弯管半径连续可调的无模自动弯管机及弯管方法

摘要

本发明提供一种弯管半径连续可调的无模自动弯管机，被用于加工管材，无模自动弯管机包括弯管机机身、主轴、内夹头滑轨和与内夹头滑轨配合使用的外夹头滑轨，内夹头滑轨和外夹头滑轨固定设置在弯管机机身上，主轴包括上转轴和活动设置在上转轴底部的下转轴，主轴的上转轴通过可伸缩杆与内压辊连接，主轴的下转轴通过可伸缩机构与外压辊连接，内压辊通过内外压辊联结机构与外压辊连接；本发明还同时提供一种无模自动弯管机进行的弯管方法：将管材放入内压辊和外压辊之间，由内夹头、外夹头以及芯棒共同固定管材，再通过外压辊的公转弯曲管材，接着通过内压辊的公转和内转以及外压辊的公转共同弯曲管材。

说明书

技术领域

本发明涉及一种弯管系统，尤其是涉及到一种弯管半径连续可调的无模自动弯管机及弯管方法。

背景技术

弯管机按照成形方法主要分为有模弯曲、滚弯曲和无模弯曲，传统的无模弯曲主要用于大口径、厚壁和高强度钢管，需要局部加热处理，效率较低，局限性比较高，有模弯曲中的绕弯方式成形效率高，工艺流程简单，缺点是一种模具只能弯一种弯管半径，同一管径的管材要实现不同弯管半径时，需要频繁更换模具，同一模具无法满足同一管径的管材不同弯管半径的要求，模具制造成本高，更换模具降低生产效率。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的弯管半径连续可调的无模自动弯管机及弯管方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种弯管半径连续可调的无模自动弯管机，被用于加工管材，其特征在于：无模自动弯管机包括弯管机机身、主轴、内夹头滑轨和与内夹头滑轨配合使用的外夹头滑轨；所述内夹头滑轨和外夹头滑轨固定设置在弯管机机身上；所述内夹头滑轨上滑动设置有内夹头，外夹头滑轨上滑动设置有外夹头；所述内夹头和外夹头分别与管材两侧面抵接；所述弯管机机身在内夹头滑轨和外夹头滑轨之间固定设置有十字导轨，十字导轨上滑动设置有送芯装置，送芯装置上固定设置有一端设有芯棒头的芯棒，芯棒设置有芯棒头的一端伸入管材内腔中；

所述主轴包括上转轴和活动设置在上转轴底部的下转轴；所述主轴的上转轴通过可伸缩杆与内压辊连接；所述主轴的下转轴通过可伸缩机构与外压辊连接；所述内压辊和外压辊分别与管材的两侧面抵接；所述内压辊通过内外压辊联结机构与外压辊连接。

作为对本发明所述的弯管半径连续可调的无模自动弯管机的改进：所述内外压辊联结机构包括与内压辊固定连接的中空的联结机构一和与外压辊固定连接的联结机构二，联结机构一在朝向外压辊一端设置有与之内腔连通的通孔，联结机构二在朝向内压辊一端设置有凸部，联结机构二设有凸部的一端穿过通孔伸入联结机构一的内腔中；所述联结机构一的朝向外压辊一端的内腔侧壁通过弹簧与联结机构二的凸部连接。

作为对本发明所述的弯管半径连续可调的无模自动弯管机的进一步改进：所述内压辊与上转轴的距离小于外压辊与下转轴的距离。

作为对本发明所述的弯管半径连续可调的无模自动弯管机的进一步改进：所述外夹头滑轨的中心线与转轴的距离小于内夹头滑轨的中心线与转轴的距离。

作为对本发明所述的弯管半径连续可调的无模自动弯管机的进一步改进：所述内压辊、外压辊、主轴这三者的轴心和芯棒头的顶端在同一直线上。

作为对本发明所述的弯管半径连续可调的无模自动弯管机的进一步改进：所述内夹头滑轨上设置有刻度。

作为对本发明所述的弯管半径连续可调的无模自动弯管机的进一步改进：所述十字导轨上设置有与送芯装置配合使用的限位开关，送芯装置与限位开关抵接时芯棒头的顶端与内压辊、外压辊、主轴这三者的轴心在同一直线上。

