CN113305190A - 一种预制管材局部有益皱纹的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管材成形技术领域，公开了一种预制管材局部有益皱纹的装置及方法，针对大长径比或弯曲轴线薄壁管材进行预制局部有益皱纹时存在的全局屈曲或严重折弯等问题，本发明使用第一电极触头和第二电极触头对管材待起皱位置进行加热，并使用第一机械手和第二机械手直接在管材待起皱位置的两端施加轴向力，无论是大长径比的管材，还是待起皱位置处于弯曲区域的管材，都能够准确地在管材上待起皱位置进行预制有益皱纹，能够避免管材的弯曲区域严重弯折，并能避免管材发生全局屈曲，操作灵活多变，打破了现有技术中只能针对直短轴的管材进行预制局部有益皱纹的限制，并能提高生产效率，节省人工成本。

Description

一种预制管材局部有益皱纹的装置及方法

技术领域

本发明涉及管材成形技术领域，具体涉及一种预制管材局部有益皱纹的装置及方法。

背景技术

随着制造技术的不断进步与发展，管材内高压成形技术作为一种先进的轻量化成形技术，得到了广泛的研究与应用。目前，大部分内高压成形件的轴线都不是简单的直线，而是弯曲呈二维或三维的状态，且管材的长度远远大于管材的直径，需要先对管材进行弯曲，再进行预成形和内高压成形，最终得到所需要的管件。对于膨胀率要求较高的位置，成形过程中需要通过轴向压缩将材料补充到所需的位置，而对于长度较长的管材，由于管材与模具之间的摩擦，利用两侧冲头难以将材料补充到中间位置，对于塑形较低的管材，在弯曲工序时，弯曲区域外侧减薄较为严重，在后续的预成形和内高压成形过程中极易开裂，因此，需要在管材成形前预制局部有益皱纹进行补料，以免管材发生壁厚减薄和失稳破裂的问题。

现有技术中，针对管材预制局部有益皱纹基本上集中在长度较短的直管上，而对于轴线呈二维或三维状态的管材，采用现有技术进行预制管材局部有益皱纹时，容易使得管材的弯曲区域严重折弯，使管材发生全局屈曲，严重影响着管材的质量，对于长度较长的管材，采用现有技术进行预制管材局部有益皱纹时，也会使得管材发生全局屈曲，且无法准确地在所需预制有益皱纹的位置形成局部有益皱纹。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种预制管材局部有益皱纹的装置，能够针对轴线呈二维或三维状态的管材，以及大长径比的管材进行预制局部有益皱纹，避免管材发生严重弯折或全局屈曲的问题。

本发明还提供了一种预制管材局部有益皱纹的方法。

根据本发明的预制管材局部有益皱纹的装置，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预制管材局部有益皱纹的装置，包括：支撑组件，包括第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架和所述第二支撑架可分别支撑管材的两端；夹持组件，包括第一机械手和第二机械手，所述第一机械手和所述第二机械手上分别安装有第一电极触头和第二电极触头，所述第一机械手和所述第二机械手可分别夹持管材待起皱位置的两端，所述第一电极触头和所述第二电极触头可对管材待起皱位置进行局部加热，所述第一机械手和所述第二机械手可相向运动以对管材待起皱位置施加轴向力。

上述的预制管材局部有益皱纹的装置，所述第一机械手包括第一夹块、第二夹块和第一驱动件，所述第一驱动件可驱动所述第一夹块和所述第二夹块相向/背向运动，以使所述第一机械手夹紧/松开管材，所述第二机械手包括第三夹块、第四夹块和第二驱动件，所述第二驱动件可驱动所述第三夹块和所述第四夹块相向/背向运动，以使所述第二机械手夹紧/松开管材。

上述的预制管材局部有益皱纹的装置，所述第一夹块上设有第一滑槽，所述第二夹块滑动连接所述第一滑槽，所述第一驱动件通过第一螺杆连接所述第二夹块，所述第一驱动件可驱动所述第一螺杆转动，以带动所述第二夹块沿着所述第一滑槽滑动，所述第三夹块上设有第二滑槽，所述第四夹块滑动连接所述第二滑槽，所述第二驱动件通过第二螺杆连接所述第四夹块，所述第二驱动件可驱动所述第二螺杆转动，以带动所述第四夹块沿着所述第二滑槽滑动。

上述的预制管材局部有益皱纹的装置，所述第一机械手上设有第一夹紧孔，所述第一电极触头设于所述第一夹紧孔的一侧，并与所述第一夹紧孔同轴设置，所述第二机械手设有第二夹紧孔，所述第二电极触头设于所述第二夹紧孔的一侧，并与所述第二夹紧孔同轴设置。

