CN101585062A - 用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的方法及对应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的方法及对应装置。该方法包括以下步骤：沿轴向方向在可动的弯曲工具和固定的对立工具之间推动坯料，在使坯料向前运动的同时，使弯曲工具从中立位置运动到工作位置，在中立位置中坯料未弯曲，在工作位置中坯料弯曲成期望的弯曲中心线半径，取决于期望的弯曲中心线半径，工作位置相对于中立位置旋转给定的旋转角度。根据本发明，该方法进一步包括在弯曲工具的上游的一对座块之间推动坯料以便使坯料的变形更容易的步骤，并且弯曲工具从中立位置运动到工作位置的步骤通过控制弯曲工具在由轴向方向和垂直于该轴向方向的横向方向所限定的平面中的运动的至少两个自由度来实施。

Description

用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的方法及对应装置
技术领域
本发明涉及用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的方法。
根据另一方面，本发明涉及用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的装置。
背景技术
表述“用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的方法”旨在指所讨论的坯料进行塑性变形的一套技术操作，需要这些操作来根据连续或不连续的路径，通过将简单或合成的机械应力施加到坯料上，以及通过适当地约束坯料自身，来使坯料的轴线的路线从直线路线改变成曲线路线。在本说明的剩余部分中，为方便起见，将参照管件的弯曲，但本发明显然可应用于任何其它类似坯料(可以是条、成型段)等的弯曲。
已知的弯曲方法在通常依靠适当地设定尺寸及成形的弯曲工具(模具)来施加变形力或扭矩的方式以及约束管件的方式上大体上各不相同。弯曲方法的特征参数为管件的尺寸(直径和厚度)、管件的材料和管件的轴线的空间路线，该路线由相邻弯头之间的笔直部分的长度限定、由弯曲半径和角度限定，以及由弯头的相对空间定向限定。特别地，弯曲方法的最终产品的各个弯头由弯曲半径或中心线半径限定，以及由弯曲角度限定。
当今，最常用的管件弯曲方法是拉伸弯曲、伸展弯曲和轧辊弯曲(或可变半径弯曲)。
附图的图1A和1B示意性地说明了拉伸弯曲方法，且该拉伸弯曲方法基本上在于以下两个步骤：
a)由110表示的待弯曲管件在其前端处夹在能够绕与管件110的轴线X相垂直的轴线Z进行旋转的弯曲工具或模具112与前夹持块114之间，并且在前块114的上游由后靠接座块116引导，后靠接座块116通常安装在可动的滑动器(未示出)上，以便能够沿管件110的轴线X的方向(下文简称为轴向方向)滑动，以伴随管件自身的轴向前向运动(图1A)；以及
b)使模具112绕旋转轴线Z进行旋转，以便在向前拉伸管件110的同时，使管件110围绕着模具112自身的成形凹槽118(成形凹槽118沿半径为R的曲线延伸)卷绕，同时后座块116伴随着管件110的轴向前向运动并将垂直于轴向方向X的反作用力施加在其上，从而在管件110上产生具有与模具112的凹槽118的中心线半径R基本上相对应的中心线半径的弯头(图1B)。
拉伸弯曲方法此时是最常用的方法，且其能够在质量方面提供最佳的结果。特别地，这种方法使得可能获得较小的中心线半径，该中心线半径较小，甚至小于管件直径的一倍，而且质量良好。另一方面，这种方法具有几个限制，例如这样的事实：当须要获得具有不同中心线半径的弯头或者须要加工具有不同直径的管件时，这种方法需要更换模具，以及这种方法需要使用特别复杂的设备来产生具有***其中的非常小或者甚至是零长度的笔直部分的弯头序列。
附图的图2A和2B中示意性地说明了伸展弯曲方法，其中，与图1A和1B的零件和元件相同或对应的零件和元件被赋予了相同的参考标号，且该伸展弯曲方法基本在于以下两个步骤：
a)待弯曲的管件110在其后端处用后夹持块114夹持，以便相对于固定模具112向前凸出，固定模具112具有沿中心线半径R的曲线路径延伸的成形凹槽118，管件110由弯曲座块116抵靠着凹槽施压，弯曲座块116能够绕垂直于管件110的轴线X且通过凹槽118的曲率中心的旋转轴线Z进行旋转(图2A)；以及
b)使弯曲座块116绕旋转轴线Z旋转，从而使管件110绕在模具112上，并且在管件自身上产生具有与模具112的凹槽118的中心线半径R基本上相对应的中心线半径的弯头(图2B)。
