头靠架及方法

专利名称：头靠架及方法
头靠架及方法相关申请的交叉引用本申请主 张于2008年3月21日递交的题为“头靠架及方法”的美国临时专利 申请US 61/038,490的权益，其整个内容通过引用而合并于此。
背景技术：
管状件可用于支撑车辆座椅的头靠、扶手或其它构件，而且这样的管状件可包 括凹口，所述凹口被一装置来接合，以防止或者另外地控制头靠或其它座椅构件相对于 另外座椅构件的运动。在这种和其它应用场合中，已开发了各种用于在金属条和管子上 形成凹口的机器和方法。然而，公知的用于形成凹口的工具和工艺会具有各种缺陷。


图1是车辆座椅及头靠的部分片断的轴侧图，包括支撑头靠的带凹口管状件；图2是依据本发明一个方面的与座椅结构结合的带凹口管状件的剖视图；图3是依据本发明一个方面的用于在管子或类似物品上形成凹口的机器的部分 示意图；图3A是依据本发明另一方面的摆动机构的部分示意剖视图；图4是示出成型加工的第一道次(pass)中辊子路径的局部示意图；图5是图4的局部放大图；图6是示出成型加工的第二道次中辊子路径的局部示意图；图7是图6的局部放大图；图8是示出成型加工的第三道次中辊子路径的局部示意图；图9是图8的局部放大图；图10是示出成型加工的第四道次中辊子路径的局部示意图；图11是图10的局部放大图；图12是示出刚好在成型加工结束之前的末道次中辊子运动的局部示意图；图13是示出在成型加工结束时在末道次中辊子运动的局部示意图；图14为示出依据本发明另一方面的替代辊子路径的局部示意图；图15为示出另一辊子路径的局部示意图；图16为示出替代的辊子路径的局部示意图；图17为示出替代的辊子路径的局部示意图；图18为双向锁定凹口的部分片断的剖视图；图19为单向锁定凹口的部分片断的剖视图；图20为示出可用于形成凹槽的替代辊子路径的剖视图，所述凹槽在横截面上具 有凸形顶部；以及图21为示出可用于形成凹槽的替代辊子路径的剖视图，所述凹槽在横截面上具 有凸形顶部。
具体实施方式
出于在此说明的意图，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、
“前”、“竖直”、“水平”及其派生词应涉及如图1定向的本发明。然而，将理解的 是，本发明可假设任意替代定向以及步骤顺序，除非明确说明与此不同。而且将理解的 是，示出在附图中且在下面说明书中说明的具体装置和工序仅为随附权利要求限定的本 发明构思的示范性实施例。因此，除非权利要求明确另有说明，否则与在此给出的实施 例相关的具体尺寸和其它物理特性将不视为是限制性的。车辆座椅1包括椅背2、头靠3、以及管状支撑件4和5。管状支撑件4和5中 的多个凹口 6经由与所述凹口 6接合的装置7 (也参照图2)来提供头靠3相对于椅背2的 高度调整。一般而言，装置7允许头靠3沿箭头“A”(图2)方向竖直运动，并选择性 地在所需竖直位置保持在头靠3上。已开发了各种用于与所述凹口6接合的装置，从而 装置7将不在此详细予以说明。再次参照图2，管子4和5具有侧壁8，侧壁8具有针对特定应用场合所需要的 厚度“T”。在所示出的实例中，管子4和5由具有所需强度和其它工程性能的钢或其它 金属材料制成。然而，对于管子4和5而言，也可采用其它可变形材料。管子4和5典 型地具有约10-14mm外径和且处于约0.75mm至约2.60mm范围内的壁厚。然而，将认 识到的是，供其它应用场合(例如隔板货架等)使用的管子依据本发明来成型，且用于这 些应用场合的管子可具有比上述典型范围更大或更小的直径和壁厚。此外，依据本发明 的另一方面，凹口可形成在具有卵形、方形或其它非圆形横截面形状的管子上。还有， 依据本发明的再一方面，管子可具有不均勻壁厚，或者成型材料可包括实心条或类似东 西，而不是管子。在图2示出的实例中，管子4和5可包括一个或多个的棘爪成型(detent-forming) 的凹槽或V型凹口 6、一个或多个的U形双向锁定凹口 15 (也参照图18)、以及一个或多 个的单向锁定凹口 20(也参照图19)。在所示出的实例中，管子4和5包括多个单向凹 口 20。管子4包括单个U形双向锁定凹口 15，而管子5包括单个V形制动凹口(detent notch)6。凹口 6为基本V形，且带有大体平的表面9和10，表面9和10相交形成根部 11。依赖于特定应用场合的要求，根部11可以为尖角或者它可具有倒圆。凹口 15为基 本U型，带有大体平行侧壁16和17以及光滑切出圆角的底表面18。单向锁定凹槽或凹 口 20具有第一表面21，第一表面21与管子4和5的中心线“C”大体横交或垂直。凹 口 20还包括斜面22，斜面22相对于管子4和5的中心线C成锐角地延伸。下面将更详 细说明的机器和方法可用于形成具有各种形状及尺寸并同时带有平和/或弯曲面的凹口 或凹槽。将理解的是，图2所示的各种凹口是依据本发明可形成的凹口的实例，但是依 据本发明的其它方面可形成范围广的凹口尺寸和形状。凹口 15包括锁定凹口，所述锁定凹口与第一装置7A接合，以在头靠3处于最 上位置时防止管子4竖向运动，除非使用者手动将装置7A脱开。当第一装置7A锁定在 凹口 15中时，第二装置7B与V形凹口 6接合，以提供制动(detent)。凹口 20提供了防 止头靠3沿着第一方向(例如向下)运动，除非使用者手动将装置7A和7B脱开，但是 允许头靠3沿着相对方向(例如向上)运动，而不管装置7A和7B是否被手动脱开。因为凹口 6、15和20的各种形状和尺寸在本领域中为公知，所以在此将不进一步详细说明 凹口 6、15和20。此外，各式各样的装置7A、7B也是公知的，且凹口 6、15和/或20 的具体形状、尺寸和位置可构造成与具体的装置7匹配。管子4和5可包括仅V形凹口 6、仅U形凹口 15、或者仅单向锁定凹口 20。