上述的预制管材局部有益皱纹的装置，所述第一夹紧孔和所述第二夹紧孔的内壁均设有防滑纹路。

上述的预制管材局部有益皱纹的装置，所述第一电极触头与所述第一机械手的连接处设有绝缘物，所述第二电极触头和所述第二机械手的连接处设有绝缘物。

根据本发明的预制管材局部有益皱纹的装置，至少具有如下有益效果：本装置先采用支撑组件将管材支撑起来，以方便第一机械手和第二机械手进行夹持管材，无论管材的长径比有多大，第一机械手和第二机械手都直接夹持在管材上待起皱位置的两端，通过第一电极触头和第二电极触头对管材上待起皱位置进行加热之后，由第一机械手和第二机械手对管材上待起皱位置进行施加轴向力，从而能够准确地在管材上待起皱的位置预制局部有益皱纹，也能避免管材发生全局屈曲，对于轴线呈二维或三维状态的管材，需要在弯曲区域进行预制局部有益皱纹时，第一机械手和第二机械手也能夹持在弯曲区域的两端，直接对弯曲区域进行预制局部有益皱纹，能够避免弯曲区域严重弯折，并能避免管材发生全局屈曲。

根据本发明的预制管材局部有益皱纹的方法，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用上述的预制管材局部有益皱纹的装置，包括如下步骤：

步骤一、将管材放置在支撑组件上，并使第一支撑架和第二支撑架分别支撑管材的两端；

步骤二、将第一机械手和第二机械手分别移动至管材待起皱位置的两端，并使第一机械手和第二机械手分别缓慢夹持管材待起皱位置的两端，使用力传感器进行实时测量第一机械手和第二机械手的夹持力，当夹持力达到设定值时，第一机械手和第二机械手保持当前夹持力并夹紧管材待起皱位置的两端，并使第一电极触头和第二电极触头完全接触管材；

步骤三、第一机械手和第二机械手将管材抬起一定高度，使用加热电源给第一电极触头和第二电极触头通电，第一电极触头和第二电极触头向管材通入电流，对管材待起皱位置进行局部加热，使管材待起皱位置形成温度由中间向两侧逐渐降低的非均匀温度场；

步骤四、当非均匀温度场到达要求之后，使第一机械手和第二机械手相向运动，分别对管材待起皱位置的两端施加轴向力，使管材待起皱位置在轴向力的作用下发生屈服及塑性失稳，以形成局部有益皱纹；

步骤五、预制好一个有益皱纹之后，重复步骤二至步骤四，进行预制下一个有益皱纹，直至完成管材上所有的有益皱纹的预制成形。

上述的预制管材局部有益皱纹的方法，在步骤三中，第一电极触头和第二电极触头向管材通入的电流的大小为管材所能承受最大电流的0.2～0.8倍。

上述的预制管材局部有益皱纹的方法，在步骤三中，第一电极触头和第二电极触头在1～30秒的时间内，将管材的最高温度加热到管材熔点的0.15～0.50倍。

上述的预制管材局部有益皱纹的方法，在步骤二中，第一机械手和第二机械手夹紧管材之后，第一机械手和第二机械手之间的距离为管材外径的0.2～2.0倍。

根据本发明的预制管材局部有益皱纹的方法，至少具有如下有益效果：本方法采用局部施加轴向力的方法进行预制局部有益皱纹，可以应用于轴线呈二维或三维状态的管材以及大长径比的管材，可以在管材的任意部位进行预制局部有益皱纹，能够避免管材发生全局屈曲的问题，灵活多变，打破了现有技术中只能针对直短轴的管材进行预制局部有益皱纹的限制，并能提高生产效率，节省人工成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明，其中：

图1为本发明实施例的预制管材局部有益皱纹的装置在第一状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例的预制管材局部有益皱纹的装置在第二状态下的结构示意图；

