TWI503187B

TWI503187B - A molding device that stretches a long hole on a pipe or sheet

Info

Publication number: TWI503187B
Application number: TW101102116A
Authority: TW
Inventors: Katsuki Araki
Original assignee: Araki Technical & Res Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2015-10-11
Also published as: JP2012152801A; JP5300095B2; WO2012102271A1; US20140020443A1; US9073111B2; TW201242682A

Description

在管料或板料上拉伸出長孔的成型裝置

本發明涉及一種用於在管料(管)或板料等待成型物上拉伸成型所需長孔的裝置，尤其涉及在待成型物上拉伸成型所需長孔時，通過一體成型而減少材料損耗，能夠防止材料劣化，並能夠在短時間內進行成型的耐性優異的成型裝置。

目前為止，在作為工件的管料上成型為長孔(制罐)，是在管料上開出如圖一(a)的俯視圖(下面的圖)所示形狀的孔1，再通過熔接彎曲成同樣形狀的其它材料，從而制罐。

但是，由於現有的制罐方法是通過將管料熔斷後設置長孔開口部，然後熔接形成開口邊框的盒體部從而成型，因此會產生熔接引起的材料劣化，需要高度熟練的熔接工，成型時間長。此外，還存在開口實際尺寸大、開口部出現材料損失的問題。

為此，考慮了應用對現有配管實施的成型方法，並進行拉伸加工。由於對現有配管實施的成型為圓形，拉伸加工的應力為中心那一點，因此只要搖臂和內置芯棒從中心開始連接並施加拉伸力即可。但是在長孔的成型中，以單一點的力進行拉伸則無法取得平衡，除花時間調節(修正)進行成型之外沒有其它方法。因此、雖然能夠想到由於是長孔需要擴展到二個成型芯的方法，但在連接過程中會出現長短的誤差，在需要較大力的搖臂上出現變形，在耐受力方面存在問題。並且，成型時作用在機械上的應力進一步擴展到工件上，導致難以正常成型。因此，需要將成型軸設為線形。在現實中，工件的初期偏心誤差隨著成型會加大，其結果為，所連接的軸由於較大的力而進行橫向滑動並發生彎曲。

本發明是為了解決以上問題而實施的，其目的在於提供如下的成型裝置：在管料或板料等待成型物上拉伸成型所需長孔時，通過一體成型而減少材料損耗，能夠防止材料劣化，並能夠在短時間內進行成型的耐性優異的成型裝置。

本發明人通過努力研究，瞭解到包括一體成型單元的裝置能夠實現上述目的，如圖一(b)的俯視圖(下面的圖)所示，所述一體成型單元預先在管料(工件)上，設置比通過塑性加工進行成型的所需孔更小的預留孔2，並使配置在該管料內部的成型插塞3通過特定機構在來自上方的外部拉出力的作用下進行一體化動作，即，如圖一(b)的側視圖(上面的圖)所示，上述一體成型單元是將成型插塞3從下(管料內部)向上(管料外部)移動的單元。

本發明是根據如上見解而進行的，並提供以下的發明。

1.一種成型裝置，用於在管料或板料等待成型物上拉伸成型為所需長孔，其包括：搖臂，其相對於設置有預留孔的待成型物的該預留孔的面而沿大致垂直方向移動，並能夠插通于該預留孔的開口部，該預留孔位於與所述長孔大致同心的位置並比所述長孔更小；控制部，其用於控制所述搖臂的移動；插塞，預先配置在與所述搖臂相反的、所述待成型物的預留孔一面的另一側，能夠與所述搖臂卡合為一體進行一體動作，平面面積與所述長孔對應。

2.如上述1所述的成型裝置，所述搖臂，為動力連接搖臂，在與所述插塞卡合側的相反一側的端部，與施加動力的活塞杆連接。

3.如上述1或2所述的成型裝置，所述搖臂具有用於與所述插塞進行卡合的爪，通過所述控制部來控制所述爪的動作。

4.如上述3所述的成型裝置，所述爪為，通過蝴蝶式的動作而對所述插塞施加動力或解除動力的蝴蝶爪。

5.如上述1～4中任一項所述的成型裝置，還包括：用於將所述待成型物支承在規定位置的成型外沖模。

6.一種成型物的製造方法，其通過上述1～5中任一項所述的成型裝置，在管料或板料等預成型物上拉伸成型為所需長孔，其特徵在於，接收來自所述控制部的信號，將所述搖臂相對於設置有預留孔的待成型物的該預留孔的面而沿大致垂直方向從該預留孔的上方移動到下方，然後通過使所述搖臂與所述插塞卡合併進行一體化動作從而從該預留孔的下方移動到上方，該預留孔位於與所述長孔大致同心的位置並比所述長孔更小。

