CN111633078A - 一种超薄壁弯管旋弯成形方法及装置 - Google Patents

一种超薄壁弯管旋弯成形方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超薄壁弯管旋弯成形方法及装置，包括推进机构(1)、压紧机构(2)、旋轮面外运动驱动机构、旋轮面内运动驱动机构、若干个旋轮(6)；若干个旋轮(6)的旋轮面在同一个圆平面内组成旋轮组，旋轮面内运动驱动机构用于驱动各个旋轮(6)在该圆平面内自转、公转和/或沿该圆平面的径向运动，旋轮面外运动驱动机构(3)用于驱动旋轮(6)所在的圆平面沿着一定轨迹运动，达到改变旋轮(6)的公转平面的目的。本发明通过改变旋轮的运动轨迹以及柔性芯棒的方向来改变管材的弯曲方向、弯曲半径，以实现超薄壁管材的空间三维弯曲，本发明方法简单可行，可以大幅度提高生产效率。

Description

一种超薄壁弯管旋弯成形方法及装置
技术领域
本发明属于超薄壁管材先进制造技术领域，特别涉及一种超薄壁弯管旋弯成形方法及装置。
背景技术
对于管材的壁厚较薄(直径/壁厚≥20)，特别是直径与壁厚之比大于100的超薄壁管，既有较大的断面强度，又能够减轻零件的重量，还可以使材料的强度、刚度得到最大程度的展现，实现结构轻量化，超薄壁管在航空航天、船舶制造、工程机械、管道工程等领域有着广泛的需求。
随的各行各业的迅速发展，对超薄壁管的成形质量有着越来越高的要求，超薄壁管材弯曲成形是一项复杂的管材成形技术。传统的超薄壁管材成形工艺，由于管材弯曲时会造成管坯的较大变形量，容易造成失稳起皱、截面畸变以及管材破裂等成形缺陷的产生，管材的成形质量与成形精度很难达到要求。
发明内容
针对现有成形技术的局限性与不足，本发明提供了一种超薄壁弯管旋弯成形方法及装置，通过改变旋轮的运动轨迹以及柔性芯棒的方向来改变管材的弯曲方向、弯曲半径，以实现超薄壁管材的空间三维弯曲。
本发明的技术方案如下：
一种超薄壁弯管旋弯成形装置，包括推进机构(1)、压紧机构(2)、旋轮面外运动驱动机构、旋轮面内运动驱动机构、若干个旋轮(6)；若干个旋轮(6)的旋轮面在同一个圆平面内组成旋轮组，旋轮面内运动驱动机构用于驱动各个旋轮(6)在该圆平面内自转、公转和/或沿该圆平面的径向运动，旋轮面外运动驱动机构(3)用于驱动旋轮(6)所在的圆平面沿着一定轨迹运动，达到改变旋轮(6)的公转平面的目的。
所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，旋轮面内运动驱动机构包括第一齿轮(4)、与第一齿轮(4)啮合的第二齿轮(10)，第一齿轮(4)上开设有和旋轮数量相同的移动滑槽(12)，旋轮(6)在移动滑槽(12)中根据设定沿第一齿轮()4径向进行运动，旋轮(6)还保持沿自身转轴进行自转，第一齿轮(4)中心设置用于管材(7)进入的通孔，第二齿轮(10)驱动第一齿轮(4)转动，各个旋轮围绕管材(7)公转。
所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，旋轮面外运动驱动机构包括旋轮转盘(3)、蜗杆(11)，所述的第一齿轮(4)和第二齿轮(10)以及旋轮都安装固定在旋轮转盘(3)内部空腔中，旋轮转盘(3)底部设置和蜗杆配合的齿形，在蜗杆(11)的驱动下旋轮转盘(3)能够沿着一定轨迹运动，达到改变旋轮(6)的公转平面的目的。
所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，第一齿轮(4)中心设置用于管材(7)进入的通孔的直径大于1.25倍管材直径。
所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，所述旋轮(6)的个数为3个，它们之间的夹角为120度。
所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，所述推进机构(1)推动管坯产生微小进给量Δ的数值相较于管材弯曲半径应很小。