可替代地，依赖于特定应用场合的要求， 管子4和5可包括凹口 6、15和/或20的组合。进一步参照图3，用于形成凹口 6、15和/或20的机器或设备30包括支撑结构31和第一构件32，第一构件32可在采用轴承和其它合适结构的轴或枢轴33处枢转地安 装于支撑结构31、并相对于支撑件31如箭头“R”所示地枢转。支撑结构31可包括一 个或多个的板、管子或其它合适结构。成型元件(例如辊子35)可旋转地安装于板或其 它合适结构36上。成型元件或辊子35可由硬质工具钢、陶瓷或其它合适的耐磨材料制 成。辊子35的尺寸和形状选择成提供所需凹口形状，且辊子35的外周部29 (图4) 具有与辊子35形成的凹口的形状相对应的横截面轮廓。例如，辊子35的外周部29可具 有形成凹口 6(图2)的对称V形、形成双向锁定凹口 15(还参照图18)的U形、或者它 可具有形成单向锁定凹口 20 (还参照图19)的不对称V形。辊子35的直径可依据特定应 用场合的要求来变化。一般而言，辊子35典型地具有与要成型的管子的外径大约相同的 外径，或者比要成型的管子的直径稍大。然而，辊子35可具有比管子直径小的直径。再次参照图3，板36通过直线引导装置37而安装于第一构件32，从而辊子35 和板36被约束成相对于第一构件32沿箭头“B”所示的直线路径运动。直线引导装置 37可包括一个或多个的市场可购买的这样的组件，所述组件具有一个或多个的杆、轨道 或类似东西且带有与所述杆或轨道接合的直线轴承。偏心组件46提供了使辊子35相对 于第一构件32沿箭头“B”方向的动力往复运动。偏心组件46包括外元件47和可滑动 /可旋转地容置在外元件47内的圆形内元件48。内元件48在偏离中心位置处固定于轴 49，而轴49可旋转地安装于支撑结构31。如下面将更详细说明的，轴49可操作地连接 于电机53或其它动力致动器，以提供轴49的动力旋转。臂50在枢轴51处枢转地连接 于板36，从而轴49的动力旋转引起内元件48旋转，这导致成型辊子35和板36相对于第 一构件32的直线往复运动。将理解的是，其它结构(例如曲柄臂)或其它动力机构(例 如直线致动器)也可用于提供辊子35的往复运动，且所示出的偏心机构只是合适机构的 一个实例。下面进一步参照图3A，不采用偏心组件46，而是可采用依据本发明另一发明的 摆动机构110。若特定应用场合要求，则摆动机构Iio提供板36A和辊子35的更复杂的 往复运动(back and forth motion)。摆动机构110包括内凸轮元件111和外凸轮元件117， 二者均安装于轴112，用于如箭头“R1”所示方向旋转。可旋转随动件113定位在内凸 轮元件111和外凸轮元件117之间的空间或沟槽119内，以在凸轮元件111和117旋转时 来提供板36A和辊子35如箭头“Bi”所示的往复运动。通过一对轴承板115和116或 其它合适地直线轴承装置，板36A可滑动地支撑在第一构件32上，从而板36A和辊子35 可仅以直线往复方式运动。在所示出的实例中，轴112可旋转地安装于支撑结构31。由 此，沟槽119成形为将第一构件32相对于支撑结构31的运动考虑进去。将理解的是， 针对相对于第一构件32的直线运动，可采用各种直线轴承和类似东西来支撑板36A。此夕卜，板36A示出为单个元件，同时辊子35和随动件13安装于板36A。板36A可包括与 臂50 (图3)类似的细长臂，且板36A可刚性或可枢转地连接于所述臂。空间或沟槽119限定在外凸轮元件117的内表面和凸轮111的外表面114之间， 从而随动件113被约束并顺着路径“Cl”而行。内凸轮元件111和外凸轮元件117可包 括由钢或其它合适材料制成的单个件，且空间或沟槽119可包括在所述材料的单个件中 加工出的沟槽。一般而言，空间或沟槽119的宽度稍大于随动件113的直径，从而随动 件113在与凸轮111的外表面或与外凸轮元件117的内表面120接触时自由旋转。因为 随动件113受凸轮111和117约束，所以凸轮表面114和120可以相对复杂，以提供复杂 的往复运动。这样，摆动机构110可提供辊子35的相对复杂的运动。通过皮带或链条 52A、齿轮、轴或其它合适的机构，电机53或其它动力致动器可操作地连接 于凸轮111和 117,以提供凸轮111和117的动力旋转。在所示出的实例中，凸轮元件111具有四个凸 角121A、121B、121C、和121D。一般而言，如果凸轮元件111和117以与第二凸轮56 相同的速率旋转，则凸轮元件111具有与第二凸轮56的凸角61数量相同的凸角121。如 果需提供辊子35的合适运动，各凸角121可具有独特的形状。凸轮元件11和117可以 与第二凸轮56不同的旋转速率被交替地驱动。例如，如果凸轮元件111和117以第二凸 轮56的旋转速率的两倍被驱动，则凸轮元件111可具有凸角121的数量为第二凸轮56凸 角数量的一半。由此，结合有凸轮凸角61的摆动机构110提供了辊子35的复杂运动， 以形成辊子35的如下将更详细说明的各式各样的路径。第二构件42在销或轴43处可枢转地安装于支撑结构31。随动件或辊子59安装 于第二构件42，且随动件59接合第一凸轮54，从而第一凸轮54的旋转引起第二构件42 围绕轴43相对于支撑结构31枢转。待成型/开凹口的管子38通过第一夹持元件39和 第二夹持元件40保持在机器30中的合适位置。在所示出的实例中，夹持元件40固定于 结构31而夹持元件39固定于第二构件42，从而在第一凸轮54旋转时，夹持元件39相对 于夹持元件40运动。第一凸轮54构造成使管子38被紧紧夹持，除了在第一凸轮54相 对小部分旋转过程外。已开发了各种类型的管子夹持/保持装置，且将理解的是，夹持 元件39和40可以各种不同方式来构造。