CN110102605B - 一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫直方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫直方法，涉及机械加工方法和装置技术领域，矫直装置包括两个对称设置的模具组件，模具组件包括上模板以及多个并排设置于上模板上的矫直组件，矫直组件包括手动驱动装置和压头，手动驱动装置与压头连接以控制压头上下运动，该矫直装置矫直过程中压头的位置随意可调，使用者可以根据需要调整模具组件的包络面半径，使矫直装置能够适用于多种型材，降低了企业成本，且矫直装置利用率高，同时，使用者通过翻转型材，可以方便的对型材进行循环往复弯曲，使型材各截面残余曲率均匀。

Description

一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫直方法

技术领域

本发明涉及机械加工方法和装置技术领域，特别是涉及一种型材多点柔性 往复弯曲压力矫直装置及矫直方法。

背景技术

型材在轧制、锻造、挤压、拉伸、热处理、运输、冷却等塑性成 形加工过程中经常会受到外力的作用，温度的影响，以及组织应力与 热应力的影响而发生弯曲变形，须使其纵向纤维或纵向截面由曲变直， 则必须在矫直装置上对型材进行矫直。矫直是冶金行业及机械制造业 生产过程中一道重要的精整工序，决定着金属型材及机械零件的最终 质量和精度，已成为工业发展不可或缺的分支。目前型材矫直主要采 用压力矫直、辊式矫直(包括直辊矫直和斜棍矫直)、张力矫直和拉 弯矫直等。传统矫直工艺的缺点是：企业购买专用的矫直设备，无疑 大大增加了企业成本；而且这些专业设备一般只适合某一种型材的适 用，适用型材初始形状范围狭窄，那么如果企业生产要应用多种型材 时，就需要购置多种矫直设备，不仅增加了公司支出资金，而且每个 设备使用几率减小，浪费资源；传统矫直工艺矫直后的型材各截面残 余曲率不均匀，存在残余应力。

因此，如何提供一种成本低，利用率高，且矫直后的型材各截面残余曲率 均匀的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫直方法是目前亟待解决的问 题。

发明内容

本发明的目的是提供一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫直方 法，以解决上述现有技术存在的问题，使型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置 及矫直方法成本低，利用率高，且矫直后的型材各截面残余曲率均匀。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置，包括两个对称设置 的模具组件，所述模具组件包括上模板以及多个并排设置于所述上模板上的矫 直组件，所述矫直组件包括手动驱动装置和压头，所述手动驱动装置与所述压 头连接以控制所述压头上下运动。

优选地，所述手动驱动装置为螺杆，所述螺杆的一端可转动地设置于所述 上模板上，所述压头的另一端设置有螺纹孔，所述螺杆的另一端伸入所述螺纹 孔并与所述螺纹孔螺纹连接。

优选地，所述螺杆上设置有上螺母和下螺母，以便于使用者手动转动所述 螺杆。

优选地，所述模具组件还包括平行于所述上模板并与所述上模板固定连接 的下模板，所述下模板上开设有多个用于安装所述螺杆的安装通孔，且所述螺 杆的一端设置有螺帽，所述安装通孔的尺寸大于所述螺杆的尺寸小于所述螺帽 的尺寸，以使各所述螺杆能够可转动地安装于所述下模板上。

优选地，所述模具组件还包括外夹板和内夹板，所述内夹板设置于所述下 模板的下方，所述压头夹紧于所述内夹板内以消除相互之间的间隙，所述下模 板的两侧各设置有一外夹板，所述内夹板与所述外夹板固定连接以固定于所述 下模板上。

优选地，所述内夹板包括顶板，所述顶板的下方两侧各设置有一侧板，多 个所述压头夹紧于两个所述侧板之间以消除相互之间的间隙，且所述螺杆的另 一端穿过所述顶板与所述压头连接。

优选地，所述压头为圆柱压头。

优选地，所述压头的轮廓线为抛物线。

本发明还提供了一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置的矫直方法，包 括以下步骤：

步骤一，将两个所述模具组件的所述上模板分别与成型压力机的横梁和工 作台固定连接，且与所述成型压力机的所述横梁固定连接的所述模具组件为上 模具组件，与所述成型压力机的所述工作台固定连接的所述模具组件为下模具 组件；

步骤二，根据型材的形状，依据往复弯曲统一曲率定理，计算所述上模具 组件和所述下模具组件所需的包络面半径大小；

步骤三，通过转动所述螺杆，调整各所述压头的位置，进而调节所述上模 具组件和所述下模具组件至所需的包络面半径；

步骤四，进行往复弯曲型材，首先将所述上模具组件和所述下模具组件分 别调整为对应的凸模和凹模，并将所述型材置于所述下模具组件上，利用所述 成型压力机的所述横梁控制所述上模具组件的所述压头向下压制所述型材，使 所述型材弯曲，当所述上模具组件和所述下模具组件完全合模时，停止加载， 随后，通过上移所述上模具组件，使施加于所述型材上的力卸载，所述型材回 弹，所述型材回弹结束后，以所述型材长度方向的中心线为轴使型材旋转180 度，再次弯曲，循环重复多次上述弯曲过程，直至所述型材各截面曲率统一为 止；

