CN105642711B - 一种基于悬臂式变高度辊模成形装置的悬臂式变高度辊模成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种悬臂式变高度辊模成形装置以及成形方法，装置包括底座(10)、模具***(20)和悬臂式成形轧辊***(30)；其中，模具***(20)包括：第1模具(21)、第2模具(22)、模具升降机构(23)和模具支撑座(24)。优点为：(1)在对原料进行弯曲变形操作时，轧辊可以在yz平面内运动，从而实现对原料进行变高度成形。(2)通过将模具拆分设置为两个模具，可在有限空间中，使原材料在加工过程中能够沿Y向移动，而不被模具阻挡，方便原材料的进料。(3)通过设置弹簧自适应机构，使轧辊向原材料施加柔性力，提高成形精度。
Description
技术领域
本发明属于辊弯成形工艺技术领域，具体涉及一种悬臂式变高度辊模成形装置以及成形方法。
背景技术
近年来，变截面辊弯成形技术已成为辊弯成形领域的一个热点研究课题，特别是变高度辊弯成形技术在成形深窄类钣金零件方面有着诸多优点。国内外完成了数条变截面辊弯成形生成线样机的研制。
然而，现有的变截面辊弯成形技术面临着各种各样的问题，如对零件的截面形状和腹板宽度要求较高，成形精度难以控制等。特别是对于变高度零件，既深又窄的形状特点极大的限制了轧辊的放置空间。并且，由于变截面区和等截面区的回弹角不同，使得对零件的成形精度的控制变得异常复杂，缺少有效的技术途径加以解决。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种悬臂式变高度辊模成形装置以及成形方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种悬臂式变高度辊模成形装置，包括底座10、模具***20和悬臂式成形轧辊***30；
其中，所述模具***20包括：第1模具21、第2模具22、模具升降机构 23和模具支撑座24；其中，所述第1模具21和所述第2模具22前后紧密贴合设置共同组成一个模具组，该模具组与悬臂式成形轧辊***30中的轧辊40在同一yz平面内上下相对布置；所述第1模具21设置在所述底座10的外侧，且与所述模具升降机构23联动，通过所述模具升降机构23，驱动所述第1模具 21沿Z向进行升降运动；所述第2模具22通过所述模具支撑座24固定设置在所述底座10的外侧。
优选的，所述模具升降机构23为液压升降机构。
优选的，所述悬臂式成形轧辊***30包括：Y向移动机架31、Y向运动驱动机构32、Y向导轨副33、丝杠箱34、Z向滚珠丝杠副、Z向第一导轨副35、 Z向第二导轨副36、Z向运动驱动机构37、Z向移动侧板38、成形机架39、轧辊40、轧辊运动驱动机构41以及弹簧自适应机构；
则：所述Y向导轨副33包括Y向导轨和导轨滑块：所述Y向导轨固定设置于所述底座10的内侧，所述导轨滑块固定安装于所述Y向移动机架31的底部，使所述Y向移动机架31与所述底座10沿Y向滑动连接；
所述Y向运动驱动机构32与所述Y向移动机架31联动，用于驱动所述Y向移动机架沿底座Y向滑动；
所述丝杠箱34固定安装于所述Y向移动机架31的上部，所述丝杠箱34的侧面通过所述Z向第一导轨副35与所述Z向移动侧板38的一侧面可升降滑动连接；并且，所述Z向滚珠丝杠副包括：Z向滚珠丝杆41和与所述Z向滚珠丝杆41通过滚珠滚动连接的Z向螺母副42；所述Z向滚珠丝杆41的一端与所述Z向运动驱动机构37 相联动，所述Z向螺母副42固定安装到所述Z向移动侧板38；在所述Z向运动驱动机构37的驱动下，驱动所述Z向移动侧板38沿所述丝杠箱34进行升降动作；
