通过辊或模具弯曲使型材弯曲及变形的方法和设备的制作方法

专利名称：通过辊或模具弯曲使型材弯曲及变形的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的通过辊或模具弯曲使型材弯曲及变形的方法和设备。众所周知通过一个或多个弯曲工具使要弯曲或要变形的型材弯曲或变形。
术语“变形”指的是由例如一块平的板坯料通过变形过程制成型材，为此按本发明的方法建议了一些新颖的解决方案。
术语“弯曲”指的是将已制成的型材按任意方式二维或三维地弯曲。
术语“辊弯曲”指的是弯曲或变形过程通过要变形的板段或要弯曲的型材被导引通过一辊弯曲过程完成。这样一种辊弯曲机主要包括一个中央轧辊，它相对于要弯曲的型材与中央辊对置。
沿型材的通过方向在轧辊前有至少一个支承辊和必要时一个与支承辊对置的导辊，以及在轧辊后必要时还有一个弯曲辊。在这里还可以设另一些导辊或滑块。辊弯曲过程也可以这样进行，即，上述辊中有些不设计为辊而是设计为滑块或压块。
本发明不仅涉及弯曲一般的型材，而且尤其还涉及弯曲空心型材。对于薄壁空心型材存在的问题是，在型材弯曲过程中有塌扁或断裂的危险。遇到这种情况优选的是，在型材的内腔有一根心轴与之同行，它从内部在弯曲区支承型材。
此外，本发明还涉及一种借助一个或多个模具进行弯曲及变形的方法。
这种模具是弯曲工具，它们主要由滑块组成，如在US 5,884,517中介绍的那样。在这里同样存在这样的问题，即人们希望通过多维地扭转、倾斜和滑移各个模具，变形和/或弯曲必要时复杂和薄壁的型材。
所有上述弯曲及变形方法业已证实是可靠的。当然，若涉及以高的变形系数为壁特别薄的空心型材变形时存在一些问题。当涉及壁非常薄和高强度的金属材料时还存在另一些问题。此类高强度的材料例如是有高强度性质的钼合金或特殊合金，这些性质在弯曲和/或变形过程中表明制成的合金特别脆和硬并因而非常难以弯曲。
这种高强度的特殊合金(其中不仅包括合金钢也包括轻金属合金)采用传统的弯曲方法不再可能弯曲。确切地说，业已证明在此类合金弯曲和/或变形时材料如此之脆，以致其在弯曲过程中折断、裂开、压屈或反弹至原始状态。这意味着采用传统的措施不再能够进行弯曲。
在这里使用本发明，它的目的是对于那些通过前言所述类型的传统方法不再能够弯曲的高强度合金钢或轻金属合金，在具有高变形效率的同时能高精度地变形和/或弯曲。
本发明通过权利要求1特征部分的技术教导达到此目的。
本发明重要的特征是，为至少一个弯曲工具配设至少一个振动发生器，它使弯曲工具进行振动。
因此，通过给予的技术教导建议了一种新的解决方案，按此方案在辊或模具弯曲时在那里所使用的弯曲工具总是遭受振动，其中至少一个弯曲工具应实施这种振动。
术语“振动发生器”按本发明指的是所有适用的振动发生器，它们有能力使一个或多个上述弯曲工具(辊和/或滑块和/或压块和/或模具)处于振动状态，因此所述的振动传给弯曲工具并由弯曲工具传给要弯曲和/或要变形的型材。
这种振动发生器可例如是电磁式振动发生器，其中一个或多个线圈绕组用相应的激励电流激励，从而使弯曲工具振动。这些振动既可沿纵向也可沿径向作用在弯曲工具上，以及，根据具体情况决定，何种振动传给哪个弯曲工具或哪个推进工具。
本发明不仅涉及将振动传给弯曲工具，除此之外还涉及将振动传给在型材内部的工具，它们尤其设有沿推进方向固定在心轴站的心轴。
在这里不仅心轴站本身可以被振动激励，而且在空心型材内一起延伸的心轴(或型材内部工具)也可以被激励振动，心轴可以有单独的振动发生器。