根據本發明能夠提供具有如下優點的成型裝置：在管料或板料等待成型物上拉伸成型所需長孔時、採用一體成型材料損耗少(節約30%左右)，而且能夠防止熔接引發的材料劣化，同時不需要高度熟練的焊接工，可短時間成型，耐性優異。

現有的焊接制法無法避免熔接部位的金屬劣化，因颱風、地震等反復震動而使金屬疲勞導致損壞事故，本發明的成型裝置具有減少上述事故的性能。

另外，根據本發明能夠提供成型物，所述成形物具有開口部位周邊的強度得到提高的長孔。

以下參考以優選實施例為基礎的附圖對本發明進行說明。

(成型裝置的整體結構)

圖二(a)為，表示本發明一個實施例中的成型裝置的主視圖，圖二(b)為圖二(a)的成型裝置的右視圖。此外，圖三(a)為，表示在圖二(b)的成型裝置中的成型結束狀態的示意圖，圖三(b)為，表示成型單元從圖三(a)的狀態進一步向上方移動狀態的示意圖。

如圖二(a)及(b)所示，本實施例的成型裝置100為，用於從作為工件的管料(管)11等預成型物中拉伸成型為所需長孔的成型裝置，所述成型裝置100包括：由基座部和柱部組成的L形支架(從左側觀看為L字形的支架座)22；成型單元(用虛線包圍的部分：動力單元)29，其通過提升托架26而被支承在該L形支架22的柱部上，並被設置成通過多個導輥25能夠在該L型支架22的柱部進行上下移動；單元頂升(上下)氣缸28，其從正面觀看位於L形支架22的基座部上的中央，並用於使該成型單元29進行上下移動。

在此，成型單元29由如下部分構成：成型外沖模12，其與管料11的上側部進行接觸配置，並用於將成套的管料11固定並支承在規定位置上；沖模底座13，其與該成型外沖模12連接並支承該成型外沖模12；成型插塞(沖模)23，其在成型前預先配置在管料11的內部；搖臂24，其在與該成型插塞23進行卡合成型時向上牽引該成型插塞23；活塞杆14，其連接在與插塞23卡合一側相反一側的該搖臂24的端部，並接收來自控制部(未圖示)的信號後對該搖臂24施加動力；杆金屬導環15，其位於該活塞杆14的邊側周圍，以穩定該活塞杆14的運動；活塞16，其直接接合在該活塞杆14上；主氣缸(驅動器)19，其收納沿上下運轉的該活塞16。

此外，本實施例的成型裝置100的成型單元29包括左右兩個主氣缸19、19，該兩個主氣缸19、19中分別收納有搖臂24、活塞杆14、杆金屬導環15以及活塞16。

作為利用本實施例的成型裝置100的待成型物的管料11，採用預先設有比其長孔小且搖臂24能夠插通的預留孔的管料，以使該預留孔的位置與要成型的所需長孔大致同心，並被設置到如圖一所示的規定位置。長孔的預留孔不在本成型裝置100中進行處理，而是通過數控銑削或數控離子切割等預處理工序進行開口。

搖臂24朝向管料11的預留孔的一面且沿大致垂直方向移動，並能夠插通在該預留孔的開口部。該搖臂24的移動由控制部控制，使其適當動作。管料11的預留孔的大小優選為，待成型的長孔面積的30%左右。

將成型插塞23預先配置在與位於上方的搖臂24相反的、成型前管料11的預留孔的面的一側即下方。通過本實施例的成型裝置100的動作，該搖臂24相對于預留孔從上方降落到下方，成型插塞23與搖臂24卡合後，合為一體進行一體化動作，從而上升。成型插塞23採用其平面面積與所述長孔相對應大小的物體。此外，為了避免因長孔成型而導致未觀察到的力矩對於軸的作用增加而使成型插塞23破損，因而成型插塞23採用具有剛性的扁形軸(FLAT SHAFT)的結構。

在本實施例中，由於與成型插塞23卡合的搖臂24為，與施加動力的活塞杆14進行連接的動力連接搖臂，因此能夠傳輸從該活塞杆14一側產生的進行拉伸的推力，從而能夠進行高精度的動作。

