CN113664081B - 一种基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法，步骤为：准备五轴联动矢量数控绕弯型弯管机一台；制造多层型槽弯管成形模具一套；将弯管成形模具装配到弯管机上；将直管状态的导管零件一端装夹到弯管机的夹持臂上，导管零件另一端从模具最底层型槽中穿出；数控加工程序控制下，控制模具中的压模与弯模扣合，实现导管零件首个弯折段的成形加工；松开模具，抬升导管零件至第二层型槽处，根据弯管管形参数针对性的调整导管零件的转角和弯模转角，重复压模与弯模扣合动作，实现导管零件第二个弯折段的成形加工；依次类推，完成剩余弯折段的成形加工。本发明可实现导管零件的一次数控弯曲成形，加工稳定性和批量管形一致性得到显著提高。

Description

一种基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法

技术领域

本发明属于航空发动机零部件制造技术领域，特别是涉及一种基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法。

背景技术

在航空发动机的内外部管路中，存在诸多连续折弯类、多折弯半径类、异形截面类的导管产品，以往这些导管产品都是采用手工弯曲或利用多组模具分次数控弯曲成形的，不但费事费力，而且加工状态很不稳定，加工管形质量难以保证，加工效率低下。

对于利用多组模具分次数控弯曲成形技术，在加工过程中需要频繁进行换模调试，通常弯曲加工一件弯管零件，就需要多次更换并调试模具，并且每步上料都需要人工拧紧螺丝来完成对零件的夹紧固定和位置找正。由于操作过程较为复杂，导致生产周期较长，通常单件加工时间需要1个小时以上。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法，能够实现导管零件的一次数控弯曲成形，不但加工稳定性和批量管形一致性得到显著提高，而且管形质量也得到明显改善，批产合格率从以往的50％提升至95％以上，单件加工时间缩短为10分钟，加工效率较以往提高了近5倍，生产周期缩短的同时也节约了大量的加工成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法，包括如下步骤：

步骤一：准备一台矢量数控绕弯型弯管机，所述矢量数控绕弯型弯管机至少需要包括五个运动自由度，用以实现五轴联动；

步骤二：制造一套弯管成形模具，弯管成形模具包括弯模、压模及夹模；所述弯模采用柱形结构，在弯模外表面沿高度方向设置有若干弯管内半型槽；所述压模采用矩形结构，在压模的一个侧表面沿高度方向设置有若干弯管外半型槽，弯管外半型槽与弯管内半型槽数量相同且位置一一对应；所述夹模采用矩形结构，在夹模的一个侧面沿高度方向设置有若干弯管直线段定位槽，弯管直线段定位槽与弯管内半型槽的数量相同且位置一一对应；

步骤三：将弯管成形模具安装到矢量数控绕弯型弯管机上，所述弯模竖直固装在具有C向旋转自由度的主模具安装台上，在模具安装台上设置有可沿弯模径向移动的压头，所述压模固装在压头上，压模与压头进行随动，压模上的弯管外半型槽与弯模上的弯管内半型槽正对；所述夹模固定安装在具有X向直线移动自由度的副模具安装台上，夹模与副模具安装台进行随动；

步骤四：将处于直管状态的导管零件一端固定夹持在矢量数控绕弯型弯管机的夹持臂上，所述夹持臂具有X向直线移动自由度、Y向直线移动自由度、Z向升降移动自由度及B向旋转自由度，直管状态的导管零件另一端则从弯模最底层的弯管内半型槽中穿出；

步骤五：启动数控加工程序，在数控加工程序控制下，夹模沿着X向移动直到其弯管直线段定位槽顶靠接触在导管零件的直线段上，使导管零件的直线段在径向方向上的自由端被锁定；

步骤六：在数控加工程序控制下，压模朝向弯模移动，直到压模上的弯管外半型槽与弯模上的弯管内半型槽完全扣合，在压模的挤压力作用下实现导管零件的首个弯折段的成形加工；

步骤七：在数控加工程序控制下，压模远离弯模返回至初始位置；夹模远离导管零件直线段返回至初始位置；夹持臂沿Y向移动设定距离，使导管零件沿Y向前伸设定距离；夹持臂沿X向移动设定距离，使导管零件从最底层的弯管内半型槽中退出；夹持臂沿Z向移动设定距离，将导管零件抬升到与倒数第二层的弯管内半型槽同一高度；夹持臂沿B向旋转设定角度或不调整夹持臂的B向转角；弯模沿C向旋转设定角度或不调整弯模的C向转角；夹持臂沿X向移动设定距离，使导管零件的直线段顶靠接触在倒数第二层的弯管内半型槽内；