作为对本发明所述的弯管半径连续可调的无模自动弯管机的进一步改进：所述内压辊和外压辊相对的一面都设置有环形凹槽，内压辊和外压辊的环形凹槽抵接形成环形通道。

本发明还同时提供一种无模自动弯管机进行的弯管方法，包括以下步骤：

1)、初始时内压辊、外压辊和主轴三者的轴心在同一直线上，根据管材需要的弯管半径，通过调节可伸缩杆的长度调整内压辊的位置，同时在内夹头滑轨上调节内夹头到与内压辊相对应的位置；锁紧可伸缩杆，保持可伸缩杆的长度不变；

2)、拉动外压辊从而拉伸可伸缩机构，外压辊带动联结机构二向与联结机构一相反一侧移动，联结机构二的凸部和联结机构一的内腔侧壁共同压缩弹簧，内外压辊联结机构的长度增加，内压辊和外压辊之间的距离被增大；将管材插入内压辊和外压辊之间，管材与内压辊的环形凹槽及内夹头抵接，在十字导轨上调整送芯装置的位置，使芯棒插入管材中；

3)、在外夹头滑轨上调节外夹头的位置，使外夹头与管材抵接，外夹头将管材压紧在内夹头上；松开外压辊，在弹簧的弹力的作用下联结机构二向联结机构一一侧移动，从而带动外压辊向内压辊移动，外压辊的环形凹槽将管材压紧在内压辊的环形凹槽上，同时可伸缩机构的长度缩短；然后将伸缩机构锁紧，保持伸缩机构的长度不变；

4)、在十字导轨上调整送芯装置的位置到与限位开关抵接，使芯棒头的顶端与内压辊、外压辊、主轴这三者的轴心在同一直线上；

5)、启动主轴的下转轴的电机，下转轴通过可伸缩机构带动外压辊绕主轴顺时针公转，外压辊绕外压辊自转轴顺时针自转；联结机构二向与联结机构一相反一侧移动，联结机构二的凸部和联结机构一的内腔侧壁共同压缩弹簧，内外压辊联结机构的长度增加，管材被外压辊弯曲；

6)、在弹簧被压缩到最短长度时，内外压辊联结机构达到最大伸缩长度，这时启动主轴的上转轴的电机和内压辊的电机，上转轴通过可伸缩杆带动内压辊绕主轴顺时针公转，内压辊的电机带动内压辊绕内压辊自转轴逆时针自转，管材在外压辊和内压辊的共同作用下弯曲；

7)、在管材达到需要的弯管角度时，关闭内压辊、下转轴和下转轴的电机，内压辊和外压辊停止公转和自转；

8)、启动上转轴和下转轴的电机反转，使内压辊和外压辊恢复到公转前的位置，联结机构二、联结机构一和弹簧也恢复到内压辊和外压辊公转前的位置；

9)、在外夹头滑轨上调节外夹头的位置，使外夹头与管材分离；

10)、在滑轨上调整送芯装置的位置，将芯棒从管材中抽出；

11)、拉动外压辊，外压辊带动联结机构二向联结机构一相反一侧移动，联结机构二的凸部和联结机构一内腔侧壁共同压缩弹簧，内外压辊联结机构长度增加，内压辊和外压辊之间的距离被增大，取出管材。本发明弯管半径连续可调的无模自动弯管机及弯管方法的技术优势为：

本发明弯管半径连续可调的无模自动弯管机及弯管方法针对不同弯管半径无需专模专用，可连续调整伸缩机构实现不同弯管半径，克服现有技术的滚弯方式只能实现大弯管半径的缺点，以及克服传统绕弯方式实现不同弯管半径需要更换不同半径的模具的缺点，本发明的可弯管半径范围宽，弯管角度可控；

外压辊可自由转动加大管材外侧拉应力，内压辊由电机驱动自转，加大管材内侧压应力，快速实现管材弯曲，内夹头和外夹头实现管材的定位夹紧，在整个弯管过程固定管材，可满足不同弯管半径的要求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明弯管半径连续可调的无模自动弯管机的结构示意图；

