主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置。包括活芯体和依次串接在活芯体端面的多个万向节，万向节内安装有一体式伺服电机，通过电机运行带动各节万向节转动，从而实现芯棒；万向节包括分别位于两端部的两个球面活芯环、两个叉头和位于中部的十字轴，十字轴每个轴端面通过电磁式棘轮组件与棘轮连接，电磁式棘轮组件包括直动式电磁铁、弹簧拨片、电磁铁推杆、弹簧和棘爪；同时通过自由度的合成与分解，将空间几何转角转换为伺服角度，通过脉冲驱动‑驱动芯片‑伺服电机，控制转轴转动，实现薄壁管内的芯棒的主动同步弯曲。本发明专利技术通过芯棒相邻轴节的精准定位，降低错位扭矩，减少对内壁的刮擦，主动同步弯曲的芯棒可实现超薄壁弯管成形。

Anti bending mandrel breaking device with active synchronous bending

The invention discloses an active synchronous bending anti wrinkle mandrel device. Including the living core and connected in series in a number of joint face live core, the universal joint is arranged in the integrated servo motor, drive each section universal joint is rotated by a motor operation, so as to realize the core; universal joint consists of two spherical are located at both ends of the movable core ring, two forks and is located in the middle of the cross axis, cross axis each shaft through the electromagnetic ratchet assembly is connected with a ratchet wheel, electromagnetic ratchet assembly includes a direct acting electromagnet, a spring sheet, a push rod, and a pawl spring electromagnet; through the synthesis and decomposition of degrees of freedom, the space geometry angle into the servo angle by pulse drive drive chip servo motor, control the rotating shaft to rotate, thin walled mandrel pipe bending active synchronization. Through accurate positioning of the adjacent shaft of the mandrel, the invention can reduce the dislocation torque and reduce the scraping on the inner wall, and the bending mandrel with active synchronization can realize the forming of the ultra thin wall bent pipe.

