具有多个导向件的旋转设备和旋转成形方法

专利名称：具有多个导向件的旋转设备和旋转成形方法
技术领域：
本发明涉及金属板的成形，其使用具有安装于旋转设备上的模具的旋转成形设备，用于旋转和顺序接触该金属板；并涉及一种具有用于旋转设备的多个导向件的设备和一种金属板成形的方法。
背景技术：
至少从二十世纪三十年代起，具有简单的C形截面的金属板立筋(sheetmetal studs)已经制造了很多年。已经提出了多种用于在金属板立筋上形成开口的方案，例如美国专利2088781和加拿大专利1192015。
形成这些开口是困难的。在机器中，模具沿环形路径运行，金属板沿线性路径运行。在短暂的时间间隔内，在模具自身的线速度和金属板的线速度之间的线速度存有微小的变化。这种速度变化会引起金属板的变形。此外，在旋转设备中，任一对模具中的每个模具的平面在即将于金属板上闭合之前必须彼此平行，并且在闭合期间及开启之后也必须保持平行一段持续的时间。模具自身安装于模架上，模架安装于摆动承座(semi rotary bearings)上。导向滚柱沿该模架的前缘和后缘设置。随着前导向滚柱和后导向滚柱的旋转，它们必须沿着不同的路径运行。还需要速度调节器来使模架的线速度与金属板的线速度相匹配。
并且理想的是提供一种旋转设备，在该旋转设备中，仅在每根轴的一端由轴承架来支撑轴，每个轴的另一端未被支撑。该种“敞开(open sided)”式的旋转设备比传统设计更具有优越性。

发明内容
本发明包括旋转成形设备，该旋转成形设备具有一对中心旋转体；可摆动地安装于每个旋转体上的一个或多个模架；旋转体支撑件，用于在旋转体的至少一端支撑所述旋转体，并且其特征在于还包括模架导向件，其设置在所述模架上，位于所述模架的一端，并与所述旋转体承载支撑件相邻；以及至少两个凸轮板，其与每个所述旋转体支撑件相邻，用于所述模架导向件的导向。
优选地，具有两个旋转支撑件，一个旋转支撑件位于旋转体的一端，并且所述凸轮板安装于一个所述的支撑件上。
优选地，具有第一凸轮板以及由两个部分构成的第二凸轮板，该第二凸轮板具有用于模架导向件的出入口。
优选地，由可变速的电动机驱动所述旋转体，并包括控制装置，用于与金属板工件的运动时间相关地控制该电动机。
优选地，该控制装置在一个位置使电动机增速并在朝向第二位置运行时使电动机减速，之后再使电动机增速。
优选地，具有两个旋转体，每个旋转体具有第一端和第二端，并且旋转体支撑件支撑一端，两个分开的支撑件支撑另一端。
优选地，具有多个模架和多个旋转体。
优选地，在第二导向凸轮上具有可摆动的导向桥接件，以允许在旋转中的一个位置处接触导向滚柱。
本发明还提供了一种金属板工件成形的方法。


图1是用于描述本发明的旋转设备的立体图；图2是沿图1的线2-2的剖视图；图3是可由图1和图2的设备制造的立筋工件类型的一种形式的立体图；图4是图3的侧视图；图5是模架的立体图，其示出了独立于旋转设备安装的模具；图6是模架的侧视图；图7是模架一端的端视图；图8是在图1的右端的旋转体支撑板和凸轮的立体图；图9是图8的旋转体支撑板的正视图；图10是图1的设备的左侧旋转体支撑板的立体图；图11是图10的旋转体支撑板的正视图；
图12是第一和第二凸轮板部的立体图；图13是图12中的凸轮板部的正视图；图14是半弓形的凸轮部的立体图；图15是图14中的半弓形凸轮板部的正视图；图16是一个凸轮导向件的立体图；图17是图16的侧视图；图18是图16的仰视图；图19是图8的右侧支撑板的正视图，其示出了凸轮滚柱处于上死点和下死点的位置；图20是图19的立体图，其示出了上旋转体和下旋转体的凸轮滚柱处于它们的上死点位置；图21是该设备的另一实施例的立体图，该设备被设计成在金属板工件的单侧操作；图22是图21的设备的侧视图；图23是图21的设备的端视图；图24是显示模具与金属板的分离点在接触之前、之中、以及之后的旋转速度变化的图表；图25是另一实施例的立体图；图26是图25的侧视图；图27是用于使旋转体加速和减速的速度控制的方块图。
