CN113283026B - 基于螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置的工艺解析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置的工艺解析方法，建立待成形螺旋构件的几何形状参数与偏转装置位置参数及成形装备工艺参数之间的数量关系；几何形状参数包括螺径D、螺距S、螺旋圈数n；偏转装置位置参数包括导程板与水平面夹角导程板与弯曲模中心之间的水平距离L、导程板前端与弯曲模中心的轴向距离H；成形装备工艺参数包括Y向滑台位移Ux、成形区长度C、成形时间t、坯料轴向推进速度v。本发明摒弃了将构件的轴线分解成若干圆弧段，再由弯曲模按特定轨迹依次偏转成形的思路，简化了工艺解析流程，减少了弯曲过渡段，避免了干涉，有效提高了自由弯曲成形螺旋形构件的成形质量与精度。
Description
技术领域
本发明属于空心构件自由弯曲成形技术领域，具体涉及一种基于螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置的工艺解析方法。
背景技术
航空航天、核能及汽车等领域用螺旋轴线空心构件长期采用数控绕弯或加热弯曲的成形方法。但传统技术弯曲的螺旋管截面形状和壁厚变化大，且需根据弯曲半径不断更换模具，提高了成本并降低了研发效率。常规自由弯曲成形装备及方法虽然能实现不同规格尺寸的螺旋轴线空心构件的整体成形，但是该方法存在以下缺点：
(1)传统的螺旋形构件三维弯曲自由弯曲成形工艺，先将构件的轴线分解成若干圆弧段，再由弯曲模按特定轨迹依次偏转，工艺解析流程复杂，且各段圆弧之间存在过渡段，成形精度难以保证，易造成成形构件螺旋轴线不同心。
(2)采用伺服电机控制球面轴承发生连续位移，使弯曲模连续运动时与构件表面的接触角度不断变化，构件表面质量较差，易出现划痕。
(3)成形螺旋轴线时，弯曲模在空间内发生连续被动偏转，带动已成形部分构件的空间位姿不断调整，容易与成形设备发生干涉。
发明内容
本发明针对传统三维自由弯曲工艺成形螺旋轴线构件时存在的不足，提出了一种基于螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置的工艺解析方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置的工艺解析方法，该成形偏转装置包括导程板(1)、角度块(2)、支架(3)、安装台(4)、调整螺杆(5)、导轨轴(6)以及连接座(7)、Y向滑台(8)、球面轴承(9)、弯曲模(10)、Y轴电机(12)、；建立待成形螺旋构件的几何形状参数与偏转装置位置参数及成形装备工艺参数之间的数量关系；几何形状参数包括螺径D、螺距S、螺旋圈数n；偏转装置位置参数包括导程板与水平面夹角导程板与弯曲模中心之间的水平距离L、导程板前端与弯曲模中心的轴向距离H；成形装备工艺参数包括Y向滑台(8)位移Ux、成形区长度C、成形时间t、坯料(12)轴向推进速度v。
所述的工艺解析方法，安装台(4)采用导轨轴(6)与连接座(7)连接，并通过螺栓固定在Y向滑台(8)上；Y向滑台(8)由Y轴电机(12)控制其在Y向导轨(13)上做垂直方向的位移；Y向导轨(13)采用螺栓固定在X向滑台(14)上；X向滑台(14)由X轴电机(16)控制其在X向导轨(15)上做水平方向的位移；X向滑台(14)运动时可带动Y向滑台产生同步运动。
所述的工艺解析方法，所述导程板通过螺栓固定在角度块(2)的斜面上，使导程板与水平面形成一定夹角，该角度可通过更换所选角度块的规格来调整。
所述的工艺解析方法，所述角度块(2)可通过螺栓固定在支架(3)的不同位置。
所述的工艺解析方法，角度块(2)采用螺栓安装在支架(3)上，角度块(2)与弯曲模(10)中心水平距离小于待成形螺旋轴线构件螺距长度的一半，角度块(2)的斜面与水平方向夹角的角度需与待成形螺旋轴线构件的螺旋升角保持一致。
所述的工艺解析方法，所述支架(3)固定于通过调整螺杆(5)调整垂直方向高度的安装台(4)上，使弯曲模(10)的中心高度位于所述导程板(1)的高度范围内。
所述的工艺解析方法，球面轴承(9)通过螺栓固定在Y向滑台(8)上，其作用是通过Y向滑台的位移带动球面轴承(9)内的弯曲模(10)发生被动偏转。
所述的工艺解析方法，所述安装台(4)采用导轨轴(6)与通过螺栓固定在Y向滑台(8)上的连接座(7)连接，使弯曲模(10)空间位姿变化时可带动整个偏转装置同步运动，结合弯曲模特定的成形轨迹，可实现弯曲模非连续偏转状态下具有螺旋轴线空心构件的一次成形。
