一种线材弯曲成形的工艺方法

一种线材弯曲成形的工艺方法

在洗衣粉行业，丝虫服装的市场空间正在扩大，如汽车座椅框架、管道悬挂、家庭教育设备等。如园林机械、铁艺家具、卫生设施、超市推车、悬挂防护台等。但是,我国在这方面的生产技术仍然比较落后,设备和工艺普遍陈旧,主要以人工手动操作为主,自动化水平不高,导致生产效率低下,精度不高。而且传统的加工工艺在特定的线材成形时都需要专门的模具设备来实现,如果生产的产品批量大,品种少,这种工艺方式具有一定的优势。但是,对于中小批量,多品种的生产方式,传统加工方法显得成本高,效率低,越来越难以满足要求。本文的研究内容正是为了适应多品种、少批量的生产方式,利用数控技术和简单的可换多位模具,在短时间内实现多品种线材制品的中小批量加工,真正实现柔性制造。1送料、剪切模块使用根据机床的功能及成形过程,将机床分为图1所示的5个功能模块。其中,滚轮送线模块,校直模块,送料模块主要用于线材成形之前的准备工作,而剪切模块主要用于线材弯曲完成后的剪断,在此都不赘述。以下阐述折弯模块的加工原理。1.1折弯机装置设计折弯模块是整个弯折成形的核心,线材成形过程主要由该模块完成。模块包括折弯头折弯装置和折弯臂旋转装置,以实现线材二维和三维制品的成形。以下主要说明折弯头折弯装置和折弯臂旋转装置的结构组成和工作原理。1.1.1折弯头旋转折弯该装置用于对线材的直接折弯。如图2所示,该装置主要由气缸,折弯头,转轴,芯轴组成。其中,转轴和芯轴固定在折弯头上。当线材按照要求送至折弯头上方时,气缸推动折弯头伸出,上升到位后,启动电机带动折弯头旋转,转轴绕芯轴作正反向转动,从而对线材进行折弯。此时线材的弯曲半径由芯轴的半径决定。由于弯曲件一般有2～3个不同弯曲半径,所以该机床设有2～3个折弯装置,每个装置上的折弯头配以不同半径的芯轴,从而就可以加工出不同弯曲半径的工件。1.1.2折弯装置的旋转当工件需要三维成形时,就需要对工件进行旋转或者将整个折弯装置进行旋转。由于线材的送料是通过料盘实现的,因此要对其旋转就变得困难,所以采用后一种方式对折弯装置进行旋转。如图3所示。整个折弯装置固定在上下两个折弯臂之间,而折弯臂固定在转盘上,由电机带动其绕线材轴线旋转。通过这种方式就能实现不同平面上的弯曲。2材料表面处理原理根据线材成形半径及形状,将成形方式分为芯轴式,平面推弯式和旋转推弯式。以下分别阐述。2.1折弯方式一如图4所示,所谓芯轴式折弯就是在送线停止后,折弯头旋转一个角度,转轴对工件折弯,工件的折弯半径由芯轴决定。由图4可以看出,这种折弯方式有以下几何关系:r=r1+0.5d(1)r=r1+0.5d(1)式中:r为工件弯曲半径(mm);r1为芯轴半径(mm);d为线材直径(mm)。β=180°-α(2)β=180°−α(2)式中:β为工件成形角度(°);α为转轴转角(°)。2.2推弯半径与转轴偏转的关系当工件需要更大的弯曲半径时,如果仍然采用芯轴式折弯,则需要增大芯轴的规格尺寸,所以这时候采用推弯式生成更大的半径。见图5,推弯的过程是先将工件折弯一个角度,然后保持折弯头不动并持续送线,送线过程中,线材外圆弧和内圆弧始终保持与转轴和芯轴分别相切,由此确定生成圆弧的圆心O3的位置。见图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为工件弯曲半径(mm);r2为芯轴半径(mm);d为线材直径(mm);α为转轴转角(°)。利用余弦定理,即可得:Ο2′Ο23=Ο1Ο2´2-2gΟ2Ο3gΟ1Ο2′cos∠Ο2′Ο1Ο3将各个数值代入上式即可得推弯半径跟转轴转角的半径之间的关系:cosα=(r1+r2+d)(r2-r1+2R)-D2(2R-d-2r1)⋅D所以转轴偏转的角度:a=f(R)=arccos(r1+r2+d)(r2-r1+2R)-D2(2R-d-2r1)gD(6)(其中α<90°)式中:α为转轴转角(°);r1为工件弯曲半径(mm);r2为芯轴半径(mm);d为线材直径(mm);R为工件弯曲半径(mm);D为转轴和芯轴的轴线距离(mm)。利用公式(8),只要用户在给出线材直径d,芯轴半径r1,转轴半径r2及所需要的加工半径R,就能得出转轴需要偏转的角度。2.3弹簧的参数分析旋转推弯式主要用于一些弹簧类零件,如圆柱螺旋压簧、拉簧等零件的加工。以圆柱螺旋压簧为例,其加工过程为一边对线材进行推弯,一边对折弯臂进行旋转,只要在数控系统中设定3个参数:折弯角度α,送线速度v和折弯臂的旋转速度ω,就能得到需要的弹簧。以下就弹簧的主要参数和以上3个参数的关系进行推导。弹簧的参数很多,基本的参数见图6:弹簧中径D2,弹簧直径d,螺旋升角θ,节距p,自由长度H0。其单圈展开是一个直角三角形。只要确定这些参数,其他参数也随之确定。弹簧的中径由推弯式形成。根据式(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为线材中径(mm),其余与前定义相同。根据弹簧的成形过程,可得:v=πD2cosθ⋅t(8)ω=θt⋅π180°(9)式中:v为线材的送线速度(mm·s-1);θ为弹簧的螺旋升角(°);t为弹簧形一圈所需时间(s);ω为折弯臂的旋转角速度(rad·s-1)。通过公式(7)～(9)可以看出,只要根据用户提供的弹簧参数,就能够将其转化成数控系统中的3个参数。与传统的加工方法相比,这种加工方式不需要有配套的弹簧模具,制造柔性更大,具