CN102284573A - 一种制造u形杆的冷态弯制设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种制造U形杆的冷态弯制设备及方法。其结构包括固定在底板上的导轨装置，导轨装置上设有可沿导轨方向自由移动的正向推动模具，正向推动模具的前部为圆弧形，圆弧形外边缘开有凹槽，正向推动模具上设有驱动杆，驱动杆穿过驱动杆基座与驱动装置相连；在导轨装置的两侧对称设有侧向导向滑轮装置，并且导轨装置两侧分别设有可沿垂直于导轨方向自由移动的侧向推动滑轮，侧向推动滑轮上设有驱动杆，驱动杆穿过驱动杆基座与驱动装置相连；正向推动模具、侧向导向滑轮装置、侧向推动滑轮都设置在同一水平面上。本发明能够实现U形杆的一次性冷态成形，不会在弯曲过程中发生危险，并能够解决U形杆的回弹问题。

Description

一种制造U形杆的冷态弯制设备及方法

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种制造U形杆的冷态弯制设备及方法。

背景技术

在工程建设中的许多管道支架需要用到U形管卡，U形管卡都是由钢棒弯制而成，因大部分支架用U形管卡在精度上要求不高，所以可以采用很多种方法进行弯制。而在研制核电站用U形防甩击限制件过程中，对U形杆的半圆部分的半径提出了严格的精度要求，同时要求弯制过程中圆弧部分的材料性能与直段部分的材料性能相当，由于钢棒的材料为不锈钢，所以不希望采用加热的方式改变材料的内部晶粒，要求必须用冷弯。在弯曲过程中，局部不能产生较大的应力集中，并针对U形杆的回弹问题，进行过量弯曲，使回弹后的U形杆尺寸正好是需要的尺寸。

现有的U形杆制作工艺大多使用加热弯制的方式，虽然金属材料在加热后更易于弯曲变形，但加热的过程会导致金属材料内部的结构发生变化，在材料性能要求较高的场合不宜使用。而现有的冷弯设备在操作中的弯曲控制精度较低，所制作的U形杆产品无法满足核电站用U形防甩击限制件的精度要求。

发明内容

本发明的目的在于针对U形杆尺寸精度要求高，且不希望用加热的方式进行弯制的情况，提供一种制造U形杆的冷态弯制设备及方法。

本发明的技术方案如下：一种制造U形杆的冷态弯制设备，包括固定在底板上的导轨装置，导轨装置上设有可沿导轨方向自由移动的正向推动模具，所述的正向推动模具的前部为圆弧形，圆弧形外边缘开有凹槽，正向推动模具上设有驱动杆，驱动杆穿过驱动杆基座与驱动装置相连；在导轨装置的两侧对称设有侧向导向滑轮装置，并且导轨装置两侧分别设有可沿垂直于导轨方向自由移动的侧向推动滑轮，所述的侧向推动滑轮上设有驱动杆，驱动杆穿过驱动杆基座与驱动装置相连；所述的正向推动模具、侧向导向滑轮装置、侧向推动滑轮都设置在同一水平面上。

进一步，如上所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其中，所述的导轨装置包括两条平行设置在底板上的导轨，每条导轨上设有若干滚轴。

进一步，如上所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其中，所述的正向推动模具的前端设有棒体固定装置，棒体固定装置通过插销与正向推动模具连接；所述的棒体固定装置包括U形座，U形座内设有垫块，垫块内侧设有凹槽，垫块的外侧设有调节螺栓。

进一步，如上所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其中，所述的侧向导向滑轮装置包括沿导轨方向设置的侧向导向小滑轮和侧向导向大滑轮；侧向推动滑轮设置在侧向导向小滑轮和侧向导向大滑轮之间；侧向导向小滑轮、侧向导向大滑轮、侧向推动滑轮均能够沿各自的中心轴自由转动。

进一步，如上所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其中，所述的正向推动模具的凹槽、棒体固定装置中垫块的凹槽，以及侧向导向小滑轮、侧向导向大滑轮、侧向推动滑轮的滑轮槽的半径均等于或略大于U形杆的杆体半径。

进一步，如上所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其中，所述的正向推动模具为半圆形，侧向导向小滑轮和侧向导向大滑轮的外边缘分别与正向推动模具的圆弧0度位置相切，或者与正向推动模具的圆弧0度位置切线略有距离。

