辊式多截面控制型材三维拉弯无模成形装置的制作方法

本发明公开一种辊式多截面控制型材三维拉弯无模成形装置，涉及一种型材拉弯、扭转成形装置，可广泛用于流线形三维型材结构件的拉弯扭转成形，属于金属型材拉弯成形技术领域。

背景技术：

随着三维弯扭成形构件的广泛应用，轴向长度较长，各点弯曲半径较大，截面形状复杂的金属型材三维成形目前基本采用在拉弯机上使用拉弯模具进行二维弯曲成形，然后卸下工件进行人工扭转制成。

现有技术有的只解决了型材三维拉弯成形过程中的型材入模、成形、回弹控制和模具部件通用化问题。由于缺少了一个自由度的调整和控制，型材在扭转成形产生回弹时扭转角度不能得到补偿，需对成形模块进行修正。即现有技术的不足之处是，每一种拉弯零件都需要一组对应的成形模块，即使对于相同截面且弯曲方向相近的零件也需要不同的成形模块。本专利技术贡献是找到一种通用性更好的三维拉弯成形装置和方法，实际应用更为灵活、高效，成形精度更高。

技术实现要素：

本发明提供一种辊式多截面控制型材三维拉弯无模成形装置，很好地解决了现有技术的不足。

在机械技术领域，拉弯成形是一种凸模成形方法，是由直线形型材依靠拉弯机使型材逐渐贴合凸模而弯扭成形的，而型材成形后唯一的尺寸和形状不产生变化的部位是成形件上的法向截面（变化极小，可以这样近似地认为）。本发明采用一组轴线处于型材法向截面的平面上，外形按型材截面轮廓设计的辊轮构建一个型材成形所需要的不连续的凸模组来实现无模成形是本发明的目的所在。

为实现上述目的，本发明的一种辊式多截面控制型材三维拉弯无模成形装置，其技术解决方案如下：

型材在拉弯成形时，靠一组辊轮实现无模成形；其中，包括一个机座、若干个辊轮和若干个万向角度可调整支架；万向角度可调整支架的左右横向位置利用导向键依次定位于机座上的T型槽上，并可沿T型槽前后移动调整位置，用T型螺栓与机座固定联接；辊轮通过其上的中心圆孔配合安装于万向角度可调整支架上的球头螺纹杆上，其沿球头螺纹杆轴向移动的位置由螺母限定；通过调整万向角度可调整支架在机座上的前后位置及球头螺纹杆的轴线方向和螺母的位置确定辊轮在空间上的位置。

本发明所述的辊式多截面控制型材三维拉弯成形装置，其特征在于：辊轮是基于型材截面轮廓形状和尺寸并留出适当间隙按着设定回转轴构建的回转体，中心沿轴向加工有与球头螺纹杆外径精确配合的孔。

本发明所述的辊式多截面控制型材三维拉弯成形装置，其特征在于：机座是精确开设有沿横向平行等距的T形导向槽的矩形平板，用于安装万向角度可调整支架。

本发明所述的辊式多截面控制型材三维拉弯成形装置，其特征在于：万向角度可调整支架主要由支架座、上下两个封闭式球面副和球头螺纹杆构成；所述的支架座是一个带有立柱的平板型构件，立柱上沿前后方向开设有精确导向定位孔，座板沿左右方向开设有导向定位槽，导向定位孔和导向定位槽空间相互垂直；所述的上封闭式球面副是由半球面螺纹杆、半球面盖板和中间带孔的球形回转体组成的部件，该封闭式球面副通过半球面螺纹杆与支架座上的圆柱孔配合，可前后移动，用前后两个螺母固定在支架座上；所述的下封闭式球面副是由半球面滑块、半球面盖板和球头螺纹杆组成的部件，该封闭式球面副上的半球面滑块与支架座座板上的T型槽滑动配合，并可以左右移动，用T型螺栓固定在支架座上；所述的球头螺纹杆上安装有辊轮、螺母和螺母，上端套装在球形回转体中的孔内，可相对滑动；当前后调整上封闭式球面副的位置，左右调整下封闭式球面副的位置时，球头螺纹杆的轴线方向和空间位置就会发生改变，辊轮的轴线方向和空间位置得到控制，实现有限的多维方向调整。