图3为本发明实施例对管材的第一处进行预制局部有益皱纹的示意图；

图4为本发明实施例对管材的第二处进行预制局部有益皱纹的示意图；

图5为本发明实施例的第一机械手的结构示意图；

图6为本发明实施例的第一机械手夹持管材时的结构示意图。

附图中：100支撑组件、110第一支撑架、120第二支撑架、200夹持组件、210第一机械手、211第一夹块、2111第一滑槽、212第二夹块、213第一螺杆、220第二机械手、221第三夹块、2211第二滑槽、222第四夹块、223第二螺杆、300第一电极触头、400第二电极触头、500加热电源、600管材。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参照图1，本发明的实施例提供了一种预制管材局部有益皱纹的装置，包括支撑组件100和夹持组件200，支撑组件100包括第一支撑架110和第二支撑架120；夹持组件200包括第一机械手210和第二机械手220，第一机械手210和第二机械手220上分别安装有第一电极触头300和第二电极触头400，第一机械手210和第二机械手220可分别夹持管材600待起皱位置的两端，第一电极触头300和第二电极触头400可对管材600待起皱位置进行局部加热，第一机械手210和第二机械手220可相向运动以对管材600待起皱位置施加轴向力，需要注意的是，这里所说的第一机械手210和第二机械手220可相向运动，并非一定是指第一机械手210和第二机械手220在同一直线上的相向运动，也可以是指第一机械手210和第二机械手220成一定夹角的相向运动，只要是第一机械手210和第二机械手220相互朝着管材600待起皱位置一起运动即可，具体地，第一机械手210和第二机械手220均具有至少四个自由度。

参照图1至图4，本发明的实施例还提供了一种预制管材局部有益皱纹的方法，该方法采用了本发明的预制管材局部有益皱纹的装置，包括如下步骤：

步骤一、将管材600放置在支撑组件100上，并使第一支撑架110和第二支撑架120分别支撑管材600的两端；在此步骤中，第一支撑架110和第二支撑架120能够定位支撑管材600，方便第一机械手210和第二机械手220快速夹取管材600，能够提高生产效率；

步骤二、将第一机械手210和第二机械手220分别移动至管材600待起皱位置的两端，并使第一机械手210和第二机械手220分别缓慢夹持管材600待起皱位置的两端，使用力传感器进行实时测量第一机械手210和第二机械手220的夹持力，当夹持力达到设定值时，第一机械手210和第二机械手220保持当前夹持力并夹紧管材600待起皱位置的两端，并使第一电极触头300和第二电极触头400完全接触管材600；在此步骤中，夹持力的设定值大小最好小于管材600的初始屈服压力，既能防止管材600在起皱的过程中打滑，又能避免管材600发生塑性变形，第一机械手210和第二机械手220夹持管材600时应缓慢夹持，以免管材600受到刚性冲击而发生变形或损坏；

步骤三、第一机械手210和第二机械手220将管材600抬起一定高度，使用加热电源500给第一电极触头300和第二电极触头400通电，第一电极触头300和第二电极触头400向管材600通入电流，对管材600待起皱位置进行局部加热，使管材600待起皱位置形成温度由中间向两侧逐渐降低的非均匀温度场；在此步骤中，应在第一机械手210和第二机械手220夹紧管材600之后，才能给第一电极触头300和第二电极触头400通电，以免第一机械手210和第二机械手220夹持管材600的过程中，第一电极触头300和第二电极触头400与管材600之间产生火花，损坏第一电极触头300和第二电极触头400，避免产生危险；

步骤四、当非均匀温度场到达要求之后，使第一机械手210和第二机械手220相向运动，分别对管材600待起皱位置的两端施加轴向力，使管材600待起皱位置在轴向力的作用下发生屈服及塑性失稳，以形成局部有益皱纹；

步骤五、预制好一个有益皱纹之后，重复步骤二至步骤四，进行预制下一个有益皱纹，直至完成管材600上所有的有益皱纹的预制成形。

本方法采用了本发明中的预制管材局部有益皱纹的装置，采用局部加热并施加轴向力的方法进行预制局部有益皱纹，可以应用于轴线呈二维或三维状态的管材600以及大长径比的管材600。如图3所示，对管材600的第一处进行预制局部有益皱纹时，先采用支撑组件100将管材600支撑起来，以方便第一机械手210和第二机械手220进行夹持管材600，无论管材600的长径比有多大，第一机械手210和第二机械手220都直接夹持在管材600上待起皱位置的两端，通过第一电极触头300和第二电极触头400对管材600上待起皱位置进行加热之后，由第一机械手210和第二机械手220对管材600上待起皱位置进行施加轴向力，从而能够准确地在管材600上待起皱的位置预制局部有益皱纹，也能避免管材600发生全局屈曲；

对于轴线呈二维或三维状态的管材600，需要在弯曲区域进行预制局部有益皱纹时，如图4所示，对管材600的第二处进行预制局部有益皱纹时，第一机械手210和第二机械手220也能夹持在弯曲区域的两端，成一定的角度相向压缩，对弯曲区域进行预制局部有益皱纹，能够避免弯曲区域严重弯折，并能避免管材600发生全局屈曲，灵活多变，打破了现有技术中只能针对直短轴的管材600进行预制局部有益皱纹的限制，并能提高生产效率，节省人工成本，具体地，第一机械手210和第二机械手220施加轴向力的角度根据管材600的弯曲角度进行确定。

