本发明涉及了一种可变管径的自由曲线弯管机，尤其是涉及了一种可变管径的自由曲线弯管机，该装置用于管件的三维自由弯曲成形。
背景技术：
三维自由弯曲成形工艺是金属塑性成形领域新兴的一项柔性成形工艺，用于实现管件在连续变曲率条件下的精确无模成形。由于飞机发动机内部输油、输气管道管径各异，且空间布局结构复杂，三维自由弯曲成形工艺在该领域具有极大的应用前景。
现有的自由曲线弯管机改善了传统弯管机需要更换弯曲模才能实现变弯曲半径的弊端，满足了大批量下同一管径管件的变曲率弯曲成形需求。但针对航空制造等领域不同管径管件的单件、小批量制造，仍需定制相应不同规格的弯管机模块。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种可变管径的自由曲线弯管机。
本发明所采用的技术方案是：
本发明包括沿管件运输方向依次布置的安装在机架上的弯管推动机构和导向机构以及弯曲模机构，机架水平布置，管件贯穿于弯管推动机构、导向机构和弯曲模机构；
所述的弯曲模机构包括弯曲模底座、磁铁环、螺纹环、钢制端盖、弯模片和弹力带；弯曲模底座上开有水平大孔，水平大孔的两端内固定安装一个螺纹环，两端的两个螺纹环之间具有间隙并在间隙中设有磁铁环，两个螺纹环内分别通过螺纹套装有各自的钢制端盖，两个钢制端盖之间设有弯模环，弯模环外周侧面紧贴于钢制端盖表面，管件贯穿于弯模环中心；弯模环主要由沿管件周向周围一圈布置的多个弯模片构成，多个弯模片经弹力带穿过自身中部后串接构成。
本发明通过转动两个螺纹环内套装的钢制端盖，带动两个钢制端盖相分离或者靠拢，调整两个钢制端盖之间的间隙；弯模片为固定尺寸，同时增加或者减少弯模环中的弯模片数量，重新组装弯模环使得弯模环外周侧面紧贴于钢制端盖表面，同时扩大或者缩小弯模环中各个弯模片内端部所围成的孔径大小。
本发明中，弯模环的弯模片沿径向的内端部所围成的孔作为管件贯穿的自由曲线弯管孔，通过增加或者减少弯模环中的弯模片数量让弯模环重新组装带动自由曲线弯管孔进行可变直径调整，进而实现可变管径。
每个弯模片沿管件径向外端侧的两角开设倒角，两个钢制端盖相对的端面设置成与倒角配合的楔形面，弯模片的倒角边紧贴贴合钢制端盖的楔形面。
每个弯模片上开设有用于弹力带穿过的通槽。
所述的螺纹环采用磁性材料，磁铁环通过磁力和螺纹环连接作用。
所述的导向机构位于弯管推动机构和弯曲模机构之间，对弯管推动机构所推动的管件进行支撑和导向。
所述的导向机构包括两个导向底座、小锥齿轮和大锥齿轮，两个导向底座内部均安装有一个大锥齿轮，两个导向底座的两个大锥齿轮相对布置并且在相正对的端面上开有螺旋凹槽，两个导向底座之间连接有沿多个导向块，管件穿过两个导向底座及大锥齿轮中心开设的通孔，多个导向块沿管件周向间隔均布；导向块两端设有与螺旋凹槽配合的矩形齿，矩形齿嵌装于螺旋凹槽中，使得导向块两端连接于大锥齿轮；导向块朝向管件侧部内部设有环形内腔，环形内腔中紧密安装有钢珠，导向块朝向管件侧面开有条形通槽，钢珠局部穿出条形通槽后连接到管件。
所述的导向底座上设有小锥齿轮，小锥齿轮与大锥齿轮啮合连接，由小锥齿轮转动带动大锥齿轮转动，进而通过螺旋凹槽和导向块锯齿形成的传动结构带动导向块沿管件径向移动。