其中，附图标记说明如下10-中心腹板 12-侧边折弯 14-侧边折弯16-开口18-支柱 20-折边 22-弯钩(虚线) 30-设备32-上旋转体 34-下旋转体 36-模架38-模具40-中心轴 42-端轴部 44-承载系统46-端板48-端板 50-底座 52-下齿轮 54-端部轴56-上齿轮 58-端部轴 60-电动机 62-速度控制装置64-主齿轮 66-补偿齿轮 68-承载凹座70-轴承74-轴颈 76-平面模具区域 78-凸起面 80-顶出销；82-顶出杆 84-端部 86-成角度的表面88-顶出滚柱
90-第一凸轮92-第二凸轮 94-中心部 96-半弓形部；98-通道100-出入口102-出入口 104-前导向滚柱106-后导向滚柱 108-轴110-轴 112-导杆114-半弓形表面 116-半弓形表面120-横梁122-横梁124-支撑臂 126-支撑臂130-桥接件 132-凸出部134-弹簧具体实施方式
本发明涉及一种旋转设备，用于在金属板工件上旋转成形各种构造和开口。
例如，如果开口是穿过金属立筋冲裁形成的，那么在两个开口之间必须要实现切割长度。该设备提供了定位开口的装置以及暂时越过开口以保留较大的金属板长度的装置，跨过该金属板长度就可以进行切割。
工件W具有中心腹板10以及两侧边折弯12和14。该中心腹板10形成有一系列的开口16。在这种情况下，这些开口通常是三角形的，并且每个三角形的方向沿着该腹板的长度是交替变化的。这样，金属板的支柱18限定于相邻的开口16之间。这些支柱18通常沿工件W的长度形成为Z字形或斜线形。开口16的周围形成有折边20。
沿工件W的长度方向连续地纵向形成纵向侧边折弯12和14。一个这样的折弯就可能足够了，或者在其他情况下，可以有两个或三个这样的折弯来提供更大的强度或适于各种不同的应用。在某些情况下，一个侧边可以向外弯曲形成弯钩22，如图中的虚线所示。此弯钩22用于形成混合混凝土和立筋的建筑板(composite concrete and stud building panel)。
凸缘的典型实施例在美国专利4602467中示出。该专利涉及传统的C形截面的立筋。
在形成混凝土板的薄外壳以围绕建筑物时，使用该实施例的构造22。立筋或工件W沿板的长度以例如16”或两英尺的间隔嵌入，并且上面的工件和下面的工件还与矩形栅格相结合。
工件W或金属立筋已示出于美国专利2088781和2167666中。
然而，这种一般类型的立筋仅是可以制造出的多种不同的产品中的一种。其生产速度高，成形精度极好，并且具有柔性，以可以生产具有不同宽度、不同长度和不同构造的工件。
图1和图2描述了一种旋转设备30。该旋转设备30包括上主旋转体组件32和下主旋转体组件34。在此实施例中，每个旋转体都具有两个模架36。每个模架36支撑模具38。模具38与使用固定冲压(即进行垂直往复运动而不进行旋转的冲压)的传统的阳模和阴模在绝大多数方面都是类似的。
在此实施例中，每个中心旋转体32和34包括相对细长的中心轴部40以及两个厚重的端承载轴(end bearing shaft)42。每个端承载轴42都安装于各自的承载系统44中，并且承载系统44安装于端板46和48上。典型地，端板46和48安装于底座50上，从而它们可以被放置在生产线上。上旋转体32和下旋转体34通过下驱动齿轮52连接在一起，该下驱动齿轮52安装于下旋转体的端承载轴42的端延伸部(end extension)54上，并且上齿轮组件56安装于上旋转体的端承载轴42的端延伸部58上。下旋转体的端承载轴的延伸部54适于连接到任何合适的原动机60和传动箱上。典型地，在这种情况下，该原动机是直流电动机(图27)。该电动机60可以是具有速度控制装置62的任何类型的电动机，从而其旋转速度可以被精确地控制和改变。速度控制装置62又由CPU控制。上齿轮组件56包括主齿轮部64和外部的齿隙补偿齿轮66。该齿隙补偿齿轮66可调节地相对于主齿轮部64旋转和固定，以便消除在上齿轮组件56和下驱动齿轮52之间的任何齿隙。除了轴的延伸部之外，四个端承载轴42中的每一个都基本上以与图2所示相同的方式形成。
每个端承载轴42都设置有两个承载凹座68，围绕每个旋转体的轴以180E有角度地隔开。在每个承载凹座68内都具有轴承或轴套70，其由合适的顶盖(cap)支撑在适当的位置。