如下面将更详细讨论的，第一凸轮54和第二凸 轮56 二者均固定于轴57并在操作过程中以相同的角速度旋转。第二凸轮56与第一构件 32上的随动件或辊子66接合，并引起第一构件32围绕轴33枢转，以由此使辊子35朝 向和远离管子38运动，且在成型加工过程中第一凸轮54夹持管子38。第一凸轮54包 括凸角54A和凹区54B，凸角54A导致在通过辊子35成型的过程中管子38被夹持，且 凹区54B导致在成型加工的起始和终了时的些微度旋转过程中管子38被松开，以允许将 已成型的管子38取出并随后将未成型的管子38放置在机器30中。在所示出的实例中， 在360°循环的约260°过程中，管子38被夹持，而对于约360°循环的约100°，管子 38被松开。夹持元件39和40包括围绕管子38紧紧夹持的柱形面。可替代地，也可采 用夹头式夹持器(未示出)，以在成型操作过程中将管子38夹持在合适位置。夹持元件 39和40与公知的用于在成型操作过程中固定管子的夹持器基本类似，且由此将不详细说 明所述夹持器的细节。第二凸轮56包括多个凸角61A-61F，从而第二凸轮56的每次旋转就引起第一构 件32围绕轴33的多次旋转运动。一般而言，针对第二凸轮56的旋转一周，偏心组件46使板35和成型 辊子35反复运动多次。偏心组件46和凸轮54及56可通过机械驱动系统 (例如定时链条52)相互连接，定时链条52连接于轴49上的固定链轮84和安装于轴57 上的第二链轮85。第三链轮86安装于电机53的旋转输出轴88，而第四链轮87安装于 轴57。驱动元件/定时链条55环绕第三链轮86和第四链轮87，从而电机53的致动同 时引起板36 (及辊子35)的往复运动和凸轮54及56的旋转。将理解的是，各种齿轮、 驱动轴、或其它机械驱动构件均可用于可操作地将电机53与各种运动构件相互连接。此 夕卜，尽管采用单个电机53或者其它动力致动器来确保各种构件相对彼此以正确速度和相 对位置来运动，但是可采用多个电机或其它合适的动力致动器。电机53可以可操作地连接于控制器58，控制器58可被编程，以利用用户输入 装置60来操作机器30。例如，按照特定应用场合的要求，控制器58提供了电机53的 每分钟转数的调整。电机53可以以针对特定应用场合调整的恒定的每分钟转数来旋转， 或者如果需要，则在每个循环中可改变每分钟转数。用户输入装置60可包括一个或多个 的提供用户输入/控制的开关或按钮，而且它也可包括将关于机器30工作的信息提供给 用户的显示屏和/或指示灯。例如，如果在工件38存在于所述夹持器中，则所述灯(或 屏幕)可表示电机53的每分钟转数和/或一个或多个运动构件的位置。用户输入装置 60可位于控制器58上(例如在控制器58的外壳上)，或者它可包括可操作地连接于控制 器58的单独装置(例如膝上型计算机)。所述机器或设备30可包括一个或多个的传感 器(未示出)，所述传感器可操作地连接于控制器58，以提供对机器30的受控操作。例 如，一个或多个的传感器(未示出)可用于确定是否工件38存在于夹持器39中，且一个 或多个的另外的传感器(未示出)可用于确定一个或多个的所述运动构件的位置和/或速 度。控制器58可构造成在一个循环的所述区段的过程中，如果工件38未被恰当地定 位在夹持器39中，则停止电机53;如果所述机器正确操作，则工件38会正常地夹持在 合适位置。所述机械驱动系统确保板36的往复运动和凸轮54及56的旋转相对彼此正确 地同步。将理解的是，也可采用其它动力驱动装置，例如伺服电机等。此外，也可采用 液压或气动致动器，以提供所述各种构件的动力操作。在所示出的实例中，第二凸轮56包括六个凸角61A-61F，且对于第二凸轮56每 转一周，偏心组件46使板36和辊子35移位，从而辊子35横跨管子38六次。各凸轮凸 角61A-61F具有独特形状，以在每道次辊子35横穿管子38时来提供管子38的增加的成 型量。一般而言，如果第二凸轮56沿逆时针方向旋转(图3)，则在随动件66沿着凸角 61A的第一表面部6A运动时，辊子35将朝着管子38运动，且当随动件66越过凸角61A 的顶部63A时，辊子35将瞬间改变运动方向。随后，当随动件66沿着凸角61A的第二 表面部64A运动时，辊子63将背离管子38运动。在随动件66分别沿着凸角61B-61F的 表面62B-6H、顶部63B-63F和表面6B-64F运动时，辊子35将以稍类似方式运动。然 而，正如下面将更详细讨论的，各凸角61A-61F可具有这样独特的形状，所述形状构造 成在辊子35每道次横跨管子38的过程中，提供使管子38成型所要求的辊子35的特定 运动。第一凸轮45构造成当管子由辊子35成型时夹持管子38、并在辊子35的与凸 角61F对应的最后道次成型之后松开/释放管子38。当随动件66接触第二凸轮56的处 于凸角61A和61F之间的表面部65时(即在辊子35的最后道次成型完成之后)，随动件 59接触第一凸轮54的表面部67，从而松开管子38，以允许取出完全成型的管子38，随后插入未成型管子38。尽管凸轮64的凸角61A-61F示出为以等角增量间隔开，但是将 理解的是，凸角61A和61F之间的间隔可以相对于其它凸角之间的间隔加大，以在管38 被松开的过程中提供凸轮54和56的增加的时间周期/角旋转，从而便于取出和插入管子 38。
进一步参照图4，在所示出的实例中，辊子35开始处于位置35A，且当辊子35 从起始位置35A向终了位置35B相对于工件38运动时，在第一道次成型过程中，辊子35 的外边缘表面68沿路径“P”行进。辊子35初始沿基本直线路径段Pl行进，随后在点 “D”处变向成沿路径段P2行进。在所示出的实例中，路径段P2相对于通过路径段Pl
