一种用于薄壁管弯曲成形的直管段内撑外夹式夹持助推装置

技术领域

本发明属于薄壁管件弯曲成形领域，具体涉及一种用于薄壁管弯曲成形的直管段内撑外夹式夹持助推装置。

背景技术

随着薄壁管件在车辆、航空、船舶等领域的广泛应用，薄壁管材弯曲成形技术也不断发展。然而薄壁管材在弯管机上弯曲成形之前，需要对待弯的管件进行夹紧，将其固定在数控弯管机上，以便对管材进行定位并与弯管机的模具进行配合。在夹紧的过程中，由于薄壁管的管壁很薄，刚度较差，在直管段进行夹持时容易由于夹持力度较大造成夹紧段截面变形，影响薄壁管件的弯曲性能和成形质量。

目前在工业生产中用到的薄壁管件直管段夹持装置大多数只考虑管壁外侧的变形，而很难在夹紧管件的同时实现对管壁内侧的保形，满足对薄壁管件夹紧过程中对截面变形控制的需求。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明公开了一种用于薄壁管弯曲成形的直管段内撑外夹式夹持助推装置，有效解决了现有薄壁管直管段夹紧装置无法保证夹紧过程中不破坏截面并使其产生变形的问题。通过夹紧保形装置能够对弯管外侧夹紧的同时实现管壁内侧的保形，实现夹紧与保形装置同步控制，提高薄壁弯管直管段的质量。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种用于薄壁管弯曲成形的直管段内撑外夹式夹持助推装置

夹持助推装置包括安装于弯管机机架上的夹持装置、保形支撑装置和滑块驱动部分；通过夹持装置向内夹紧管件外壁，通过保形支撑装置向外撑开管件内壁，滑块驱动部分带动夹持装置和保形支撑装置同时运动。

滑块驱动部分包括直线电机、夹紧圆柱形滑块、内胀支撑滑块和夹紧保形连接块；弯管机机架表面设置有T形滑轨，夹紧圆柱形滑块、夹紧保形连接块、内胀支撑滑块依次安装于弯管机机架表面，夹紧圆柱形滑块、夹紧保形连接块、内胀支撑滑块三者底部均开设有T形滑槽与T形滑轨配合连接；直线电机的输出轴与内胀支撑滑块连接。

保形支撑装置包括内胀保形装置支架、楔形拉杆和多块圆弧支撑块；夹紧圆柱形滑块和内胀支撑滑块之间固定有内胀保形装置支架，内胀保形装置支架靠近夹紧圆柱形滑块的一端设置有支撑管，且支撑管伸入夹紧圆柱形滑块开设的环形孔内，支撑管周向等间隔开有多个通槽；楔形拉杆位于支撑管管内，楔形拉杆一端从内胀保形装置支架中心孔伸出后与内胀支撑滑块固定连接，楔形拉杆另一端位于支撑管管内的通槽位置处；支撑管外周面周向布置多块圆弧支撑块，多块圆弧支撑块内侧面设置的斜楔块穿过支撑管的通槽后与楔形拉杆端部设置的斜面配合。

夹持装置包括夹持装置支架和多块圆弧夹紧块；夹紧圆柱形滑块远离内胀支撑滑块的侧方安装有夹持装置支架，夹持装置支架开设有与夹紧圆柱形滑块同轴布置的环形孔；多块圆弧夹紧块周向排布形成柱状夹紧结构，柱状夹紧结构一端从夹持装置支架的环状孔内伸出，另一端与夹紧圆柱形滑块铰接连接。

夹紧保形连接块两端分别与内胀支撑滑块前端面和夹紧圆柱形滑块后端面连接；通过直线电机控制内胀支撑滑块沿T形滑轨轴向移动，内胀支撑滑块通过夹紧保形连接块推动夹紧圆柱形滑块沿T形滑轨轴向移动。