因此，上述两种已知的弯曲方法都受使得可仅获得固定中心线半径(即与模具的成形凹槽的中心线半径相对应的中心线半径)弯头的缺点的影响。为了获得具有不同中心线半径的弯头，因此需要更换模具，并相应地停止该过程。因此，当管件必须具有带有不同中心线半径的多个弯头的复杂路径时，则必须进行多次模具更换，且因此必须相应地多次停止该过程，这导致大大增加了工作循环的持续时间。这就造成了生产过程以及因此最终产品的较高的成本。另外，为了使得可自动地更换具有不同中心线半径的工具以减少工具更换停工时间的持续时间，机器必须设有特殊的操作装置，而且机器因此更复杂且更昂贵。
附图的图3A至3C示意性地说明了轧辊弯曲方法或可变半径弯曲方法，其中，与上述附图的零件和元件相同或对应的零件和元件被赋予了相同的参考标号，且该轧辊弯曲方法基本上在于以下步骤：
a)待弯曲的管件110在其后端处由安装在夹头承载滑动器(未示出)上的夹头114夹持，夹头114可以沿管件110的轴线的方向X滑动(图3A)；
b)管件110由夹头114向前推动通过用作模具的固定辊子112，固定辊子112具有成形凹槽118且安装成以便能够绕垂直于管件110的轴线X的旋转轴线Z自由地旋转，且弯曲辊子116安装成以便能够绕垂直于管件110的轴线X的旋转轴线Z′自由地旋转，并且能够绕固定辊子112的旋转轴线Z从中立位置(如图3A中以虚线所示)旋转到工作位置(如图3A中以实线所示)，在中立位置中管件110未变形，工作位置相对于中立位置旋过旋转角度α，旋转角度α取决于待获得的弯头的弯曲中心线半径而变化，在工作位置中，管件110被弯曲成期望的半径，管件110还受到靠接辊子120的压力，其在该管件上施加垂直于轴向方向X的反作用力。
取决于期望的结果和所讨论的弯头的直接在前或直接在后的弯头，由此所获得的弯头可以包括以下三个区：
-当管件110被夹头114向前推动的同时，在弯曲辊子116从中立位置运动(旋转)到工作位置期间获得的前导区110′(图3A)；
-具有期望的中心线半径、并且通过使弯曲辊子116仍保持在工作位置且依靠夹头114使管件110向前运动来获得的中间区110″(图3B)；以及
-当管件110被夹头114继续向前推动的同时，在弯曲辊子116从工作位置运动(旋转)到中立位置期间获得的拖尾区110′″(图3C)。、
夹头114还可以提供有绕管件110的轴线X的旋转运动，以便获得3-D弯头，特别是具有螺旋形的路线的弯头。
轧辊弯曲方法提供了可能获得具有不同中心线半径的弯头而不需要停止过程来更换模具的优点。在另一方面，这种方法也有一些限制，诸如，例如这样的事实：两个相邻弯头之间的笔直部分的长度不能达到零，不能用被加工的管件的材料的变化的机械特征完美地重复结果(在管件的最终中心线半径方面)，取决于几何形状、弯曲设备的安装和运动来预测结果(在管件的最终中心线半径方面)的困难性，不能获得具有比被加工的管件的直径小大约五倍的弯曲中心线半径的弯头，以及不能获得从开头到结尾具有不变半径的弯头，因为弯曲辊子的使用要求弯头的开头(前导区)和结尾(拖尾区)具有与弯头的期望的弯曲中心线半径不同的圆角半径。
US 5,111,675公开了可变半径弯曲方法，其中，使管件向前运动首先通过引导圆筒，然后通过具有套管形式的弯曲工具的模具，其受支承以便能够绕与管件的轴线相垂直的轴线转动。模具可以沿平行于管件的轴线的第一方向运动，以改变引导圆筒和弯曲工具之间的距离，而且模具可以沿垂直于管件的轴线的第二方向运动，以改变管件的轴线和弯曲工具的中心之间的距离。模具沿这两个方向的运动使得可调节在管件上产生的弯头的弯曲中心线半径。
上述美国专利进一步公开了用于根据以上简要地讨论的方法来执行管件的可变半径弯曲的装置。然而，这种装置受不能根据至少两种不同方法(例如可变半径弯曲方法和拉伸弯曲方法)来执行弯曲的缺点的影响。另外，必须使用作弯曲工具的套管以待加工的管件的直径来校准。与这种装置的使用相连的另外的缺点由这样的事实表明，即不能消除两个连续的弯头之间的圆角半径。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的方法以及对应的弯曲装置，该方法能够克服已知的可变半径弯曲方法的缺点，尤其是克服不可能获得特别地减小的弯曲中心线半径(例如管件的直径的大约两倍)以及在连续的弯头之间存在圆角半径的缺点，但是其同时提供了关于柔性和成本的相同的优点。
根据本发明的第一个方面，依靠用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的方法完全实现了这个和其它目的，该方法包括以下步骤：