延长的线“L”形成约35度的角θ。然而，角θ可以处于约30-40度的范围内，或者 它可以小至5度、10度、或20度，或者它可大至50度、60度、或甚至90度。一般而 言，角θ可包括0度至180度之间的角度。此外，如下面将更详细说明的，路径段Pl 和Ρ2可以部分或全部弯曲或非直线。当随动件66沿凸轮凸角61Α运动时，板36相对于 第一构件32的直线运动和构件32围绕轴33的旋转运动的组合效果的结果便是图4所示 的辊子35的运动。在所示出的实例中，辊子35的旋转轴线34沿线或路径41行进，路径41具有处 于第一位置34Α和第二位置34Β之间的第一段44和第二段45。在所示出的实例中，辊 子35的路径在点“D”处变向。点D选择成当辊子35在点D处变向时，部分凹槽 70的显著部分包括直线或平直表面71并形成相对小的切出圆角的或斜端部72。依赖于 管子或其它工件38形成的材料、管子38的直径和管子38的壁厚“Τ”，可按照特定使 用场合要求来变化变向发生的所述点(即点D的位置)。此外，尽管路径44示出为具有 于点D处相交的直段41和45，但是将理解的是，段41和45可以由光滑倒圆而不是由点 D表示的“尖锐”拐角来连接。例如，段41和45可通过在点D处具有约0.375英寸半 径的弧形路径段来连接。此外，路径44的段41和45可以弯曲，而且这些路径段无需为 如图4所示的直线或直线。进一步参照图5，辊子35初始形成具有基本直线的底表面71的部分凹口或凹槽 70。然而，因为辊子35变向，所以部分凹槽70的端部72向上弯曲并与管子38的外表 面73相邻。如果辊子35将继续沿直线路径而行，则形成管子38的材料中的一些材料会 被向外挤压，由此在管子38的位于部分凹槽70附近的外表面73中形成瓢曲。然而，因 为辊子35的方向改变成提供背离管子38的运动分量，所以这种瓢曲及类似物的形成大体 被减少或消除。当辊子35成型凹槽70时，管子38的一些材料在82处向内变形进入到 管子38的腔83中。进一步参照图6和图7，在辊子35的第一道次(图4)之后，由于第二凸轮56导 致的板36的运动和构件32的旋转，辊子35从位置35Β(图4)向位置35Α(图6)运动。 随后，在第二道次中，辊子35沿具有形成角度θ的第一段Ρ3和第二段Ρ4的路径反向横 跨管子38运动。将理解的是，角度θ可改变。当随动件66接触第二凸角61Β时，该 运动由板36相对于第一构件32的直线运动和构件32的旋转运动产生。凸角61Β构造 成对于第二道次的与段Ρ3对应的第一部分而言，使辊子35朝着管子38运动，从而辊 子35的边缘68和管子38的中心轴线78之间距离“D2” (图6)小于辊子35的第一道 次过程中的距离
“D1”(图4)。在辊子 35的第二 道次(图6)之后，部分凹槽70变得更深， 同时底表面部74基本为直线，而端部75向上延伸。如上述结合图4和图5所讨论的， 辊子35的变向减少或消除在在管子38的位于部分凹槽70附近的外表面37中形成瓢曲。 辊子35的第二道次也消除了凹槽70的非直线端部72(图5)。管子38具有约0.08英寸的壁厚“T”和约0.50英寸的直径。然而，依赖于特 定应用场合的要求，管子38可具有不同的直径(例如一英寸)和壁厚。此外，在所示出 的实例中，管子38由高拉伸钢材料制成。在该实例中，一旦辊子35的第一道次完成(图 4和图5)，则针对图6和图7所示的第二成型道次，辊子35移位约0.010英寸距以离靠近 管子38。然而，辊子35靠近管子38的增加移位可依赖于管子38的壁厚、制造管子38 的材料和其它变量来改变。此外，对于给定的管子而言，辊子35被移位的距离可从一个 道次到下一个道次而变化。如图8至图11所示，辊子35横跨管子38往复运动；且针对 成型辊子35的每个连续道次，辊子35移位靠近管子38。在所示出的实例中，图8和图 10的辊子35的运动分别对应于第二凸轮56的凸角61C和61D (图3)。一般而言，道次 数将依赖于被成型的凹口的形状、工件38的材料、尺寸及形状、以及其它加工变量来改 变。按照针对特定应用场合所要求提供的合适的道次数、路径方向等，可改变第二凸轮 56的凸轮凸角的数量、尺寸、形状和位置。进一步参照图12和图13，在部分凹槽70已经成型到深度等于或接近于凹口的最 终深度时，辊子35沿基本直线路径横跨管子38运动，以平整端部72 (图5)和端部75 (图 7)，由此形成直线或平直底表面77。图12和图13所示的辊子35的直线运动分别对应于 第二凸轮56的凸角61E和61F (图3)。这样，便可形成具有如凹口 6、15、和20 (图2) 所示的外形的凹槽。将理解的是，在与辊子35的外边缘表面60A相邻处，辊子35具有 针对特定应用场合来提供合适凹槽形状的表面轮廓。除了上述讨论的与图4至图13相关的成型路径之外，辊子35也可构造成沿图14 至图17所示的多个路径行进。图14和图15示出了可用于在管子38上进行初始成型操 作的各种辊子运动或路径；图16示出了可供一个或多个中间道次使用的各种成型路径； 而图17针对可用于结束成型操作的成型道次示出了一个或多个的路径。参照图14，通过使辊子35沿箭头“Al”所示的路径或者沿箭头“A2”所示的 路径分别运动，可形成一个或多个的初始凹槽或凹痕90和/或91。路径Al和A2可以 弯曲，或者它们可包括基本直线段(例如如图4所示)。可替代地，通过使辊子35分别 沿箭头“A3”和“A4”所示运动，可形成凹痕90和/或91。当辊子35沿箭头A3和 A4所示的路径运动时，辊子35沿着与管子38的表面68基本垂直的方向运动。通过使 辊子35沿箭头“A5”的方向(基本垂直于管子38的外表面68)运动，也可形成单个初 始凹痕92。进一步参照图16，在形成初始凹痕90和/或91或92之后，可采用一个或多个 的成型道次，来形成具有非直线端部94和95的扩展凹痕或凹槽93。辊子35可沿箭头