进一步，如上所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其中，所述的正向推动模具的前部为半圆形，后部两侧为直线或向内倾斜的平滑曲线形状。

一种制造U形杆的冷态弯制方法，该方法将待加工的棒体置于可沿导轨移动的正向推动模具的圆弧形凹槽前端，并在正向推动模具的两侧通过侧向导向滑轮对棒体进行限位导向，通过驱动装置驱动正向推动模具沿导轨运动，使棒体在侧向导向滑轮的作用下发生弯曲变形，形成U形杆。

进一步，如上所述的制造U形杆的冷态弯制方法，其中，在U形杆的两个直段部分形成平行于导轨的直杆后，分别在两个直杆的外侧沿垂直于导轨的方向施加侧向推力，使两个直杆向内侧形成过量变形。

本发明的有益效果如下：由于本发明中的正向推动模具前有钢棒固定装置，可以有效的使钢棒位于凹槽内，不会在弯曲过程中发生危险；正向推动模具、侧向推动滑轮、侧向定位滑轮都开有半径等于或略大于钢棒半径的凹槽，所以可以使钢棒位于凹槽之中，能够保证U形杆的半圆形部分沿着正向推动模具的凹槽变形，且上述各装置位于同一水平面上，还可使弯曲过程中不会产生垂直错位，保证垂直方向的精度；两侧的侧向推动滑轮，可以使U形杆的半圆形部分成型后，从两侧向中间推动钢棒，通过提前的工艺评定，确定侧向推动的距离，即通过过量变形，而后让弹性回弹抵消掉过量变形量，从而达到一次成型。

附图说明

图1为制造U形杆的冷态弯制设备的结构示意图；

图2为具体实施方式中导轨的结构示意图；

图3为具体实施方式中正向推动模具的结构示意图；

图4-1、图4-2为正向推动模具、侧向推动滑轮、侧向定位滑轮及钢棒固定装置的垫块的圆弧开槽尺寸的两种情况示意图；

图5为具体实施方式中钢棒固定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

本发明所提供的制造U形杆的冷态弯制设备包括底板，固定在底板上的导轨装置，导轨装置上的正向推动模具，正向推动模具上的驱动杆和钢棒固定装置，导轨两侧对称设有用于导向的侧向导向滑轮装置，并且两侧各有一个侧向推动滑轮，各侧向推动滑轮上都带有驱动杆，驱动杆穿过驱动杆基座与驱动装置相连，所述的正向推动模具、侧向导向滑轮装置、侧向推动滑轮都在同一水平面上。

通过上述设备所实现的U形杆的冷态弯制方法是将待加工的棒体置于可沿导轨移动的正向推动模具的圆弧形凹槽前端，并在正向推动模具的两侧通过侧向导向滑轮对棒体进行限位导向，通过驱动装置驱动正向推动模具沿导轨运动，使棒体在侧向导向滑轮的作用下发生弯曲变形，形成U形杆。在U形杆的两个直段部分形成平行于导轨的直杆后，分别在两个直杆的外侧沿垂直于导轨的方向施加侧向推力，使两个直杆向内侧形成过量变形。

如图1所示，在本发明的具体实施方式中，固定在底板1上的导轨装置2包括两条平行设置的导轨，正向推动模具3置于两条导轨上，这是一种比较好的设置方式，能够保证正向推动模具3的运行稳定性。当然，本发明并不限于只有两条导轨的形式，一条甚至更多条导轨同样可以实现本发明。驱动杆4和钢棒固定装置5与正向推动模具3相连，驱动杆4穿过驱动杆基座与驱动装置相连，使正向推动模具3可以在导轨上沿着导轨方向自由滑动；导轨2两侧的侧向导向滑轮装置包括侧向导向小滑轮6和侧向导向大滑轮7，在导轨2两侧对称布置，与正向推动模具3在同一水平面上，并且与正向推动模具3的圆弧0度位置相切或与正向推动模具3的圆弧0度位置的切线略有距离，侧向导向小滑轮6和侧向导向大滑轮7可以沿着其各自竖直中心线自由转动。导轨2两侧的挤压用侧向推动滑轮8位于上述两个导向滑轮6、7之间。并且，侧向推动滑轮8与正向推动模具3在同一水平面上，侧向推动滑轮8与侧向驱动杆9相连，侧向驱动杆9穿过驱动杆基座10与驱动装置相连，可以使侧向推动滑轮8沿垂直于导轨的水平方向做自由移动，并且侧向推动滑轮8可以沿着其竖直中心线自由转动。

