特大型高承载专用钢构件自动化成形设备及成形工艺

技术领域

本发明涉及钢构件加工技术领域，具体涉及特大型高承载专用钢构件自动化成形设备及成形工艺。

背景技术

装配式桥梁的桥面部分通常采用钢制，由于桥面需要与支撑结构（如桥墩、侧部的贝雷片）可靠连接。钢桥面板主要包括两块钢板及处于两块钢板之间的若干筋板（槽钢），整体通常采用焊接的方式制造，但由于筋板处于钢板的内部，当焊接第二块钢板时则会出现焊接比较困难的问题，尤其对于面积较大的钢桥面板，则只能通过长度较长的机械手深入至两层钢板之间对槽钢和钢板进行焊接，这样一方面焊接成本较高，并且焊接质量也无法保障。

鉴于上述原因，现有技术中需要一种能够高效、可靠完成装配式桥梁的桥面加工的自动化设备及成型工艺。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种特大型高承载专用钢构件自动化成形设备及成形工艺，解决了现有技术中钢构件折弯、冲槽需要多道工序的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

特大型高承载专用钢构件自动化成形设备：包括产品折弯、冲槽组件及产品外支撑组件，产品折弯、冲槽组件包括压脚驱动件、压脚及锁定释放组件，压脚驱动件下端设有依次排列的下连接段、可拆卸的冲头，压脚上端设有与下连接段、冲头相匹配的连接槽，锁定释放组件用于实现下连接段与连接槽的分离或结合；

压脚侧部设有与产品待加工缺口相匹配的冲刀槽；

外支撑组件包括底部顶头及对称设置于底部顶头两侧的折弯块及滑动支撑装置，滑动支撑装置包括滑动支架，滑动支架设有可沿滑动支架横向滑动的滑动座，且滑动座连接用于驱动滑动座横向滑动的水平油缸，滑动座上端铰接于折弯块，且折弯块与滑动座设有用于驱动折弯块沿着折弯块与滑动座铰接轴旋转的翻转油缸；

底部顶头底部设有用于驱动底部顶头上下运动的底部油缸，底部顶头正对压脚设置，且宽度小于压脚的宽度；

当两个折弯块水平放置时，两个折弯块及底部顶头上表面处于同一水平面。

作为本发明的一种优选方案，前述的特大型高承载专用钢构件自动化成形设备：锁定释放组件包括摆臂、滑动板及锁定释放油缸，摆臂有两个，且两个摆臂对称铰接于下连接段，其中，摆臂设有分别处于铰接点两侧的导向轴、钩头，钩头向外延伸且与冲刀槽相匹配，滑动板设有倾斜对称设置的导向槽，导向轴可滑动连接导向槽，锁定释放油缸用于驱动滑动板沿着压脚驱动件上下滑动；

当下连接段与连接槽结合时，钩头插入至冲刀槽。

作为本发明的一种优选方案，前述的特大型高承载专用钢构件自动化成形设备：下连接段有多个，且多个下连接段的数量及间距与冲刀槽相匹配，锁定释放组件设置于下连接段的端部。

作为本发明的一种优选方案，前述的特大型高承载专用钢构件自动化成形设备：折弯块产品连接侧的上沿还设有高度等于产品厚度的挡边，当压脚与加工完成的产品脱离时，挡边驱动产品与压脚脱离。

特大型高承载专用钢构件自动化成形工艺：按照以下步骤操作：

在两个折弯块均处于水平状态，且底部顶头与折弯块处于高度相同的状态下，将产品放置在底部顶头与两个折弯块的上表面，并保证产品的中心与底部顶头的中心对齐；

在下连接段与连接槽相结合，且底部油缸使底部顶头向产品下表面提供一定的支撑力的条件下，通过压脚驱动件驱动压脚按压产品进行折弯作业；

当产品折弯到预设角度时，通过翻转油缸向折弯块提供预设推力，并通过水平油缸向滑动座提供预设推力；

待折弯块旋转至竖直状态时，停止转动；

底部顶头下降，下连接段与连接槽分离，折弯块旋转至水平状态；

压脚以自身轴线为中心旋转度，并横移至待冲压位置；

产品底部相对侧的折弯块向产品提供预设推力；

底部顶头上升至接触产品并向产品提供一定的推力后，锁定底部油缸；

压脚驱动件驱动冲头冲压产品侧部；

底部顶头下降、折弯块与产品脱离，压脚以自身轴线为中心旋转度；

产品底部相对侧的折弯块向产品提供预设推力；

底部顶头上升至接触产品并向产品提供一定的推力后，锁定底部油缸；

压脚驱动件驱动冲头冲压产品另一侧部；

底部顶头下降、折弯块与产品脱离，压脚以自身轴线为中心旋转至连接槽与压脚驱动件正对的角度；压脚驱动件下降，下连接段与连接槽相结合，两个折弯块均旋转至竖直状态并与产品侧部贴合；