“A6”所示的路径行进，随后是如箭头“A7”所示的运动，接下来是如箭头“A8”所 示的运动。辊子35可顺着箭头A6、A7和A8所示的路径段在任一方向上行进，从而各 道次为基本U形。路径段A6相对路径段A7形成角度Θ”而路径段A8相对路径段A7 形成角度θ2。角度Θ1和θ 2可约为90°或比90°稍小几度。一般而言，角度Q1*θ 2可处于约70°至约90°的范围内，且依据本发明的一个方面，角度Q1* θ2优选约 80°。可替代地，角度Q1* θ 2可以为约90°，从而辊子35沿着路径段Α7、Α9和AlO 行进。中间路径段Α7具有长度“Li”。长度Ll可在连续道次过程中增加，由此连续 增加凹槽93的底部96的长度。角度Q1可等于角度θ 2，从而辊子35的路径对称。然 而，角度Q1无需等于角度θ2，且由此辊子35行进的路径可以不对称。此外，所述路 径示出为在点“Bi”和“Β2”处突然变向。然而，所述路径可包括直线路径部分Α6、 Α7、和Α8(或者路径段Α7、Α9和Α10)之间的弯曲过渡。可替代地，所述路径段也可 全部弯曲，从而辊子沿与图14的“Al”和“Α2”的路径稍类似的弯曲路径行进。进一步参照图17，在辊子35沿着图16所示的一个或多个路径行进之后，为了减 少或消除部分形成的凹槽的非直线端部94和95，可进行一个或多个的最终道次。所述辊 子可沿段“All”、“A12”、“A13”定义的路径来行进。图17所示的针对最终道次 的角度93和θ 4典型地显著小于图16所示的中间成型道次中的角度Q1* θ 2。针对最 终道次的角度03和94可处于约0°至约30°的范围内，且更优选地处于约5°至约10° 的范围内。中间路径段Α12的长度“L2”典型地比中间路径段的尺寸“Li”(图16) 稍长。在所示出的实例中，尺寸“L2”(图17)为点“Β3”和点“Β4”之间的距离， 点“Β3”和点“Β4”分别定义路径段All和Α12以及Α12与Α13之间的交点。路径 段All、A12和A13可通过弯曲过渡部分而不是点B3和B4来连接，或者路径段All、 A12和A13可弯曲，以形成与路径Al和A2(图14)稍类似的路径。然而，在优选实施 例中，路径段A12为直线，由此沿凹口或凹槽的底部形成平直凹痕93。此外，端部94 和95非常小，而且由此典型地，，尺寸L2几乎与沿着凹槽的平直部93延伸的线的距离 (其中，所述线会与管子38的外表面68相交)一样大。针对一个或多个的最终道次，角 度03和θ 4可变成零，以消除端部94和95，并由此产生具有直线顶部的凹口。如上所述，辊子35往复运动的分量由偏心组件46(图3)产生，且辊子35背离 管子38的运动分量是由于第二凸轮56导致第一构件32围绕轴33旋转而产生的。偏心 组件46和第二凸轮56的凸角61-64的构型可选择成提供如图4、图6、图8、图10、图 12和图13所示的辊子35的所需路径。然而，也可采用其它机械设备、致动器等来提供 辊子35运动所需的路径。例如，气动、液压、电动、或其它动力致动器(未示出)可以 可操作地连接于控制器58，且一个或多个的传感器(也未示出)可以可操作地连接于控制 器58，以将关于一个或多个的运动构件(例如辊子35)的位置和/或速度的信息提供给 控制器58。控制器58可被编程，以在如上所述的与图4至图17有关的一系列成型道次 中，规定所需的辊子35沿一个或多个的路径的运动。
在图4至图13所示的实例中，对于第二凸轮56每旋转一周，第二凸轮56的凸 角61A-61F对应的六个成型道次用于形成凹口，并在管子38上完全形成凹口。然而，将 理解的是，对于不同凹口形状/尺寸，可需要更多或更少的道次数。例如，可采用少至 两道次，以形成管子38;或者可采用十或十以上道次。如果采用图14至图17中的成型 道次，则典型地采用总共约8-16道次(和/或直线运动A3、Α4、Α5)。此外，可制造 多个具有不同的凸角数和/或凸角的尺寸/形状的凸轮，且通过将第二凸轮56改变成具 有不同外形的凸轮，机器30可构造成形成不同的凹口形状/尺寸。此外，辊子35也可 按照需要来改变，以提供不同凹口形状，而且夹持元件39和40也可改变，以适应不同尺寸的管子。
如上所述，在辊子与管子38接触时，所述辊子的路径可具有各式各样的形状而 且可包括直部和曲部。一般而言，所述辊子的路径是非直线的，且包括在与所述工件接 触的端部或附近处背离所述工件的运动分量，以减少或消除邻近凹口或凹槽处的瓢曲或 其它变形。在辊子的最终道次之前，凹槽将典型地具有一个或两个端部(例如图16和图 17中的端部94、95)和更深中间部，以由此减少瓢曲。此外，尽管在所示实例中在辊子 35直线运动同时工件38围绕轴43以弧形运动，但是将理解的是，为了提供工件38的合 适相对运动，也可采用其它方式。例如，辊子35或工件38可相对于支撑结构31固定/ 静止不动，而辊子35或工件38中的另一个可沿非直线路径运动，以提供辊子35相对于 工件38的所需相对运动。在操作过程中，当随动件66与第二凸轮56的表面部分65相邻时(图3)，可停 止凸轮54和56的旋转，以允许插入/取出管子38。可替代地，凸轮54和56可连续旋 转，而无需停下来装载/卸载管子38。此外，可采用自动装载和卸载管子38的机械装置 (未示出)，而无需使凸轮54和56停止旋转。在将管子38装载到机器30之前，可将管 子38剪切定尺；或者，可将更长的管段送入到机器30中，随后将管子切成更短的段，以 形成单个管子。如果将在管子上形成多个凹槽，则设备30可包括多个安装在板36上的辊子，从 而多个凹槽同时形成于管子38上。可替代地，机器或设备30可包括单个辊子35，而管 子38可被松开或相对于夹持器39和40运动至新位置，以用于形成另外的凹口。