图2为图1中无模自动弯管机在弯管时管材8被弯曲位置的局部放大结构示意图；

图3为图1中送芯装置11滑动设置在十字导轨19上的放大结构示意图；

图4为图1中内压辊3通过内外压辊联结机构6与外压辊5连接的放大结构示意图；

图5为图1中内压辊3和外压辊5与管材8抵接时的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、弯管半径连续可调的无模自动弯管机，如图1-5所示，被用于加工管材8，管材8为圆形管材，无模自动弯管机包括弯管机机身16、主轴1、内夹头滑轨14和与内夹头滑轨14配合使用的外夹头滑轨15，内夹头滑轨14和外夹头滑轨15都固定设置在弯管机机身16上，内夹头滑轨14上滑动设置有内夹头13，外夹头滑轨15滑动设置有外夹头12，内夹头13和外夹头12分别与管材8两侧面抵接。内夹头滑轨14上带有刻度，内夹头13可以在内夹头滑轨14上滑动调节位置并定位锁紧，可以根据管材8需要的弯管半径，调整内夹头13在内夹头滑轨14上的相应刻度位置，外夹头12可以将管材8压紧在内夹头13上固定。内夹头滑轨14和外夹头滑轨15的中心线有一定偏移距离，外夹头滑轨15的中心线与主轴1在Y轴方向的距离小于内夹头滑轨14的中心线与主轴1在Y轴方向的距离(即为外夹头滑轨15距离管材8开始弯管的位置，与内夹头滑轨14距离管材8开始被弯管的位置相比，外夹头滑轨15更近一点)。这样在外夹头12和内夹头13夹紧管材8时，会产生适当的弯矩作用，弯矩作用会加大外夹头12和内夹头13与管材8之间的摩擦力，使夹紧更可靠，防止弯管过程中管材8在Y轴方向的窜动，使得外夹头12和内夹头13夹紧管材8更可靠。

弯管机机身16在内夹头滑轨14和外夹头滑轨15之间固定设置有十字导轨19，十字导轨19上滑动设置有送芯装置11，送芯装置11可以在十字导轨19上沿着X、Y轴两个方向进行移动(X轴与弯管开始时的管材8的中心线垂直，Y轴和弯管开始时的管材8的中心线平行)，送芯装置11在Y轴方向由液压缸驱动，十字导轨19上装有限位开关18。送芯装置11在X轴方向可自由移动，无限位装置，送芯装置11在X轴方向的位置取决于管材8的位置和外径等，确保送芯装置11的中心线与管材8的中心线在同一直线上。送芯装置11上固定设置有一端设置为芯棒头9的芯棒10，芯棒头9的外径和管材8的内径大小相同，限位开关18能确保送芯装置11将芯棒头9的顶端准确定位到管材8的弯曲位置。芯棒头9采用具有一定硬度和弹性的材料，芯棒头9可以防止弯管过程中管材8的内壁出现褶皱。芯棒10设置有芯棒头9的一端伸入管材8中，这样能固定住管材8的一端，方便加工管材8。

主轴1包括上转轴和活动设置在上转轴底部的下转轴，上转轴和下转轴的轴心在同一垂线上，上转轴和下转轴分别由单独的电机驱动，且上转轴和下转轴单独转动。主轴1的上转轴通过可伸缩杆2与内压辊3连接，即可伸缩杆2的两端分别与主轴1的上转轴和内压辊3连接，且可伸缩杆2能调节和锁紧长度；主轴1的下转轴通过可伸缩机构17与外压辊5连接，即伸缩机构17的两端分别与主轴1的下转轴和外压辊5连接，且可伸缩机构17能调节和锁紧长度。内压辊3和外压辊5都设有环形凹槽，当内压辊3和外压辊5抵接时，两者之间的环形凹槽会闭合形成一个环形通道，环形通道的横截面的直径和管材8的外径相等。在管材8穿过环形通道时，内压辊3和外压辊5分别与管材8的两侧面抵接。