压脚驱动件上升，通过挡边作用于产品上沿使产品与压脚分离；

两个折弯块均旋转至水平状态。

作为本发明的一种优选方案，前述的特大型高承载专用钢构件自动化成形工艺：下连接段与连接槽相结合步骤是：

下连接段插入至连接槽的底部；

锁定释放油缸通过滑动板驱动钩头插入至冲刀槽，当导向轴运动至导向槽的端部或钩头完全进入至冲刀槽内部时，锁定释放油缸停止运动并锁定。

作为本发明的一种优选方案，前述的特大型高承载专用钢构件自动化成形工艺：当产品折弯到度时，通过翻转油缸向折弯块提供预设推力，并通过水平油缸向滑动座提供预设推力。

作为本发明的一种优选方案，前述的特大型高承载专用钢构件自动化成形工艺：折弯作业时，底部油缸通过底部顶头向产品下表面提供的支撑力是压脚驱动件下压力的15%-25%。

本发明所达到的有益效果：

现对于现有技术，本发明可一次性完成产品的折弯、两侧冲槽作用，大大简化了产品的加工工艺。由于采用了先折弯、再两侧分别冲槽的方式进行加工，因此加工的精度较高，当折弯作业完成之后，本发明还能够满足产品的冲压条件。

本发明的压脚驱动件与压脚采用可拆卸的设计，通过锁定释放组件能够实现压脚驱动件与压脚的结合或分离，当压脚与压脚驱动件分离时，压脚还可以作为产品的冲压支撑件使用。

在折弯作业时，底部油缸通过底部顶头向产品下表面提供的支撑力，底部顶头的推力能够消除上述折弯圆弧，提升折弯后的产品质量，还能够避免折弯过程中，产品发生滑动。

附图说明

图1是本发明槽钢的轴测图；

图2是本发明槽钢与钢板连接结构的轴测图；

图3是本发明压脚、压脚驱动件及锁定释放组件轴测图；

图4是图3的局部放大图；

图5是本发明锁定释放组件结构图；

图6是本发明待折弯状态端部示意图；

图7是本发明折弯状态端部示意图一（折弯至45度）；

图8是本发明折弯状态端部示意图二（折弯完成）；

图9是本发明冲槽作业状态端部示意图一；

图10是本发明冲槽作业状态端部示意图二；

图11是本发明压脚与产品脱离状态端部示意；

附图标记的含义：1-槽钢；2-折弯块；3-滑动支架；4-底部顶头；5-压脚；6-压脚驱动件；7-锁定释放组件；11-缺口；12-焊接槽；13-钢板；21-挡边；31-滑动座；32-翻转油缸；33-水平油缸；41-底部油缸；51-连接槽；52-冲刀槽； 61-下连接段；62-冲头；71-摆臂；711-钩头；712-导向轴；72-滑动板；721-导向槽；73-锁定释放油缸；10-产品。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1及图2所示，图1是基于现有技术中改良的钢桥面板用槽钢，改良之后的槽钢在上沿冲开槽口，这样槽口之间就会形成用于穿过钢板13的、相对于槽口向上延伸的焊接区域，该焊接区域处于焊接槽12的内部。当槽钢1与钢板13连接完成之后，即可在焊接槽12的内部进行焊接，避免了从槽钢侧对两者进行焊接，大大降低了焊接的复杂程度。

由于钢桥面板中的槽钢尺寸较大，因此需要采用折弯的方式进行加工，现有技术中常规的加工工艺是先将矩形钢板折弯，并且由于有两个折弯处，通常需要两道折弯工序，当折弯完成之后再对上沿的缺口进行加工，由于折弯之后的槽钢1很难满足冲切的条件（主要原因是不便于对槽钢1内部进行支撑），缺口的加工通常采用从铣削的方式进行。倘若采用先加工缺口、再折弯的工艺，则由于折弯误差的存在，很容易出现折弯之后槽钢1开口两侧的缺口不对应的现象。