作者Lehfeldt，Eckart的文章“Beeinflussung der inneren Reibungdurch Ultraschall bei der plastischen Verformung metallischerWerkzeuge”(VDI-Z-111 Nr.6，359至363页，1969)一般性地公开了在金属材料塑性变形时超声波对内摩擦的影响。但此论文在总体上所论及的是在金属材料组织内的这种现象，并没有针对弯曲或变形方法。
然而按本发明的借助辊或模具弯曲进行工作的弯曲及变形方法的特征在于，要弯曲或要变形的型材遭受一种蠕变过程，这种蠕变过程在弯曲区内的外部和内部发生。在外部区域内型材要变形的材料被拉伸，而在对置的区域内则型材受压缩。这导致要弯曲或要变形的型材的轧制效果，因为与要变形的型材组织内蠕变过程的同时，组织通过体积改变而变形。
现在已经证明，对于高强度的铝或钢合金，若没有至少一个或多个弯曲工具被置于振动状态，则蠕变过程不能令人满意地进行。
在这里本发明基于这一认识，即，在要弯曲的型材上发生的基于轧制过程同时导致体积改变的拉伸或压缩过程，通过振动的发生得到最佳的支持。
申请人的实验证明，现在第一次也可以顺利地使高强度的合金钢和铝合金(也包括薄壁的空心型材)变形，不会导致折断、裂开或型材横截面的不希望的变形。
前言已经详细说明，可以使用任何振动发生器作为振动发生器，只要它有能力产生所要求的振动频率。作为振动发生器，前言列举了一种电磁式振动发生器，它主要包括用电流励磁的线圈，通过它必要时也可流过一种中频或高频的振动。此类线圈可以用从50Hz到20kHz的振动频率激励。
在这里，所采用的电磁线圈可以沿纵向布置，但也可以使用与之成横向延伸的电磁线圈以及也可以使用通电的三维电磁绕组，它们产生纵向和横向的振动，在这种情况下甚至产生三维振动，只要采用沿不同方向振动的电磁线圈。
除了形式上为电磁线圈的振动发生器外，有一系列其他的振动发生器，它们应包括在本发明的技术教导内。尤其是谐振器可考虑用作超声波振动发生器，但也可考虑压电石英和压电晶体振动发生器。
除了这些振动发生器外，还可考虑机械式振动发生器，例如偏心振动器、液压振动发生器或气动振动发生器，其中气垫或液体垫产生相应的脉冲。
如前言已说明的那样，本方法规定振动在50Hz至约30kHz的范围内，优选地振动在16至20kHz的范围内。
在此超声波的范围内，弯曲工具的振动可望有特别良好的结果。
采取按本发明的措施可以在型材上实现效率更高的弯曲。在这里显然既可以在外部给弯曲工具本身激励，也可以将相应的振动传给要弯曲的型材。这两种实施形式均包容在本发明构思内。
若在以下的说明中仅描述了一种弯曲空心型材的方法，则这并不意味着仅限于此。本方法还涉及弯曲或变形实心型材和/或半开口型材，例如角型材、T形型材或双T形型材，也包括U形型材。
本发明的发明主题不仅可由各项权利要求的主题得出，而且也可以由各项权利要求的互相组合得出。
所有在本文中，包括摘要在内，所公开的说明和特征，尤其是在附图内表示的空间设计，均构成按本发明重要的权利要求，只要它们单个或组合与现有技术相比是新的。
下面借助表示多种实施例的附图详细说明本发明。由这些附图及它们的说明可以看出其他按本发明重要的特征和优点。
其中

图1 示意表示按本发明的弯曲方法和在弯曲工具上不同的振动发生器；图2 用于导引双心轴的心轴站局部剖面；图3 通过双心轴在要弯曲的型材后端的插入区的剖面；图4 与图1相比局部修改后的实施形式更详细的局部图；图5 具有振动发生器的夹头视图；图6 与图5相比修改后的实施形式更详细的局部图7 在一个弯曲辊内线圈绕组配置的第一种实施形式；图8 按图7的实施形式端视图；图9 弯曲辊第二种实施形式；图10 弯曲辊第三种实施形式；图11 弯曲辊第四种实施形式；图12 弯曲辊第五种实施形式；图13 弯曲辊第六种实施形式；图14 弯曲辊第七种实施形式；图15 按图14的弯曲辊端视图；图16 借助模具变形的变形方法示意剖面图；图17 按图16的模具变形端视图；以及图18 模具变形侧视图。