-沿轴向方向在可动的弯曲工具和固定的对立工具之间推动坯料，
-在使坯料向前运动的同时，使弯曲工具从中立位置运动到工作位置，在中立位置中坯料未弯曲，在工作位置中坯料弯曲成期望的弯曲中心线半径，取决于期望的弯曲中心线半径，工作位置相对于中立位置旋转给定的旋转角度，其中，通过控制弯曲工具在由轴向方向和垂直于轴向方向的横向方向限定的平面中的运动的至少两个自由度，来实现弯曲工具从中立位置到工作位置的运动，以及
-在弯曲工具上游的一对座块之间推动坯料，以便使坯料的变形更容易。
根据本发明的另一个方面，通过用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的装置充分地实现了上述和其它目的，该装置包括：
-布置成以便自中立位置和工作位置运动的可动的弯曲工具，在中立位置中坯料未弯曲，在工作位置中坯料弯曲成期望的弯曲中心线半径，取决于期望的弯曲中心线半径，工作位置相对于中立位置旋转给定的旋转角度，
-固定的对立工具，
-布置成以便朝向弯曲工具和固定的对立工具推动坯料的推动器件，
-一对座块，其位于弯曲工具的上游，且布置成以便由给定的夹持力推向彼此，以便径向地压挤被推过其中的坯料，并且因此使坯料自身塑化，以及
-驱动器件，其布置成以便通过控制弯曲工具在由轴向方向和垂直于该轴向方向的横向方向限定的平面中的至少两个自由度来使弯曲工具从中立位置运动到工作位置。
附图简述
现在将在随后的具体实施方式中说明本发明的优选实施例，该具体实施方式纯粹以非限制性实例的方式参照附图给出，其中：
图1A和1B分别示意性地显示了在弯曲操作的开始和结束时的根据拉伸弯曲方法的用于弯曲管件的装置；
图2A和2B分别示意性地显示了在弯曲阶段的开始和结束时的根据伸展弯曲方法的用于弯曲管件的装置；
图3A到3C分别示意性地显示了当获得弯头的前导区时、当获得弯头的中间区时，以及在弯曲操作的结束时的根据可变半径弯曲方法(轧辊弯曲方法)的用于弯曲管件的装置；
图4A和4B分别是平面图和透视图，其示意性地说明了在管件弯曲操作的开始时的根据本发明的一个优选实施例的用于弯曲管件、杆、成型段和类似坯料的装置；
图5A和5B分别是平面图和透视图，其示意性地说明了当管件通过挤压而变形时的图4A和4B的弯曲装置；
图6A和6B分别是平面图和透视图，其示意性地说明了当管件通过轧辊弯曲而变形时的图4A和4B的弯曲装置；
图7A和7B分别是平面图和透视图，其示意性地说明了在弯曲操作结束时的图4A的4B的弯曲装置；
图8是示意性地说明了图4A和4B的弯曲装置的各种构件的自由度的平面图；以及
图9是沿图4A的线IX-IX截取的图4A和4B的弯曲装置的放大比例的视图。
具体实施方式
参照图4A至图9，为了执行用于弯曲管件10或类似坯料的方法，使用了根据本发明的装置，该装置基本上包括夹头14、在其侧面上具有成形凹槽18′(图9的剖面图中可以更好地看到)的呈辊子形式的模具12、具有沿笔直方向(该方向在图4A所示的位置中定向成平行于管件10的由X表示的轴线)延伸且其侧面上具有成形凹槽18″的工作部分16′的弯曲工具16，以及一对座块20和22。
图8显示了弯曲装置的上述构件的自由度。更具体地，夹头14安装在夹头承载滑动器上(未示出)，以便能够沿管件10的轴线的方向X滑动，以推动管件10首先经过两个座块20和22，然后经过模具12和弯曲工具16。模具12安装成以便可以绕其自身的轴线自由地旋转，该轴线由Z表示且垂直于管件10的轴线X。弯曲工具16能够绕垂直于管件10的轴线X的旋转轴线Z′进行旋转，能够绕模具12的旋转轴线Z从中立位置(图4A和4B)旋转到工作位置，工作位置相对于中立位置旋过旋转角度α，该旋转角度α取决于待获得的弯头的弯曲中心线半径(图5A至7B)，而且弯曲工具16能够沿垂直于管件10的轴线X的方向Y进行平移，以改变其离模具12的距离。换句话说，除了绕弯曲工具16自身的轴线Z′的旋转自由度之外，弯曲工具16在由两个轴线X和Y限定的平面(即垂直于轴线Z′的平面)中具有两个平移自由度。座块20能够平行于管件10的轴线X进行平移，以伴随管件朝向模具12和弯曲工具16的前向运动，但是座块22是固定的。旋转角度α和弯曲工具16的瞬时旋转的中心的位置两者都非线性地取决于期望的弯曲中心线半径，且建立成以便最大限度地提高获得的中心线半径的可预测性和可重复性。
用于弯曲管件10的方法如下来执行。