柱状夹紧结构、柱状支撑结构、夹持装置支架、夹紧圆柱形滑块、支撑管、楔形拉杆均为同轴布置。

所述圆弧支撑块主要由可更换内圆弧板和内胀支撑板通过内六角螺栓上下对接组成，内胀支撑板内侧面固定有斜楔块；所述圆弧夹紧块主要由夹紧块和可更换外圆弧板通过内六角螺栓上下对接组成；可更换内圆弧板的外圆面用于支撑待弯曲薄壁管内壁，可更换外圆弧板的内圆面用于夹紧支撑待弯曲薄壁管外壁，根据待弯曲管的曲率半径和壁厚更换不同尺寸的内圆弧板和外圆弧板。

楔形拉杆为管状结构，楔形拉杆另一端设置有方形块，方形块与通槽对应的各个面设置为斜面；夹紧圆柱形滑块的轴向运动带动楔形拉杆的轴向运动，楔形拉杆的轴向运动通过与斜楔块的面接触转化为圆弧支撑块的径向运动，实现对待弯曲管的支撑。置于内胀支撑滑块中心的芯棒经内胀保形装置支架中心孔伸入楔形拉杆管内。

多块圆弧支撑块周向排布形成的柱状支撑结构依次经夹紧圆柱形滑块和夹持装置支架的环状孔伸入柱状夹紧结构内部；每块圆弧支撑块内侧面与支撑管外周面之间连接有沿径向方向拉伸的复位拉簧。

所述的柱状夹紧结构上的每个夹紧块在侧面的边缘位置设置向外凸起的T形滑块，夹持装置支架上周向间隔开有沿径向延伸且与T形滑块位置对应的滑槽，T形滑块伸入滑槽内且沿滑槽径向运动；夹紧圆柱形滑块外周面间隔设置有与T形滑块位置对应的耳座，夹紧连杆一端与夹紧圆柱形滑块上的耳座铰接相连，另一端与T形滑块上的耳座铰接相连。

通过夹紧圆柱形滑块的轴向运动带动夹紧连杆旋转，进而将夹紧圆柱形滑块的轴向运动的转化为夹紧块的径向运动，实现对待弯曲管的夹紧。

二、用于薄壁管弯曲成形的直管段内撑外夹式夹持助推装置的使用方法包括以下步骤：

1)将待弯管材伸入柱状夹紧结构和柱状支撑结构之间，根据待弯管材的半径和壁厚控制直线电机工作：

直线电机的活塞推动内胀支撑滑块和夹紧圆柱形滑块沿T形滑轨轴向向后运动，内胀支撑滑块推动楔形拉杆运动，楔形拉杆的斜面作用于斜楔块，使斜楔块在支撑管的方形槽内向外做径向运动，带动圆弧支撑块在管内撑开，为待弯管材内壁提供压力，实现保形支撑功能；

楔形拉杆端部的斜面与斜楔块重合部分面积越小，则斜楔块沿径向方向向外运动的距离越远，直至斜面与斜楔块完全不重合，此时内胀支撑块扩大至最大撑开状态，且斜楔块的轴向位置保持不变。

夹紧圆柱形滑块沿轴向向后运动，通过耳座与夹紧连杆构成的旋转副带动夹紧连杆的正向旋转，从而带动所有圆弧夹紧块上的T形滑块沿夹持装置支架的滑槽径向移动，圆弧夹紧块沿轴向位置不动，向靠近轴线的径向方向运动，实现对待弯管材的向内夹紧；

2)装置复位：

直线电机控制内胀支撑滑块沿轴向向前运动，带动楔形拉杆向前运动，与内胀保形装置支架相连的复位拉簧释放弹性势能，拉动圆弧支撑块沿径向靠近轴线运动，实现保形支撑装置的复位；

夹紧圆柱形滑块与内胀支撑滑块同时沿轴向向后运动，夹紧圆柱形滑块带动夹紧拉杆反向旋转，圆弧夹紧块上的T形滑块在夹紧拉杆的带动下沿夹持装置支架的滑槽径向运动，即圆弧夹紧块朝远离轴线的径向方向运动，完成夹紧装置的自动复位。

