薄壁短U彎管自動成型機的彎管機構的製作方法
2023-08-10 07:45:26 2
本實用新型涉及自動化設備技術領域，尤其涉及一種薄壁短U彎管自動成型機上用於彎制U彎的彎管機構。
背景技術：
隨著科學技術的不斷進步和工業生產的迅速發展，經彎曲加工的管材在工業中的需求逐漸增加，彎管質量的好壞，將直接影響到這些行業產品的結構合理性、安全性和可靠性。帶焊環的薄壁短U彎管是熱交換器的重要組成部分，在換熱器、空調、冰箱等設備中應用極為廣泛。
現有市場上帶焊環的薄壁短U彎管，無論是彎管成型工藝或者套焊環工藝，基本採用手工或半自動作業方式，在實際生產中存在勞動強度大，效率低，成型精度差等問題。
為了解決彎管成型工藝該方面問題，在中國專利公開號CN104826925A中，張家港江蘇科技大學產業技術研究院與江蘇科技大學聯合公開了一種彎曲成型生產線，其生產線包括放卷機構、送料矯直裝置、切斷機構，彎曲成型設備及上料機構，其中彎曲成型設備通過中心夾緊裝置夾緊管料、左右雙頭單獨折彎方式，雖然左右兩頭彎曲成型裝置旁設置了夾持裝置，可以對管料彎管過程中起到定位作用，但對於薄壁短U彎管成型，除了兩端部的直管段，中間部份都需要進行彎曲變形，也意味著彎管過程中夾持定位面積受到限制，不易多點夾持，若採用該方案進行薄壁短U彎管加工，管料U型弧面將發生褶皺，管料夾持點內徑縮小等現象，影響管料流通流量、使用壽命等現象。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足，提供一種薄壁短U彎管自動成型機上用於彎制U彎的彎管機構，能夠完成薄壁短U彎管的中間部分的彎管成型，並且能有效減少材料浪費，避免管壁出現褶皺，保證產品質量和使用壽命，還應具有工作效率高，自動化程度高的特點。
本實用新型採用的技術方案是：一種薄壁短U彎管自動成型機的彎管機構，其特徵在於：至少具有一個固定部、一個半圓模、一個活動部以及三號驅動機構，定長管材的一端夾持在固定部，另一端越過半圓模後活動配合在活動部，通過三號驅動機構帶動活動部擺動，使定長管材的中段繞半圓模彎製成弧形段，形成薄壁短U彎管。
作為優選，所述固定部包括一個固定在機架上的彎管固定座、一個用於安裝半圓模的彎管模板、推動半圓模伸縮的頂針氣缸、一個由送管電機以及絲杆螺母副驅動的送管芯杆、一個夾持定長管材的彈簧夾、驅動彈簧夾的撥叉及撥叉氣缸。
作為優選，所述彎管固定座以及彎管模板貼緊布置，彎管模板與彎管固定座開設有相對的弧形槽，貼緊後形成管狀的定長管材的通道；所述絲杆螺母副的滑塊連接著送管芯杆，該送管芯杆的頭部制有與定長管材內孔相適應的插頭，插頭的直徑小於送管芯杆的直徑，從而在插頭與送管芯杆的過渡處形成一個用於抵靠定長管材端面的軸肩；送管芯杆從後側插入定長管材的通道，定長管材的通道的前側制有內錐面，內錐面處設有彈簧夾，所述彎管固定座的側面開設有通槽，撥叉鉸接在通槽內，撥叉的頭部與所述彈簧夾配合，尾部與所述撥叉氣缸的頂杆連接。
作為優選，所述彎管模板的前端呈半圓柱形且安裝著所述半圓模，半圓模開設有與所述定長管材的通道對接的半圓槽，半圓模的後端一體成型有一向後延伸的頂針；彎管模板內開設有通孔，頂針穿過通孔後與所述頂針氣缸連接並受驅動。
作為優選，所述活動部包括一擺動架、至少一球頭芯杆、一球頭芯杆氣缸；所述擺動架通過豎直擺動軸鉸接在所述彎管模板前端的半圓柱形部位，豎直擺動軸與所述三號驅動機構連接，擺動架上固定有球頭芯杆氣缸以及導軌，球頭芯杆通過導軌滑塊副可滑動地安裝在擺動架上，且球頭芯杆的頭部朝著所述定長管材的通道布置，球頭芯杆氣缸的頂杆驅動球頭芯杆沿導軌往復運動。
