CN112191729B

CN112191729B - 无芯模锥形件旋压成形机

Info

Publication number: CN112191729B
Application number: CN202010952295.8A
Authority: CN
Inventors: 徐春; 赵晋政; 王昕宇
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2040-09-11
Also published as: CN112191729A

Abstract

本发明涉及一种无芯模锥形件旋压成形机，横向直流步进电机经联轴器与横向丝杠滑轨连接，一端固定在纵向丝杠滑轨的滑块上，另外一端连接在固定滑轨的滑块上。旋轮及旋轮臂固定连接在横向丝杠滑轨的滑块上，在旋轮臂上连接有位移、速度传感器。直流减速电机通过联轴器与芯模连接。螺栓丝杠与手轮连接，并且穿过带螺纹孔的轴承支座，轴承支座可以在L型凹槽内轴向滑动。传动轴穿过环形压力传感器并且与轴承支座连接，同时坯料被夹紧在芯模与传动轴之间。电脑分别接收各传感器的测量数据信号，输出控制信号给各执行实现在不同的锥角外轮廓形貌工件条件下，实现锥形件的旋压成形，绘制出位移、速度变化曲线和图形。

Description

无芯模锥形件旋压成形机

技术领域

本发明涉及一种机械工程中材料塑性成形设备，具体涉及一种无芯模锥形件旋压成形机。

背景技术

旋压是一种先进的金属成形技术，具有材料损耗小、工艺简单、易于生产等特点，广泛应用于反应釜、炮弹壳和炊具漏斗等方面，在成形锥形零件时具有独到的优势，是先进制造技术的重要领域。目前市面上的锥形件在旋压成形时，需要根据目标零件的锥角变化更换不同的芯模，会增加生产成本和操作工序，致使生产效率低下。

中国专利公告号CN102554002B公开了一种超长薄壁管件无芯模数控旋压设备该设备是通过旋轮带动管形件坯料的流动，造成不同部位材料的减薄和堆积来实现不同角度的锥形件成形，所以该设备只能实现小角度范围的锥形件成形，限制了其更大锥角范围的应用。同时该设备是针对带凹槽的管形件坯料，若是圆形薄板坯料，则无法实现成形。

中国专利公告号CN110312579A，涉及一种旋压成型的方法和设备，主要针对车轮的旋轮成型。在该设备中，通过在工件两侧设置内外辊，通过双辊的径向和轴向位移，几乎可以成形不同内外轮廓的工件。然而，当原始工件内径过小时，内辊无法在安装在工件内部。因此该设备仅限于特定轮廓尺寸的工件。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种无芯模锥形件旋压成形机，该旋压机能够在无芯模条件下，实现圆弧坯料在0°到90°范围内任意角度的锥形件成形；同时完成位移，速度，压力等三组因素数据记录和采集，给出对应的曲线和图形。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种无芯模锥形件旋压成形机，由旋轮运动***、芯模动力***、空间支撑***和中央控制***组成，所述旋轮运动***由横向位移传感器、纵向位移传感器、横向速度传感器、纵向速度传感器、旋轮、左支撑台、纵向丝杠滑轨、纵向联轴器、纵向步进电机支撑座、纵向步进电机、旋轮支撑滑座、横向丝杠滑轨、横向联轴器、横向步进电机、滑轨、滑块构成，所述纵向步进电机通过纵向联轴器与纵向丝杠滑轨中的丝杆连接，并且固定连接在支撑***的左支撑台上；所述横向步进电机通过横向联轴器与横向丝杠滑轨中的丝杆连接，所述横向丝杠滑轨一端固定连接在滑块上，另一端固定连接在纵向丝杠滑轨的滑块上；所述滑块与固定连接在滑轨架台上的滑轨滑动配合连接，滑块可沿着滑轨纵向滑动，所述滑轨架台通过支撑柱固定连接在支撑***的右支撑台上；所述旋轮通过旋轮支撑滑座位固定连接在横线丝杠滑轨中的滑块上，所述横向位移传感器、纵向位移传感器、横向速度传感器、纵向速度传感器分别安装在旋轮支撑滑座上；所述中央控制***中的电脑通过运动控制板卡向横向步进电机和纵向步进电机发送脉冲信号，横向步进电机和纵向步进电机分别通过驱动横向丝杠滑轨和纵向丝杠滑轨中的滑块、进而带动旋轮支撑滑座，实现对旋轮空间运动轨迹的控制；所述芯模动力***由直流减速电机、直流电机联轴器、径向轴承、芯模、圆形坯料、传动轴、环形压力传感器、螺栓、轴承座、手轮、螺栓丝杠、L型滑槽、平台支撑块、加工平台、PLC构成；所述直流减速电机通过联轴器与芯模连接，芯模由径向轴承支撑，所述传动轴穿过环形压力传感器后径向固定在轴承座上，所述轴承座置于固定在加工平台上的L型槽内，螺栓丝杠穿过带内螺纹孔的轴承座，并且与手轮连接；所述轴承座上装有环形压力传感器，所述环形压力传感器与数据采集模块相连接，通过手轮的旋转，螺栓丝杠驱动轴承座在L型槽内向前滑动，在轴向完成对坯料的夹紧，电脑通过PLC给直流减速电机发送数字脉冲信号，直流减速电机带动芯模、圆形坯料传动轴转动，实现锥形件的旋压成形。