如图2所示，导轨装置的两条平行的导轨包括导轨基座21，导轨基座上的不锈钢导轨22，不锈钢导轨上等间距开有若干圆孔23，圆孔上嵌入圆柱形不锈钢滚轴24。

如图3所示，正向推动模具的一种具体实现形式为半圆形，圆弧外侧开有半径等于或略大于U杆半径的凹槽31，正向推动模具90度角方向分别开有用于与驱动杆相连的圆孔32和用于与钢棒固定装置响亮的圆孔33。

如图4-1、图4-2所示，正向推动模具、侧向推动滑轮、侧向定位滑轮及固定钢棒装置的垫块的圆弧开有半径等于或略大于钢棒半径的凹槽，其中图4-1的示意图为开半径等于钢棒半径的凹槽，截面图上凹槽圆弧的圆心在被开槽物项的边缘上，图4-2的示意图为开凹槽的半径比钢棒半径大d，截面图上凹槽圆弧的圆心与被开槽物项的边缘距离为d，一般d的值比较小，为1至2mm，考虑到钢棒圆度及误差等因素，建议采用后者的开槽方式。

如图5所示，固定钢棒的固定装置包括U形座51，用于与正向推动模具相连的圆孔52，插销53，和用于调整紧固钢棒的不锈钢垫块54和调节螺栓55，通过拧紧螺栓55，可以使垫块54挤压钢棒，使钢棒与正向推动模具紧密接触。

当然，上述制造U形杆的冷态弯制设备为一种优选的实施例，在具体应用中，正向推动模具可以是半圆形，也可以是大半圆形，还可以根据试验确定工艺，使正向推动模具的前面是半圆形，后面的边缘是直线或者向内倾斜的平滑曲线的形状，通过侧向推动装置使U形杆的直段部分与后面的直线或平滑曲线接触，解决应力集中或回弹问题；两侧的侧向导向滑轮装置的大小导向滑轮可以是同样大小的，而不一定是不同大小的，滑轮的数量可以发生变化；侧向推动滑轮的位置和数量也可以有不同的设计形式。

实施例

下面提供一个直径为30mm的钢棒，弯制成U段为半径为363mm的半圆形的制造U形杆的冷态弯制设备的实施例。

两条平行的导轨间距为500mm，导轨宽度为20mm，导轨上以100mm为间距等距设有直径为10mm的滚轴；正向推动模具半径为363mm的半圆，厚度为50mm，圆弧侧开有半径为16mm的凹槽，截面上凹槽的圆心距离正向推动模具的圆弧边缘1mm，即正向推动模具上的凹槽深为15mm。其它侧向导向滑轮、侧向推动滑轮及钢棒固定装置中垫块的凹槽也同样设置。两侧的侧向导向小滑轮的直径为100mm，侧向导向大滑轮的直径为300mm，其外边缘与正向推动模具圆弧0度位置切线距离为1mm，以保证钢棒因为圆度误差及其它误差的情况下可以顺利实现U形杆的弯制。