作為優選，所述活動部還包括一彎管輔助模該彎管輔助模固定在擺動架上，位於球頭芯杆的頭部一側，彎管輔助模上開設有至少一條與球頭芯杆相適應的弧形槽。
作為優選，所述球頭芯杆包括球頭、銷軸、推桿及芯杆，所述芯杆的左端制有內孔，內孔中設置有彈簧以及推桿，球頭的左端為半球體，右端為圓柱體，圓柱體插入芯杆的內孔並通過銷軸鉸接在內孔中，圓柱體與彈簧之間設置著所述推桿；所述送管芯杆的端部制有與球頭的半球體相適應的球形凹面。
作為優選，所述球頭的圓柱體右上角制有弧形切面，圓柱體中部設有用於鉸接的環形孔。
作為優選，所述環形孔的孔壁由二分之一圓形的一號圓弧段、一號直線段、四分之一圓形的二號圓弧段、二號直線段、四分之一圓形的三號圓弧段以及三號直線段依次連接的迴路構成，一號圓弧段、二號圓弧段以及三號圓弧段半徑相等。
作為優選，所述芯杆的左端開設有用於鉸接的銷孔，芯杆左端面的下側制有直角切口，芯杆的中部套設有一用於抵靠並緩衝定長管材的橡皮圈。
本實用新型的有益效果是：
本實用新型依靠送管芯杆端部的定位夾持與管料定位，通過彈簧夾活動形成內外圓周方向定位夾持，保證管料加緊受力均勻，避免徑向發生變形；通過擺動架擺動帶動球頭芯杆實現管料彎管，球頭芯杆包括一端為半球形、一端為設有環形槽圓柱形及內置設有彈簧的芯杆，其中依靠芯杆實現短U彎管內弧成型，依靠球頭實現短U彎管外弧成型，保證短U彎管弧面無褶皺，管料流通流量大、使用壽命長；通過頂針氣缸與半圓模組合設計，實現彎管後的薄壁短U彎管直接頂出彎管機構，推進到後續的機構內，無需採用附加的傳送+餵料裝置或工業機器人等銜接部件，簡化了生產設備結構，降低了用戶設備成本。
附圖說明
圖1是一種薄壁短U彎管自動成型機的立體結構示意圖。
圖2是本實用新型的立體結構示意圖之一。
圖3是本實用新型的立體結構示意圖之二。
圖4是本實用新型的主視結構示意圖。
圖4-1是活動部的立體結構示意圖。
圖5是本實用新型的彎管示意圖之一。
圖6是本實用新型的彎管示意圖之一。
圖7.1為本實用新型的剖視結構示意圖之一(球頭伸出)。
圖7.2為本實用新型的剖視結構示意圖之二(球頭縮進)。
圖8為球頭的放大結構示意圖。
圖9.1為芯杆的剖視結構示意圖。
圖9.2為圖9.1的局部放大示意圖。
圖10為本實用新型工作狀態一的結構示意圖。
圖11為本實用新型工作狀態二的結構示意圖。
圖12為本實用新型工作狀態三的結構示意圖。
圖13為環形孔的結構示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型作進一步說明，但本實用新型並不局限於以下實施例。
圖1所示為一種帶焊環的薄壁短U彎管自動成型機，包括：一個具有管材矯直機A1和夾持機構A2的送料總成，通過夾持機構夾持管材並向前送料；一個具有刀具機構A3以及切管芯杆機構A4的切管總成，通過刀具機構配合切管芯杆機構動作，將管材的切割為定長管材；一具有直線振動送料器A5和一個間歇送料器A7的傳料總成，將定長管材逐個送往彎管機構；一彎管機構A9，將定長管材彎製成U形；一圓周轉位總成A6，將彎成U形的管材周轉到整形總成A8和套焊環A10總成。
如圖2到圖6所示，本實用新型提供的彎管機構，至少具有一個固定部、一個半圓模A9.6、一個活動部以及三號驅動機構A9.11(採用電機)。定長管材A14.1一端夾持在固定部，另一端越過半圓模A9.6後活動配合在活動部，通過三號驅動機構帶動活動部擺動，使定長管材的中段繞半圓模彎製成弧形段，形成薄壁短U彎管。