所述空间支撑***由左支撑台、滑轨架台、支撑柱、右支撑台、整体架台、平台支撑块、加工平台构成，所述支撑柱两侧带有反向的螺纹，两端固定连接滑轨架台和右支撑台，所述左支撑台和右支撑台通过螺栓固定在整体架台上；所述平台支撑块通过螺栓分别与加工平台及整体架台连接固定。

所述中央控制***的电脑分别接收横向位移传感器、纵向位移传感器、横向速度传感器、纵向速度传感器发出的测量数据信号，经过与设定值对比计算后输出控制信号给旋轮运动***、芯模动力***，实现在不同的锥角外轮廓形貌目标工件条件下，实现圆弧坯料的旋压成形，同时完成位移，速度，压力数据记录和采集，给出对应的曲线和图形。

所述锥形件成形的圆形坯料试样的尺寸为直径≤45mm、厚度≤1.5mm。

所述环形压力传感器两侧贴有橡胶垫片，在坯料轴向夹紧时，防止传动轴或径向轴承支座对其表面电路划伤。

所述旋轮表面和坯料表面喷涂有润滑剂，防止坯料在旋压成形中受力不均匀。

本发明的有益效果是：

该旋压机能够在无芯模条件下，实现圆弧坯料在0°到90°范围内任意角度的锥形件成形。同时完成位移，速度，压力等三组因素数据记录和采集，给出对应的曲线和图形。本发明由横向直流步进电机经联轴器与横向丝杠滑轨连接，一端固定在纵向丝杠滑轨的滑块上，另外一端连接在固定滑轨的滑块上。旋轮及旋轮臂固定连接在横向丝杠滑轨的滑块上，在旋轮臂上连接有位移、速度传感器。直流减速电机通过联轴器与芯模连接，芯模径向固定在轴承上。螺栓丝杠与手轮连接，并且穿过带螺纹孔的轴承支座，轴承支座可以在L型凹槽内轴向滑动。传动轴穿过环形压力传感器并且与轴承支座连接，同时坯料被夹紧在芯模与传动轴之间。所有的传感器与中央电脑连接，由中央电脑发出指令，控制横向步进电机和纵向步进电机的旋转速度、直流减速电机运行速度。同时通过数据采集与处理***连接，记录并且显示圆弧坯料外表面形貌轮廓的变化。

附图说明

图1是本发明的无芯模锥形件旋压成形机整体结构立体示意图；

图2是本发明的无芯模锥形件旋压成形机的旋轮部分结构示意图；

图3是本发明的无芯模锥形件旋压成形机的主轴平台结构示意图；

图中：横向位移传感器1、纵向位移传感器2、横向速度传感器3、纵向速度传感器4、旋轮5、左支撑台6、纵向丝杠滑轨7、纵向联轴器8、纵向步进电机支撑座9、纵向步进电机10、旋轮支撑滑座11、横向丝杠滑轨12、横向联轴器13、横向步进电机14、滑轨15、滑块16、滑轨架台17、支撑柱18、右支撑台19、整体架台20、直流减速电机21、直流电机联轴器22、径向轴承23、芯模24、圆形坯料25、传动轴26、环形压力传感器27、螺栓28、轴承座29、手轮30、螺栓丝杠31、L型滑槽32、平台支撑块33、加工平台34、PLC35、运动控制板卡36、数据采集模块37、电脑38、旋轮运动***40、芯模动力***41。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，一种无芯模锥形件旋压成形机，由旋轮运动***40、芯模动力***41、空间支撑***和中央控制***组成。整体架台20上面通过空间支撑***连接旋轮运动***40和芯模动力***41。