图1示意表示一个型材的辊弯曲机，它主要包括一个头部机1，在其机架内装一中央轧辊3，它例如沿箭头方向4以预紧力400kN朝要弯曲的型材20横向进给。与轧辊3对置地设计中央辊2，它从侧面支承着要弯曲的型材20。
一个外部支承辊6处于沿通过方向的轧辊3后面，支承辊6贴靠在要弯曲的型材20的外侧，而对置地一个内部导辊7处于和支承辊6相对的位置。
在出口一侧的端部还设一弯曲辊5。
辊5、6、7也可以由起相同作用的相应的滑块代替。
图中还表示在出口端存在一个或多个导辊15。它们的目的是，在沿箭头方向62(见图2)穿入要弯曲的型材20时承接此要(从前面)穿入的型材，以及型材20通过被型材移开的轧辊和弯曲辊2、3、5、6、7导引。
型材在后侧通过一个桥10导引，在桥10上设可移动的滑架11。具有配属的卡盘14的夹头12处于滑架11上，卡盘14承接型材20的后端。两根互相平行排列的心轴杆13通过型材20的内腔延伸，其中，每根心轴杆在其前部自由端带一心轴16。
图2和3表示各自的心轴16如何插入型材20配属的型材腔内或型材如何在心轴上移动。
现在重要的是为一个或多个弯曲工具配设一振动发生器。
附加地还可以规定，除了在各弯曲工具内设置振动发生器30-37外，还存在另一些振动发生器，它们以滑块的形式贴靠在型材20的外侧上。图1作为实施例表示了两个彼此对置的振动鞍座8、9，它们设在弯曲辊3、6或2、7之间。这些振动鞍座8、9含有自己的振动发生器，它们适用于将相应的振动既沿轴向也沿径向施加在型材20上。
下面说明各个振动发生器，但不应受此限制。根据具体情况可以仅仅在某一个弯曲工具上设唯一的振动发生器。然而在另一些实施例中可能更多个弯曲工具带有此类振动发生器，以及最后也可规定增加到所有弯曲工具均设有相应的振动发生器。
作为实施例，在图1中表示在夹头12内装一个振动发生器30，它通过卡盘14将沿纵向进行的振动施加到夹紧在那里的型材20上。
此外示意地表示了在一个或多个弯曲或支承辊2、3、5、6内装一个或多个振动发生器31-35。
最后，图2表示支承心轴杆13后部自由端的心轴站17也通过配设的振动发生器36施加振动。以此方式，通过被置于振动状态的心轴杆13也使心轴16振动。后面借助图4对此还要详细说明。
图2表示心轴支座18也可以设置振动发生器，它将一种沿高度方向(＝Z平面)延伸的振动沿箭头方向19传给心轴。以此方式可以说在心轴杆13内并因而在心轴16上产生一种驻波，它导致型材内腔特别有利的变形结果。在图4中表示了有关的详情。
由图4可以看出，各心轴杆13有一个沿纵向延伸的中心孔22，这里可以用于穿过电缆和用作油的通道。通过电缆21向设在心轴16内腔的线圈绕组23供脉冲式直流电或交流电。
因此，基于在金属材料内形成的磁摩擦和磁力作用，使整个心轴16沿纵向(箭头方向29)和也沿横向亦即沿箭头方向19振动。
经中心孔22引入的油通过心轴16向前朝油通道24的方向流动，油通道24横向于心轴16延伸以及沿径向向外导出。油在那里到达心轴16的外表面并造成一个附着于外表面上的油膜25。
心轴16的前端由一端板26构成，在其外表面上设对置的耐磨板27，它们针对在轧辊3与对置的中央辊2之间的弯曲间隙内大的变形力产生相应的强的支承作用。
因此，在耐磨板27的区域内实施高负荷的一次弯曲变形和前面已说明的组织改变，在此过程中由线圈绕组23产生的振动尤其通过耐磨板27传给型材20的内侧。
此外，在心轴16上产生的振动二次地用于减小尤其在弯曲变形区内在心轴外表面与要弯曲的型材内表面之间的摩擦。