弯制过程如下：首先将正向推动模具置于两个侧向导向大滑轮的外侧，将直径为30mm的钢棒与侧向导向大滑轮的凹槽相接触，并将钢棒的中点置于正向推动模具90度的位置，将钢棒固定装置穿过钢棒并与正向推动模具用销子相连接，调整钢棒固定装置的螺栓，使钢棒与正向推动模具的凹槽紧密接触，通过驱动装置推动正向驱动杆使正向推动模具沿着两条平行导轨水平向前移动，此时，两侧的侧向导向大滑轮对钢棒进行导向，同时使钢棒发生弯曲变形，钢棒行成一个类似“八”字的形状。继续推动，两侧的侧向导向小滑轮再次对钢棒进行导向，当正向推动模具的0度位置与侧向导向小滑轮的中心线位置重合时，停止正向推动模具的运动。此时钢棒前端完全变形成半圆形，并与正向推动模具的凹槽紧密接触，侧向导向小滑轮和侧向导向大滑轮的靠近导轨一侧因为与导轨的距离相等，所以两个导向滑轮使钢棒的直段部分行成平行于导轨的直杆。此时设备上的钢棒已经成为一个标准的欲制作的U形杆，但是当卸载后，钢棒会出现弹性回弹，所以将两侧的侧向推动滑轮移动到钢棒位置，使钢棒与侧向推动滑轮的凹槽接触，两侧同时加载，向前移动15mm(该值通过工艺评定测试得到)，使U形杆的直段向中间倾斜，保持10分钟后，对两侧的侧向推动装置卸载，将正向推动模具继续向前推动，取掉正向推动模具上的钢棒固定装置，即可取出U形杆，U形杆的应力会释放，并有回弹，其回弹量正好为过量变形量，从而一次性得到想要的U形杆。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种制造U形杆的冷态弯制设备，其特征在于：包括固定在底板(1)上的导轨装置(2)，导轨装置(2)上设有可沿导轨方向自由移动的正向推动模具(3)，所述的正向推动模具(3)的前部为圆弧形，圆弧形外边缘开有凹槽(31)，正向推动模具(3)上设有驱动杆(4)，驱动杆(4)穿过驱动杆基座与驱动装置相连；在导轨装置(2)的两侧对称设有侧向导向滑轮装置，并且导轨装置(2)两侧分别设有可沿垂直于导轨方向自由移动的侧向推动滑轮(8)，所述的侧向推动滑轮(8)上设有驱动杆(9)，驱动杆(9)穿过驱动杆基座(10)与驱动装置相连；所述的正向推动模具(3)、侧向导向滑轮装置、侧向推动滑轮(8)都设置在同一水平面上。

2.如权利要求1所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其特征在于：所述的导轨装置(2)包括两条平行设置在底板(1)上的导轨，每条导轨上设有若干滚轴(24)。

3.如权利要求1所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其特征在于：所述的正向推动模具(3)的前端设有棒体固定装置(5)，棒体固定装置通过插销(53)与正向推动模具(3)连接；所述的棒体固定装置(5)包括U形座(51)，U形座(51)内设有垫块(54)，垫块(54)内侧设有凹槽，垫块(54)的外侧设有调节螺栓(55)。

4.如权利要求1或2或3所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其特征在于：所述的侧向导向滑轮装置包括沿导轨方向设置的侧向导向小滑轮(6)和侧向导向大滑轮(7)。

5.如权利要求4所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其特征在于：侧向推动滑轮(8)设置在侧向导向小滑轮(6)和侧向导向大滑轮(7)之间；侧向导向小滑轮(6)、侧向导向大滑轮(7)、侧向推动滑轮(8)均能够沿各自的中心轴自由转动。

6.如权利要求5所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其特征在于：所述的正向推动模具(3)的凹槽、棒体固定装置(5)中垫块的凹槽，以及侧向导向小滑轮(6)、侧向导向大滑轮(7)、侧向推动滑轮(8)的滑轮槽的半径均等于或略大于U形杆的杆体半径。

7.如权利要求4所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其特征在于：所述的正向推动模具(3)为半圆形，侧向导向小滑轮(6)和侧向导向大滑轮(7)的外边缘分别与正向推动模具(3)的圆弧0度位置相切，或者与正向推动模具(3)的圆弧0度位置切线略有距离。

8.如权利要求4所述的制造U形杆的冷态弯制设备，其特征在于：所述的正向推动模具(3)的前部为半圆形，后部两侧为直线或向内倾斜的平滑曲线形状。

9.一种制造U形杆的冷态弯制方法，其特征在于：该方法将待加工的棒体置于可沿导轨移动的正向推动模具的圆弧形凹槽前端，并在正向推动模具的两侧通过侧向导向滑轮对棒体进行限位导向，通过驱动装置驱动正向推动模具沿导轨运动，使棒体在侧向导向滑轮的作用下发生弯曲变形，形成U形杆。

10.如权利要求9所述的制造U形杆的冷态弯制方法，其特征在于：在U形杆的两个直段部分形成平行于导轨的直杆后，分别在两个直杆的外侧沿垂直于导轨的方向施加侧向推力，使两个直杆向内侧形成过量变形。

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