旋轮运动***40由横向位移传感器1、纵向位移传感器2、横向速度传感器3、纵向速度传感器4、旋轮5、左支撑台6、纵向丝杠滑轨7、纵向联轴器8、纵向步进电机支撑座9、纵向步电机10、旋轮支撑滑座11、横向丝杠滑轨12、横向联轴器13、横向步进电机14、滑轨15、滑块16构成。纵向步进电机10通过纵向联轴器8与纵向丝杠滑轨7中的丝杆连接，并且通过螺栓固定连接在支撑***的左支撑台6上。横向步进电机14通过横向联轴器13与横向丝杠滑轨12中的横向丝杆连接，横向丝杠滑轨12一端与纵向丝杠滑轨7的滑块连接，另一端通过横向步进电机14与滑轨架台7上的滑轨15的滑块16连接，滑块16可沿着滑轨15纵向滑动，滑轨15固定连接在滑轨架台17上。滑轨架台17通过支撑柱18固定连接在支撑***的右支撑台19上。旋轮5通过螺栓固定连接在旋轮支撑滑座位11上，旋轮支撑滑座位11固定连接在横线丝杠滑轨12中的滑块上。横向位移传感器1、纵向位移传感器2、横向速度传感器3、纵向速度传感器4分别安装在分别安装在旋轮支撑臂上。

电脑通过运动控制板卡36向横向步进电机14和纵向步进电机10发送脉冲信号，横向步进电机14和纵向步进电机10分别通过驱动横向丝杠滑轨12和纵向丝杠滑轨7中的滑块、进而带动旋轮支撑滑座11移动，可实现对旋轮5空间运动轨迹的控制。

芯模动力***41由直流减速电机21、直流电机联轴器22、径向轴承23、芯模24、圆形坯料25、传动轴26、环形压力传感器27、螺栓28、轴承座29、手轮30、螺栓丝杠31、L型滑槽32、平台支撑块33、加工平台34、PLC35构成。直流减速电机21通过联轴器22与芯模24连接，芯模24由径向轴承23支撑。传动轴26穿过环形压力传感器27，径向固定在轴承座29上。轴承座29置于固定在加工平台34上的L型槽32内，螺栓丝杠31穿过带内螺纹孔的轴承座29，并且与手轮30连接。轴承座29上装有环形压力传感器27，环形压力传感器27与数据采集模块37相连接。通过手轮30的旋转，螺栓丝杠31驱动轴承座29在L型槽32内向前滑动，在轴向完成对坯料25的夹紧，同时螺栓柱28将轴承座27固定在加工平台34上。电脑通过PLC37驱动直流减速电机21转动，进而带动芯模24、圆形坯料25传动轴26转动。用于锥形件成形的圆形坯料试样25的尺寸为直径≤45mm、厚度≤1.5mm。

空间支撑***由左支撑台6、滑轨架台17、支撑柱18、右支撑台19、整体架台20、平台支撑块33、加工平台34构成。支撑柱18两侧带有反向的螺纹，固定连接滑轨架台17和右支撑台19，左支撑台6和右支撑台19通过螺栓固定在整体架台20上。平台支撑块33通过螺栓分别与加工平台34及整体架台20连接固定。

中央控制***的电脑38分别接收横向位移传感器1、纵向位移传感器2、横向速度传感器3、纵向速度传感器4发出的测量数据信号，经过与设定值对比计算后输出控制信号给旋轮运动***、芯模动力***，实现在不同的锥角外轮廓形貌目标工件条件下，实现圆弧坯料的旋压成形。同时完成位移，速度，压力等三组因素数据记录和采集，给出对应的曲线和图形。

中央控制***由电脑38、所有的感应器(压力、位移、速度)以及分量控制***(位移***、速度***、压力***)和数据与图像处理软件构成。中央控制***通过感应器实时发出给电脑的测量数据，电脑对比设定值，给分量控制***各种指令，实现不同角度的锥形件旋压成形，并且将结果反馈给中央控制***，中央控制控制***再接收到各个反馈数据，通过数据与图像处理软件给出坯料在旋压成形时的旋轮的横向位移、纵向位移、横向速度、纵向速度、坯料轴向压力、直流减速电机转速变化曲线。

整个设备工作前，首先电脑38上设定好初始坯料25所需要的轴向夹紧压力、以及旋轮初始位置的横坐标和纵坐标参数。其次手轮30带动螺栓丝杠31转动，螺栓丝杠31将轴承座29送到预定位置，把圆形坯料25夹紧在芯模24和传动轴26之间。通过环形压力传感器27测量的轴向压力数值与预先的设定值对比，判断坯料是否在轴向夹紧。然后，电脑通过运动控制板卡36向横向步进电机14和纵向步进电机10发送脉冲，两个步进电机通过驱动横向丝杠滑轨12和纵向丝杠滑轨7、进而带动旋轮支撑滑座11，由于旋轮5通过螺栓固定在旋轮支撑滑座11上，可以控制旋轮5逐渐的靠近圆形坯料25。通过纵向位移传感器2实时测量的旋轮支撑臂距加工平台34的距离、以及横向位移传感器1实时测量的旋轮支撑臂距左支撑台6的横向距离，电脑完成旋轮初始横坐标和纵坐标的矫正。最后根据成形目标件的外表面轮廓线，在电脑38上设定好所需要的旋轮横向位移、纵向位移、横向速度、纵向速度以及直流减速电机转速参数。电脑38通过PLC35驱动直流减速电机21实现圆弧片坯料25的转动，同时驱动横向步进电机14和纵向步进电机10、进而带动旋轮5实现圆弧坯料25的塑性成形。同时，传感器实时采集旋轮5的横坐标和纵坐标数据，在电脑38上形成旋轮5的实际行程曲线，并与目标件的外表面轮廓曲线对比，调整反馈旋轮5的横向速度或纵向速度。