首先(图5A和5B)，管件10由夹头14首先推动经过两个座块20和22，且然后经过模具12和弯曲工具16，而弯曲工具16通过绕其自身的轴线Z′和模具12的轴线Z两者的旋转以及通过沿轴线Y的同时平移，在平面XY中适当地运动。特别地，使弯曲工具16运动，以便确保工作部分16′的表面和具有期望的中心线半径的管件10之间的接触点的相切的状态，即以便使弯曲工具16的轴线Z′沿着围绕管件10的弯曲中心的圆形路径运动。在这个阶段期间，可动的座块20可以以相同的速度或不同的速度与管件10一起向前运动。
如图9所示，两个座块20和22由取决于被加工的管件10的尺寸和形状误差而变化的间隙G隔开，并且由给定的夹持力推向彼此，以便径向地压挤管件10，并且因此使管件自身的变形更加容易。
之后(图6A、6B、7A和7B)，取决于期望的弯曲中心线半径，弯曲工具16停止在给定的位置，而管件10继续被夹头14向前推动，并且因此根据具有等于固定中心线半径的恒定半径的弯曲路线由弯曲工具16使其变形。
该方法以这样的方式来执行：被加工的管件10不变地处于主要是轴向压缩的应力状态。由于这种应力状态，管件经历了某种“挤压”，该“挤压”允许使得管件自身的变形更加容易。
根据本发明的弯曲方法使得可：
-获得等于或甚至小于管件直径的两倍(由此显著地小于可以用已知的可变半径弯曲方法获得的弯曲中心线半径)的弯曲中心线半径；
-使管件在拱背上的厚度接近标称值，从而避免在拉伸弯曲方法和伸展弯曲方法中出现厚度的减小，因为根据本发明的方法不压迫受牵引的管件的背拱，而是压迫受压挤的管件拱背。
-减小具有“伪半径”的前导区和拖尾区，“伪半径”即与期望的中心线半径不同的半径(用图3A至3C所说明的轧辊弯曲方法获得的弯头的区110′和110′″)；
-减小各个弯头和下一个弯头之间的所需的笔直部分；以及
-获得更加可预测和可重复的结果。
当然，在本发明的原理保持不变的情况下、实施例和结构性细节可以关于纯粹以非限制性实例描述和说明的那些进行很大的改变。
例如，弯曲工具16可以提供有沿其自身的轴线的方向Z′(即垂直于弯曲平面)进行平移的进一步的自由度，以便使得可以也控制管件沿垂直于弯曲平面的方向的变形，即以便获得3-D弯曲。
另外，可以使用***待弯曲的管件中的芯体，以便支承管件自身的内壁。

Claims (21)

1.一种用于弯曲诸如管件、条或成型段的细长坯料(10)的方法，其包括以下步骤：沿轴向方向(X)在可动的弯曲工具(16)和固定的对立工具(12)之间推动所述坯料(10)，在使所述坯料(10)向前运动的同时，使所述弯曲工具(16)从其中所述坯料(10)未弯曲的中立位置运动到其中所述坯料(10)弯曲成期望的弯曲中心线半径的工作位置，取决于所述期望的弯曲中心线半径，所述工作位置相对于所述中立位置旋转给定的旋转角度(α)，其特征在于：
所述方法进一步包括在所述弯曲工具(16)的上游的一对座块(20，22)之间推动所述坯料(10)以便使所述坯料(10)的变形更容易的步骤，及：
使所述弯曲工具(16)从所述中立位置运动到所述工作位置的所述步骤通过控制所述弯曲工具(16)在由所述轴向方向(X)和垂直于所述轴向方向(X)的横向方向(Y)所限定的平面(XY)中的运动的至少两个自由度来实施。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过夹持所述坯料(10)的后端的夹持器件(14)朝向所述座块(20，22)及朝向所述弯曲工具(16)来推动所述坯料(10)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述座块(20，22)被间隙(G)隔开，且由给定的夹持力沿垂直于所述轴向方向(X)的方向朝向彼此推动，以便径向地压挤所述坯料(10)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述坯料(10)在所述座块(20，22)之间被推动时，使所述座块(20，22)中的一个座块(20)以与所述坯料(10)相同的方式和方向向前运动。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对立工具(12)是具有垂直于所述轴向方向(X)的轴线(Z)的空转辊子。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对立工具(12)由所述座块(20，22)中的一个座块(20)形成。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使所述弯曲工具(16)绕着其垂直于前述平面(XY)的轴线(Z′)进行旋转，通过使所述弯曲工具(16)的所述轴线(Z′)绕平行于所述轴线(Z′)的固定轴线进行旋转，以及通过使所述弯曲工具(16)沿所述横向方向(Y)进行平移，来实施使所述弯曲工具(16)从所述中立位置运动到所述工作位置的所述步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对立工具(12)是具有垂直于所述轴向方向(X)的轴线(Z)的空转辊子，并且其中，所述固定轴线与所述空转辊子的轴线一致。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使所述弯曲工具(16)绕着其垂直于前述平面(XY)的轴线(Z′)进行旋转，以及通过使所述弯曲工具(16)沿所述轴向方向(X)和所述横向方向(Y)两者进行平移，来实施使所述弯曲工具(16)从所述中立位置运动到所述工作位置的所述步骤。