螺母限定辊轮的下止点位置，也就是辊轮的初始位置；双螺母限定辊轮的上止点位置，上止点位置也就是辊轮在型材成形结束时的位置。辊轮的数量需完全覆盖整个型材的变形区域。

由于三维拉弯成形过程是伴随扭转逐渐进入各个辊轮沟槽的，因此适当调整螺母的初始位置是必要的，保证型材能顺利地进入每一个辊轮。

当有回弹出现时，可以调整万向角度可调整支架在机座上的前后位置、万向角度可调整支架的球头螺纹杆的空间角度和螺母的位置解决。

本发明的机座和万向角度可调整支架是通用零部件，一组成形辊轮可适用于相同截面型材不同弯曲曲率的成形零件。

本发明的积极效果在于：

采用多个辊轮、分截面控制型材三维弯扭成形零件的法向截面在空间上的位置和角度，使直线形型材按预定的轨迹逐段弯曲扭转完成复合成形；一个辊轮控制一个成形零件的一个法向截面的空间位置和角度；由一个机座、若干个万向角度可调整支架和一组成形辊轮等零部件构成，一个万向角度可调整支架上安装并控制一个辊轮，确保其空间位置和轴线方向满足变形要求。

附图说明

图1是本发明的总体视图，在拉弯成形结束时的三维图；

图2是本发明的总体视图的主视图；

图3是本发明装置的万向角度可调整支架的总装配三维图；

图4是本发明的万向角度可调整支架的总装配主视图；

图5是万向角度可调整支架总装配图的A-A剖视图；

图中：1.机座；2.万向角度可调整支架；3.辊轮；4.型材；5.支架座；6. T形螺栓及螺母；7.T形螺栓及螺母；8.半球面滑块；9.半球面盖板；10.下止点调整螺母；11.上止点调整螺母；12.球头螺纹杆；13.半球面盖板；14.球形回转体；15.半球面螺纹杆；16.螺母；17.导向键。

具体实施方式

实施例1

参见附图，图1~图5中所示为一组由9个辊轮3和9个万向角度可调整支架2构建成本发明装置。其中，机座1和万向角度可调整支架2为通用零部件，应根据产品的生产纲领和三维拉弯机的结构参数进行设计使之能尽可能多的适应各种拉弯件的加工；万向角度可调整支架可以设计成不同规格和角度调整范围的系列通用或标准部件，并应与底座开设的Ｔ型槽相匹配；辊轮外轮廓沟槽应根据型材截面轮廓进行设计，其上必需的避让间隙应设在非受力面上，辊轮的轴线方向应根据弯曲件的弯曲特点和球头螺杆的角度调整范围进行设定，滚轮直径和辅助结构部分可根据强度要求进行设计。

本发明由一组简单且容易制造的辊轮3，若干个万向角度可调整支架2和一个机座1组成。辊轮3套装在万向角度可调整支架2上的球头螺纹杆12上，其可以在球头螺纹杆12上沿轴滑动，滑动范围由螺母10和螺母11限定；万向角度可调整支架2利用导向键17依次定位于机座1上的T型槽上，并可沿T型槽方向前后移动调整位置，用T型螺栓7与机座1固定联接。

所述的辊轮3，其外形轮廓应根据型材截面轮廓设计，在非受力面上留出适当的避让间隙，轴线方向和辊轮直径大小应结合型材的截面、轮廓形状、弯曲特点和整个装置的结构灵活进行设计，辊轮3应加工与球头螺纹杆12相配的中间孔。