步骤五，根据过弯矫直定理计算出一次过弯矫直时所需弯曲半径，重复步 骤三过程，形成一次过弯矫直时所述上模具组件和所述下模具组件所需的包络 面半径；

步骤六，重新将所述上模具组件和所述下模具组件分别调整为对应的凸模 和凹模，并将所述型材置于所述下模具组件上，利用所述成型压力机的所述横 梁控制所述上模具组件的所述压头向下压制所述型材，对所述型材进行一次过 弯，然后对所述型材进行卸载，卸载回弹后所述型材被矫直。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明公开的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫直方法，型材多点 柔性往复弯曲压力矫直装置包括两个对称设置的模具组件，模具组件包括上模 板以及多个并排设置于上模板上的矫直组件，矫直组件包括手动驱动装置和压 头，手动驱动装置与压头连接以控制压头上下运动，该型材多点柔性往复弯曲 压力矫直装置矫直过程中压头的位置随意可调，使用者可以根据需要调整模具 组件的包络面半径，使矫直装置能够适用于多种型材，降低了企业成本，且该 型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置利用率高，同时，使用者通过翻转型材可 以方便的对型材进行循环往复弯曲，使型材各截面残余曲率均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置矫直前模具组 件的结构示意图；

图2为本发明提供的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置内夹板的结构 示意图

图3为本发明提供的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置型材翻转前的 结构示意图；

图4为本发明提供的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置型材翻转180度 进行弯曲的结构示意图；

图5为本发明提供的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置矫直完成时结 构示意图。

图1-图5中：

1.上模板、2.外夹板、3.螺杆、4.垫片、5.下模板、6.上螺母、7.下螺母、8. 内夹板、801.顶板、802.侧板、9.压头、10.型材。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫直方 法，以解决现有技术存在的问题，使型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫 直方法成本低，利用率高，且矫直后的型材各截面残余曲率均匀。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1，如图1所示，本发明提供一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直 装置，包括两个对称设置的模具组件，模具组件包括上模板1以及多个并排设 置于上模板1上的矫直组件，矫直组件包括手动驱动装置和压头9，手动驱动 装置与压头9连接以控制压头9上下运动，该型材多点柔性往复弯曲压力矫直 装置矫直过程中压头9的位置随意可调，使用者可以根据需要调整模具组件的 包络面半径，使矫直装置能够适用于多种型材10，降低了企业成本，且该型 材多点柔性往复弯曲压力矫直装置利用率高，同时，使用者通过翻转型材可以 方便的对型材10进行循环往复弯曲，使型材10各截面残余曲率均匀。

一些实施例中，手动驱动装置为螺杆3，螺杆3的一端可转动地设置于上 模板1上，压头9的另一端设置有螺纹孔，螺杆3的另一端伸入螺纹孔并与螺 纹孔螺纹连接。

一些实施例中，螺杆3上设置有上螺母6和下螺母7，以便于使用者手动 转动螺杆3，上螺母6与下螺母7背紧，控制行程螺杆3旋进压头9或旋出压 头9，即可控制模具组件包络面半径大小。

一些实施例中，模具组件还包括平行于上模板1并与上模板1固定连接的 下模板5，下模板5上开设有多个用于安装螺杆3的安装通孔，且螺杆3的一 端设置有螺帽，安装通孔的尺寸大于螺杆3的尺寸小于螺帽的尺寸，以使各螺 杆3能够可转动地安装于下模板5上。

另外，为了节省空间，下模板5上设置有凹槽，螺帽通过垫片4可转动地 安装于凹槽内。

一些实施例中，模具组件还包括外夹板2和内夹板8，内夹板8设置于下 模板5的下方，压头9夹紧于内夹板8内以消除相互之间的间隙，下模板5 的两侧各设置有一外夹板2，内夹板8与外夹板2固定连接以固定于下模板5 上。

一些实施例中，如图2所示，内夹板8包括顶板801，顶板801的下方两 侧各设置有一侧板802，多个压头9夹紧于两个侧板802之间以消除相互之间 的间隙，且螺杆3的另一端穿过顶板801与压头9连接。