所述弹簧自适应机构包括：弹簧支撑座50、弹簧51和弹簧芯轴52；所述弹簧支撑座50固定安装到所述Z向移动侧板38另一个侧面的顶部位；在所述弹簧支撑座50的下方活动设置装置有轧辊40的成形机架39，所述轧辊40通过轧辊运动驱动机构41驱动；另外，所述成形机架39与所述Z向移动侧板38另一个侧面之间通过所述Z向第二导轨副36可升降滑动连接；所述成形机架39 和所述弹簧支撑座50通过所述弹簧芯轴52活动连接，所述弹簧51套在所述弹簧芯轴52上，并且，所述弹簧51上下底面分别与所述弹簧支撑座50和所述成形机架39挤压贴合。
优选的，还包括：Y向齿轮齿条副；所述Y向齿轮齿条副包括Y向斜齿条和与所述Y向斜齿条啮合的斜齿轮，所述Y向斜齿条固定于所述Y向移动机架 31，所述斜齿轮与所述Y向运动驱动机构32联动，在所述Y向运动驱动机构 32的作用下，驱动所述Y向移动机架沿底座Y向滑动。
本发明还提供一种悬臂式变高度辊模成形方法，包括以下步骤：
S1，将n个悬臂式成形轧辊***30沿Y方向并排安装在Y向移动机架31 上，得到悬臂式变高度辊模成形装置组；其中，n为自然数；
S2，将需要加工的原料放置到所述悬臂式变高度辊模成形装置组的加工部位处；
S3，启动Y向运动驱动机构32和各个所述悬臂式成形轧辊***30的Z向运动驱动机构37；对于每一个所述悬臂式成形轧辊***30，在所述Z向运动驱动机构37的驱动下，其成形机架39沿Z轴负方向运动，直到轧辊压紧第1模具21和第2模具22，此时原材料被挤压在轧辊和模具之间；
在所述Y向运动驱动机构32带动下，所述Y向移动机架31沿Y向运动，从而带动所述悬臂式变高度辊模成形装置组进行Y向运动，对原料进行多道次加工；由此实现各个所述悬臂式成形轧辊***30的成形机架39进行Y向和Z 向运动；当所述成形机架39进行Y向和Z向运动时，实现对需要加工的原材料的变高度成形；且在成形过程中，所述轧辊始终与模具贴合；
S4，第一遍成形完成后，启动模具升降机构23，带动所述第1模具21下降；同时启动所述Y向运动驱动机构32和各个所述悬臂式成形轧辊***30的所述 Z向运动驱动机构37，带动Y向移动机架31返回至初始位置并使轧辊沿Z轴正方向移动；
如此，可使需要加工的原料沿Y向进给，进给一个零件长度后停止进给，再重复执行S3，实现对原料的连续加工。
优选的，S3中，启动Y向运动驱动机构32和各个所述悬臂式成形轧辊***30的Z向运动驱动机构37，具体为：
按预设算法控制各个所述悬臂式成形轧辊***30的所述Y向运动驱动机构 32的转速和所述Z向运动驱动机构37的转速。
优选的，对于每一个所述悬臂式成形轧辊***30，在所述Z向运动驱动机构37的驱动下，当轧辊挤压原材料的过程中，通过弹簧自适应机构，向原材料施加的为柔性压紧力。
本发明提供的悬臂式变高度辊模成形装置以及成形方法具有以下优点：
(1)在对原料进行弯曲变形操作时，轧辊可以在yz平面内运动，从而实现对原料进行变高度成形，可以有效解决截面形状既深又窄的变高度截面零件的辊弯成形难题；可使变高度截面辊弯成形的产品质量得到极大的提高；并且极大地提高生产效率。
(2)通过将模具拆分设置为两个模具，可在有限空间中，使原材料在加工过程中能够沿Y向移动，而不被模具阻挡，方便原材料的进料。
(3)通过设置弹簧自适应机构，使轧辊向原材料施加柔性力，提高成形精度。