所述的机座1是其上精确开设有沿横向平行等距的T形导向槽的矩形平板，用于定位安装万向角度可调整支架2。

为了保证辊轮3的空间位置和轴线方向正确，本发明设计了一种万向角度可调整支架2。万向角度可调整支架2主要由支架座5、上下两个封闭式球面副和球头螺纹杆12构成。支架座5是一个带有立柱的平板型构件，立柱设计有一圆柱形导向定位孔，座板上开设有T型导向固定槽，孔、槽的轴线在空间上相互垂直，且与底座面平行。所述的上封闭式球面副是由半球面螺纹杆15、半球面盖板13和中间带孔的球形回转体14构成，该封闭式球面副通过半球面螺纹杆15与支架座5上的圆柱孔间隙配合，可前后移动，用两个螺母16固定在支架座5上。所述的下封闭式球面副是由半球面滑块8、半球面盖板9和球头螺纹杆12构成，该封闭式球面副上的半球面滑块8与支架座5座板上的T型槽滑动配合，并可以左右移动，用T型螺栓6固定在支架座5上。所述的球头螺纹杆12上端套装在球形回转体14的中心孔内，辊轮3套装在球头螺纹杆12上。当前后调整上封闭式球面副的位置，左右调整下封闭式球面副的位置时，球头螺纹杆12的轴线方向和空间位置可任意改变，即辊轮3的轴线方向可以得到控制，实现有限的多维方向调整。螺母10限定辊轮3的下止点位置，也就是辊轮3的初始位置；双螺母11限定辊轮3的上止点位置，上止点位置也就是辊轮3在型材成形结束时的位置。辊轮3的数量需完全覆盖整个型材的变形区域。

由于三维拉弯成形过程是伴随扭转逐渐进入各个辊轮沟槽的，因此适当调整螺母10的初始位置是必要的，保证型材能顺利地进入每一个辊轮3。

当有回弹出现时，可以调整万向角度可调整支架2在机座1上的前后位置、万向角度可调整支架2的球头螺纹杆12的空间角度和螺母11的位置解决。

在拉弯成形前需对本装置进行调整安装，并应按下述步骤进行。

1）根据所使用的拉弯机参数正确定位安装机座1于拉弯机上，万向角度可调整支架2用导向键横向等距布置在机座1上，暂时不固定。

2) 确定弯曲件与本发明在空间上的相对位置，弯曲件应处于所有辊轮3可以调整到达的范围之内，即本装置上的所有辊轮3应能覆盖弯曲件的有效变形区域。此处所述的弯曲件是考虑回弹参数后的三维弯曲件CAD图。此时弯曲件与每个万向角度可调整支架2在左右横向的位置就确定了。

3) 利用三维绘图软件在三维弯曲件CAD图上作该图的一个法向横截平面，同时获得了一个法向截面图；根据已设计好的辊轮尺寸和辊轮相对于型材法向截面图的位置，做出通过辊轮轴线的一条直线，该直线与平行于机座1上平面且通过万向角度可调整支架2上的两个封闭式球面副中心的两平面相交，获得两个交点，我们定义与通过上封闭式球面副中心的平面交点为上交点，与通过下封闭式球面副中心的平面交点为下交点；调整法向横截平面的位置，使上交点与装置中的一个万向角度可调整支架2上的上封闭式球面副中心在左右方向的距离接近于零（一般小于0.1mm就可以了）；此上交点的位置可视为上封闭式球面副中心的位置，下交点位置即为下封闭式球面副中心的位置；下封闭式球面副中心的位置就是该万向角度可调整支架2的前后位置，此时该万向角度可调整支架2在机座1上的位置就确定了。按此方法依次确定所有万向角度可调整支架2在机座1上的位置，并用T形螺栓7固定。下交点与上交点在左右方向的差值就是下封闭式球面副中心与上封闭式球面副中心在左右方向上的距离，按此差值调整半球面滑块8的左右位置并用T形螺栓6固定。下交点与上交点在前后方向的差值就是上封闭式球面副中心与下封闭式球面副中心在前后方向上的距离，按此差值调整半球面螺纹杆15的前后位置并用两个螺母16固定。量取下交点距辊轮3的上平面距离，确定螺母11的位置并用双螺母锁定。螺母10视拉弯机预拉工件的位置和成形过程的具体情况分别调整位置，以工件顺利进入辊轮3的沟槽为最佳位置为原则。

至此一种三维拉弯成形弯曲件的辊式多截面控制型材三维拉弯无模成形装置初始调整安装工作结束，进入试拉弯阶段。根据试拉弯成形零件的成形情况调整各个辊轮3的空间位置，直至弯曲件满足用户要求为止。