一些实施例中，压头9为圆柱压头。

一些实施例中，压头9的轮廓线为抛物线。

该一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置的矫直方法，如图3-5所示， 包括以下步骤：

步骤一，将两个模具组件的上模板1分别与成型压力机的横梁和工作台固 定连接，且与成型压力机的横梁固定连接的模具组件为上模具组件，与成型压 力机的工作台固定连接的模具组件为下模具组件；

步骤二，根据型材10的形状，依据往复弯曲统一曲率定理，计算上模具 组件和下模具组件所需的包络面半径大小；

步骤三，通过转动螺杆3，调整各压头9的位置，进而调节上模具组件和 下模具组件至所需的包络面半径；

步骤四，进行往复弯曲型材10，首先将上模具组件和下模具组件分别调 整为对应的凸模和凹模，凸模和凹模中性位置必须在一条直线上，且凸凹模必 须完全重合，并将型材10置于下模具组件上，利用成型压力机的横梁控制上 模具组件的压头9向下压制型材10，使型材10弯曲，当上模具组件和下模具 组件完全合模时，停止加载，随后，通过上移上模具组件，使施加于型材10 上的力卸载，型材10回弹，型材10回弹结束后，以型材10长度方向的中心 线为轴使型材10旋转180度，再次弯曲，循环重复多次上述弯曲过程，直至 型材10各截面曲率统一为止，且重复次数根据型材10要求精度确定，精度越 高重复次数越多，一般型材10重复3-7次即可；

步骤五，根据过弯矫直定理计算出一次过弯矫直时所需弯曲半径，重复步 骤三过程，形成一次过弯矫直时上模具组件和下模具组件所需的包络面半径；

步骤六，重新将上模具组件和下模具组件分别调整为对应的凸模和凹模， 并将型材10置于下模具组件上，利用成型压力机的横梁控制上模具组件的压 头9向下压制型材10，对型材10进行一次过弯，然后对型材10进行卸载， 卸载回弹后型材10被矫直。

需要说明是是包络面的定义是指在波的传播过程中，总可以找到同相位各 点的几何位置，这些点的轨迹是一个等相位面，叫做波面(即包络面)，本发明 中包络面具体指压头9远离螺杆3的一端所形成的轨迹。

另外，本发明提供的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置如附图3-5所示 布置方式布置时位于上方的模具组件为上模具组件，位于下方的模具组件为下 模具组件。

此外，该一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置及矫直方法的原理是将 传统压力矫直模具进行离散，离散成多个基本体，即本发明中的多个压头9。 根据型材10界面、材料、型材10初始形状，通过调节基本体相对位置控制弯 曲成形包络面半径大小，然后进行多点柔性往复弯曲，弯曲过程中，凹模始终 是凹模，凸模始终是凸模，通过旋转型材10来实现往复弯曲，直至弯曲型材 10各截面所受的弯矩趋于相等，同样的曲率趋于统一。最后再通过控制弯曲 成包络面半径大小，对型材10进行一次过弯矫直，最终达到型材10矫直目的。

下面以具体的型材10为例详细介绍该型材多点柔性往复弯曲压力矫直装 置的矫正方法：

例1

待矫型材10几何尺寸为20mm×5.45mm×320mm，材料为304，经测量挠 度6mm。根据型材10的初始形状，通过调节螺杆3，控制包络面半径大小， 控制上模具组件的包络面半径802.330mm、下模具组件的包络面半径大小为 807.78mm。首次压制，将待矫直型材10置于下模具组件上，上模具组件随着 成型压力机横梁的移动，对型材10进行压制，当上模具组件和模具组件完全 合模时，成型压力机横梁停止移动。首次压制完成后，上模具组件随着成型压 机横梁上行卸载，之后将型材10翻转180度，放置于下模具组件上，进行再 次弯曲，循环重复上述压制过程6次，前5次的凸凹模包络面半径大小分别为 802.330mm、807.78mm。第六次凸凹模包络面半径大小分别为1068.50mm、 1073.85mm。在完成最后一次压制卸载后型材10回弹，成为直线度满足符合 要求的型材10。

例2

待矫型材10几何尺寸为20mm×5.45mm×320mm，材料为ST12，经测量 挠度6mm。通过调节螺杆3，控制包络面半径大小，控制上模具组件的包络面 半径850.299mm、下模具组件的包络面半径大小为855.749mm。首次压制，将 待矫直型材10置于下模具组件上，上模具组件随着成型压力机横梁的移动， 对型材10进行压制，当上模具组件和模具组件完全合模时，成型压力机横梁 停止移动。首次压制完成后，上模具组件随着成型压机横梁上行卸载，之后将 型材10翻转180度，放置于下模具组件上，进行再次弯曲，循环重复上述压 制过程7次，前6次的凸凹模包络面半径大小分别为850.299mm、855.749mm。 第六次凸凹模包络面半径大小分别为1010.875mm、1016.325mm。在完成最后 一次压制卸载后型材10回弹，成为直线度满足符合要求的型材10。

