个运动过程中，各组辊组夹紧各自管材加工的部位，转动一定的角度实现微量的弯曲角度。通过多个过程，控制辊组运动，对所夹紧的加工部位多次实现小作用力下的微量弯曲，不断对管材施加弯曲变形作用，使得管材的曲率半径从零开始，逐步增大。。直至最后一个弯压成型滚组运动到底，完成管材的弯曲加工。

弯压辊组回到初始位置。若需要对同根管材其他部位继续加工，则进给辊组转动将需要加工的部位调节到加工起始处，重复上述过程。若加工完毕，则调节进给辊组，取下成型的管材。

本发明由于存在多个弯压成型辊组5对管材进行施压，弯管加工时有多个受力点，通过分散受力变形，渐进弯曲成型的方式，避免了现有技术弯管过程中的应力集中缺陷，减少了加工缺陷。

同时，辊组在管材弯曲过程中，根据加工的需要实时变化位置，每次实现微量的弯曲角度，使得管材的弯曲半径逐渐达到最终所需的状态。

本发明装置可在管材弯曲成型加工过程中，弯压成型辊组时时调整在滑道内的位置，对弯曲部分多次施加小作用力实现薄壁管材渐进弯曲。而将弯曲成型后管材的曲线作为限位辊组和弯压成型辊组的包络线，可在不改变辊组尺寸的情况下通过调整辊组的数目和位置，实现对不同管径以及相同管径下不同弯径管材的连续加工。同时，本机构多次施加小作用力，渐进弯压的加工特点，对于薄壁管材的加工具有很好的适应性。

Claims (6)

1.一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置，其特征在于：包括盘状机架(1)、进给辊组(2)、限位辊组(3)、液压缸组件(4)和弯压成型辊组(5)；盘状机架(1)分为管材入口部和管材弯曲部，管材运送加工经过盘状机架(1)，盘状机架(1)管材入口部在管材的两侧分别设有进给辊组(2)和限位辊组(3)，进给辊组(2)固定安装在盘状机架(1)上，限位辊组(3)安装盘状机架(1)上，限位辊组(3)连接液压缸组件(4)，由液压缸组件(4)控制限位辊组(3)靠近进给辊组(2)或者远离进给辊组(2)移动；盘状机架(1)管材弯曲部开设有滑道组，滑道组包括从内向外同圆心的多道半圆环滑槽，每个半圆环滑槽安装有两个弯压成型辊组(5)，各道半圆环滑槽半径不同，滑槽其中一侧侧壁设置有齿条(1-1)；弯压成型辊组(5)包括第三中心轴(5-1)、第三深沟球轴承(5-2)、第三套筒(5-3)、第三推力轴承(5-4)、基座(5-6)和第三滚轮(5-7)；基座(5-6)为圆盘状，第三中心轴(5-1)底端同轴固接在基座(5-6)中心，第三中心轴(5-1)通过第三推力轴承(5-4)和第三深沟球轴承(5-2)套装有第三套筒(5-3)，第三中心轴(5-1)顶部通过第三深沟球轴承(5-2)和第三套筒(5-3)内周面连接，第三中心轴(5-1)底部设置的外凸缘通过第三推力轴承(5-4)和第三套筒(5-3)底端面连接；基座(5-6)的底面开设有沿圆周间隔均布的四个凹槽，每个凹槽均安装有第三滚轮(5-7)，四个第三滚轮(5-7)的滚动轴均沿基座(5-6)径向布置，电机(5-5)外壳固定于基座(5-6)的底面内部，其中一个滚轮与电机(5-5)的输出轴连接，通过电机控制实现滚轮转动；基座(5-6)外周面设置为齿轮结构，基座(5-6)置于半圆环滑槽中，且齿轮结构和齿条(1-1)啮合形成齿轮齿条副，电机(5-5)运行带动第三滚轮运动(5-7)，基座(5-6)受第三滚轮(5-7)导向下在半圆环滑槽转动并通过齿轮齿条副的传动沿半圆环滑槽移动。

2.根据权利要求1所述的一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置，其特征在于：所述的进给辊组(2)包括角码(2-1)、第一推力轴承(2-2)、第一套筒(2-3)、第一深沟球轴承(2-4)和第一中心轴(2-5)；第一中心轴(2-5)下部通过角码(2-1)固定于盘状机架(1)上，第一中心轴(2-5)上部和中部外通过第一推力轴承(2-2)和第一深沟球轴承(2-4)套装有第一套筒(2-3)，第一中心轴(2-5)上部通过第一深沟球轴承(2-4)和第一套筒(2-3)内周面连接，第一中心轴(2-5)中部设置的外凸缘通过第一推力轴承(2-2)和第一套筒(2-3)底部凹槽连接。

3.根据权利要求1所述的一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置，其特征在于：所述的盘状机架(1)在限位辊组(3)和液压缸组件(4)安装处开设有条形槽；所述的液压缸组件(4)包括液压缸(4-3)，液压缸(4-3)固定在条形槽的一侧侧壁上；所述的限位辊组(3)包括第二滚轮(3-1)、第二推力轴承(3-2)、第二套筒(3-3)、第二中心轴(3-4)和第二深沟球轴承(3-5)；第二中心轴(3-4)下部固定在底座(3-6)上，液压缸(4-3)的液压杆(4-1)固定连接到底座(3-6)侧面，第二中心轴(3-4)上部和中部外通过第二推力轴承(3-2)和第二深沟球轴承(3-5)套装有第二套筒(3-3)，第二中心轴(3-4)上部通过第二深沟球轴承(3-5)和第二套筒(3-3)内周面连接，第二中心轴(3-4)中部设置的外凸缘通过第二推力轴承(3-2)和第二套筒(3-3)底部凹槽连接；底座(3-6)底面开设有凹槽，凹槽中安装有第二滚轮(3-1)，液压缸(4-3)工作带动底座(3-6)在第二滚轮(3-1)导向下沿液压杆(4-1)来回移动。

4.根据权利要求1所述的一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置，其特征在于：在靠近半圆环滑槽圆心的盘状机架(1)上固定有另一个定位辊组，定位辊组和进给辊组(2)结构相同。

5.根据权利要求1所述的一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置，其特征在于：每个半圆环滑槽安装有两个弯压成型辊组(5)分别位于管材的两侧。

6.根据权利要求1所述的一种多辊包络成形的变弯径薄壁管材弯曲成形装置，其特征在于：所述的盘状机架(1)上开设有和各个半圆环滑槽连通的安装连通槽，安装连通槽延伸贯通到盘状机架(1)的侧面。