业已证明，通过在油膜25上产生的振动可以获得优异的滑动特性，因为通过往复运动使油有特别好的流动性，均匀地分布，以及在要变形的型材20内表面上造成一种优异的润滑运动。
为了完整性起见还应提及，线圈绕组23装在心轴16内腔中的一个套管28内。
图5表示夹头12也设有振动发生器30，其中型材20的夹紧借助一个夹紧缸38完成，它支靠在型材20的外表面上。在夹头12内装振动发生器30，它由通电的线圈绕组组成，所以通过夹头12也产生一个沿纵向进行的振动。除此之外还表示为心轴杆13配设一个振动发生器37。在这里按本发明的一种实施形式规定，只是心轴杆13有一个振动发生器37，心轴16在这里没有振动发生器。
但是按另一种实施形式可以规定，只是心轴16有前面已说明的振动发生器，而心轴杆13没有自己的振动发生器。
由图6可知其他详情。
图6表示在心轴站17上设置一个油的接头40用于将油引入心轴杆13。此外还表示心轴杆经导辊39插入夹头12内，以及在夹头12内装前面已提及的振动发生器30。
图7至15表示弯曲工具不同的实施形式，它们全都设有振动发生器。在这里只是作为范例表示这种振动发生器可由通电的线圈组成。但本发明不受此限制。取代通电的线圈，也可以使用其他的振动发生器，如在总的说明部分中提及的那样。尤其在这方面包括压电晶体和其他振动发生器，只要它们有能力产生超声波振动。
图7和8作为第一种实施例表示一个或多个弯曲辊2、3、5、6分别设计为金属辊，其中总是在辊的端侧设一环槽42，环槽内分别置入一个线圈绕组44。线圈绕组44如图8所示是圆环形的。
这种线圈绕组44可例如通过铸入塑料体内制成自稳定的，然后作为环形体分别置入在各自辊端侧配属的安装槽(环槽42)内。
按另一种设计可以规定，绕组直接置入环槽42内，不将其固定在一个自稳定体内。
在批量生产时重要的是，线圈绕组44能独立制造和是自稳定的，因而它们可以作为单独的构件准确配合地分别装入在辊2、3、5、6各端侧上的环槽42内。然后端侧分别用一个盖43封闭。
线圈绕组44相应的供电通过没有进一步表示的滑环进行，滑环例如装在弯曲辊2、3、5、6的一个端侧上，以及它们通过配属的抽头与相应的电源连接。
取代为线圈绕组44导线连接地耦合激励电流，也可以采用感应式(无线)耦合。
其结果是使辊面46振动，即通过其直径增大并例如构成辊面46′。
也可以规定辊面沿其轴向长度实施正弦振动，从而不导致朝辊面46方向的辊面46平行地沿径向向外定向的变形，而是导致一种正弦波，它沿辊面46的轴向长度延伸和辊面按正弦曲线的形状变形。
在这里，辊面46设计在两个直径增大的法兰21之间，这些法兰也可能按虚线表示的方式变形。
辊2、3、5、6借助滑动轴承可旋转地支承在轴45上。
除这种滑动轴承外也可以采用普通的滚珠轴承或其他支承体。
与图7相比图9表示一种辊2、3、5、6的双重设计，由图9可以看出，辊的设计是按图7的加倍，以及这两个辊在中央接缝47的区域内互相对接。这导致在接缝47的区域内导电的线圈绕组48以特别集中的形式存在，由此在该区域内产生非常大的机械变形。与按图7和8的辊相比，这种辊2、3、5、6的振动作用相应地加强。
将这种辊设计为由五个部分组成的变形辊也可以导致增强振动作用，它总共存在六重线圈绕组48。
图11表示按图9的四重辊，其中附加地还表示可以在轴45内装入一个附加的振动发生器。此振动发生器63构成使轴45相应地振动的内部激励装置。在轴45的中心孔50内装入套管51，其中设一个或多个线圈绕组52。线圈绕组52借助螺栓53固定，以及通过连接线54导入激励电压。
以此方式使整个轴45沿横向，亦即沿箭头方向19振动，以及通过前面已提及的滑动轴承传给弯曲工具2、3、5、6。
此弯曲工具(弯曲辊)还基于独立供电通过线圈绕组44单独振动。