此外， 尽管成型工具或元件35优选地包括具有一致圆形形状的辊子，但是也可采用其它成型元 件(例如非旋转式成型元件)来形成凹口。将认识到的是，如果针对特定应用场合有要 求的话，则结合辊子或其它成型元件，可采用油或其它润滑剂。此外，管子38可包括U 形部分，所述U形部分具有一对大体平行的带凹口的部分(例如支撑件4和5)(图1)和 在所述平行部分之间延伸横部(未示出)。机器30可包括一对辊子35，所述一对辊子35 可操作地连接于第二凸轮56，从而在所述管子的所述平行部分上同时形成凹口。此外，机器30可包括多个辊子35，各辊子沿着相同的路径运动，同时工件38随 着各道次运动至新位置，从而由不同的辊子连续地形成凹口。例如，第一辊子35可构造 成沿图4所示的路径运动，第二辊子可构造成沿图6所示的路径运动，第三辊子可构造成 沿图8所示的路径运动，第四辊子可构造成沿图10所示的路径运动，第五辊子可构造成 沿图11所示的路径运动，而第六辊子可构造成沿图13所示的路径运动，同时工件38和 /所述辊子相对彼此在成型道次之间移位，以使部分形成的凹口与在所述顺序中的下一辊 子对齐。如果需要，辊子可以具有不同的尺寸和/或形状，以按照受控/所要求的方式 来提供凹口的形成。本发明的成型机器或设备30及方法提供了这样一种方式，即以消除与现有成型 技术及机器相关的缺陷的方式在管子上形成凹口。例如，因为为了形成凹口而未将材料 去除，所以管子13未因去除材料导致壁厚显著减少而被消弱。具体而言，参照图5，由 于辊子35的作用，管子38的材料82朝向管子38的中心腔83变形。进一步参照图13， 一旦凹口完全形成，则管子38在凹口 6、15或20处具有壁厚“Tl”。厚度Tl与管子 38的远离凹口的壁厚T大致相同。此外，成型辊子35可构造成凹口 6、15和20具有基本光滑的外表面。还有，上面更详细讨论的成型工艺显著消除了凹口附近的毛刺、瓢曲 或其它可见缺陷。进一步参照图18，双向锁定凹口 15包括相对的侧表面16和17、以及底或根表 面18。于底表面18和侧壁表面16及17的内部分处分别形成的拐角24和25可以相对尖 锐，或者它们可具有相对大的倒圆。侧壁表面16和17优选垂直于管子4和5的外表面 68，或者侧壁表面16和17可朝着彼此稍向内渐缩，从而侧壁表面16和17与管子4和5 的外表面68之间限定的角度可以处于90°范围内或者处于稍大于90°的范围内。侧壁 表面16及17的内部分与管子4和5的外表面68分别形成外拐角或边缘26和27。本发 明提供了一种形成双向锁定凹口 15的方式，从而外拐角或边缘26和27非常尖锐，同时 具有非常小的倒圆。形成相对平的相对于管子4和5外表面68成90°或接近90°的侧 壁表面16和17的能力，连同形成尖锐点或边缘26和27—起，提供了装置7的改进接合 (还参照图2)，由此当装置7与双向锁定凹口 15接合时，确保头靠3和管子4和5保持 在选定高度。此外，如上所讨论的，因为形成双向锁定凹口 15时未去除材料，所以侧壁 厚度“T”在凹口 15的区域中基本一致，从而管子4和5的强度未被降低至若为形成双 向凹口 15而将材料切除或者以其它方式去除时将要达到的强度的程度。进一步参照图19，单向锁定凹口 20包括楔形(tapered)或斜表面22和在根部或 底部23处与表面22相交的第一表面21。表面21与管子4和5的外表面68垂直或接近 垂直，并形成尖锐外拐角28。如上述针对图18的双向锁定凹口 15所讨论的，这确保了 装置7接合单向锁定凹口 20，以防止管子4和5向上运动。此外，如上述针对图18所讨 论的，侧壁厚度“T”在单向锁定凹口 20的整个区域上大体为常数，从而管子4和5的 强度未被降低至若为形成单向锁定凹口 20而将材料去除时将要达到的强度的程度。进一步参照图20，第二凸轮56的凸角可以构造成使辊子35沿箭头A14、A15 和A16限定的路径行进。箭头A14与箭头A15形成角度θ 5，而箭头Α16相对于箭头 Α15形成角度θ6。箭头Α14和Α15在点Β5处相交，而箭头Α15和Α16在点Β6处相 交。角度95和θ 6可以彼此相等，或者它们可以不同。一般而言，角度95和06处 于约0°和90°之间。在优选实施例中，角度95小于角度θ6。例如，角度θ5可以小 于45度，可以处于约10度至约30度的范围内，且可以优选为约20度。角度θ6可以大 于45度，可以处于约80度至约90度范围内。一般而言，角度θ 6可以接近但稍小于40 度。将理解的是，箭头Α14、Α15和Α16所示的路径段可以弯曲或者它们可以为直线。 图20所示的辊子路径形成具有底部或顶部100的部分凹口 99，底部或顶部100具有第一 部分101、中间部分102和端部分103。因为辊子的路径是不对称的而且是稍S形，由此 凹口或凹槽99的底部或顶部100为非直线，且带有与第一部分101相邻的凸部分和与端 部103相邻的凹部分。参照图21，后续辊子路径可包括箭头Α17、Α18和Α19所示的段。箭头Α17所 示的路径段与箭头Α18所示的路径段形成角度θ8，而箭头Α19所示的路径段与箭头Α18 所示的路径段形成角度θ 7。路径段Α17和Α18在点Β8处相交，而箭头Α18和Α19所 示的路径段在点Β7处相交。角度θ8可以基本类似于上述角度θ5(图20)的大小，而角 度θ 7可以基本类似于角度θ6。在图20和21所示的系列往复道次可以提供为形成具有 底部或顶部106的凹口 105 (图21)，底部或顶部106具有中间部分107和第一端部分108及第二端部分109。将理解的是，针对各连续路径，辊子35将典型地被带到更接近管子 38；而且，连续路径的形状无需相同。