所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，还包括有设置在管材(7)内部的柔性芯模(8)，所述柔性芯模(8)的半径成一定锥度变化，并且大端半径略小于管坯半径以使喂料顺利进行；柔性芯模(8)在支撑管壁不发生塌陷的同时，被动跟随管材的弯曲方向和弯曲半径发生相应的变形和调整。
根据任一所述的装置进行超薄壁弯管旋弯成形方法，通过下列步骤来实现：
1)、根据所需弯曲管材的空间形状要求，设计出三旋轮面外公转轨迹线，调整柔性芯模(8)弯曲段的方向；根据弯曲管径调整旋轮(6)在移动滑槽(12)内的相对运动位置。
2)、管材(7)在推进机构(1)的推动下以微小进给量Δ向前运动，压紧机构(2)对管材(7)进行夹紧定位。
3)、管材进入渐进变形区，旋轮面外运动驱动机构带动三个旋轮(6)在渐进变形区进行往复公转运动，第二齿轮(10)带动第一齿轮(4)使三旋轮(6)围绕管材进行公转，并且三旋轮自身同时保持自转，在管材内部柔性芯模8的共同作用下，管材进行旋弯成形；
4)、管材的末端通过渐进变形区，最终管材完成旋弯成形。
所述的超薄壁弯管旋弯成形方法，所述步骤1)中，管材的弯曲方向和弯曲半径由三旋轮面外公转轨迹线决定。
所述的超薄壁弯管旋弯成形方法，所述步骤3)中，旋轮(6)公转的旋转中心线为渐进变形区弯曲中心线。
所述的超薄壁弯管旋弯成形方法，所述步骤3)中，旋轮(6)在渐进变形区内有三个方面的运动：三旋轮平面内自转、自转轨道的径向收缩、三旋轮自转平面以管材弯曲中心线为旋转轨迹的公转。
所述的超薄壁弯管旋弯成形方法，所述步骤3)中，在超薄壁弯管旋弯成形过程中，三旋轮的面外公转在渐进变形区内循环往复进行，每一次循环进程加载回程空载。三旋轮面外公转的一个循环为：推进机构(1)推动管坯产生微小进给量Δ之后，三旋轮面外公转进入加载进程管材发生变形，回程空载管材不发生变形。
所述的超薄壁弯管旋弯成形方法，所述步骤3)中，在超薄壁弯管旋弯成形过程中，旋轮(6)自转轨道的径向收缩与绕弯曲中心线的公转形成的旋轮的包络线影响管材的弯曲半径。
所述的超薄壁弯管旋弯成形方法，所述步骤3)中，在超薄壁弯管旋弯成形过程中，旋轮(6)公转的转速为500-750转/分钟。
有益效果：
1.本发明为超薄壁管成形提供了一种新的成形技术。
2.本发明通过改变旋轮的运动轨迹以及柔性芯棒的方向来改变管材的弯曲方向、弯曲半径，以实现超薄壁管材的空间三维弯曲，本发明方法简单可行，可以大幅度提高生产效率。
3.本发明在航空航天、船舶制造、工程机械、管道工程等领域得到了广泛的应用，对于减轻重量、降低成本、提高管材的成形质量和成形精度具有重要的作用。
附图说明
图1.超薄壁弯管旋弯成形原理示意图。
图2.旋轮旋转平面示意图。
图3.移动滑槽位置示意图。
图4.5A03铝合金零件示意图实例。
图5.H62铜合金零件示意图实例。
图6.GH625高温合金零件示意图实例。
1推进机构、2压紧机构、3旋轮转盘、4第一齿轮、5旋轮转轴、6旋轮、7管材、8柔性芯模、9齿轮轴、10第二齿轮、11蜗杆、12移动滑槽。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
一种超薄壁弯管旋弯成形装置，包括推进机构1、压紧机构2、旋轮面外运动驱动机构、旋轮面内运动驱动机构、若干个旋轮6；若干个旋轮6的旋轮面在同一个圆平面内组成旋轮组，旋轮面内运动驱动机构用于驱动各个旋轮6在该圆平面内自转、公转和/或沿该圆平面的径向运动，旋轮面外运动驱动机构3用于驱动旋轮6所在的圆平面沿着一定轨迹运动，达到改变旋轮6的公转平面的目的。
旋轮面内运动驱动机构包括第一齿轮4、与第一齿轮4啮合的第二齿轮10，第一齿轮4上开设有和旋轮数量相同的移动滑槽12，旋轮6在移动滑槽12中根据设定沿第一齿轮4径向进行运动，旋轮6还保持沿自身转轴进行自转，第一齿轮4中心设置用于管材7进入的通孔，第二齿轮10驱动第一齿轮4转动，各个旋轮围绕管材7公转；
旋轮面外运动驱动机构包括旋轮转盘3、蜗杆11，所述的第一齿轮4和第二齿轮10以及旋轮都安装固定在旋轮转盘3内部空腔中，旋轮转盘3底部设置和蜗杆配合的齿形，在蜗杆11的驱动下旋轮转盘3能够沿着一定轨迹运动，达到改变旋轮6的公转平面A的目的；如图1所示，旋轮6的公转平面可以在渐进变形区内循环往复进行，每一次循环种进程加载、回程空载。