进一步地，在步骤三中，第一电极触头300和第二电极触头400连接加热电源500，加热电源500可以是直流电源也可以是交流电源，电流的参数可以根据管材600的材料进行选择，优选的，第一电极触头300和第二电极触头400向管材600通入的电流的大小为管材600所能承受最大电流的0.2～0.8倍，第一电极触头300和第二电极触头400在1～30秒的时间内，将管材600的最高温度加热到管材600熔点的0.15～0.50倍，以便于在管材600上待起皱位置形成温度由中间向两侧逐渐降低的非均匀温度场，进一步地，第一机械手210和第二机械手220夹紧管材600之后，第一机械手210和第二机械手220之间的距离为管材600外径的0.2～2.0倍，第一机械手210和第二机械手220较为靠近管材600上待起皱的位置，直接对管材600上待起皱的位置进行加热并施加轴向力，能够避免在施加轴向力的过程中，管材600的其它位置发生屈曲变形。

参照图5和图6，在一些实施例中，第一机械手210包括第一夹块211、第二夹块212和第一驱动件，第一驱动件可驱动第一夹块211和第二夹块212相向/背向运动，以使第一机械手210夹紧/松开管材600，第二机械手220包括第三夹块221、第四夹块222和第二驱动件，第二驱动件可驱动第三夹块221和第四夹块222相向/背向运动，以使第二机械手220夹紧/松开管材600。进一步地，第一夹块211上设有第一滑槽2111，第二夹块212滑动连接第一滑槽2111，第一驱动件通过第一螺杆213连接第二夹块212，第一驱动件可驱动第一螺杆213转动，以带动第二夹块212沿着第一滑槽2111滑动，第三夹块221上设有第二滑槽2211，第四夹块222滑动连接第二滑槽2211，第二驱动件通过第二螺杆223连接第四夹块222，第二驱动件可驱动第二螺杆223转动，以带动第四夹块222沿着第二滑槽2211滑动。具体地，第一驱动件和第二驱动件可以是电机。

进一步地，第一机械手210上设有第一夹紧孔，第一电极触头300设于第一夹紧孔的一侧，并与第一夹紧孔同轴设置，第二机械手220设有第二夹紧孔，第二电极触头400设于第二夹紧孔的一侧，并与第二夹紧孔同轴设置，当第一机械手210和第二机械手220准备夹持管材600时，第一夹紧孔以及第二夹紧孔的轴线与管材600待起皱处的轴线平行。具体地，第一电极触头300和第二电极触头400的内径与管材600的外径相等，以便于第一电极触头300和第二电极触头400与管材600完全接触，确保管材600被夹持段均有电流通过，在起皱时，能够在管材600的待起皱位置形成一个完整的，周向大小均匀的有益皱纹。进一步地，第一夹紧孔和第二夹紧孔的内壁均设有防滑纹路，以便于增大第一机械手210和第二机械手220与管材600之间的摩擦力，防止第一机械手210和第二机械手220对管材600施加轴向力时发生滑动，具体地，防滑纹路可以是在第一夹紧孔和第二夹紧孔内壁加工的微小的沟槽或凸起。

进一步地，第一电极触头300与第一机械手210的连接处设有绝缘物，第二电极触头400和第二机械手220的连接处设有绝缘物，绝缘物可以是喷涂在第一机械手210和第二机械手220上的绝缘材料，进一步地，可以在第一夹紧孔和第二夹紧孔的内壁包覆橡胶或喷涂绝缘材料，以防通电后电流流入第一机械手210、第二机械手220或者其它的电子元器件，防止发生短路而产生安全隐患。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种预制管材局部有益皱纹的装置，其特征在于，包括：

支撑组件(100)，包括第一支撑架(110)和第二支撑架(120)，所述第一支撑架(110)和所述第二支撑架(120)可分别支撑管材(600)的两端；

夹持组件(200)，包括第一机械手(210)和第二机械手(220)，所述第一机械手(210)和所述第二机械手(220)上分别安装有第一电极触头(300)和第二电极触头(400)，所述第一机械手(210)和所述第二机械手(220)可分别夹持管材(600)待起皱位置的两端，所述第一电极触头(300)和所述第二电极触头(400)可对管材(600)待起皱位置进行局部加热，所述第一机械手(210)和所述第二机械手(220)可相向运动以对管材(600)待起皱位置施加轴向力。