如圖2到圖4以及圖5、圖6所示，所述固定部包括一個固定在機架上的彎管固定座A9.17、一個用於安裝半圓模A9.6的彎管模板A9.12、推動半圓模伸縮的頂針氣缸A9.18、一個由送管電機A9.8以及絲杆螺母副驅動的送管芯杆A9.19、一個夾持定長管材的彈簧夾A9.16、驅動彈簧夾的撥叉A9.15及撥叉氣缸A9.2。所述頂針氣缸A9.18安裝在固定立板A9.26上，固定立板A9.26固定在機架A9.23上，固定立板上還固定有導向套A9.20，頂針氣缸的頂杆與滑動杆A9.21連接，滑動杆A9.21的前端穿過導向套以及固定立板A9.26之後與連接塊A9.1連接。 所述絲杆螺母副包括安裝在機架上的絲杆A9.9、與絲杆A9.9配合的螺母、與螺母連接的滑塊A9.22、引導滑塊的導軌A9.25，所述滑塊與送管芯杆A9.19的尾端連接。
所述彎管固定座A9.17以及彎管模板A9.12貼緊布置，彎管固定座與彎管模板分別制有弧形槽從而貼緊後形成定長管材A14.1的通道A9.14(該通道的頂部制有開口與間歇送料器的底部對接)。所述絲杆螺母副的滑塊A9.22連接著送管芯杆A9.19，如圖5、圖6所示，該送管芯杆A9.19的頭部制有與定長管材內孔相適應的插頭A9.19.1，插頭的直徑小於送管芯杆的直徑從而在插頭A9.19.1與送管芯杆A9.19的過渡處形成一個用於抵靠定長管材A14.1端面的軸肩。送管芯杆從後側插入定長管材的通道A9.14。定長管材A14.1掉落到通道A9.14之後，送管芯杆A9.19在絲杆螺母副的帶動下向前推，插頭插入到定長管材內，推動管材向前運動並進入彈簧夾A9.16，當定長管材的尾部以及插頭到達彈簧夾前端的夾持部位時停止。
定長管材的通道的前側制有內錐面A9.24，內錐面處設有彈簧夾A9.16，所述彎管固定座的側面開設有通槽，撥叉A9.15鉸接在通槽內，撥叉的頭部與所述彈簧夾配合，尾部與所述撥叉氣缸A9.2的頂杆連接。撥叉氣缸A9.2動作時撥叉A9.15撥動彈簧夾向前運動，由於內錐面的作用，彈簧夾會縮緊，從而將定長管材夾緊在送管芯杆前端的插頭上。
所述彎管模板A9.12的前端呈半圓柱形且安裝著所述半圓模A9.6，半圓模A9.6開設有與所述定長管材A14.1的通道A9.14對接的半圓槽，該半圓槽從半圓模A9.6的一側開始，經過半圓模A9.6的前側後，一直延伸到半圓模A9.6的另一側，半圓模A9.6的後端一體成型有一向後延伸的頂針A9.10。彎管模板A9.12內開設有通孔，頂針A9.10穿過通孔後與所述連接塊A9.1連接，從而與 連接塊A9.1一起受頂針氣缸A9.18驅動。
如圖2到圖4-1所示，所述活動部包括一擺動架A9.3、至少一球頭芯杆A9.4、一球頭芯杆氣缸A9.13。所述擺動架A9.3通過豎直擺動軸A9.7鉸接在所述彎管模板A9.12前端的半圓柱形部位(一般是在半圓柱形部位的軸線位置)，豎直擺動軸A9.7與所述三號驅動機構A9.11連接。擺動架A9.3上固定有球頭芯杆氣缸A9.13以及導軌A9.29，球頭芯杆A9.4通過滑塊A9.30安裝在導軌A9.29上且球頭芯杆A9.4的頭部朝著所述定長管材的通道A9.14布置，球頭芯杆氣缸A9.13的頂杆通過連接架A9.28與滑塊A9.30連接，從而驅動球頭芯杆A9.4沿導軌A9.29往復運動。
所述活動部還包括一彎管輔助模A9.27，該彎管輔助模A9.27固定在擺動架A9.3上，位於球頭芯杆A9.4的頭部一側，彎管輔助模A9.27上開設有至少一條與球頭芯杆A9.4相適應的弧形槽A9.27.1。彎管時，球頭芯杆插入到定長管材內，定位著定長管材的內壁，彎管輔助模A9.27上的弧形槽A9.27.1定位著定長管材的外壁，輔助球頭芯杆完成彎管。
如圖7.1到圖13所示，所述球頭芯杆包括球頭1、銷軸2及芯杆3，所述芯杆的左端制有內孔35，內孔中設置有彈簧31，球頭的左端為半球體11，右端為圓柱體12，圓柱體12插入芯杆的內孔並通過銷軸2鉸接在內孔中。所述送管芯杆A9.19的端部制有與球頭1的半球體11相適應的球形凹面。