10.根据权利要求7至9中的任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，还通过使所述弯曲工具(16)沿其自身的轴线(Z′)进行平移，来实施使所述弯曲工具(16)从所述中立位置运动到所述工作位置的所述步骤。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将芯体***所述坯料(10)内的步骤。
12.一种用于弯曲诸如管件、条或成型段等细长坯料(10)的装置，其包括：
可动的弯曲工具(16)，其布置成以便自其中所述坯料(10)未弯曲的中立位置和其中所述坯料(10)弯曲成期望的弯曲中心线半径的工作位置运动，取决于所述期望的弯曲中心线半径，所述工作位置相对于所述中立位置旋转给定的旋转角度(α)，
-固定的对立工具(12)，以及
-推动器件(14)，其布置成以便朝向所述弯曲工具(16)和所述固定的对立工具(12)推动所述坯料(16)，
其特征在于，所述装置进一步包括
-一对座块(20，22)，其位于所述弯曲工具(16)的上游，且布置成以便由给定的夹持力朝向彼此推动，以便径向地压挤正被推过其中的所述坯料(10)，并且因此使所述坯料自身塑化，以及
-驱动器件，其布置成以便通过控制所述弯曲工具(16)在由所述轴向方向(X)和垂直于所述轴向方向(X)的横向方向(Y)所限定的平面(XY)中的至少两个自由度，来使所述弯曲工具(16)从所述中立位置运动到所述工作位置。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述推动器件(14)布置成以便夹持所述坯料(10)的后端。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述座块(20，22)由间隙(G)隔开且布置成以便沿垂直于所述轴向方向(X)的方向被朝向彼此而推动。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述座块(20，22)中的一个座块(20)能够沿所述轴向方向(X)进行平移。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述对立工具(12)是具有垂直于所述轴向方向(X)的轴线(Z)的空转辊子。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述对立工具(12)由所述座块(20，22)中的一个座块(20)形成。
18.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述驱动器件布置成以便使所述弯曲工具(16)绕着其垂直于前述平面(XY)的轴线(Z′)进行旋转，使所述弯曲工具(16)的所述轴线(Z′)绕平行于所述轴线(Z′)的固定轴线进行旋转，并且使所述弯曲工具(16)沿所述横向方向(Y)进行平移。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述对立工具(12)是具有垂直于所述轴向方向(X)的轴线(Z)的空转辊子，并且其中，所述固定轴线与所述空转辊子的轴线一致。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述驱动器件布置成以便使所述弯曲工具(16)绕着其垂直于前述平面(XY)的轴线(Z′)进行旋转，并且使所述弯曲工具(16)沿所述轴向方向(X)和所述横向方向(Y)两者进行平移。
21.根据权利要求18至20中的任何一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述驱动器件还布置成以便使所述弯曲工具(16)沿其自身的轴线(Z′)进行平移。
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