此外在本實施例中，由於包括成型外沖模12，因此在成型時能夠以管料11無法移動的方式進行牢固固定。由此，能夠成型為具有適當形狀的長孔，能夠避免發生所得成型物的長孔開口部的偏斜等問題。另外，在主氣缸19中包含有氣缸底座17，其作為用於設置成型時的向上拉伸距離的單元的空間而發揮作用。

設置作為工件的管料11時，從其一端由插塞支承臂(固定臂，參照圖九)來支承成型插塞23，移動工件，以使被該插塞支承臂進行支承的成型插塞23配置到正確的位置。

在本實施例的成型裝置100中，如圖二(b)所示，在成型之前，配置在管料11中的成型插塞23、與成型單元29中的接收來自活塞杆14的動力的動力連接搖臂24處於設定狀態。

此外在本實施例中，主氣缸19、19為液壓氣缸，這是由於在拉伸側進行成型，能夠將成型單元29設置成小型輕量化。

在本實施例中，雖然由液壓氣缸來移動活塞杆14，但除了流體壓力以外，還有使用機械、力朝向90度方向發揮作用的楔子等情形。在形狀相同且頻率非常大時可使用機械或所述楔子等，但由於周邊的沖模會增多，因此一般不採用。用發動機將旋轉直接轉換為直線運動，不僅摩損大，動力損失也大。由於液壓方式簡單且在超高壓時也能使用，並能夠實現小型化，所以優選。

使用本成型裝置100進行成型時，在兩個主氣缸19、19的杆一側裝有相同的加壓流體，在與成型插塞23連接的活塞杆中，與氣缸一側的動作相反的動作進行作用，從被束縛的管料11中剪切力矩的作用轉為塑性變形的作用，所述氣缸一側是與防止管料11變形的成型外沖模12成為結構一體化的氣缸側。

當成型結束時，如圖三(a)所示，活塞杆14及成型插塞23的位置上升到比管料11更高的位置上。

此外，如圖三(b)所示，成型單元29通過單元頂升氣缸28上升到規定的位置。此時，管料11表現為能夠移動的開放狀態，在該狀態下結束成型，並向管軸方向移動。

另外在本實施例的成型裝置中，例舉了在管料(管)上拉伸成型為所需長孔的例子進行說明，但不局限於此，例如也能夠適用於在板料、其它的待成型物上拉伸成型為所需長孔的情形。

(對成型單元的主要部分進行的詳細說明)

接下來，對成型單元的主要部分的結構及動作進行詳細說明。

圖四(a)為，表示在成型工序中處於成型(塑性變形)前的準備狀態下的成型單元主要部分的概略截面圖。圖四(b)為，表示在成型工序中待成型物處於塑性變形狀態下的成型單元主要部分的概略截面圖。

本實施例的成型裝置100中的成型單元29包括搖臂24，搖臂24具有用於與成型插塞23卡合的爪。通過控制部來控制該爪的開合動作，該爪是通過蝴蝶開合式的動作對成型插塞23施與動力或解除動力的蝴蝶爪21。通過打開蝴蝶爪21而卡合在成型插塞23上從而被鎖定，利用該蝴蝶爪21與成型插塞23連接而進行一體化動作，從而具備瞬間施與動力或解除動力的結構(蝴蝶鎖機構)。

本實施例的成型裝置100，具有與成型母模(母模)進行一體化動作的特徵，在與公模的連接中使用蝴蝶鎖機構，包括將暫時成型後的公模反向推回的結構。即，當拉出成型插塞23結束成型時，只要向上提升成型單元29從而從成型裝置100中拉出作為工件的管料11即可，通過成型後立即將成型插塞23返回到管料11中處於準備狀態的插塞支承臂，能夠縮短一次的成型時間。總而言之，由於成型插塞23能立即往復，作業人員可進行如下操作：成型插塞23返回到原位置後，向上提升成型單元29，卸下工件，用手插入新的成型前的工件。由此，能夠縮短很多時間。

如圖四(a)所示，在成型工序中，首先將在上部開有預留孔的管料11，設置在本實施例的成型裝置100中的規定的工件配置位置上，成型單元29在單元頂升氣缸(參照圖二中的28)的作用下降落。然後，將位於成型單元29下部的成型外沖模12設置為能夠對管料11進行支承。在該狀態下，通過杆托架27而被連接在活塞杆14上的搖臂24，一邊插通于管料11的預留孔中一邊下降。