所述的弯管推动机构包括卡爪、卡盘底座、链轮、主动轴、链条、从动轴和带座轴承；卡盘底座装有卡爪，卡爪装夹管件，卡盘底座和链条通过螺钉固定连接，链条两端的链轮分别套装在主动轴和从动轴上，主动轴和从动轴均通过带座轴承安装在机架。
所述的主动轴连接电机，由电机带动主动轴转动，进而通过链条传动带动卡盘底座和被卡爪装夹的管件水平移动。
所述的机架上设有滑动条轨，卡盘底座底部设有滑动条槽，滑动条槽嵌装于滑动条轨中形成滑动副。
本发明适用于管件的三维自由弯曲成形。将六爪卡盘底部滑动条槽与机架滑动条连接，并通过螺钉固接于链条上，导向底座通过螺栓固定于机架上，弯曲模机构为可变径弯曲模，并固定于六自由度运动平台上，由电机驱动链轮转动，并带动六爪卡盘沿管件轴向进给，由电机驱动导向块与六爪卡盘卡爪沿管件径向进给，可变径弯曲模中的弯模片由弹力带串联成弯模环，弯模环两侧面在磁力作用下贴合钢制端盖。
本发明的有益效果是：
使用本发明，通过更改弯模片的数目及调整钢制端盖与螺纹环的相对旋合位置，实现弯曲模的变径功能，通过导向块与卡爪的径向进给分别实现导向机构与推进机构的变径功能。
本发明整体结构实现了针对不同管径的管件可仅使用一套可调模具进行三维自由弯曲成形的功能，节省了制造成本，提高了制造效率。
附图说明
图1为本发明装置的示意图；
图2为本发明弯曲模机构的结构侧剖视图；
图3为本发明弯曲模机构的正视图；
图4为本发明弯曲模机构的变径调整的状态图；
图5为本发明导向块结构剖视图；
图6为本发明导向块沿径向内端面的结构图；
图7为本发明导向机构结构的局部放大剖视图。
图中，弯曲模底座1、紧固螺钉2、磁铁环3、螺纹环4、钢制端盖5、弯模片6、弹力带7、导向底座8、小锥齿轮9、大锥齿轮10、螺栓11、机架12、导向块13、钢珠14、卡爪15、卡盘底座16、链轮17、主动轴18、链条19、螺钉20、从动轴21、带座轴承22。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明具体实施包括沿管件运输方向依次布置的安装在机架12上的弯管推动机构和导向机构以及弯曲模机构，机架12水平布置，管件贯穿于弯管推动机构、导向机构和弯曲模机构；管件按进料顺序依次与卡爪15、钢珠14、弯模片6相接触。
如图2和图3所示，弯曲模机构包括弯曲模底座1、磁铁环3、螺纹环4、钢制端盖5、弯模片6和弹力带7；弯曲模底座1上开有水平大孔，水平大孔的两端内通过紧固螺钉2固定安装一个螺纹环4，两端的两个螺纹环4之间具有间隙并在间隙中设有磁铁环3，两个螺纹环4内分别通过螺纹套装有各自的钢制端盖5，两个钢制端盖5之间设有弯模环，弯模环外周侧面紧贴于钢制端盖5表面，管件贯穿于弯模环中心；弯模环主要由沿管件周向周围一圈布置的多个弯模片6构成，多个弯模片6沿管件周向周围一圈紧密布置，多个弯模片6经弹力带7穿过自身中部后串接构成，形成如类似环形串珠的结构。弯模片6的数量使得弹力带7串接形成的弯模环形成稳定结构，不松散。
每个弯模片6沿管件径向外端侧的两角开设倒角，两个钢制端盖5相对的端面设置成与倒角配合的楔形面，弯模片6的倒角边紧贴贴合钢制端盖5的楔形面。每个弯模片6沿管件径向内端侧设为圆弧。每个弯模片6上开设有用于弹力带7穿过的通槽。
螺纹环4采用磁性材料，磁铁环3通过磁力和螺纹环4连接作用。