步骤八：参照步骤五和步骤六，完成导管零件的第二个弯折段的成形加工；

步骤九：参照步骤七，将导管零件抬升到弯模1倒数第三层的弯管内半型槽内，之后继续参照步骤五和步骤六，完成导管零件的第三个弯折段的成形加工；

步骤十：依次类推，直至完成导管零件上所有弯折段的成形加工，最后将加工好的导管零件从夹持臂移除即可。

本发明的有益效果：

本发明的基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法，能够实现导管零件的一次数控弯曲成形，不但加工稳定性和批量管形一致性得到显著提高，而且管形质量也得到明显改善，批产合格率从以往的50％提升至95％以上，单件加工时间缩短为10分钟，加工效率较以往提高了近5倍，生产周期缩短的同时也节约了大量的加工成本。

附图说明

图1为实施例中导管零件的结构示意图(视角一)；

图2为实施例中导管零件的结构示意图(视角二)；

图3为实施例中导管零件的设定弯管顺序的示意图；

图4为实施例中弯模的弯管内半型槽与导管零件进行弯曲成形配合时的示意图；

图5为实施例中的弯管成形模具的组合示意图(视角一)；

图6为实施例中的弯管成形模具的组合示意图(视角二)；

图7为实施例中的弯管成形模具在矢量数控绕弯型弯管机上的安装示意图；

图8为实施例中导管零件在矢量数控绕弯型弯管机上通过弯管成形模具完成第一个弯折段加工时的示意图；

图9为实施例中导管零件在矢量数控绕弯型弯管机上通过弯管成形模具完成第二个弯折段加工时的示意图；

图10实施例中导管零件在矢量数控绕弯型弯管机上通过弯管成形模具完成第三个弯折段加工时的示意图；

图中，1—弯模，11—弯管内半型槽，2—压模，21—弯管外半型槽，3—夹模，31—弯管直线段定位槽，4—主模具安装台，5—压头，6—副模具安装台，7—导管零件，8—夹持臂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法，包括如下步骤：

步骤一：准备一台矢量数控绕弯型弯管机，所述矢量数控绕弯型弯管机至少需要包括五个运动自由度，用以实现五轴联动；

步骤二：制造一套如图5、6所示的弯管成形模具，弯管成形模具包括弯模1、压模2及夹模3；所述弯模1采用柱形结构，在弯模1外表面沿高度方向设置有三条弯管内半型槽11；所述压模2采用矩形结构，在压模2的一个侧表面沿高度方向设置有三条弯管外半型槽21，弯管外半型槽21与弯管内半型槽11位置一一对应；所述夹模3采用矩形结构，在夹模3的一个侧面沿高度方向设置有三条弯管直线段定位槽31，弯管直线段定位槽31与弯管内半型槽11位置一一对应；

步骤三：将弯管成形模具安装到矢量数控绕弯型弯管机上(如图7所示)，所述弯模1竖直固装在具有C向旋转自由度的主模具安装台4上，在模具安装台4上设置有可沿弯模1径向移动的压头5，所述压模2固装在压头5上，压模2与压头5进行随动，压模2上的弯管外半型槽21与弯模1上的弯管内半型槽11正对；所述夹模3固定安装在具有X向直线移动自由度的副模具安装台6上，夹模3与副模具安装台6进行随动；

步骤四：将处于直管状态的导管零件7一端固定夹持在矢量数控绕弯型弯管机的夹持臂8上(如图7所示)，所述夹持臂8具有X向直线移动自由度、Y向直线移动自由度、Z向升降移动自由度及B向旋转自由度，直管状态的导管零件7另一端则从弯模1最底层的弯管内半型槽11中穿出；

步骤五：启动数控加工程序，在数控加工程序控制下，夹模3沿着X向移动直到其弯管直线段定位槽31顶靠接触在导管零件7的直线段上，使导管零件7的直线段在径向方向上的自由端被锁定；

步骤六：在数控加工程序控制下，压模2朝向弯模1移动，直到压模2上的弯管外半型槽21与弯模1上的弯管内半型槽11完全扣合，在压模2的挤压力作用下实现导管零件7的首个弯折段的成形加工(如图8所示)；

步骤七：在数控加工程序控制下，压模2远离弯模1返回至初始位置；夹模3远离导管零件7直线段返回至初始位置；夹持臂8沿Y向移动设定距离，使导管零件7沿Y向前伸设定距离；夹持臂8沿X向移动设定距离，使导管零件7从最底层的弯管内半型槽11中退出；夹持臂8沿Z向移动设定距离，将导管零件7抬升到与倒数第二层的弯管内半型槽11同一高度；夹持臂8沿B向旋转设定角度或不调整夹持臂8的B向转角；弯模1沿C向旋转设定角度或不调整弯模1的C向转角；夹持臂8沿X向移动设定距离，使导管零件7的直线段顶靠接触在倒数第二层的弯管内半型槽11内；

步骤八：参照步骤五和步骤六，完成导管零件7的第二个弯折段的成形加工(如图9所示)；

步骤九：参照步骤七，将导管零件7抬升到弯模1最顶层的弯管内半型槽11内，之后继续参照步骤五和步骤六，完成导管零件7的第三个弯折段的成形加工(如图10所示)；

步骤十：将加工好的导管零件7从夹持臂8移除即可。

以图1、2所示的导管零件7为例，其导管直径为φ14mm，壁厚为1mm，导管零件7上共设有三处弯折段，且三处弯折段的完全半径均为28mm，两个弯间直线段的长度分别为15.3mm和17.5mm。该导管零件7的具体管形数据如下：