之後、搖臂24與預先設置在管料11內部的規定位置上的成型插塞23，通過一對蝴蝶爪21、21的打開而成為一體化，該一對蝴蝶爪21、21在管料11的預留孔的長度方向左右兩側對應安裝。隨著搖臂24的向上移動，管料11被設置為成型的準備狀態。此外，鎖定爪能夠由控制部來控制其動作。通過杆托架27，對搖臂24傳輸由活塞杆14的上端部18(活塞16)產生的拉伸推力。

之後，在處於如圖四(a)所示的準備狀態的成型單元29中，向活塞杆14的某一主氣缸19的一側提供壓力油。由此，成型插塞23以與成型外沖模12交叉的形式而向上方通過管料11的預留孔周邊，如圖四(b)所示，管料11發生塑性變形，由此在管料11上成型為長孔。

(詳細說明成型單元的動作)

接下來，對成型單元的動作進行詳細說明。

圖五(a)為，表示成型剛剛結束之後狀態的成型單元的概略截面圖。圖五(b)為，表示成型結束後進一步被提升並從管料中脫離狀態時的成型單元的概略截面圖。另外，圖六(a)為，表示安裝在搖臂上的爪打開且成型插塞被鎖定狀態時的概略截面圖。圖六(b)為，表示安裝在搖臂上的爪閉合且成型插塞的鎖定被解除狀態時的概略截面圖。另外，圖七(a)為，表示成型插塞的俯視圖。圖七(b)為，表示成型插塞的主視圖。圖七(c)為，表示通過成型插塞的爪固定部位的右側截面圖。

設置在管料11內部的成型插塞23，與動力連接搖臂24進行卡合，在配置於搖臂24上部的主氣缸19(向上方向：箭頭指示方向)的拉出作用下，完成管料11的成型。圖五(a)表示該成型剛剛結束之後的狀態。如圖五(b)所示，管料11的成型結束後，通過單元頂升氣缸28(參照圖二)，將成型單元29整體向上(箭頭方向)提升，並從管料11中脫離。

成型插塞23和搖臂24之間的卡合是，通過一對能夠開合的蝴蝶爪21、21的動作而進行的，所述蝴蝶爪21、21安裝在搖臂24下端附近(與活塞杆相反一側的端部)的左右兩側。即，如圖六(a)所示，當位於搖臂24上的蝴蝶爪21、21打開時，則搖臂24和成型插塞23被鎖定、並進行卡合。另一方面，如圖六(b)所示，當位於搖臂24上的蝴蝶爪21、21閉合時，則從搖臂24中釋放出成型插塞23。

如圖七(a)所示，本實施例所使用的成型插塞23中，配置有多個搖臂24(連接軸)的貫通孔31。另外，如圖七(a)及(c)所示，在成型插塞23的平面底部上包括爪固定部32，所述爪固定部32被雕刻出用於與搖臂24的蝴蝶爪21進行嵌合併鎖定的規定形狀。

本實施例所使用的搖臂24的具體結構，可如圖八所示。圖八(a)為，表示包括蝴蝶鎖機構的搖臂結構的概略截面圖。圖八(b)為，表示對蝴蝶爪施加開合作用的爪開合杆及其動作的示意圖。

如圖八(a)所示，搖臂24由如下部分構成：搖臂筒體34；爪開合杆33，其被配置為貫通該搖臂筒體34的內部並能夠進行上下動作；一對蝴蝶爪21、21，其在該爪開合杆33的作用下進行開合，左右各一個；板簧35，其由固定螺釘36安裝在搖臂24的底部。

在爪開合杆33未發揮作用時，蝴蝶爪21因板簧35而始終處於閉合狀態。板簧35保持閉合蝴蝶爪21的作用。另外，爪開合杆33根據控制部發出的信號，通過氣缸、電磁螺線管或機械式等任意(未圖示)方式進行上下動作。由此，蝴蝶爪21、21的開合發生作用。另外，始終向蝴蝶爪21施加閉合力的板簧35，沿圖八(a)所示箭頭進行彈簧式的運動。

(成型裝置整體的動作概要)