Claims

1.一种无芯模锥形件旋压成形机，由旋轮运动***、芯模动力***、空间支撑***和中央控制***组成。其特征在于：所述旋轮运动***由横向位移传感器、纵向位移传感器、横向速度传感器、纵向速度传感器、旋轮、左支撑台、纵向丝杠滑轨、纵向联轴器、纵向步进电机支撑座、纵向步进电机、旋轮支撑滑座、横向丝杠滑轨、横向联轴器、横向步进电机、滑轨、滑块构成；

所述纵向步进电机通过纵向联轴器与纵向丝杠滑轨中的丝杆连接，并且固定连接在支撑***的左支撑台上；所述横向步进电机通过横向联轴器与横向丝杠滑轨中的丝杆连接；所述横向丝杠滑轨一端与纵向丝杠滑轨的滑块连接，另一端通过横向步进电机与滑轨架台上的滑轨的滑块连接，滑块可沿着滑轨纵向滑动，所述滑轨架台通过支撑柱固定连接在支撑***的右支撑台上；所述旋轮通过旋轮支撑滑座固定连接在横向丝杠滑轨中的滑块上，所述横向位移传感器、纵向位移传感器、横向速度传感器、纵向速度传感器分别安装在旋轮支撑滑座上；所述中央控制***中的电脑通过运动控制板卡向横向步进电机和纵向步进电机发送脉冲信号，横向步进电机和纵向步进电机分别通过驱动横向丝杠滑轨和纵向丝杠滑轨中的滑块、进而带动旋轮支撑滑座，实现对旋轮空间运动轨迹的控制；所述芯模动力***由直流减速电机、直流减速电机联轴器、径向轴承、芯模、圆形坯料、传动轴、环形压力传感器、螺栓、轴承座、手轮、螺栓丝杠、L型滑槽、平台支撑块、加工平台、PLC构成；所述直流减速电机通过联轴器与芯模连接，芯模由径向轴承支撑，所述传动轴穿过环形压力传感器后径向固定在轴承座上，所述轴承座置于在加工平台上的L型槽内，螺栓丝杠穿过带内螺纹孔的轴承座，并且与手轮连接；所述轴承座上装有环形压力传感器，所述环形压力传感器与数据采集模块相连接，通过手轮的旋转，螺栓丝杠驱动轴承座在L型槽内向前滑动，在轴向完成对坯料的夹紧，所述电脑通过PLC控制直流减速电机，进而带动芯模、圆形坯料传动轴转动，实现锥形件的旋压成形；

所述空间支撑***由左支撑台、滑轨架台、支撑柱、右支撑台、整体架台、平台支撑块、加工平台构成，所述支撑柱两侧带有反向的螺纹，两端固定连接滑轨架台和右支撑台，所述左支撑台和右支撑台通过螺栓固定在整体架台上；所述平台支撑块通过螺栓分别与加工平台及整体架台连接固定；

所述中央控制***中的电脑通过PLC驱动直流减速电机带动坯料转动，环形压力传感器实时采集坯料成形中的压力；电脑通过运动控制板卡驱动步进电机带动旋轮行进；同时，电脑分别接收横向位移传感器、纵向位移传感器、横向速度传感器、纵向速度传感器发出的速度、位移数据信号，将旋轮实际运动轨迹与电脑中预定坯料成形轮廓进行对比，对旋轮实际运动轨迹进行实时调整，完成不同锥角的锥形件旋压成形，同时完成位移，速度，压力数据记录和采集，给出对应的曲线和图形。

2.根据权利要求1所述无芯模锥形件旋压成形机，其特征在于：所述锥形件成形的圆形坯料试样的尺寸为直径≤45mm、厚度≤1.5mm。

3.根据权利要求1所述无芯模锥形件旋压成形机，其特征在于：所述环形压力传感器两侧贴有橡胶垫片，在坯料轴向夹紧时，防止传动轴或径向轴承支座对其表面电路划伤。

4.根据权利要求1所述无芯模锥形件旋压成形机，其特征在于：所述旋轮表面和坯料表面喷涂有润滑剂，防止坯料在旋压成形中受力不均匀。