2.根据权利要求1所述的预制管材局部有益皱纹的装置，其特征在于，所述第一机械手(210)包括第一夹块(211)、第二夹块(212)和第一驱动件，所述第一驱动件可驱动所述第一夹块(211)和所述第二夹块(212)相向/背向运动，以使所述第一机械手(210)夹紧/松开管材(600)，所述第二机械手(220)包括第三夹块(221)、第四夹块(222)和第二驱动件，所述第二驱动件可驱动所述第三夹块(221)和所述第四夹块(222)相向/背向运动，以使所述第二机械手(220)夹紧/松开管材(600)。

3.根据权利要求2所述的预制管材局部有益皱纹的装置，其特征在于，所述第一夹块(211)上设有第一滑槽(2111)，所述第二夹块(212)滑动连接所述第一滑槽(2111)，所述第一驱动件通过第一螺杆(213)连接所述第二夹块(212)，所述第一驱动件可驱动所述第一螺杆(213)转动，以带动所述第二夹块(212)沿着所述第一滑槽(2111)滑动，所述第三夹块(221)上设有第二滑槽(2211)，所述第四夹块(222)滑动连接所述第二滑槽(2211)，所述第二驱动件通过第二螺杆(223)连接所述第四夹块(222)，所述第二驱动件可驱动所述第二螺杆(223)转动，以带动所述第四夹块(222)沿着所述第二滑槽(2211)滑动。

4.根据权利要求1所述的预制管材局部有益皱纹的装置，其特征在于，所述第一机械手(210)上设有第一夹紧孔，所述第一电极触头(300)设于所述第一夹紧孔的一侧，并与所述第一夹紧孔同轴设置，所述第二机械手(220)设有第二夹紧孔，所述第二电极触头(400)设于所述第二夹紧孔的一侧，并与所述第二夹紧孔同轴设置。

5.根据权利要求4所述的预制管材局部有益皱纹的装置，其特征在于，所述第一夹紧孔和所述第二夹紧孔的内壁均设有防滑纹路。

6.根据权利要求1所述的预制管材局部有益皱纹的装置，其特征在于，所述第一电极触头(300)与所述第一机械手(210)的连接处设有绝缘物，所述第二电极触头(400)和所述第二机械手(220)的连接处设有绝缘物。

7.一种预制管材局部有益皱纹的方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的预制管材局部有益皱纹的装置，包括如下步骤：

步骤一、将管材(600)放置在支撑组件(100)上，并使第一支撑架(110)和第二支撑架(120)分别支撑管材(600)的两端；

步骤二、将第一机械手(210)和第二机械手(220)分别移动至管材(600)待起皱位置的两端，并使第一机械手(210)和第二机械手(220)分别缓慢夹持管材(600)待起皱位置的两端，使用力传感器进行实时测量第一机械手(210)和第二机械手(220)的夹持力，当夹持力达到设定值时，第一机械手(210)和第二机械手(220)保持当前夹持力并夹紧管材(600)待起皱位置的两端，并使第一电极触头(300)和第二电极触头(400)完全接触管材(600)；

步骤三、第一机械手(210)和第二机械手(220)将管材(600)抬起一定高度，使用加热电源(500)给第一电极触头(300)和第二电极触头(400)通电，第一电极触头(300)和第二电极触头(400)向管材(600)通入电流，对管材(600)待起皱位置进行局部加热，使管材(600)待起皱位置形成温度由中间向两侧逐渐降低的非均匀温度场；

步骤四、当非均匀温度场到达要求之后，使第一机械手(210)和第二机械手(220)相向运动，分别对管材(600)待起皱位置的两端施加轴向力，使管材(600)待起皱位置在轴向力的作用下发生屈服及塑性失稳，以形成局部有益皱纹；

步骤五、预制好一个有益皱纹之后，重复步骤二至步骤四，进行预制下一个有益皱纹，直至完成管材(600)上所有的有益皱纹的预制成形。

8.根据权利要求7所述的预制管材局部有益皱纹的方法，其特征在于，在步骤三中，第一电极触头(300)和第二电极触头(400)向管材(600)通入的电流的大小为管材(600)所能承受最大电流的0.2～0.8倍。

9.根据权利要求7所述的预制管材局部有益皱纹的方法，其特征在于，在步骤三中，第一电极触头(300)和第二电极触头(400)在1～30秒的时间内，将管材(600)的最高温度加热到管材(600)熔点的0.15～0.50倍。

10.根据权利要求7所述的预制管材局部有益皱纹的方法，其特征在于，在步骤二中，第一机械手(210)和第二机械手(220)夹紧管材(600)之后，第一机械手(210)和第二机械手(220)之间的距离为管材(600)外径的0.2～2.0倍。

Images