图5、6和7中的每个模架36在其每一端都设置有端轴颈(end stub shaft)74。该端轴颈74容置于在端承载轴42的承载凹座68中的轴承70内。这样，每个模架36可围绕两个轴颈74之间延伸的轴摆动。如图5所示，每个模架36都沿其长度方向形成有通常为平面的模具容置区76，其相对于旋转体32和34朝向外。对于每个模架36而言，在每个模架36的相反侧上形成有通常的凸起面(convex profile)78。
上旋转体32和下旋转体34的每一个将支撑两个分开的模架36，每个模架36都适于在具上容置成形模具38。然而，本发明并不局限于每个旋转体两个模架的使用方式。在相同的情况下，可以使用四个模架。
两个旋转体沿相反方向旋转，一个旋转体顺时针旋转，而另一个旋转体逆时针旋转，并通过齿轮52和56连接。因此，模架36上的上模和下模38在大约两个旋转体32和34的最近点(即分别在180度和360度)的位置处彼此对准(registration)，然后彼此逐渐分离。模架将在大约90E和270E的位置处彼此相隔最远。在上旋转体32上的模架36上的模具38通常是阳模，而在下旋转体34上的模具38通常是阴模或凹模。
对金属板工件实际冲裁出的金属板部分将形成废料或者称为“金属块(slug)”，并且这些金属块将暂时保留在下旋转体34上的模具38的凹腔内，并通过下面将描述的合适的金属块顶出销80顶出。模具的顶出销80通过安装于下旋转体34中的横向顶出杆82运行，并具有向外延伸至下旋转体34的一端的端部。该杆82的内端84形成有成角度的表面86，并且当杆82向内移动时，成角度的表面86与顶出销80配合并将金属块从模具38中顶出。该杆82通过弹簧沿相反方向运行，并且顶出销80也通过弹簧而缩回。
每个模具的顶出杆82的运行将依次借助安装于图2中端板48上的操纵滚柱88来实现。
模架导向模架36的导向包括第一凸轮90和第二凸轮92，其安装在与每个旋转体32和34的每一端相邻的端板46和48上。如图所示，第一凸轮90形成为基本上椭圆形的一个板，如图12、13和14所示，可以看出，第二凸轮92包括第一基本上椭圆形的中心凸轮部94和第二半弓形的凸轮部96，如图15、16和17所示。椭圆部94和半弓形部96在其间限定了滚柱通道98，并且在该空间的每一端都具有实际上的“出入口”100和102。出入口的功能将在下面描述。第一凸轮90和第二凸轮92以及弓形部96位于右侧承载板46和左侧承载板48上，其彼此镜像设置，还设置成与下旋转体34和上旋转体32对准。因此，存在有四个第一凸轮90和四个第二凸轮部94以及四个弓形部96。
每个模架36都设置有前导向滚柱104和后导向滚柱106，其设置成与它们各自的模架36的前缘和后缘对准，并与模架轴颈的中心轴线40的相对侧等距隔开。该前导向滚柱104安装于轴108上，轴108使该前导向滚柱关于其各自的模架36向外偏置。该后导向滚柱106安装在轴110上，该轴110使后导向滚柱106位于比前导向滚柱104更接近于它们的模架36的位置。这样偏置的前导向滚柱和后导向滚柱允许前导向滚柱和后导向滚柱围绕在各自的第凸轮90和第二凸轮92上转动，并由此沿着彼此具有不同形状的、由各自的第一导向凸轮90和第二导向凸轮92限定的前导向路径和后导向路径运行。可以看出，随着旋转体32和34的旋转，模架36将与和各自的第一导向凸轮90和第二导向凸轮92相配合的前导向滚柱104和后导向滚柱106一起旋转360度。由前导向滚柱104和后导向滚柱106限定的导向路径将在每个360E的旋转中相交两次。这两条路径的相交出现在由第二凸轮板94和半弓形的凸轮部96之间限定的出入口100和102的位置处。
该半弓形的凸轮部96在模架闭合和开启的位置点形成有用于前导向滚柱和后导向滚柱的附加导杆112，如图15，16和17所示。这些导杆112形成有两个上浅半弓形导向面和两个下浅半弓形导向面114和116，其分别从即将闭合之前、闭合过程中以及要开启释放的位置处被定位成与前导向滚柱104和后导向滚柱106分别配合。这些导杆112与半弓形的凸轮部96整体地形成，并沿第一导向凸轮90和第二导向凸轮92的侧边安装，如图19所示。