本发明在螺纹环4之间设置磁铁环3，能够在安装过程中避免弯模环倾倒，保持弯模环中心线与钢制端盖5中心线平行，便于钢制端盖5的转动，起辅助限位作用，在安装完成后使每个弯模片6倒角边在磁力作用下紧贴钢制端盖5的楔形面。
导向机构位于弯管推动机构和弯曲模机构之间，对弯管推动机构所推动的管件进行支撑和导向。如图7所示，导向机构包括两个导向底座8、小锥齿轮9和大锥齿轮10，两个导向底座8均通过螺栓11固定安装在机架12上，两个导向底座8内部均安装有一个大锥齿轮10，两个导向底座8的两个大锥齿轮10相对布置并且在相正对的端面上开有螺旋凹槽，螺旋凹槽为类似平面螺纹的结构，两个导向底座8之间连接有沿多个导向块13，管件穿过两个导向底座8及大锥齿轮10中心开设的通孔，多个导向块13沿管件周向间隔均布；导向块13两端设有与螺旋凹槽配合的矩形齿，矩形齿嵌装于螺旋凹槽中，使得导向块13两端连接于大锥齿轮10；如图5和图6所示，导向块13朝向管件侧部内部设有环形内腔，环形内腔中紧密安装有钢珠14，导向块13朝向管件侧面开有条形通槽，钢珠14局部穿出条形通槽后连接到管件。环形内腔呈腰形结构，腰形结构的直线段平行于管件。
导向底座8端面开有沿周向间隔布置的多个条形槽，每个条形槽沿径向布置，导向块13两端部嵌装于导向底座8的条形槽形成移动导向。导向块13靠近两端部处两侧均开设条状槽，使得导向块13端部形成两侧凸条结构，两侧凸条结构嵌装于条形槽中。
导向底座8上设有小锥齿轮9，小锥齿轮9与大锥齿轮10啮合连接，由小锥齿轮9转动带动大锥齿轮10转动，进而通过螺旋凹槽和导向块13锯齿形成的传动结构带动导向块13沿管件径向移动。
如图1所示，弯管推动机构包括卡爪15、卡盘底座16、链轮17、主动轴18、链条19、从动轴21和带座轴承22；卡盘底座16装有卡爪15，卡爪15装夹管件，卡盘底座16和链条19通过螺钉20固定连接，链条19两端的链轮17分别套装在主动轴18和从动轴21上，主动轴18和从动轴21均通过带座轴承22安装在机架12。
主动轴18连接电机，由电机带动主动轴18转动，进而通过链条传动带动卡盘底座16和被卡爪15装夹的管件水平移动。
机架12上设有滑动条轨，卡盘底座16底部设有滑动条槽，滑动条槽嵌装于滑动条轨中形成滑动副，对卡盘底座16移动进行导向。
本发明的实施工作过程如下：
1)如图4所示，根据所需弯制的管件外直径，转动两个螺纹环4内套装的钢制端盖5，调整钢制端盖5与螺纹环4的旋合位置，带动两个钢制端盖5相分离或者靠拢，调整两个钢制端盖5之间的间隙，更改弯模环中的弯模片6数量，重新组装弯模环使得弯模环外周侧面紧贴于钢制端盖5表面，具体是让每个弯模片6的倒角边紧贴贴合钢制端盖5的楔形面。同时使得弯模环中各个弯模片6内端部所围成的孔径大小改变，而适用于所需弯制的管件外直径，完成可变直径调整。
2)导向机构工作，由两电机同步驱动连接于两个导向底座8的小锥齿轮9，带动大锥齿轮17转动，从而带动嵌入大锥齿轮17螺旋凹槽的导向块13沿管件径向进给，压紧于管件表面。
3)弯管推动机构工作，由电机驱动主动轴18回转，并带动卡盘底座16沿管件轴向进给，由电机驱动连接于卡盘底座16的小锥齿轮9，带动大锥齿轮17转动，从而带动嵌入大锥齿轮17螺旋槽的卡爪15沿管件径向进给。
4)在导向机构和弯管推动机构工作同时，弯曲模机构固定于六自由度运动平台上，通过六自由度运动平台带动弯曲模机构移动，使得对管件按需要进行弯曲作业。