内压辊3通过内外压辊联结机构6与外压辊5连接，内外压辊联结机构6包括与内压辊3固定连接的中空的联结机构一61和与外压辊5固定连接的联结机构二62，联结机构一61在朝向外压辊5一端设置有与之内腔连通的通孔611，联结机构二62在朝向内压辊3一端设置有凸部621，通孔611的直径与联结机构二62的直径相同。联结机构二62设有凸部621的一端穿过通孔611伸入联结机构一61的内腔中，联结机构一61的朝向外压辊5一端的内腔侧壁通过弹簧63与联结机构二62的凸部621连接，弹簧63分别与联结机构一61内腔侧壁和凸部621固定连接。弹簧63的弹力使联结机构一61向联结机构二62的内腔中移动，从而使得外压辊5和内压辊3抵接。在外压辊5和内压辊3的距离增大时，联结机构一61和联结机构二62会随之向相反方向移动，这时弹簧63被联结机构一61的内腔侧壁和联结机构二62的凸部621共同压缩，弹簧63被压缩到最短距离时外压辊联结机构6达到最大伸缩长度。外压辊联结机构6的长度即为：联结机构一61加上联结机构二62的长度，再减去联结机构二62在联结机构一61内腔部分的长度。

内压辊3与主轴1(上转轴)的距离小于外压辊5与主轴1(下转轴)的距离，即为在加工管材8时，内压辊3位于管材8的内侧，外压辊5位于管材8的外侧。主轴1为外压辊5和内压辊3的公转中心，内压辊3设置有电机，内压辊3由电机驱动绕内压辊自转轴4做低速旋转运动(内压辊3自转)，内压辊3自转为逆时针旋转；主轴1的上转轴的电机驱动上转轴转动，上转轴通过可伸缩杆2带动内压辊3绕主轴1做圆周运动(内压辊3公转)，内压辊3公转为顺时针转动，内压辊3自转的线速度和公转的线速度相同。主轴1的下转轴的电机驱动下转轴转动，下转轴通过可伸缩机构17带动外压辊5绕主轴1做圆周运动(外压辊5公转)，外压辊5公转为顺时针转动；在外压辊5公转时，外压辊5在外压辊5与管材8之间的摩擦力作用下绕外压辊自转轴7转动(外压辊5自转)，外压辊5自转为顺时针旋转。内压辊3公转和外压辊5公转的转速相同。

内压辊3为主动轮，内压辊3自转时，内压辊3对管材8内侧的摩擦力指向弯曲位置一侧(管材8相对于主轴1的一侧为内侧，管材8另一侧为外侧)，该摩擦力为压应力f1；外压辊5为从动轮，外压辊5自转时，外压辊5对管材8外侧的摩擦力背离管材8弯曲位置一侧，该摩擦力为拉应力f2。压应力f1和拉应力f2的方向不同，能加快管材8的弯管。

开始弯管时，内压辊3、外压辊5、主轴1的轴心和芯棒头9的顶端在同一直线上，管材8在该直线上的位置作为弯曲位置，管材8主要变形发生在弯曲位置处。为防止在管材8开始弯管时，管材8的内壁出现褶皱，芯棒10的芯棒头9的顶端需要与内压辊3、外压辊5和主轴1的轴心的在同一直线上。

本发明的使用过程为：

初始时，外压辊5在内外压辊联结机构6的弹簧63作用下与内压辊3压紧，内压辊3、外压辊5和主轴1的轴心在同一直线上，所在直线与Y轴垂直，送芯装置11处于退芯状态。

1)、根据管材8需要的弯管半径，通过调节可伸缩杆2的长度调整内压辊3的位置，同时在内夹头滑轨14上调节内夹头13到合适位置，使管材8放置在内压辊3的环形凹槽和内夹头13上时与Y轴平行(管材8的中心线到主轴1的轴心的距离为弯管半径)；锁紧可伸缩杆2，保持可伸缩杆2的长度不变；