所述的工艺解析方法，所述方法具体为：
第一步，根据待成形螺旋构件螺距S和螺径D，选取合适规格的角度块(2)，使所述导程板(1)与水平面夹角满足：/>
第二步，根据螺径D调整所述角度块(2)在支架(3)上的安装位置，使导程板(1)与弯曲模(10)中心之间的水平距离L满足：
第三步，确定所述Y向滑台(8)向所述导程板(1)方向的位移:
第四步，计算已成形各阶段的时间：
①弯曲模运动时间：
②已成形管件接触导程板时的弯曲角度：
③已成形管件接触导程板时坯料的进给时间：
④螺旋形构件成形总时间：
⑤弯曲模回程时间：
有益效果：
1.本发明通过偏转装置的辅助，避免了螺旋轴线构件自由弯曲成形时空间轨迹的不确定性，使成形轨迹固定不变，避免了干涉；
2.本发明可实现弯曲模非连续偏转状态下具有螺旋轴线空心构件的一次成形，简化了工艺解析流程，消除原若干弯曲段之间的过渡段，提高了构件的轴线精度，同时避免了弯曲模多次偏转运动时对构件表面的划伤，提高了构件的成形质量；
3.本发明提供的基于偏转装置工艺解析方法简单可行，生产效率高，在航空航天、核电及汽车领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。
附图说明
图1为一种螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置整体外观示意图；
图2为一种螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置结构和关键参数示意图
图3为螺旋轴线管成形过程示意图；
图4为螺旋轴线管尺寸示意图。
具体实施方式
以下结合螺旋轴线管成形的具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
参考图1-2，一种螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置，包括导程板1、角度块(2)、支架3、安装台4、调整螺杆5、导轨轴6以及连接座7。其中，安装台4采用导轨轴6与连接座7连接，并通过螺栓固定在Y向滑台8上。Y向滑台8由Y轴电机12控制其在Y向导轨13上做垂直方向的位移。Y向导轨13采用螺栓固定在X向滑台14上。X向滑台14由X轴电机16控制其在X向导轨15上做水平方向的位移。X向滑台14运动时可带动Y向滑台产生同步运动。
球面轴承9通过螺栓固定在Y向滑台8上，其作用是通过Y向滑台的位移带动球面轴承9内的弯曲模10发生被动偏转。
角度块2采用螺栓安装在支架3上满足与弯曲模10中心水平距离小于待成形螺旋轴线构件螺距长度一半的螺孔处，角度块2的斜面与水平方向夹角的角度需与待成形螺旋轴线构件的螺旋升角保持一致。
成形前，支架3通过螺栓固定于安装台4上，并通过调整螺杆5调整安装台4在垂直方向的高度使弯曲模10的中心高度位于导程板1的垂直方向的高度范围内。运动过程中，支架3与安装台4的相对位置始终处于相对静止状态。
导程板1通过螺栓固定在角度块2的斜面上，使导程板与水平面形成一定夹角，其作用是在管坯弯曲成形过程中接触导程板后，使管坯11原来的弯曲方向产生沿角度块斜面方向的被动偏转。
成形开始后，Y轴电机12不产生驱动力，Y向滑台8不做沿Y向导轨13的垂直运动，X轴电机16驱动X向滑台14在X向导轨15上向导程板1所在一侧做水平位移，带动Y向滑台8和Y向滑台8上的球面轴承9也往导程板1所在一侧做水平位移，使弯曲模10的空间位姿发生变化，产生水平方向的偏心距。同时，带动固定于Y向滑台8上的矢量成形偏转装置的空间位置也发生同步改变。之后，X向滑台14静止，使弯曲模10的位置在螺旋轴线构件在成形结束前保持不变，当管坯11沿水平方向弯曲一定长度后接触导程板1，在导程板1斜面的作用下，使原来的弯曲方向发生被动偏转，偏转角度为角度块2的斜面与水平方向夹角的角度。随着后端管坯的持续进给，管坯沿该偏转角形成螺旋轴线，实现弯曲模非连续偏转状态下具有螺旋轴线空心构件的一次成形。
实施例2
第一步，根据待成形目标构件的尺寸参数确定所选取的角度块2尺寸及导程板1与水平面夹角：
螺径D＝300mm，螺距S＝270mm，螺旋圈数n＝4，所选取的角度块底角满足：因此导程板与水平面夹角约为16°；
第二步，如图1所示将螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置安装在三维自由成形装备上，并调整角度块2在支架3上的安装位置，使导程板1与弯曲模10中心之间的水平距离L需小于待成形构件螺径的一半，否则管材在弯曲过程中将无法接触导程板，临界距离为D/2＝150，取L长度为80。同时通过调整螺杆(5)调整安装台(4)垂直方向的高度使弯曲模10的中心高度位于导程板1的高度范围内；