附图说明
图1为本发明提供的悬臂式变高度辊模成形装置的立体结构示意图；
图2为本发明提供的悬臂式变高度辊模成形装置的侧视图；
图3为本发明提供的悬臂式变高度辊模成形装置组的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种悬臂式变高度辊模成形装置，有效地解决了传统板材不能沿纵向变形的技术问题，能更好的满足实际生产的要求，使辊弯成形技术运用的领域更加广泛，可用于汽车、建筑等领域的零件与构件的制作。同时本发明将冷弯成形技术与伺服控制技术结合起来，能够根据设计的要求在型材纵向方向上实现截面形状的连续改变，使冷弯成形型材具有更加合理的力学性能。
具体的，结合图1和图2，本发明提供的悬臂式变高度辊模成形装置，包括底座10、模具***20和悬臂式成形轧辊***30。
以下分别对各主要部件详细介绍说明：
(一)模具***
本发明对模具***进行了创新，为使原材料在加工过程中能够沿Y向移动，而不被模具阻挡，本发明将模具拆分成两个模具部分，分别为第1模具21和第 2模具22；其中，第1模具21表示模具的变高度截面部分，可在模具升降机构的驱动下，进行升降动作；第2模具22表示模具的等截面部分，其高度固定不变。
具体的，模具***20包括：第1模具21、第2模具22、模具升降机构23 和模具支撑座24；其中，第1模具21和第2模具22前后紧密贴合设置共同组成一个模具组，该模具组与悬臂式成形轧辊***30中的轧辊40在同一yz平面内上下相对布置；第1模具21设置在底座10的外侧，且与模具升降机构23联动，通过模具升降机构23，驱动第1模具21沿Z向进行升降运动；第2模具 22通过模具支撑座24固定设置在底座10的外侧。其中，模具升降机构23为采用液压升降机构。
其工作原理为：当原材料需要沿Y向移动时，模具升降机构23带动第1模具21沿Z轴方向下降，以使原材料沿Y方向顺利前进；当需要对原材料加工成形时，模具升降机构23再带动第1模具21沿Z轴方向上升到和第2模具22紧密贴合的适合加工成形的位置，以使轧辊能够贴合模具对原材料进行成形加工。
(二)悬臂式成形轧辊***
悬臂式成形轧辊***30包括：Y向移动机架31、Y向运动驱动机构32、Y 向导轨副33、丝杠箱34、Z向滚珠丝杠副、Z向第一导轨副35、Z向第二导轨副36、Z向运动驱动机构37、Z向移动侧板38、成形机架39、轧辊40、轧辊运动驱动机构41以及弹簧自适应机构；
则：Y向导轨副33包括Y向导轨和导轨滑块：Y向导轨固定设置于底座10的内侧，导轨滑块固定安装于Y向移动机架31的底部，使Y向移动机架31与底座10 沿Y向滑动连接；
Y向运动驱动机构32与Y向移动机架31联动，用于驱动Y向移动机架沿底座Y向滑动；实际应用中，可设置Y向齿轮齿条副；Y向齿轮齿条副包括Y 向斜齿条和与Y向斜齿条啮合的斜齿轮，Y向斜齿条固定于Y向移动机架31，斜齿轮与Y向运动驱动机构32联动，在Y向运动驱动机构32的作用下，驱动Y向移动机架沿底座Y向滑动。
丝杠箱34固定安装于Y向移动机架31的上部，丝杠箱34的侧面通过Z向第一导轨副35与Z向移动侧板38的一侧面可升降滑动连接；并且，Z向滚珠丝杠副包括：Z向滚珠丝杆41和与Z向滚珠丝杆41通过滚珠滚动连接的Z向螺母副42；Z向滚珠丝杆41的一端与Z向运动驱动机构37相联动，Z向螺母副42固定安装到Z向移动侧板38；在Z向运动驱动机构37的驱动下，驱动Z向移动侧板38沿丝杠箱34进行升降动作；