通过上述现有技术的分析可以看出，对图1、图2结构中的槽钢1进行加工至少需要两道折弯工序和一道铣削工序，其他常规替代加工方式并不能对其加工的工作量产生实质性影响。如图3至图6所示：针对上述问题，本实施例公开了特大型高承载专用钢构件自动化成形设备：包括产品折弯、冲槽组件及产品外支撑组件，其中产品折弯、冲槽组件包括压脚驱动件6、压脚5及锁定释放组件7，压脚驱动件6属于现有技术，至少具备向下或向上的驱动力，通常是通过油缸提供动力，用于驱动压脚5完成按压或向上抬起的动作。

压脚驱动件6下端设有依次排列的下连接段61、可拆卸的冲头62，压脚5上端设有与下连接段61、冲头62相匹配的连接槽51，锁定释放组件7用于实现下连接段61与连接槽51的分离或结合。

压脚5侧部设有与产品待加工缺口相匹配的冲刀槽52。

外支撑组件包括底部顶头4及对称设置于底部顶头4两侧的折弯块2及滑动支撑装置，滑动支撑装置包括滑动支架3，滑动支架3设有可沿滑动支架3横向滑动的滑动座31，且滑动座31连接用于驱动滑动座31横向滑动的水平油缸33，滑动座31上端铰接于折弯块2，且折弯块2与滑动座31设有用于驱动折弯块2沿着折弯块2与滑动座31铰接轴旋转的翻转油缸32。

底部顶头4底部设有用于驱动底部顶头4上下运动的底部油缸41，底部顶头4正对压脚5设置，为了便于折弯作业时，折弯块2更好地对产品进行翻折，底部顶头4的宽度小于压脚5的宽度。

当两个折弯块2水平放置时，两个折弯块2及底部顶头4上表面处于同一水平面，这样就形成了一个工作台，用于放置待加工的矩形钢板。

本实施例上述的锁定释放组件7包括摆臂71、滑动板72及锁定释放油缸73，摆臂71有两个，且两个摆臂71对称铰接于下连接段61，其中，摆臂71铰接点的两侧分别设有导向轴712、钩头711，其中钩头711向外延伸，且与冲刀槽52相匹配。

滑动板72设有倾斜对称设置的导向槽721，导向轴712可滑动连接导向槽721，锁定释放油缸73用于驱动滑动板72沿着压脚驱动件6上下滑动，为了保证滑动板72在对摆臂71进行驱动时能够始终处于两个摆臂71之间，实现两个摆臂71同步、同幅度运动的目的，本实施例滑动板72与压脚驱动件6之间还最好设有用于使滑动板72沿着压脚驱动件6竖向滑动的导向装置，导向装置可采用现有技术中的任意方式，例如可在滑动板72的两侧均设置导向块。

当下连接段61与连接槽51结合时，钩头711插入至冲刀槽52，这样就实现了压脚驱动件6与压脚5的结合。

如图3所示：为了便于上述锁定释放组件7的布置，本实施例下连接段61有多个，且多个下连接段61的数量及间距与冲刀槽52相匹配，即下连接段61有多个，且相间设置，锁定释放组件7设置于下连接段61的端部，即摆臂71铰接于下连接段61的端部，滑动板72可上下滑动连接于下连接段61的端部。

当产品折弯完成之后，产品通常会夹住压脚5，为了便于压脚5能够顺利从折弯之后产品中拔出，本实施例折弯块2产品连接侧的上沿还设有高度等于产品厚度的挡边21，当压脚5与加工完成的产品脱离时，挡边21便于压脚5与产品分离。

本实施例还公开了采用上述特大型高承载专用钢构件自动化成形设备针对图1、图2中槽钢1加工的自动化成形工艺，具体按照以下步骤操作：

毛坯（矩形钢板）下料完成之后，在两个折弯块2均处于水平状态，且底部顶头4与折弯块2处于高度相同的状态下，将产品放置在底部顶头4与两个折弯块2的上表面，并使产品的中心与底部顶头4的中心对齐。

在下连接段61与连接槽51相结合，且底部油缸41使底部顶头4向产品下表面提供一定的支撑力的条件下，通过压脚驱动件6驱动压脚5按压产品，这样的目的是为了避免折弯过程中，产品的中间部分（压脚5的底部中间位置）向下完成、产生折弯圆弧，考虑到产品的材质特性，在本实施例中：折弯作业时，底部油缸41通过底部顶头4向产品10下表面提供的支撑力是压脚驱动件6下压力的15%-25%，底部顶头4的推力能够消除上述折弯圆弧，提升折弯后的产品质量，还能够避免折弯过程中，产品10发生滑动。