在这里可以规定，在轴那里的振动发生器63内线圈绕组52的激励与例如激励线圈绕组44那样以另一种振幅和另一种振动频率进行。
由此保证弯曲辊2、3、5、6既沿纵向也沿径向19振动。
图12表示装在轴45上的另一个振动发生器55，以取代设在轴内部的振动发生器63。此振动发生器主要由在外面的线圈绕组56组成，它装在一个配设的构件内，此构件尽可能形锁合地套装在轴45上。以此方式使轴45沿纵向和沿横向振动。这种振动通过配属的滑动轴承也传给辊2、3、5、6。
图13表示另一种实施形式，其中线圈绕组58装在衬套57的区域内，衬套作为单独的零件构成与轴45的滑动轴承。因此衬套57能方便地更换以及可以用另一些有不同线圈绕组58的衬套替换。
衬套带有一个直径增大的中央支承环29，通过它尤其承受作用在辊2、3、5、6中央区上的弯曲力。
图14和15表示另一种实施形式，辊2、3、5、6也可以有一些沿圆周分布和互相平行排列的轴向孔60，在每个轴向孔内置入一个线圈绕组61，以及所有的线圈绕组61由一个公共的电源供电。在这里在两个端侧仍用一盖43覆盖。
图16-18总体上表示一种借助已知的模具变形的变形方法。在这里采用一个可沿两个或三个空间轴运动的弯曲模具70，它例如可沿箭头方向71、72、75移动以及附加地可沿旋转方向73、74转动。
要弯曲的型材20通过弯曲模具70的贯通间隙延伸，在型材内腔中(如前面已表示的那样)，在弯曲区内有一个心轴16被一起导引，它被一心轴杆13带动。
与弯曲模具70相隔一定距离设一个或多个固定模具64，它们支靠在要弯曲的型材上，以及在这些支承面上有润滑垫67。
现在重要的是，为弯曲模具70配设至少一个振动发生器65，它在弯曲模具70内的贯通间隙上产生一个大体在中心(星形)的振动，从而使弯曲模具间歇式扩大和缩小，并因而将相应的振动传给要弯曲的型材20。
附加地可以规定，也为固定模具64配设自己的振动发生器。此振动发生器尤其作用在润滑垫67上，因此使润滑垫振动，为的是在通过这里导引的型材20上造成更好的润滑作用。
要弯曲的型材沿箭头方向68通过固定模具64和与之连接的弯曲模具70导引。
显然，心轴杆13和/或心轴16也可以配备自己的振动发生器，如上面借助总的说明已提及的那样。
同样，型材本身可通过夹头12施加振动。
在按图16-18的实施例中，同样可以规定也在心轴16内必要时在借助振动发生器的情况下进行润滑，如图4所示。
所有针对辊弯曲方法所作的说明因此也同样适用于按图16-18的模具弯曲。
附图标记1 头部机 28 套管2 中央辊 29 箭头方向3 轧辊 30 振动发生器4 箭头方向 (夹头)5 弯曲辊 31 ”6 支承辊 32 ”7 导辊 33 ”8 振动鞍座 (轧辊)9 振动鞍座 34 ”10 桥 (中央辊)11 滑架 35 ”12 夹头 36 ”13 心轴杆 (心轴站)14 卡盘 37 ”15 导辊 (心轴)16 心轴 38 夹紧缸17 心轴站 39 导辊18 心轴支座 40 油的接头19 箭头方向 41 法兰20 型材 42 环槽21 电缆 43 盖22 孔 44 线圈绕组23 线圈绕组 45 轴24 油通道 46 辊面46′25 油膜 47 接缝26 端板 48 线圈绕组27 耐磨板 49 滑动轴承
50 中心孔51 套管52 线圈绕组53 螺栓54 连接线55 振动发生器56 线圈绕组57 衬套58 线圈绕组59 支承环60 轴向孔61 线圈绕组62 箭头方向63 振动发生器64 固定模具65 振动发生器66 振动发生器67 润滑垫68 箭头方向6970 弯曲模具71 箭头方向72 箭头方向73 旋转方向74 旋转方向75 箭头方向
权利要求