本发明中，为避免轧辊、模具和原材料刚性接触，特加装弹簧自适应机构。通过弹簧自适应机构，使轧辊向原材料施加柔性力，提高成形精度。
如图2所示，弹簧自适应机构包括：弹簧支撑座50、弹簧51和弹簧芯轴 52；弹簧支撑座50固定安装到Z向移动侧板38另一个侧面的顶部位；在弹簧支撑座50的下方活动设置装置有轧辊40的成形机架39，轧辊40通过轧辊运动驱动机构41驱动；另外，成形机架39与Z向移动侧板38另一个侧面之间通过 Z向第二导轨副36可升降滑动连接；成形机架39和弹簧支撑座50通过弹簧芯轴52活动连接，弹簧51套在弹簧芯轴52上，并且，弹簧51上下底面分别与弹簧支撑座50和成形机架39挤压贴合。
因此，当需要驱动轧辊向原材料接触挤压时，Z向运动驱动机构37驱动Z向移动侧板38沿丝杠箱34下降，由于Z向移动侧板38与弹簧支撑座50固定连接，因此，弹簧支撑座50同步下降，在弹簧支撑座50下降时，首先压缩弹簧，当达到一定的压缩力时，弹簧推动成形机架下降，由于轧辊固定在成形机架上，进而才使轧辊下降并挤压原材料，由此可见，轧辊向原材料施加的为一种柔性力，可提高成形精度。
可见，通过以上对各个部件的说明，可以看到，由各个部件的相互配合协作可以实现轧辊沿模具在yz平面上的运动。本发明能够根据设计的要求，通过板材的前进、轧辊沿模具在yz平面的运动，在型材纵向方向上实现截面形状的连续改变，实现变高度辊模成形，使冷弯成形型材具有更加合理的力学性能。
本发明还提供一种悬臂式变高度辊模成形方法，参考图3，包括以下步骤：
S1，将n个悬臂式成形轧辊***30沿Y方向并排安装在Y向移动机架31 上，得到悬臂式变高度辊模成形装置组；其中，n为自然数；
S2，将需要加工的原料放置到悬臂式变高度辊模成形装置组的加工部位处；
S3，启动Y向运动驱动机构32和各个悬臂式成形轧辊***30的Z向运动驱动机构37；对于每一个悬臂式成形轧辊***30，在Z向运动驱动机构37的驱动下，其成形机架39沿Z轴负方向运动，直到轧辊压紧第1模具21和第2 模具22，此时原材料被挤压在轧辊和模具之间；
在Y向运动驱动机构32带动下，Y向移动机架31沿Y向运动，从而带动悬臂式变高度辊模成形装置组进行Y向运动，对原料进行多道次加工；由此实现各个悬臂式成形轧辊***30的成形机架39进行Y向和Z向运动；当成形机架39进行Y向和Z向运动时，实现对需要加工的原材料的变高度成形；且在成形过程中，轧辊始终与模具贴合；
本步骤中，启动Y向运动驱动机构32和各个悬臂式成形轧辊***30的Z 向运动驱动机构37，具体为：
按预设算法控制各个悬臂式成形轧辊***30的Y向运动驱动机构32的转速和Z向运动驱动机构37的转速。
另外，本步骤中，对于每一个悬臂式成形轧辊***30，在Z向运动驱动机构37的驱动下，当轧辊挤压原材料的过程中，通过弹簧自适应机构，向原材料施加的为柔性压紧力。
S4，第一遍成形完成后，启动模具升降机构23，带动第1模具21下降；同时启动Y向运动驱动机构32和各个悬臂式成形轧辊***30的Z向运动驱动机构37，带动Y向移动机架31返回至初始位置并使轧辊沿Z轴正方向移动；
如此，可使需要加工的原料沿Y向进给，进给一个零件长度后停止进给，再重复执行S3，实现对进给后原料的加工。
由此可见，本发明提供的悬臂式变高度辊模成形装置以及成形方法具有以下优点：
(1)在对原料进行弯曲变形操作时，轧辊可以在yz平面内运动，从而实现对原料进行变高度成形，可以有效解决截面形状既深又窄的变高度截面零件的辊弯成形难题；可使变高度截面辊弯成形的产品质量得到极大的提高；并且极大地提高生产效率。