运行在运行时，上旋转体32和下旋转体34沿相反方向旋转，例如图1中的箭头所示，并且用W表示的金属板工件从中穿过。随着下旋转体和上旋转体的旋转，它们各自的下模架和上模架36会旋转，接下来，一对下模架和上模架36将靠近以与金属板接触。随着它们的接近，模具38将对金属板工件进行冲裁和/或成形，然后再开启并从金属板W的各侧分离。在闭合和开启下模架和上模架36时，模架36的线速度将发生微小变化，并且不能与以固定速度移动的金属板的线速度精确地匹配。在即将在金属板上闭合之前，模架36将以较慢的速度以线性方式移动。在180度和360度旋转体32和34的上死点和下死点的位置处，模架的线速度将与工件W的线速度相匹配。然后，随着模架36被再次开启，模架36的线速度将相对于工件下降。
为了克服此问题，通过速度控制装置62和CPU来控制电动机60，以便在即将闭合之前，使上旋转体32和下旋转体34暂时加速旋转，然后随着旋转体使模架36到下死点和上死点，逐渐降低旋转体的旋转速度，之后，随着模架的开启，电动机再次使旋转体加速。然后，速度控制装置62使电动机返回到其固定旋转速度，直到下一对模架36即将接近闭合位置为止。这种速度的逐渐暂时上升、之后下降、之后上升、之后下降是根据增量而产生的，最大的增量出现在相对于180度和360度的模架的最大角位移的位置。在闭合或开启过程中，随着模架36的角位移逐渐从接触之前的位置点到死点逐渐减少，每个增量逐渐减少，然后，从死点到开启位置点再次逐渐增加。速度变化的增量在图24的图表中示出。这样，使得模架可以在即将闭合和开启之前的位置点沿弓形路径移动，其中其线速度与金属板工件的速度相同。
该控制特征还可以使旋转体32和34暂时停止或越过，以在金属板工件的构造之间提供间隙。立筋必须制成特定长度。在每个立筋的上端和下端，金属必须未被任何开口损坏。通过给CPU编程，电动机可以在诸如上死点和下死点的任一侧上、模架处于大约90E和180E的位置处暂时停止。在此位置处，金属板工件W将能够自由地在旋转体32和34之间穿过。该金属板工件通常可以由位于旋转体32和34下游的适宜形式的剪切机(未示出)切割成理想的长度。该剪切机的定时和操作是与“越过”形成于工件中的开口的时间相关的，以加工出理想的长度。
控制旋转体32和34的旋转速度的电动机的控制能力的另一特征是其可以在工件W中形成的开口和构造的中心之间的距离内发生变化。对CPU重新编程，使得旋转体32和34在上死点和下死点之间以足够的速度运行，在模架处于90E和270E的位置处时具有短暂的停顿。这将或多或少地允许工件通过旋转体之间，而模具不与工件接触和形成构造。
其他实施例在某些情况下，理想的是提供敞开式的旋转设备，其中，旋转体仅在一端被支撑，旋转体的另一端未被支撑。这种旋转设备的另一种形式示于图21、图22和图23中。除了模架36设置有前导向滚柱和后导向滚柱，以及凸轮和凸轮部仅在一个端板上之外，旋转体32和34以及模架36的基本构造基本上与以上描述的相同。上旋转体32和下旋转体34的外端由厚重的横梁120和122以及支撑臂124和126支撑，以给旋转体32和34的外端提供承座。
这样，金属工件W可以穿过图21所示的设备的开口侧而被放置在适当的位置，并且可以采用与以上描述基本相同的方式由旋转体、模架和模具形成构造。
工件的一边可以从臂124和126之间延伸出来。
这给该设备的使用提供了很大的柔性。
在某些情况下，理想的是提供不同的导向系统，以获得从第二凸轮94的表面到半弓形的凸轮部96的平稳转换。为了这种变化，如图25和图26所示，摆动臂或桥接件130可摆动地安装于每个半弓形的凸轮部96上。该桥接件130可在开启和闭合位置之间摆动，并随着前导向滚柱104和后导向滚柱106从与半弓形的凸轮部96接触转换到与导杆112接触，对该前导向滚柱104和后导向滚柱106进行导向。
桥接件130具有凸出部132，其延伸到后导向滚柱106的路径中。弹簧134连接在该桥接件130和导杆112之间。
图25和图26示出了两个位置处的桥接件，即在上方的桥接件开启，并且在下方的桥接件闭合。
如图25所示，弹簧134将桥接件130偏压于闭合(下方)位置，并且当需要正转或反转时，允许其摆动到开启(上方)位置，如图25所示。
权利要求