第一齿轮4中心设置用于管材7进入的通孔的直径大于1.25倍管材直径。
所述的装置，所述旋轮6的个数为3个，它们之间的夹角为120度。
所述的装置，所述推进机构1推动管坯产生微小进给量Δ的数值相较于管材弯曲半径应很小。
所述的装置，还包括有设置在管材7内部的柔性芯模8，所述柔性芯模8的半径成一定锥度变化，并且大端半径略小于管坯半径以使喂料顺利进行；柔性芯模8在支撑管壁不发生塌陷的同时，被动跟随管材的弯曲方向和弯曲半径发生相应的变形和调整。
实施例1
本例中，超薄壁管材为5A03铝合金管材，超薄壁管的原始规格为D0×t×L＝150mm×0.8mm×2500mm，其中，D0为超薄壁管最初的外直径，t为超薄壁管的壁厚，L为超薄壁管的管长。旋弯成形后，超薄壁管的外直径为149.6mm，壁厚为0.6mm，弯曲半径为530.8mm，弯曲角度为270度。
第一步，根据5A03超薄壁铝合金管材弯曲成形的要求，设计出三旋轮6面外公转轨迹线(根据5A03超薄壁铝合金管材弯曲成形的弯曲半径的要求，不同弯曲半径的公转轨迹是不同的，不同的弯曲半径对应不同的公转轨迹)，调整柔性芯模8弯曲段的方向和旋轮6相对运动位置：根据管材弯曲的方向为向下，调整柔性芯模弯曲段的方向为向下，根据每道次的下压量，每道次下压量为0.05mm，一共下压5次，每次把旋轮的相对运动位置下调0.05mm。
第二步，5A03超薄壁铝合金管在推进机构1的推动下以微小进给量Δ＝0.30mm向前运动，压紧机构2对管材进行夹紧定位。
第三步，5A03超薄壁铝合金管进入渐进变形区，旋轮面外运动驱动机构带动三个旋轮6在渐进变形区进行往复公转运动，第二齿轮10带动第一齿轮4使三旋轮6围绕管材进行公转，并且三旋轮自身同时保持自转，在管材内部柔性芯模8的共同作用下，管材进行旋弯成形。
第四步，5A03超薄壁铝合金管的末端通过渐进变形区，最终管材完成旋弯成形。
实施例2
本例中，超薄壁管材为H62铜合金管材，超薄壁管的原始规格为D0×t×L＝125mm×0.9mm×2000mm，其中，D0为超薄壁管最初的外直径，t为超薄壁管的壁厚，L为超薄壁管的管长。旋弯成形后，超薄壁管的外直径为124.7mm，壁厚为0.75mm，弯曲半径为636.9mm，弯曲角度为180度。
第一步，根据H62超薄壁铜合金管材弯曲成形的要求，设计出三旋轮6面外公转轨迹线，调整柔性芯模8弯曲段的方向和旋轮6相对运动位置：根据管材弯曲的方向为向下，调整柔性芯模弯曲段的方向为向下，根据每道次的下压量，此每道次下压量为0.04mm，一共下压6次，每次把旋轮的相对运动位置下调0.04mm。
第二步，H62超薄壁铜合金管在推进机构的推动下以微小进给量Δ＝0.25mm向前运动，压紧机构对管材进行夹紧定位。
第三步，H62超薄壁铜合金管进入渐进变形区，旋轮面外运动驱动机构带动三个旋轮6在渐进变形区进行往复公转，并且三旋轮自身同时保持自转，第二齿轮10带动第一齿轮(4)使三旋轮6围绕管材进行转动，在管材内部柔性芯模8的共同作用下，管材进行旋弯成形。
第四步，H62超薄壁铜合金管的末端通过渐进变形区，最终管材完成旋弯成形。
实施例3
本例中，超薄壁管材为GH625高温合金管材，超薄壁管的原始规格为D0×t×L＝120mm×1.0mm×1500mm，其中，D0为超薄壁管最初的外直径，t为超薄壁管的壁厚，L为超薄壁管的管长。旋弯成形后，超薄壁管的外直径为118.8mm，壁厚为0.9mm，弯曲半径为955.4mm，弯曲角度为90度。
第一步，根据GH625超薄壁高温合金管材弯曲成形的要求，设计出三旋轮面外公转轨迹线，调整柔性芯模弯曲段的方向和旋轮相对运动位置：根据管材弯曲的方向为向下，调整柔性芯模弯曲段的方向为向下，根据每道次的下压量，此每道次下压量为0.06mm，一共下压5次，每次把旋轮的相对运动位置下调0.06mm。
第二步，GH625超薄壁高温合金管在推进机构的推动下以微小进给量Δ＝0.20mm向前运动，压紧机构对管材进行夹紧定位。
第三步，GH625超薄壁高温合金管进入渐进变形区，旋轮面外运动驱动机构带动三个旋轮6在渐进变形区进行往复公转，并且三旋轮自身同时保持自转，第二齿轮10带动第一齿轮(4)使三旋轮6围绕管材进行转动，在管材内部柔性芯模8的共同作用下，管材进行旋弯成形。
