一種線材彎曲成形的工藝方法

一種線材彎曲成形的工藝方法

在洗衣粉行業(yè)，絲蟲服裝的市場空間正在擴大，如汽車座椅框架、管道懸掛、家庭教育設備等。如園林機械、鐵藝家具、衛(wèi)生設施、超市推車、懸掛防護臺等。但是,我國在這方面的生產技術仍然比較落后,設備和工藝普遍陳舊,主要以人工手動操作為主,自動化水平不高,導致生產效率低下,精度不高。而且傳統(tǒng)的加工工藝在特定的線材成形時都需要專門的模具設備來實現,如果生產的產品批量大,品種少,這種工藝方式具有一定的優(yōu)勢。但是,對于中小批量,多品種的生產方式,傳統(tǒng)加工方法顯得成本高,效率低,越來越難以滿足要求。本文的研究內容正是為了適應多品種、少批量的生產方式,利用數控技術和簡單的可換多位模具,在短時間內實現多品種線材制品的中小批量加工,真正實現柔性制造。1送料、剪切模塊使用根據機床的功能及成形過程,將機床分為圖1所示的5個功能模塊。其中,滾輪送線模塊,校直模塊,送料模塊主要用于線材成形之前的準備工作,而剪切模塊主要用于線材彎曲完成后的剪斷,在此都不贅述。以下闡述折彎模塊的加工原理。1.1折彎機裝置設計折彎模塊是整個彎折成形的核心,線材成形過程主要由該模塊完成。模塊包括折彎頭折彎裝置和折彎臂旋轉裝置,以實現線材二維和三維制品的成形。以下主要說明折彎頭折彎裝置和折彎臂旋轉裝置的結構組成和工作原理。1.1.1折彎頭旋轉折彎該裝置用于對線材的直接折彎。如圖2所示,該裝置主要由氣缸,折彎頭,轉軸,芯軸組成。其中,轉軸和芯軸固定在折彎頭上。當線材按照要求送至折彎頭上方時,氣缸推動折彎頭伸出,上升到位后,啟動電機帶動折彎頭旋轉,轉軸繞芯軸作正反向轉動,從而對線材進行折彎。此時線材的彎曲半徑由芯軸的半徑決定。由于彎曲件一般有2～3個不同彎曲半徑,所以該機床設有2～3個折彎裝置,每個裝置上的折彎頭配以不同半徑的芯軸,從而就可以加工出不同彎曲半徑的工件。1.1.2折彎裝置的旋轉當工件需要三維成形時,就需要對工件進行旋轉或者將整個折彎裝置進行旋轉。由于線材的送料是通過料盤實現的,因此要對其旋轉就變得困難,所以采用后一種方式對折彎裝置進行旋轉。如圖3所示。整個折彎裝置固定在上下兩個折彎臂之間,而折彎臂固定在轉盤上,由電機帶動其繞線材軸線旋轉。通過這種方式就能實現不同平面上的彎曲。2材料表面處理原理根據線材成形半徑及形狀,將成形方式分為芯軸式,平面推彎式和旋轉推彎式。以下分別闡述。2.1折彎方式一如圖4所示,所謂芯軸式折彎就是在送線停止后,折彎頭旋轉一個角度,轉軸對工件折彎,工件的折彎半徑由芯軸決定。由圖4可以看出,這種折彎方式有以下幾何關系:r=r1+0.5d(1)r=r1+0.5d(1)式中:r為工件彎曲半徑(mm);r1為芯軸半徑(mm);d為線材直徑(mm)。β=180°-α(2)β=180°?α(2)式中:β為工件成形角度(°);α為轉軸轉角(°)。2.2推彎半徑與轉軸偏轉的關系當工件需要更大的彎曲半徑時,如果仍然采用芯軸式折彎,則需要增大芯軸的規(guī)格尺寸,所以這時候采用推彎式生成更大的半徑。見圖5,推彎的過程是先將工件折彎一個角度,然后保持折彎頭不動并持續(xù)送線,送線過程中,線材外圓弧和內圓弧始終保持與轉軸和芯軸分別相切,由此確定生成圓弧的圓心O3的位置。見圖5,在△O1O′2O3中:O1O3=R-0.5d-r1(3)Ο2′Ο3=R+0.5d+r2(4)∠Ο2′Ο1Ο3=180°-α(5)式中:R為工件彎曲半徑(mm);r2為芯軸半徑(mm);d為線材直徑(mm);α為轉軸轉角(°)。利用余弦定理,即可得:Ο2′Ο23=Ο1Ο2′2-2gΟ2Ο3gΟ1Ο2′cos∠Ο2′Ο1Ο3將各個數值代入上式即可得推彎半徑跟轉軸轉角的半徑之間的關系:cosα=(r1+r2+d)(r2-r1+2R)-D2(2R-d-2r1)?D所以轉軸偏轉的角度:a=f(R)=arccos(r1+r2+d)(r2-r1+2R)-D2(2R-d-2r1)gD(6)(其中α<90°)式中:α為轉軸轉角(°);r1為工件彎曲半徑(mm);r2為芯軸半徑(mm);d為線材直徑(mm);R為工件彎曲半徑(mm);D為轉軸和芯軸的軸線距離(mm)。利用公式(8),只要用戶在給出線材直徑d,芯軸半徑r1,轉軸半徑r2及所需要的加工半徑R,就能得出轉軸需要偏轉的角度。2.3彈簧的參數分析旋轉推彎式主要用于一些彈簧類零件,如圓柱螺旋壓簧、拉簧等零件的加工。以圓柱螺旋壓簧為例,其加工過程為一邊對線材進行推彎,一邊對折彎臂進行旋轉,只要在數控系統(tǒng)中設定3個參數:折彎角度α,送線速度v和折彎臂的旋轉速度ω,就能得到需要的彈簧。以下就彈簧的主要參數和以上3個參數的關系進行推導。彈簧的參數很多,基本的參數見圖6:彈簧中徑D2,彈簧直徑d,螺旋升角θ,節(jié)距p,自由長度H0。其單圈展開是一個直角三角形。只要確定這些參數,其他參數也隨之確定。彈簧的中徑由推彎式形成。根據式(6),可得:α=f(D2)=Warccos(r1+r2+d)(r2-r1+D2)-D2(D2-d-2r1)gD(7)(其中α<90°)式中:D2為線材中徑(mm),其余與前定義相同。根據彈簧的成形過程,可得:v=πD2cosθ?t(8)ω=θt?π180°(9)式中:v為線材的送線速度(mm·s-1);θ為彈簧的螺旋升角(°);t為彈簧形一圈所需時間(s);ω為折彎臂的旋轉角速度(rad·s-1)。通過公式(7)～(9)可以看出,只要根據用戶提供的彈簧參數,就能夠將其轉化成數控系統(tǒng)中的3個參數。與傳統(tǒng)的加工方法相比,這種加工方式不需要有配套的彈簧模具,制造柔性更大,具