例3

待矫型材10几何尺寸为20mm×5mm×320mm，材料为20号钢，经测量挠 度6mm。根据型材10的初始形状，通过调节螺杆3，控制包络面半径大小， 控制上模具组件的包络面半径939.300mm、下模具组件的包络面半径大小为 944.300mm。首次压制，将待矫直型材10置于下模具组件上，上模具组件随 着成型压力机横梁的移动，对型材10进行压制，当上模具组件和模具组件完 全合模时，成型压力机横梁停止移动。首次压制完成后，上模具组件随着成型 压机横梁上行卸载，之后将型材10翻转180度，放置于下模具组件上，进行 再次弯曲，循环重复上述压制过程8次，前7次的凸凹模包络面半径大小分别 为939.300mm、944.300mm。第六次凸凹模包络面半径大小分别为1305.5mm、 1310.5mm。在完成最后一次压制卸载后型材10回弹，成为直线度满足符合要 求的型材10。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域 的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改 变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置，其特征在于：包括两个对称设置的模具组件，所述模具组件包括上模板以及多个并排设置于所述上模板上的矫直组件，所述矫直组件包括手动驱动装置和压头，所述手动驱动装置与所述压头连接以控制所述压头上下运动；所述手动驱动装置为螺杆，所述螺杆的一端可转动地设置于所述上模板上，所述压头的另一端设置有螺纹孔，所述螺杆的另一端伸入所述螺纹孔并与所述螺纹孔螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置，其特征在于：所述螺杆上设置有上螺母和下螺母，以便于使用者手动转动所述螺杆。

3.根据权利要求1所述的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置，其特征在于：所述模具组件还包括平行于所述上模板并与所述上模板固定连接的下模板，所述下模板上开设有多个用于安装所述螺杆的安装通孔，且所述螺杆的一端设置有螺帽，所述安装通孔的尺寸大于所述螺杆的尺寸小于所述螺帽的尺寸，以使各所述螺杆能够可转动地安装于所述下模板上。

4.根据权利要求3所述的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置，其特征在于：所述模具组件还包括外夹板和内夹板，所述内夹板设置于所述下模板的下方，所述压头夹紧于所述内夹板内以消除相互之间的间隙，所述下模板的两侧各设置有一外夹板，所述内夹板与所述外夹板固定连接以固定于所述下模板上。

5.根据权利要求4所述的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置，其特征在于：所述内夹板包括顶板，所述顶板的下方两侧各设置有一侧板，多个所述压头夹紧于两个所述侧板之间以消除相互之间的间隙，且所述螺杆的另一端穿过所述顶板与所述压头连接。

6.根据权利要求1所述的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置，其特征在于：所述压头为圆柱压头。

7.根据权利要求1所述的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置，其特征在于：所述压头的轮廓线为抛物线。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的型材多点柔性往复弯曲压力矫直装置的矫直方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将两个所述模具组件的所述上模板分别与成型压力机的横梁和工作台固定连接，且与所述成型压力机的所述横梁固定连接的所述模具组件为上模具组件，与所述成型压力机的所述工作台固定连接的所述模具组件为下模具组件；

步骤二，根据型材的形状，依据往复弯曲统一曲率定理，计算所述上模具组件和所述下模具组件所需的包络面半径大小；

步骤三，通过转动所述螺杆，调整各所述压头的位置，进而调节所述上模具组件和所述下模具组件至所需的包络面半径；

步骤四，进行往复弯曲型材，首先将所述上模具组件和所述下模具组件分别调整为对应的凸模和凹模，并将所述型材置于所述下模具组件上，利用所述成型压力机的所述横梁控制所述上模具组件的所述压头向下压制所述型材，使所述型材弯曲，当所述上模具组件和所述下模具组件完全合模时，停止加载，随后，通过上移所述上模具组件，使施加于所述型材上的力卸载，所述型材回弹，所述型材回弹结束后，以所述型材长度方向的中心线为轴使型材旋转180度，再次弯曲，循环重复多次上述弯曲过程，直至所述型材各截面曲率统一为止；

步骤五，根据过弯矫直定理计算出一次过弯矫直时所需弯曲半径，重复步骤三过程，形成一次过弯矫直时所述上模具组件和所述下模具组件所需的包络面半径；

步骤六，重新将所述上模具组件和所述下模具组件分别调整为对应的凸模和凹模，并将所述型材置于所述下模具组件上，利用所述成型压力机的所述横梁控制所述上模具组件的所述压头向下压制所述型材，对所述型材进行一次过弯，然后对所述型材进行卸载，卸载回弹后所述型材被矫直。

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