圆弧夹紧块和圆弧支撑块在向内夹紧和向外撑开的过程中，对待弯管材的管壁内外侧均提供压力，使管材在助推过程中的摩擦力增大，从而助于实现管材的助推。

本发明的有益效果：

1)本发明通过控制夹紧滑块和内胀支撑滑块的同步运动，使内胀支撑件在管壁内侧向外撑开，同时使夹紧块在管外侧向内夹紧，内胀保形装置在管件内部提供支撑实现薄壁管直管段的保形功能，防止夹紧装置夹紧力过大使截面发生变形。

2)本发明可以通过管内外两侧分别施加的夹紧力和内胀力增大对管内外两侧的压力，进而增大管助推时所获得的摩擦力，实现提供更大的助推力。

3)本发明可以根据加工生产要求，通过更换外圆弧板和与内圆弧板实现不同直径、不同壁厚管材直管段的夹紧保形功能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的剖视结构示意图。

图3为本发明的保形支撑装置示意图，(a)为立体图，(b)为剖视图。

图4为本发明的夹持装置结构示意图，(a)为立体图，(b)为剖视图。

图5为本发明的圆弧夹紧块结构示意图。

图6为本发明的夹紧圆柱形滑块结构示意图

图7为本发明的内胀保形装置支架结构示意图。

图8为本发明的保形支撑装置主要结构的示意图；(a)为内胀支撑块和可更换内圆弧板的结构示意图，(b)为楔形拉杆的结构示意图。

图9为本发明的滑块驱动装置示意图。

图10为本发明的内胀支撑块向外撑开过程的示意图；(a)(b)分别为内胀支撑开始和完成的两个状态图。

图11为本发明的夹紧块向内夹紧过程的示意图；(a)(b)分别为夹紧开始和完成的两个状态图。

图中：夹持装置1、保形支撑装置2、滑块驱动装置3、可更换外圆弧板4、夹持装置支架5、夹紧圆柱形滑块6、内胀支撑板7、楔形拉杆8、内胀支撑滑块9、直线电机10、夹紧连杆11、夹紧块12、可更换内圆弧板13、T形滑块14、耳座15、内胀保形装置支架16、斜楔块17、支撑管18、夹紧保形连接块19、弯管机机架20、复位拉簧21。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括夹持装置1、保形支撑装置2和滑块驱动部分3，夹持装置和保形支撑装置通过滑块驱动部分的滑块连接在一起，滑块驱动部分选用直线电机。

如图2和图9所示，滑块驱动部分3包括弯管机机架20、直线电机10、夹紧圆柱形滑块6、内胀支撑滑块9、夹紧保形连接架19。夹紧圆柱形滑块6中间开孔，用于放置薄壁管，底部开T形滑槽，与弯管机机架20上的T形滑轨配合。内胀支撑滑块9中间开孔，用于放置芯棒，底部开T形滑槽，在T形滑轨上实现前后运动，内胀支撑滑块9前端面与夹紧保形连接架19后端面相连。直线电机10放置于弯管机机架20后侧，为滑块运动提供动力。直线电机10中的活塞与内胀支撑滑块9后端面相连，通过活塞沿管轴向的前后运动实现夹紧块12沿径向向内夹紧和内胀支撑块7沿径向向外撑开的同步控制。

如图4、图5和图6所示，夹持装置包括四个周向排列的夹紧块12、可更换外圆弧板4、夹持装置支架5、夹紧连杆11、夹紧圆柱形滑块6。夹持装置支架5上周向间隔开有四个沿径向延伸的T形滑槽，夹紧块12内圆面通过内六角螺栓与可更换外圆弧板4相连，后侧固连T形滑块14，在所述T形滑槽中沿径向运动，轴向位置保持不变。T形滑块14通过耳座15与夹紧连杆11相连，夹紧连杆11的另一端通过耳座15与夹紧圆柱形滑块6形成转动副，通过夹紧圆柱形滑块6的轴向运动带动夹紧连杆11旋转，进而将夹紧圆柱形滑块6的轴向运动转化为夹紧块12的径向运动，四个夹紧块12带动可更换外圆弧板4同时运动实现对薄壁管直管段的夹紧过程。