在折弯的初始阶段（折弯角度小于45度），翻转油缸32处于自然伸缩状态，折弯块2跟随产品变形进行翻转。当产品折弯到预设角度时，该预设角度最好选择45度，即图7状态，通过翻转油缸32向折弯块2提供预设推力，并通过水平油缸33向滑动座31提供预设推力；预设推力用于避免折弯块2与产品脱离。

随着折弯动作的进行，待折弯块2旋转至竖直状态时，停止转动，如图8所示，这样即可完成整个产品10的折弯作业。

这样即可进入下一过程，即冲槽作业。

首先：底部顶头4下降，下连接段61与连接槽51分离，折弯块2旋转至水平状态，并移动至产品10的旋转半径之外。

压脚5以自身轴线为中心旋转90度，压脚5的旋转及移动可以采用现有技术中的任意一种方式，本实施例不作限定。其中压脚5的自身轴线可参阅图3中的加粗点划线P。压脚5横移至待冲压位置，冲压位置就是产品10的缺口11位置与冲头62的位置相匹配。

还需要产品10底部相对侧的折弯块2向产品底部提供预设推力，这样操作的目的是避免折弯完成的产品10与压脚5底部产间隙，这样就无法正常进行冲槽作业。

底部顶头4上升至接触产品并向产品提供一定的推力后，锁定底部油缸41，用于实现对产品10底部形成可靠支撑，这样产品10就满足冲切的条件，该冲切条件包括：1. 产品10位置与冲刀位置相对应；2. 待冲切位置底部具有与待冲切槽相匹配的冲刀槽52（冲切余料槽），3.压脚5紧密贴合产品10的内部；4. 产品10底部被底部顶头4可靠支撑。

接着，压脚驱动件6驱动冲头62冲压产品侧部，形成缺口11，冲压余料进入至冲刀槽52。然后冲切产品的另一面：底部顶头4下降、折弯块2与产品脱离，压脚5以自身轴线为中心旋转180（从图9切换至图10）；产品底部相对侧（图9视图左侧的折弯块2、图10视图右侧的折弯块2）的折弯块2向产品底部提供预设推力，用于避免产品10与压脚5底部产间隙。底部顶头4上升至接触产品并向产品提供一定的推力后，锁定底部油缸41；压脚驱动件6驱动冲头62冲压产品另一侧部，形成另一侧的缺口11，这样就完成了产品10两侧的冲切。

最后产品下料，设备复位，具体过程如下：底部顶头4下降、折弯块2与产品脱离，压脚5旋转至连接槽51开口向上的角度。

然后，压脚驱动件6下降，下连接段61与连接槽51相结合，两个折弯块2均旋转至竖直状态并与产品侧部贴合；如图11所示：压脚驱动件6上升，通过挡边21作用于产品上沿使产品与压脚5分离，最后两个折弯块2均旋转至水平状态。

需要注意的是：在上述冲槽过程中，到冲切完成之后，需要避免冲切余料进入至连接槽51的内部，保证下连接段61与连接槽51的顺利结合，在实际应用中，最好在冲刀槽52设置阻挡装置，用于限制冲切余料直接穿过冲刀槽52进入至连接槽51的内部。

在上述过程中，下连接段61与连接槽51相结合步骤是：

在钩头711不延伸出下连接段61侧面的前提下，下连接段61插入至连接槽51的底部；锁定释放油缸73驱动滑动板72竖向滑动，导向轴712沿着导向槽721向下连接段61的中心方向摆动，即滑动板72驱动摆臂71以（摆臂71与下连接段61的）铰接点为中心旋转，当导向轴712运动至导向槽721的端部或钩头711完全进入至冲刀槽52内部时，锁定释放油缸73停止运动并锁定，即可完成压脚驱动件6与压脚5的结合。

现对于现有技术，本实施例可一次性完成产品10的折弯、两侧冲槽作业，大大简化了产品10的加工工艺。由于采用了先折弯、再两侧分别冲槽的方式进行加工，因此加工的精度较高，当折弯作业完成之后，本发明还能够满足产品的冲压条件。

本实施例的压脚驱动件6与压脚5采用可拆卸的设计，通过锁定释放组件7能够实现压脚驱动件6与压脚5的结合或分离，当压脚5与压脚驱动件6分离时，压脚5还可以作为产品的冲压支撑件使用。

折弯作业时，底部油缸41通过底部顶头4向产品10下表面提供的支撑力，底部顶头4的推力能够消除上述折弯圆弧，提升折弯后的产品质量，还能够避免折弯过程中，产品10发生滑动。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。