(2)通过将模具拆分设置为两个模具，可在有限空间中，使原材料在加工过程中能够沿Y向移动，而不被模具阻挡，方便原材料的进料。
(3)通过设置弹簧自适应机构，使轧辊向原材料施加柔性力，提高成形精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于悬臂式变高度辊模成形装置的悬臂式变高度辊模成形方法，其特征在于，悬臂式变高度辊模成形装置包括底座(10)、模具***(20)和悬臂式成形轧辊***(30)；
其中，所述模具***(20)包括：第1模具(21)、第2模具(22)、模具升降机构(23)和模具支撑座(24)；其中，所述第1模具(21)和所述第2模具(22)前后紧密贴合设置共同组成一个模具组，该模具组与悬臂式成形轧辊***(30)中的轧辊(40)在同一yz平面内上下相对布置；所述第1模具(21)设置在所述底座(10)的外侧，且与所述模具升降机构(23)联动，通过所述模具升降机构(23)，驱动所述第1模具(21)沿Z向进行升降运动；所述第2模具(22)通过所述模具支撑座(24)固定设置在所述底座(10)的外侧；
当原材料需要沿Y向移动时，模具升降机构(23)带动第1模具(21)沿Z轴方向下降，以使原材料沿Y方向顺利前进；当需要对原材料加工成形时，模具升降机构(23)再带动第1模具(21)沿Z轴方向上升到和第2模具(22)紧密贴合的适合加工成形的位置，以使轧辊能够贴合模具对原材料进行成形加工；
所述悬臂式成形轧辊***(30)包括：Y向移动机架(31)、Y向运动驱动机构(32)、Y向导轨副(33)、丝杠箱(34)、Z向滚珠丝杠副、Z向第一导轨副(35)、Z向第二导轨副(36)、Z向运动驱动机构(37)、Z向移动侧板(38)、成形机架(39)、轧辊(40)、轧辊运动驱动机构(41)以及弹簧自适应机构；
所述Y向导轨副(33)包括Y向导轨和导轨滑块：所述Y向导轨固定设置于所述底座(10)的内侧，所述导轨滑块固定安装于所述Y向移动机架(31)的底部，使所述Y向移动机架(31)与所述底座(10)沿Y向滑动连接；
所述Y向运动驱动机构(32)与所述Y向移动机架(31)联动，用于驱动所述Y向移动机架沿底座Y向滑动；
所述丝杠箱(34)固定安装于所述Y向移动机架(31)的上部，所述丝杠箱(34)的侧面通过所述Z向第一导轨副(35)与所述Z向移动侧板(38)的一侧面可升降滑动连接；并且，所述Z向滚珠丝杠副包括：Z向滚珠丝杆(41)和与所述Z向滚珠丝杆(41)通过滚珠滚动连接的Z向螺母副(42)；所述Z向滚珠丝杆(41)的一端与所述Z向运动驱动机构(37)相联动，所述Z向螺母副(42)固定安装到所述Z向移动侧板(38)；在所述Z向运动驱动机构(37)的驱动下，驱动所述Z向移动侧板(38)沿所述丝杠箱(34)进行升降动作；
所述弹簧自适应机构包括：弹簧支撑座(50)、弹簧(51)和弹簧芯轴(52)；所述弹簧支撑座(50)固定安装到所述Z向移动侧板(38)另一个侧面的顶部位；在所述弹簧支撑座(50)的下方活动设置装置有轧辊(40)的成形机架(39)，所述轧辊(40)通过轧辊运动驱动机构(41)驱动；另外，所述成形机架(39)与所述Z向移动侧板(38)另一个侧面之间通过所述Z向第二导轨副(36)可升降滑动连接；所述成形机架(39)和所述弹簧支撑座(50)通过所述弹簧芯轴(52)活动连接，所述弹簧(51)套在所述弹簧芯轴(52)上，并且，所述弹簧(51)上下底面分别与所述弹簧支撑座(50)和所述成形机架(39)挤压贴合；