第四步，GH625超薄壁高温合金管的末端通过渐进变形区，最终管材完成旋弯成形。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种超薄壁弯管旋弯成形装置，其特征在于，包括推进机构(1)、压紧机构(2)、旋轮面外运动驱动机构、旋轮面内运动驱动机构、若干个旋轮(6)；若干个旋轮(6)的旋轮面在同一个圆平面内组成旋轮组，旋轮面内运动驱动机构用于驱动各个旋轮(6)在该圆平面内自转、公转和/或沿该圆平面的径向运动，旋轮面外运动驱动机构(3)用于驱动旋轮(6)所在的圆平面沿着一定轨迹运动，达到改变旋轮(6)的公转平面的目的。
2.根据权利要求1所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，其特征在于，旋轮面内运动驱动机构包括第一齿轮(4)、与第一齿轮(4)啮合的第二齿轮(10)，第一齿轮(4)上开设有和旋轮数量相同的移动滑槽(12)，旋轮(6)在移动滑槽(12)中根据设定沿第一齿轮()4径向进行运动，旋轮(6)还保持沿自身转轴进行自转，第一齿轮(4)中心设置用于管材(7)进入的通孔，第二齿轮(10)驱动第一齿轮(4)转动，各个旋轮围绕管材(7)公转。
3.根据权利要求1所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，其特征在于，旋轮面外运动驱动机构包括旋轮转盘(3)、蜗杆(11)，所述的第一齿轮(4)和第二齿轮(10)以及旋轮都安装固定在旋轮转盘(3)内部空腔中，旋轮转盘(3)底部设置和蜗杆配合的齿形，在蜗杆(11)的驱动下旋轮转盘(3)能够沿着一定轨迹运动，达到改变旋轮(6)的公转平面的目的。
4.根据权利要求1所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，其特征在于，第一齿轮(4)中心设置用于管材(7)进入的通孔的直径大于1.25倍管材直径。
5.根据权利要求1所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，其特征在于，所述旋轮(6)的个数为3个，它们之间的夹角为120度。
6.根据权利要求1所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，其特征在于，所述推进机构(1)推动管坯产生微小进给量Δ的数值相较于管材弯曲半径应很小。
7.根据权利要求1所述的超薄壁弯管旋弯成形装置，其特征在于，还包括有设置在管材(7)内部的柔性芯模(8)，所述柔性芯模(8)的半径成一定锥度变化，并且大端半径略小于管坯半径以使喂料顺利进行；柔性芯模(8)在支撑管壁不发生塌陷的同时，被动跟随管材的弯曲方向和弯曲半径发生相应的变形和调整。
8.根据权利要求1-7任一所述的装置进行超薄壁弯管旋弯成形方法，其特征在于，通过下列步骤来实现：
1)、根据所需弯曲管材的空间形状要求，设计出三旋轮面外公转轨迹线，调整柔性芯模(8)弯曲段的方向；根据弯曲管径调整旋轮(6)在移动滑槽(12)内的相对运动位置。
2)、管材(7)在推进机构(1)的推动下以微小进给量Δ向前运动，压紧机构(2)对管材(7)进行夹紧定位。
3)、管材进入渐进变形区，旋轮面外运动驱动机构带动三个旋轮(6)在渐进变形区进行往复公转运动，第二齿轮(10)带动第一齿轮(4)使三旋轮(6)围绕管材进行公转，并且三旋轮自身同时保持自转，在管材内部柔性芯模8的共同作用下，管材进行旋弯成形；
4)、管材的末端通过渐进变形区，最终管材完成旋弯成形。
9.根据权利要求8所述的超薄壁弯管旋弯成形方法，其特征在于，所述步骤1)中，管材的弯曲方向和弯曲半径由三旋轮面外公转轨迹线决定。
10.根据权利要求8所述的超薄壁弯管旋弯成形方法，其特征在于，所述步骤3)中，旋轮(6)公转的旋转中心线为渐进变形区弯曲中心线。
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