1.一种旋转成形设备，其具有一对旋转体以及一个或多个可摆动地安装于所述旋转体上的模架，用于沿线性路径移动的金属板工件的反复成形，其中包括旋转体承载支撑件，用于在所述旋转体的至少一端支撑所述旋转体；模架，设置在所述旋转体上；以及模架导向件，设置在所述模架上，位于所述模架的一端，并与所述旋转体承载支撑件相邻；其特征在于还包括至少两个凸轮板，其与每个所述的旋转体承载支撑件在所述的至少一端相邻，用于所述模架导向件的导向；以及出入口，其设置在所述凸轮板上，用于进出所述模架导向件的通道。
2.如权利要求1所述的旋转成形设备，其特征在于包括有两个旋转体承载支撑件，一个旋转体承载支撑件设置在所述旋转体的一端，并且其中所述凸轮板安装于所述承载支撑件中的一个承载支撑件上，所述承载支撑件中的另一个承载支撑件与所述凸轮板相分离。
3.如权利要求1所述的旋转成形设备，其特征在于包括有至少一个第一整体单件的凸轮板以及一个由至少两个部分构成的第二凸轮板，所述第二凸轮板限定可以使所述模架导向件通过的出入口。
4.如权利要求3所述的旋转成形设备，其特征在于所述模架限定有前缘和后缘，并且所述模架导向件设置在至少一个所述前缘和一个所述后缘上。
5.如权利要求1所述的旋转成形设备，其特征在于包括有可变速的电动机，并包括控制装置，用于与金属板工件的运动时间相关地、间断地使所述电动机减速和增速。
6.如权利要求3所述的旋转成形设备，其特征在于该第二凸轮板是基本上椭圆形的凸轮部和与所述椭圆形的凸轮部隔开的半弓形的凸轮部，并且在所述椭圆形的凸轮部和所述半弓形的凸轮部之间限定有导向通道。
7.如权利要求6所述的旋转成形设备，其特征在于在所述半弓形的凸轮部和所述椭圆形的凸轮部的端部之间限定有出入口。
8.如权利要求7所述的旋转成形设备，其特征在于包括有在轴上安装的前缘导向件，并包括滚柱，所述滚柱可旋转地安装于所述前缘导向件和所述模架之间的所述轴上。
9.如权利要求1所述的旋转成形设备，其特征在于可进行电动机控制，从而在所述模架的第一预定位置使该电动机增速，并在所述模架的第二预定位置使该电动机减速，之后在所述模架的第三预定位置使该电动机增速，然后再使所述电动机减速。
10.如权利要求1所述的旋转成形设备，其特征在于所述承载支撑件支撑每个所述旋转体的第一端，每个旋转体的第二端未被支撑，并且两个旋转体安装成彼此沿相反的方向旋转，用于与穿过其间的金属板工件配合。
11.一种金属板工件成形的方法，将工件穿过两个旋转体之间，每个所述的旋转体支撑至少一个模具，以成形所述金属板，其特征在于包括如下步骤以预定的第一旋转速度使所述旋转体沿相反方向旋转；在第一预定位置使所述旋转体增速；逐渐降低所述旋转速度直到第二预定位置；逐渐增加所述旋转速度直到第三预定位置；以及之后降低所述旋转速度至所述预定的第一旋转速度。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于该第一预定位置是所述模具与所述金属板即将接触之前的位置，并且所述第三预定位置是所述模具刚刚与所述金属板分离之后的位置。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述模具连接到模架上，并且其中所述模架可摆动地安装在各自的旋转体上，所述金属板工件成形的方法还包括下述步骤随着所述旋转体的旋转对所述模架进行导向，使所述模架上的所述模具在所述第一预定位置处于彼此平行的平面上，以及使所述模具保持在所述平行平面上直到所述第三预定位置。
全文摘要
一种旋转成形设备，包括一对中心旋转体；一个或多个可摆动地安装于所述旋转体上的模架，以反复成形沿线性路径移动的金属板工件；旋转体承载支撑件，用于至少在旋转体的一端支撑旋转体；模架导向件，设置在所述模架上，位于所述模架的一端，并与所述旋转体承载支撑件相邻；以及至少两个凸轮板，其与每个旋转体承载支撑件相邻，用于所述模架导向件的导向。
文档编号B21D22/16GK1743095SQ20051009940
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年8月30日
发明者埃内斯特·R.·博德纳尔 申请人:Gcg控股有限公司