例如，初始成型道次可具有图4至图17所示形状 中的一个形状，而图20和图21所示的最终道次可被采用，以用于形成图21所示的凸形 凹口(convex notch)。一般而言，图20和图21所示的道次形成具有底部或顶部106的最 终凹口形状，所述底部或顶部106在如图21所示的横截面中具有凸曲形状。再次参照图1和图2，凹口 105可包括V形凹口 6、双向锁定凹口 15，或者它可 包括单向锁定凹口 20。因为管段4和5可以不与高度保持元件或装置7A和7B精确对 齐，所以如果凹口 6、15和20具有平直或直线顶部，则装置7A和7B可以不精确地接合 所述凹口。然而，凸形凹口形状105(图21)允许管段4和5相对于装置7A和7B有些 许错位，但是依然允许为头靠3提供合适的高度调整。例如，如果管段4和5中的一个 或者二者围绕它们各自的中心线“C”旋转稍许，则凸形凹口形状105(图21)将依然允 许装置7A和7B可靠地接合于所述凹口。 尽管在所示出的实例中，采用管子38来形成用于头靠3的管状支撑件4和5(图 1)，但是针对各种应用场合，本发明的机器和方法可用于在管子或实心条上形成凹口。在前述说明中，本领域技术人员将容易认识到，在不脱在此给出的构思的情况 下，可对本发明进行修改。这些修改将被视为包含在随附权利要求中，除非这些权利要 求在语言上明确另有说明。
权利要求
1.一种在工件上形成凹口的方法，包括提供一工件，所述工件限定外表面，其中所述工件包括能塑性变形的材料；提供具有成型元件的机器，所述成型元件构造成沿多个成型道次运动；将所述工件固定在所述机器中；利用所述多个成型道次，通过使所述成型元件与所述工件辊压接触而使所述外表面 向内塑性变形，以在所述工件上形成凹口；在所述成型道次的至少一个道次中，所述成 型元件相对于所述正在成型的所述工件沿非直线路径行进，在所述成型元件与所述工件 接触的同时所述非直线路径由所述成型元件的运动来限定，所述成型元件的运动包括相 对于所述工件在第一方向上的运动分量和相对于所述工件在第二方向上的运动分量，其 中，所述第二方向垂直于所述第一方向。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述非直线路径包括由所述成型元件和所述工件之间的初始接触来限定的第一端部 和由所述成型元件和所述工件之间失去接触限定的端部；以及，由于在所述非直线路径的所述端部处在所述第二方向上的运动分量，所以所述成型 元件以增加的速率运动离开所述工件。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述成型元件在与所述工件接触时初始进行直线 运动。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述成型元件包括辊子，所述辊子在与所述工件 接触时初始沿所述第一方向进行直线运动，随后沿第三方向直线运动，所述沿第三方向 直线运动包括沿所述第一方向及第二方向的运动分量。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第一方向及第三方向相对彼此限定一锐角。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述锐角处于约O度至约90度的范围内。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述锐角处于约70度至约90度的范围内。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述锐角为约90度。
9.如权利要求4所述的方法，其中，所述辊子以非直线方式运动，以从沿所述第一方 向的运动过渡到沿所述第三方向的运动。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述辊子的运动限定弯曲路径部分。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述成型元件包括辊子；形成凹口包括通过连续成型道次形成扩大的凹槽，以形成所述凹口；并且包括使所述辊子沿非直线路径运动，以形成凹槽，所述凹槽具有收敛成限定顶部的侧 壁，所述顶部由于所述辊子的非直线运动而具有非直线形状。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述辊子包括横截面为V形的外周边缘表面； 并且所述凹槽的侧壁具有与所述辊子的外周边缘表面的横截面形状相对应的大体平的部 分。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述凹槽的顶部包括大体直线的第一部分和与 所述工件的外表面相邻的弯曲的第二部分。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述工件包括在成型前具有大体柱形内表面和 外表面的管子；并且，当所述成型元件接触所述管子的外表面时，所述内表面的一部分向内变形。
15.如权利要求11所述的方法，其中，所述辊子在一对顺序成型道次中沿第一非直线路径和第二非直线路径运动；在所述一对顺序成型道次的第一成型道次中，所述辊子在与所述工件接触时初始沿 所述第一方向运动，随后沿第三方向运动，所述沿第三方向运动包含沿与所述第一方向 垂直的第二方向的运动分量；以及在所述一对顺序成型道次的第二成型道次中，所述辊子在与所述工件接触时初始沿 与所述第一方向相反的方向运动，随后沿第四方向运动，所述沿第四方向运动包括沿所 述第二方向的运动分量和与所述第一方向相反的分量。