如图3、图7和图8所示，保形支撑装置包括四个周向排列的内胀支撑块7、可更换内圆弧板13、斜楔块17、内胀保形装置支架16、楔形拉杆8、内胀支撑滑块9。内胀支撑块7外圆面与可更换内圆弧板13通过内六角螺栓相连，内圆面与斜楔块17固连，内胀保形装置支架16中部开方形槽，斜楔块17穿过方形槽与楔形拉杆8上的锥形段方形斜面配合，方形斜面与斜楔块17重合部分面积越小，则斜楔块17沿内径方向向外运动的距离越远，直到方形斜面与斜楔块17完全不重合，此时内胀支撑块7扩大至最大撑开状态。内胀保形装置支架16外圆面固连四个周向间隔的复位弹簧21，将支架与内胀支撑块7连接起来，实现内胀支撑复位。楔形拉杆8后侧通过螺栓与内胀支撑滑块9相连。内胀支撑滑块9与夹紧圆柱形滑块6的轴向运动带动楔形拉杆8的轴向运动，从而控制内胀支撑块7的径向运动。

斜楔块沿楔形拉杆锥形段的方形斜面配合，楔形拉杆沿轴向的运动通过与斜楔块的面接触转化为径向运动，斜楔块在方形槽中与楔形拉杆配合做径向运动，其轴向位置保持不变。

具体实施例：

在确认管材的曲率半径和壁厚后对外圆弧板和内圆弧板进行更换。

1)根据待弯管材的半径和壁厚要求控制直线电机工作，直线电机中的活塞推动内胀支撑滑块9和夹紧圆柱形滑块6沿保形夹紧机架上的T形滑轨做轴向运动，内胀支撑滑块9推动楔形拉杆8运动，楔形拉杆8的方形斜面作用于斜楔块17，使斜楔块17在内胀保形装置支架16中的方形槽中做径向运动，带动内胀支撑块7在管内撑开，给管内壁提供压力，实现保形支撑功能。夹紧圆柱形滑块6与内胀支撑滑块9在气缸活塞的驱动下同步运动，夹紧圆柱形滑块6沿轴向向后运动，通过耳座15与夹紧连杆11构成的旋转副带动夹紧连杆11的旋转，另一端与夹紧块12的T形滑轨相连，夹紧块12沿轴向位置不动，在夹紧圆柱形滑块的T型滑槽中在径向上向靠近轴线的方向运动，完成沿管径向内夹紧的运动。

如图10所示，当直线电机调节活塞推动内胀支撑滑块9右移时，楔形拉杆8右移，楔形拉杆8的方形斜面与斜楔块17的斜面的重合部分减小，斜楔块17沿轴向方向的位置不变，在径向方向沿着楔形拉杆8的斜面远离轴线的方向运动，内胀支撑块7和可更换内圆弧板13随斜楔块17做向外的径向运动，完成沿管径向外撑开的运动。

如图11所示，当直线电机调节活塞推动夹紧圆柱形滑块6右移时，夹紧连杆11受到向右的拉力，使夹紧拉杆11绕耳座15做逆时针旋转，夹紧块12后侧的T形滑块14通过耳座15与夹紧拉杆的另一端连接，在夹紧拉杆逆时针旋转产生的力的作用下在夹持装置支架5的T形滑槽中在径向上沿靠近轴线的方向移动，夹紧块12向轴线方向运动，实现夹紧功能。

2)当完成内撑外夹的动作后，直线电机控制活塞带动内胀支撑滑块9和夹紧圆柱形滑块6向左运动，带动楔形拉杆8向左运动，与内胀保形装置支架16相连的复位拉簧21释放弹性势能，拉动斜楔块沿径向靠近轴线运动，实现保形支撑装置的复位。

夹紧圆柱形滑块6带动夹紧拉杆顺时针方向转动，进而控制夹紧块12上的T形滑块14在T形滑轨中在径向上远离轴线运动，带动夹紧块12向外撑开，实现复位。

夹紧块12和内胀支撑滑块9在向内夹紧和向外撑开的过程中，给管壁内外侧都提供了压力，使管在助推过程中获得的摩擦力增大，从而助于实现用于薄壁管的助推功能。