	Y向	B向	C向	半径
					1	35.621138	0.000000	72.095491	28.000000
2	17.496885	110.760788	74.336570	28.000000
					3	15.276472	-85.141157	80.000000	28.000000
4	23.505210	—	—	—

在设计弯管成形模具时，先进行弯曲次数和型槽层数的确定，需要结合产品管形特点和弯管过程中防干涉原则，预先确定弯管顺序(如图3所示)，从而完成多层型槽的上下顺序设定，之后对弯管内半型槽11和弯管外半型槽21的异形型腔进行设计(如图4所示)，保障弯管加工时避免层间干涉的同时，能够提供足够的弯管夹持力，最后对夹持长度进行修正，由于弯管成形过程中必然会发生回弹变形，而弯管内半型槽11和弯管外半型槽21的这种异形型腔的设计方式限制了弯管机对YBC各向常规补偿的实现，因此可以利用弯管回弹数据库计算回弹造成的直线段缩进长度，对弯管内半型槽11和弯管外半型槽21的这种异形型腔的直线段进行预补偿。关于五轴联动弯管程序的编制，由于采用了多层型槽的弯管成形模具，在正常使用时，需要依赖各运动轴的合理联动机制，因此可以采用迭代性试验方法寻求运用最优轴间运动关系，用以实现加工全程无运动干涉、高效率、高质量的弯管加工，试验零件调试合格且达到稳定运行状态后，记录单件加工用时。当完成弯管成形模具和数控加工程序的调试后，在加工质量稳定的前提下，就可以正式开展工程应用下的弯管成形加工。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种基于数控绕弯成形利用多层型槽模具进行弯管的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：准备一台矢量数控绕弯型弯管机，所述矢量数控绕弯型弯管机至少需要包括五个运动自由度，用以实现五轴联动；

步骤二：制造一套弯管成形模具，弯管成形模具包括弯模、压模及夹模；所述弯模采用柱形结构，在弯模外表面沿高度方向设置有若干弯管内半型槽；所述压模采用矩形结构，在压模的一个侧表面沿高度方向设置有若干弯管外半型槽，弯管外半型槽与弯管内半型槽数量相同且位置一一对应；所述夹模采用矩形结构，在夹模的一个侧面沿高度方向设置有若干弯管直线段定位槽，弯管直线段定位槽与弯管内半型槽的数量相同且位置一一对应；

步骤三：将弯管成形模具安装到矢量数控绕弯型弯管机上，所述弯模竖直固装在具有C向旋转自由度的主模具安装台上，在模具安装台上设置有可沿弯模径向移动的压头，所述压模固装在压头上，压模与压头进行随动，压模上的弯管外半型槽与弯模上的弯管内半型槽正对；所述夹模固定安装在具有X向直线移动自由度的副模具安装台上，夹模与副模具安装台进行随动；其中，C向为绕Z轴旋转的方向；

步骤四：将处于直管状态的导管零件一端固定夹持在矢量数控绕弯型弯管机的夹持臂上，所述夹持臂具有X向直线移动自由度、Y向直线移动自由度、Z向升降移动自由度及B向旋转自由度，直管状态的导管零件另一端则从弯模最底层的弯管内半型槽中穿出；其中，B向为绕Y轴旋转的方向；

步骤五：启动数控加工程序，在数控加工程序控制下，夹模沿着X向移动直到其弯管直线段定位槽顶靠接触在导管零件的直线段上，使导管零件的直线段在径向方向上的自由端被锁定；

步骤六：在数控加工程序控制下，压模朝向弯模移动，直到压模上的弯管外半型槽与弯模上的弯管内半型槽完全扣合，在压模的挤压力作用下实现导管零件的首个弯折段的成形加工；

步骤七：在数控加工程序控制下，压模远离弯模返回至初始位置；夹模远离导管零件直线段返回至初始位置；夹持臂沿Y向移动设定距离，使导管零件沿Y向前伸设定距离；夹持臂沿X向移动设定距离，使导管零件从最底层的弯管内半型槽中退出；夹持臂沿Z向移动设定距离，将导管零件抬升到与倒数第二层的弯管内半型槽同一高度；夹持臂沿B向旋转设定角度或不调整夹持臂的B向转角；弯模沿C向旋转设定角度或不调整弯模的C向转角；夹持臂沿X向移动设定距离，使导管零件的直线段顶靠接触在倒数第二层的弯管内半型槽内；

步骤八：参照步骤五和步骤六，完成导管零件的第二个弯折段的成形加工；

步骤九：参照步骤七，将导管零件抬升到弯模倒数第三层的弯管内半型槽内，之后继续参照步骤五和步骤六，完成导管零件的第三个弯折段的成形加工；

步骤十：依次类推，直至完成导管零件上所有弯折段的成形加工，最后将加工好的导管零件从夹持臂移除即可。

Images