進一步地，為了避免出現圓柱體12被彈簧左端鉤掛以及避免球頭1轉動時圓柱體受到彈簧影響，本實用新型還在所述圓柱體12與彈簧31之間設置有一圓柱狀的推桿34。該推桿可滑動地插入到內孔35中，推桿的直徑大於彈簧的外徑，推桿的右端抵靠在彈簧左端，推桿的左端抵靠在圓柱體的右端面，使得球頭在轉動時，圓柱體與推桿直徑為面接觸，保證運動的穩定性。
所述球頭的圓柱體右上角制有弧形切面14，圓柱體中部設有用於鉸接的環形孔13。所述環形孔13的孔壁由二分之一圓形的一號圓弧段C1、一號直線段L1、四分之一圓形的二號圓弧段C2、二號直線段L2、四分之一圓形的三號圓弧段C3以及三號直線段L3依次連接的迴路構成，一號圓弧段C1、二號圓弧段C2以及三號圓弧段C3半徑相等。
所述芯杆3的左端開設有用於鉸接的銷孔32，芯杆左端面的下側制有直角切口33。直角切口的外切面33.1從芯杆左端面的軸線處一直切到芯杆底部，芯杆的內切面33.2從內孔左端的內壁切出，並與外切面33.1相交形成直角，芯杆3的中部套設有一用於抵靠並緩衝定長管材A14.1的橡皮圈A9.4.1。送管芯杆將定長管材推到彈簧夾部位後，球頭芯杆先伸進定長管材，此過程中橡皮圈會壓緊銅管，保證定長管材與送管芯杆的軸肩接觸(送管過程有慣性，送管芯杆送到位時，定長管材與軸肩不一定接觸，或者定長管材略有長短不一，橡皮圈均可以適應)，撥叉再撥動彈簧夾將定長管材鎖緊，然後再彎管。
如圖7.1以及圖12所示，當球頭1的軸向及側向均不受力作用時，球頭1球心與芯杆3的左端部端面設有伸縮距離L(約1.1～1.5mm)，此時銷軸2與環形槽14中的圓形的圓弧C2配合；
如圖7.2以及圖10所示，當芯杆插入銅管4開始沿模具5進行彎管時，球頭1僅軸線方向受力作用時，彈簧31軸向壓縮，球頭1與芯杆3發生滑動壓縮伸縮距離L，直到銷軸2與環形槽14中的圓形的圓弧C1配合；
如圖11所示，當球頭1僅側面受力作用時，彈簧31徑向受到約束產生撓度，球頭1利用弧形切面以及直角切口與芯杆3發生偏擺，此時銷軸2與環形槽14中的圓形的圓弧C3配合。
本實用新型的工作原理是：
1)定長管材A14.1進入彎管機構後，送管電機A9.8以及絲杆螺母副驅動送管芯杆A9.19的前端插入到定長管材A14.1後端的管口內，並向前推動定長管材進入彈簧夾A9.16，定長管材的前端水平伸出彈簧夾；
2)球頭芯杆氣缸A9.13推動球頭芯杆A9.4伸出並插入到定長管材前端的管口內；
3)撥叉氣缸A9.2帶動撥叉A9.15，撥動彈簧夾向前運動，使彈簧夾的前端受錐面A9.24的擠壓而收縮，將定長管材的後端夾持在送管芯杆A9.19前端的插頭A9.19.1上；
4)擺動架A9.3在三號驅動機構A9.11的帶動下擺動180度，球頭芯杆A9.4配合半圓模A9.6將定長管材A14.1的中間段彎製成弧形；
5)待自動成型機的圓周轉位總成驅動夾具運動到彎制好的定長管材前方後，頂針氣缸A9.18推動頂針，半圓模A9.6將彎制好的定長管材推入夾具；
6)擺動架A9.3、撥叉A9.15、送管芯杆A9.19和頂針復位，等待下一次彎管。
上述工作過程中，各電機以及氣缸均在工控機或PLC控制系統下完成。
最後，需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用新型不限於以上實施例，還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容中直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護範圍。