1.通过辊或模具弯曲使型材弯曲及变形的方法，其中，要弯曲或要变形的型材在一个或多个弯曲工具的作用下弯曲或变形，其特征为为至少一个弯曲和/或变形工具配设一个振动发生器，它的振动至少在变形区传送给要弯曲或要变形的型材。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为型材的变形通过一辊弯曲过程进行。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为振动沿纵向和/或沿径向作用到弯曲工具上。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征为振动也传给进给推进工具。
5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征为振动也传给心轴工具。
6.按照权利要求1至5之一所述的方法，其特征为要弯曲或要变形的型材遭受一种蠕变过程，在外部区域内型材要变形的材料被拉伸，而在对置的区域内型材要变形的材料被压缩，以及在蠕变过程中型材遭受振动。
7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征为在弯曲及变形工具上作用二维或三维的振动。
8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征为振动处于16至20kHz范围内。
9.通过辊或模具弯曲使型材弯曲及变形的设备，其中，要弯曲或要变形的型材在一个或多个弯曲工具的作用下弯曲及变形，其特征为为至少一个弯曲和/或变形工具配设一个振动发生器，它的振动至少在变形区传送给要弯曲或要变形的型材。
10.按照权利要求9所述的用于实施按照权利要求1至8之一所述方法的设备，其特征为为至少一个弯曲和/或变形工具配设至少一个振动发生器。
11.按照权利要求9或10所述的设备，其特征为振动发生器电磁式工作。
12.按照权利要求9或10所述的设备，其特征为振动发生器压电式工作。
13.按照权利要求9至12之一所述的设备，其特征为振动发生器将沿纵向定向的振动传给弯曲和/或变形工具。
14.按照权利要求9至13之一所述的设备，其特征为振动发生器将沿径向定向的振动传给弯曲和/或变形工具。
15.按照权利要求9至14之一所述的设备，其特征为振动发生器有通电的三维电磁绕组。
16.按照权利要求9至14之一所述的设备，其特征为振动发生器产生≤50Hz的机械振动。
17.按照权利要求9至16之一所述的设备，其特征为在被激振的弯曲和/或变形工具之间还设置贴靠在要弯曲的型材上的附加的振动鞍座(8、9)。
18.按照权利要求9至17之一所述的设备，其特征为振动发生器(30)设在夹头(12)内，它通过卡盘(14)将沿纵向进行的振动施加到夹紧在那里的型材(20)上。
19.按照权利要求9至18之一所述的设备，其特征为支承心轴杆(13)后部自由端的心轴站(17)借助一配设的振动发生器(36)加载。
20.按照权利要求9至19之一所述的设备，其特征为在心轴支座(18)上设一振动发生器，它将沿高度方向进行的振动传给心轴(16)。
全文摘要
本发明涉及通过辊或模具弯曲使型材弯曲及变形的方法和设备，其中，要弯曲或要变形的型材(20)在一个或多个弯曲工具的作用下弯曲或变形。为了也能弯曲及变形难以弯曲的和脆的型材，规定为至少一个弯曲和/或变形工具配设一个振动发生器(8、9)，它的振动至少在变形区传送给要弯曲或要变形的型材。
文档编号B21D9/10GK1856375SQ200480027512
公开日2006年11月1日 申请日期2004年7月31日 优先权日2003年8月12日
发明者W·E·施佩特 申请人:帕利玛·W·卢德维希公司