16.如权利要求15所述的方法，其中，相对于如果所述辊子相对所述工件沿直线路径 行进所述凹槽将会具有的深度，所述辊子运动成使所述凹槽在与所述工件的外表面相邻 处具有减少的深度。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述一对顺序成型道次中的第一成型道次包括 使所述工件变形的第一成型道次。
18.如权利要求15所述的方法，其中，在所述一对顺序成型道次中的所述第二成型道 次之后发生的成型道次中，所述辊子沿基本直线路径运动。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述辊子沿所述直线路径沿所述第一方向运动，所述直线路径包括第一直线路径；以及在后续成型道次中，所述辊子沿基本直线的第二路径沿与所述第一方向相反的方向 运动。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述非直线路径为大体S形。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述管子限定轴线；所述方法包括利用所述成型元件的一系列往复S形成型道次来形成所述凹口；以及所述凹口包括顶部，所述顶部在与所述管子的轴线相垂直而得到的横截面中具有凸 形形状。
22.一种在金属管子上形成凹口的方法，所述包括提供具有外表面的金属管子；使成型元件运动接触所述金属管子的所述外表面，从而在不从所述管子上去除材料 的情况下，所述外表面向内变形而形成凹槽；其中，在所述成型元件与所述金属管子接 触的同时所述成型元件相对所述金属管子沿第一方向运动，随后在所述成型元件与所述 金属管子接触的同时相对于所述金属管子沿第二方向运动，其中，所述第二方向包括处 于与所述第一方向垂直的方向上的分量。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述成型元件包括辊子，并且所述使所述成型 元件运动包括使所述辊子旋转。
24.如权利要求22所述的方法，其中，所述成型元件在与所述金属管子的外表面接触 时初始沿所述第一方向直线运动。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述成型元件沿所述第一方向运动随后是所述成型元件这样的运动，即在所述成型元件与所述金属管子接触的同时，所述成型元件以 包括所述第一方向及第二方向上的运动分量的方式来运动。
26.如权利要求24所述的方法，其中，在所述成型元件初始沿所述第一方向直线运动 之后，所述成型元件在它与所述金属管子接触的同时沿第三方向直线运动，其中所述第 三方向至少部分垂直于所述第一方向。
27.如权利要求22所述的方法，其中，所述成型元件沿一系列S形道次运动，从而所 述凹口具有凸形顶部。
28.—种在工件上形成凹口的机器，所述机器包括支撑结构；保持器，其连接于所述支撑结构，所述保持器构造成在成型操作期间牢固地支撑工件；动力致动器，其连接于所述支撑结构；辊子，其可操作地连接于所述动力致动器，从而在一系列成型道次中，所述动力致 动器使辊子相对于所述保持器以非直线方式运动，由此，所述辊子和正在被成型的工件 之间的接触使得所述辊子旋转；其中，所述辊子构造成在它与正由所述辊子成型的工件 接触的同时以非直线方式运动。
29.如权利要求28所述的机器，其中，所述辊子可操作地连接于所述动力致动器，以 用于以往复方式运动。
30.如权利要求29所述的机器，其中，所述保持器安装在刚性元件上，所述刚性元件 可枢转地连接于所述支撑结构。
31.如权利要求30所述的机器，包括具有多个凸角的多凸角凸轮，所述多个凸角与所 述刚性元件上的凸轮随动件接合，在所述多凸角凸轮旋转时，所述多凸角凸轮使得所述 刚性部件枢转，从而所述保持器相对于所述辊子运动。
32.如权利要求31所述的机器，其中，所述保持器包括夹持器，所述夹持器具有第一夹持元件和第二夹持元件，所述第一 夹持元件和第二夹持元件能打开和关闭，以选择性地保持工件；并且包括夹持凸轮，所述夹持凸轮可操作地连接于所述夹持器，并且在所述夹持凸轮旋转 时，所述夹持凸轮能打开和关闭所述第一夹持元件和第二夹持元件。
33.如权利要求32所述的机器，其中，所述动力致动器包括具有旋转输出元件的电机；所述辊子通过直线引导装置而连接于所述支撑结构；并且包括曲柄臂，其可操作地将所述辊子和所述电机相互连接，从而在所述电机的旋转输出 元件旋转时，所述辊子以直线往复方式运动。
34.如权利要求33所述的机器，其中，所述多凸角凸轮可操作地连接于所述电机的旋转输出元件，从而在所述电机的旋转 输出元件旋转时，所述多凸角凸轮旋转。
35.如权利要求34所述的机器，其中，所述多凸角凸轮的凸角成形为提供一系列使所 述金属管子渐进变形的成型道次。
36.如权利要求35所述的机器，其中，第一凸轮凸角提供非直线成型道次，从而第二凸轮凸角提供直线成型道次。
37.如权利要求36所述的机器，其中，所述多凸角凸轮包括多个凸角，从而提供由至 少两个基本直线成型道次形成的非直线成型道次。
38.如权利要求28所述的机器，包括用于对所述机器进行控制的控制器，所述控制器 可操作地连接于所述动力致动器。
全文摘要
本发明涉及一种用于在管子或其它工件上形成凹口的装置和方法，包括沿着非直线路径行进的辊子。所述辊子包括离开所述工件的运动分量，以减少在所述工件外表面中否则会由直线辊子路径产生的瓢曲或其它变形。
文档编号A47C7/36GK102026847SQ200980117461
公开日2011年4月20日 申请日期2009年3月23日 优先权日2008年3月21日
发明者B·E·希雷斯, M·R·兰德曼, M·S·哈尔姆森, R·L·迪安, W·A·佩施 申请人:宜诺泰克公司