第三步，将待成形管材装入自由弯曲成形装备，轴向进给速度设置为v＝50mm/s，如图2所示，管材自由弯曲的成形区长度C＝30mm，导程板前端与弯曲模中心的轴向距离H＝40mm，计算待成形螺旋构件的几何形状参数(包括螺径D、螺距S、螺旋圈数n)与偏转装置位置参数(包括导程板与水平面夹角φ、导程板与弯曲模中心之间的水平距离L、导程板前端与弯曲模中心的轴向距离H)及成形装备工艺参数(包括Y向滑台(8)位移Ux、成形区长度C、成形时间t、坯料(12)轴向推进速度v)之间的数量关系如下所示：
X向滑台14向所述导程板1方向运动，带动Y向滑台8和Y向滑台8上的球面轴承9也往导程板1所在一侧做水平位移，弯曲模产生水平方向上的偏心距，坯料从弯曲模出口处向导程板方向弯曲，坯料轴向匀速进给，运动时间
弯曲模产生的偏心距
弯曲模保持偏心距Ux固定不动,坯料持续进给，已成形管件接触导程板时管材已弯曲角度
此时坯料的进给时间：
如图3所示为螺旋轴线管成形过程示意图，坯料接触导程板后，沿导程板表面发生被动偏转，构件螺旋轴线开始成形，成形总时间
螺旋轴线构件成形结束，Y向滑台向导程板反方向带动弯曲模返回原点，运动时间
最终成形的螺旋轴线构件如图4所示。
应当理解的是，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种基于螺旋轴线空心构件矢量成形偏转装置的工艺解析方法，其特征在于，该成形偏转装置包括导程板(1)、角度块(2)、支架(3)、安装台(4)、调整螺杆(5)、导轨轴(6)以及连接座(7)、Y向滑台(8)、球面轴承(9)、弯曲模(10)、Y轴电机(12)；建立待成形螺旋构件的几何形状参数与偏转装置位置参数及成形装备工艺参数之间的数量关系；几何形状参数包括螺径D、螺距S、螺旋圈数n；偏转装置位置参数包括导程板与水平面夹角导程板与弯曲模中心之间的水平距离L、导程板前端与弯曲模中心的轴向距离H；成形装备工艺参数包括Y向滑台(8)位移Ux、成形区长度C、成形时间t、坯料(12)轴向推进速度v；
所述方法具体为：
第一步，根据待成形螺旋构件螺距S和螺径D，选取合适规格的角度块(2)，使所述导程板(1)与水平面夹角满足：/>
第二步，根据螺径D调整所述角度块(2)在支架(3)上的安装位置，使导程板(1)与弯曲模(10)中心之间的水平距离L满足：
第三步，确定所述Y向滑台(8)向所述导程板(1)方向的位移:
第四步，计算已成形各阶段的时间：
①弯曲模运动时间：
②已成形管件接触导程板时的弯曲角度：
③已成形管件接触导程板时坯料的进给时间：
④螺旋形构件成形总时间：
⑤弯曲模回程时间：
2.根据权利要求1所述的工艺解析方法，其特征在于，安装台(4)采用导轨轴(6)与连接座(7)连接，并固定在Y向滑台(8)上；Y向滑台(8)由Y轴电机(12)控制其在Y向导轨(13)上做垂直方向的位移；Y向导轨(13)固定在X向滑台(14)上；X向滑台(14)由X轴电机(16)控制其在X向导轨(15)上做水平方向的位移；X向滑台(14)运动时可带动Y向滑台产生同步运动。
3.根据权利要求1所述的工艺解析方法，其特征在于：所述导程板通过螺栓固定在角度块(2)的斜面上，使导程板与水平面形成一定夹角，该角度可通过更换所选角度块的规格来调整。
4.根据权利要求1所述的工艺解析方法，其特征在于，所述角度块(2)可通过螺栓固定在支架(3)的不同位置。
5.根据权利要求1所述的工艺解析方法，其特征在于，角度块(2)固定安装在支架(3)上，角度块(2)与弯曲模(10)中心水平距离小于待成形螺旋轴线构件螺距长度的一半，角度块(2)的斜面与水平方向夹角的角度需与待成形螺旋轴线构件的螺旋升角保持一致。
6.根据权利要求1所述的工艺解析方法，其特征在于，所述支架(3)固定于通过调整螺杆(5)调整垂直方向高度的安装台(4)上，使弯曲模(10)的中心高度位于所述导程板(1)的高度范围内。
7.根据权利要求1所述的工艺解析方法，其特征在于，球面轴承(9)固定在Y向滑台(8)上，通过Y向滑台(8)的位移带动球面轴承(9)内的弯曲模(10)发生被动偏转。
8.根据权利要求1所述的工艺解析方法，其特征在于，所述安装台(4)采用导轨轴(6)与固定在Y向滑台(8)上的连接座(7)连接，使弯曲模(10)空间位姿变化时可带动整个偏转装置同步运动，结合弯曲模特定的成形轨迹，可实现弯曲模非连续偏转状态下具有螺旋轴线空心构件的一次成形。
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