2)、拉动外压辊5，从而拉伸可伸缩机构17，外压辊5带动联结机构二62向与联结机构一61相反一侧移动，联结机构二62的凸部621和联结机构一61的内腔侧壁共同压缩弹簧63，内外压辊联结机构6的长度增加，内压辊3和外压辊5之间的距离被增大(此时内压辊3位置不变)；将管材8插入内压辊3和外压辊5之间，此时管材8与内压辊3的环形凹槽及内夹头13抵接，但管材8不与外压辊5的环形凹槽接触；在十字导轨19上沿着X轴方向调整送芯装置11的位置，使得芯棒10的中心线与管材8的中心线在同一直线上，再在十字导轨19上沿着Y轴方向调整送芯装置11的位置，使芯棒10插入管材8中；

3)、在外夹头滑轨15上调节外夹头12的位置，使外夹头12与管材8抵接，外夹头12将管材8压紧在内夹头13上；松开外压辊5，在弹簧63弹力的作用下联结机构二62向联结机构一61一侧移动，从而带动外压辊5向内压辊3一侧移动，外压辊5的环形凹槽将管材8压紧在内压辊3的环形凹槽上(此时内压辊3和外压辊5也抵接)，同时可伸缩机构17的长度缩短；然后将伸缩机构17锁紧，保持伸缩机构17的长度不变；

4)、在十字导轨19上将送芯装置11沿Y轴方向调整到与限位开关18抵接的位置，此时芯棒头9的顶端、内压辊3的轴心和外压辊5的轴心在同一直线上；

5)、启动主轴1的下转轴的电机，下转轴通过可伸缩机构17带动外压辊5绕主轴1顺时针公转，在外压辊5与管材8之间的摩擦力作用下外压辊5绕外压辊自转轴7顺时针自转(此时内压辊3位置不变)；内压辊3和外压辊5之间的距离增加，联结机构二62向与联结机构一61相反一侧移动，弹簧63被压缩，内外压辊联结机构6被拉长，管材8被外压辊5弯曲；

6)、在弹簧63被压缩到最短长度时，内外压辊联结机构6达到最大伸缩长度位置；这时启动主轴1的上转轴的电机和内压辊3的电机，上转轴通过可伸缩杆2带动内压辊3绕主轴1顺时针公转，内压辊3的电机带动内压辊3绕内压辊自转轴4逆时针自转，内压辊3公转和外压辊5公转的转速相同，管材8在外压辊5和内压辊3的共同作用下弯曲；

7)、在管材8达到需要的弯管角度时(外压辊5公转转过的角度即为管材8的弯曲角度)，关闭内压辊3、下转轴和下转轴的电机，内压辊3和外压辊5停止公转和自转；

8)、启动下转轴和下转轴的电机反转，使内压辊3和外压辊5恢复到公转前的位置，联结机构二62和联结机构一61也恢复到内压辊3和外压辊5公转前的位置；

9)、在外夹头滑轨15上调节外夹头12的位置，使外夹头12与管材8分离；

10)、在滑轨上调整送芯装置11的位置，将芯棒10从管材8中抽出；

11)、通过拉动外压辊5，外压辊5带动联结机构二62向联结机构一61相反一侧移动，联结机构二62的凸部621和联结机构一61内腔侧壁共同压缩弹簧63，内外压辊联结机构6长度增加，内压辊3和外压辊5之间的距离被增大，取出管材8。

对比例1、将芯棒10的芯棒头9顶部与内压辊3、外压辊5和主轴1的轴心连线改为不在同一直线上，其余等同于实施例1。

在芯棒10的芯棒头9的顶部在内压辊3、外压辊5和主轴1的轴心连线左侧时，芯棒头9不起作用，和不设置芯棒10相当；在芯棒10的芯棒头9的顶部在内压辊3、外压辊5和主轴1的轴心连线右侧时，芯棒头9在弯管过程中会被掰断。

对比例2、取消内压辊3的电机，内压辊3和外压辊5都无电机驱动，其余等同于实施例1。

当内压辊3和外压辊5都无电机驱动时，二者均为从动轮，内压辊3和外压辊5与管材8的摩擦力方向均背离弯曲位置一侧，此时，外压辊5对管材8外侧的摩擦力为加快管材8弯曲的有效力，而内压辊3对管材8内侧的摩擦力则为阻止管材8弯曲的力。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。