下面，對本實施例的成型裝置的整體動作的概要進行說明。

圖九為，從本實施例的成型裝置的正面方向觀察的截面圖。使用本實施例的成型裝置100在管料11上成型為長孔的過程如下。

如圖九所示，在成型裝置100中，在也為啟動用液壓油箱的L型支架(支架座)22的上部設置有插塞支承搖臂40，成型插塞23被支承在該插塞支承搖臂40上，在將作為工件的管料11插入到規定位置時，則成型單元29通過單元頂升氣缸28而下降到與管料11進行接觸的位置為止。

然後，當接收到成型單元29已與管料11進行接觸的信號後，則成型單元29停止下降，同時組裝在成型搖臂24上的蝴蝶爪21、21(參照圖八)會打開，成型插塞23和搖臂24就成為一體化。

在此，利用固定於沖模底座13上的氣缸底座17的管料11的外約束模、成型插塞23、成型搖臂24、沖模底座13，通過氣缸底座17上的主氣缸19的杆一側方向的高油壓而使剪切方向的力發揮作用，從而利用公模，即成型插塞23而向上方成型為小預留孔。

如上所述，通過本實施例的成型裝置，能夠製造出包括開口部位周邊的強度得到提高的長孔的成型物。

當成型到達已設定的規定高度的位置時，接觸感測器(未圖示)獲得資訊，然後將主氣缸19切換到頭側壓力，成型插塞23被推回到原來的插塞支承搖臂40的位置上。綜上所述，成型工序結束後，管料11通過輥子(未圖示)沿圖九的箭頭方向返回。

工業利用可能性

本發明的成型裝置為，在管料或板料等待成型物上拉伸成型為所需長孔時，能夠提高開口部位周邊的強度，並能夠縮短生產成型體時所需的時間，在工業上具有可利用性。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請　貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

100．．．成型裝置

11．．．管料(工件)

12．．．成型外沖模

13．．．沖模底座

14．．．活塞杆

15．．．杆金屬導環

16．．．活塞

17．．．氣缸底座

18．．．活塞杆端部

19．．．主氣缸

21．．．蝴蝶爪

22．．．L形支架

23．．．成型插塞

24．．．搖臂

25．．．導輥

26．．．提升托架

27．．．杆托架

28．．．單元頂升氣缸

29．．．成型單元

31．．．貫通孔

32．．．爪固定部

33．．．爪開合杆

34．．．搖臂筒體

35．．．板簧

36．．．固定螺釘

40．．．插塞支承搖臂

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目之功效；有關附圖為：

圖一(a)為，在利用現有制罐方法的一個工序中的管料的俯視圖(下面的圖)及其制罐後的側視圖(上面的圖)；

圖一(b)為，利用本發明成型裝置的作為塑性成型物件之一例的管料(工件)的俯視圖(下面的圖)及其表示成型工序概念的側視圖(上面的圖)；

圖二(a)為，表示本發明的一個實施例中的成型裝置的主視圖；

圖二(b)為圖二(a)的成型裝置的右視圖；

圖三(a)為，表示在圖二(b)的成型裝置中的成型結束狀態的示意圖；

圖三(b)為，表示成型單元從圖三(a)的狀態進一步向上方移動狀態的示意圖；

圖四(a)為，表示在利用本發明一個實施例的成型裝置的成型工序中，處於成型(塑性變形)前的準備狀態下的成型單元主要部分的概略截面圖；

圖四(b)為，表示在利用圖四(a)的成型裝置的成型工序中，待成型物處於塑性變形狀態下的成型單元主要部分的概略截面圖；

圖五(a)為，表示成型剛結束狀態的成型單元的概略截面圖；

圖五(b)為，表示從圖五(a)的成型結束後的狀態到進一步被提升並從管料中脫離狀態下的成型單元的概略截面圖；

圖六(a)為，表示安裝在搖臂上的爪打開且成型插塞被鎖定狀態下的概略截面圖；

圖六(b)為，表示安裝在搖臂上的爪閉合且成型插塞的鎖定被解除狀態下的概略截面圖；

圖七(a)為，表示成型插塞的俯視圖；

圖七(b)為，表示成型插塞的主視圖；

圖七(c)為，表示通過成型插塞的爪固定部位的右側截面圖；

圖八(a)為，表示包括蝴蝶鎖機構的搖臂結構的概略截面圖；

圖八(b)為，表示對蝴蝶爪施加開合作用的爪開合杆及其動作的示意圖；

圖九為，從本發明的一個實施例中的成型裝置的正面方向觀察到的截面圖。