当需要驱动轧辊向原材料接触挤压时，Z向运动驱动机构(37)驱动Z向移动侧板(38)沿丝杠箱(34)下降，由于Z向移动侧板(38)与弹簧支撑座(50)固定连接，因此，弹簧支撑座(50)同步下降，在弹簧支撑座(50)下降时，首先压缩弹簧，当达到一定的压缩力时，弹簧推动成形机架下降，由于轧辊固定在成形机架上，进而才使轧辊下降并挤压原材料，由此可见，轧辊向原材料施加的为一种柔性力，可提高成形精度；
所述悬臂式成形轧辊***(30)还包括：Y向齿轮齿条副；所述Y向齿轮齿条副包括Y向斜齿条和与所述Y向斜齿条啮合的斜齿轮，所述Y向斜齿条固定于所述Y向移动机架(31)，所述斜齿轮与所述Y向运动驱动机构(32)联动，在所述Y向运动驱动机构(32)的作用下，驱动所述Y向移动机架沿底座Y向滑动；
悬臂式变高度辊模成形方法包括以下步骤：
S1，将n个悬臂式成形轧辊***(30)沿Y方向并排安装在Y向移动机架(31)上，得到悬臂式变高度辊模成形装置组；其中，n为自然数；
S2，将需要加工的原料放置到所述悬臂式变高度辊模成形装置组的加工部位处；
S3，启动Y向运动驱动机构(32)和各个所述悬臂式成形轧辊***(30)的Z向运动驱动机构(37)；对于每一个所述悬臂式成形轧辊***(30)，在所述Z向运动驱动机构(37)的驱动下，其成形机架(39)沿Z轴负方向运动，直到轧辊压紧第1模具(21)和第2模具(22)，此时原材料被挤压在轧辊和模具之间；
在所述Y向运动驱动机构(32)带动下，所述Y向移动机架(31)沿Y向运动，从而带动所述悬臂式变高度辊模成形装置组进行Y向运动，对原料进行多道次加工；由此实现各个所述悬臂式成形轧辊***(30)的成形机架(39)进行Y向和Z向运动；当所述成形机架(39)进行Y向和Z向运动时，实现对需要加工的原材料的变高度成形；且在成形过程中，所述轧辊始终与模具贴合；
S4，第一遍成形完成后，启动模具升降机构(23)，带动所述第1模具(21)下降；同时启动所述Y向运动驱动机构(32)和各个所述悬臂式成形轧辊***(30)的所述Z向运动驱动机构(37)，带动Y向移动机架(31)返回至初始位置并使轧辊沿Z轴正方向移动；
如此，可使需要加工的原料沿Y向进给，进给一个零件长度后停止进给，再重复执行S3，实现对原料的连续加工。
2.根据权利要求1所述的悬臂式变高度辊模成形方法，其特征在于，S3中，启动Y向运动驱动机构(32)和各个所述悬臂式成形轧辊***(30)的Z向运动驱动机构(37)，具体为：
按预设算法控制各个所述悬臂式成形轧辊***(30)的所述Y向运动驱动机构(32)的转速和所述Z向运动驱动机构(37)的转速。
3.根据权利要求1所述的悬臂式变高度辊模成形方法，其特征在于，对于每一个所述悬臂式成形轧辊***(30)，在所述Z向运动驱动机构(37)的驱动下，当轧辊挤压原材料的过程中，通过弹簧自适应机构，向原材料施加的为柔性压紧力。
4.根据权利要求1所述的悬臂式变高度辊模成形方法，其特征在于，所述模具升降机构(23)为液压升降机构。
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2015
- 2015-10-21 CN CN201510689301.4A patent/CN105642711B/zh active Active
Patent Citations (6)
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