【技术实现步骤摘要】
主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置
本专利技术涉及金属管弯曲成形
，尤其是涉及一种主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置。
技术介绍
弯管技术广泛应用于航空航天工业、船舶制造业、汽车工业等多种行业，弯管质量的好坏，将直接影响到这些行业的产品的结构合理性，安全性、可靠性等。在使用弯管机将圆直管、椭圆直管、方形直管、矩形直管等多种金属管进行弯曲加工成形时，如果金属管的内腔是空的，其在其被弯曲的过程时管的截面易变形，从而导致金属管被弯部位截面变小，不但影响金属管的内外部形状，而且也使得在使用过程中流体通过流量剧变，难以满足高压管道、化工等行业对弯管截面变形的严格要求。在传统工艺中，对要求较高的金属管的弯曲部位采用在管内腔充填沙子、稀土或低熔点金属如铅、石蜡等来减少金属管弯曲部位的截面变形，但是取出这种充填物时操作复杂，如铅等低熔点金属还污染环境，而且由于这些充填物自身固有特性，仍不能有效防止金属管弯曲部位截面变形。目前，也有些国内企业采用金属芯棒填充管内腔的方法。对于冷态弯管，合理选择芯棒的形成及掌握其正确的使用方法非常必要。但是金属芯棒在管材转动时也会由于固定的方式不可靠而跟着转动，而芯棒又是填充在管内腔，看不见是否己经被转动了方向，如果被转动了的方向的尺寸超过了模具的组合范围，又继续进行下一步动作，这样，由于芯棒位置不同步将导致内壁刮擦、管件报废或模具和机器损坏。一些国内企业自主研发了超薄壁管坯的抗皱裂新型芯棒模组，提出了多向挠曲的相邻球头组合的球窝节芯棒，通过芯棒直径、芯棒伸进量和芯棒与管坯摩擦等成形要素的匹配，实现了弯管成形装备多模联动的抗皱裂技术，打破了国外超薄壁精密弯管成形装备垄断。例如，弯制Φ50×0.6mm钛合金管，成形弯径1.5D(D为直径)，减薄率(≤5％)、褶皱度(≤0.1D％)、试弯合格率(99.8％)等指标达到先进水平，但对于超薄壁管件(径厚比达80)难以实现精密弯曲成形。许多学者提出了一些薄壁圆管的变形方法，例如，西北工业大学的HengYANG于2011年在《ChineseJournalofAeronautics》(2011，24(1):102-112.)发表论文“AStudyonMulti-defectConstrainedBendabilityofThin-walledTubeNCBendingUnderDifferentClearance”，提出通过调整芯棒与管坯的临界间隙值，可以改善管材料的弯曲性能。2012年LiuJ在《ComputationalMaterialsScience》(2012,60(1):113–122.)发表论文“Accuratepredictionoftheprofileofthick-walledtitaniumalloytubeinrotary-drawbendingconsideringstrength-differentialeffect”，提出一种通过考虑管道弯曲区域内压缩应力特征和S-D效应，预测弯管的弯曲性能的方法。2010年LiH在《JournalofMaterialsProcessingTechnology》(2010,210(1):143-158.)发表论文“Deformationbehaviorsofthin-walledtubeinrotarydrawbendingunderpushassistantloadingconditions”，提出一种对于小弯曲半径和低延展性材料的变形工艺。中国科学院的ZheYang在《Thin-WalledStructures》(2017,111:1-8.)发表论文“Crushingbehaviorofathin-walledcirculartubewithinternalgradientgroovesfabricatedbySLM3Dprinting”，提出一种通过3D打印制造具有内梯度槽的薄壁圆管的工艺，并研究圆管的破裂状态的力学性能。中航工业沈阳飞机公司的GUOLei在《ProcediaEngineering》(2015,99:1471-1475.)发表论文“StudyonTheProcessofThin-walledTitaniumAlloyTubeBending”，提出一种通过改进在薄壁钛合金管材弯曲加工中山梨醇的填充方式，提高传统薄壁钛合金管材成型质量的加工方法。综上所述，金属管材尤其是超薄壁管件的弯曲成形中，外侧壁厚的减薄甚至破裂、内侧壁厚的增厚甚至起皱和截面畸变，一直是生产实践中难以有效解决的技术难题，也是目前塑性加工领域研究的难点和热点。随着超薄壁等难变形材料的应用推广以及管材空间形状的日益复杂，上述问题日益突出。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，为了在弯曲金属直管的过程中防止弯曲部位起皱和截面畸变甚至破裂，本专利技术的目的在于提供一种主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置，能实时控制芯棒体的转动，有效防止管件报废或模具和机器损坏。为了达到上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案:本专利技术包括活芯体和依次串接在活芯体端面的多个万向节，万向节内安装有一体式伺服电机，通过电机运行带动各节万向节转动，从而实现芯棒主动同步弯曲。所述万向节包括分别位于两端部的两个球面活芯环、两个叉头和位于中部的十字轴，两个叉头后端固定套装在各自的球面活芯环中，两个叉头前端具有两个用于分别连接十字轴中两个轴的分支臂，一个叉头的两个分支臂铰接到十字轴一根轴的两端，另一个叉头的两个分支臂铰接到十字轴另一根轴的两端；分支臂上开有耳孔，叉头的耳孔内固定套装有棘轮，十字轴的每个轴端面上固定安装有电磁式棘轮组件，十字轴每个轴端面通过电磁式棘轮组件与棘轮连接。所述的电磁式棘轮组件包括直动式电磁铁、弹簧拨片、电磁铁推杆、弹簧和棘爪，直动式电磁铁固定在十字轴的轴端面上，电磁铁推杆一端套装在直动式电磁铁中，电磁铁推杆另一端固定有棘爪，棘爪连接到棘轮内圈的棘齿，棘轮外圈固定连接到耳孔的孔内周面，直动式电磁铁和棘爪之间的电磁铁推杆上套有弹簧，棘爪旁设有用于辅助定位的弹簧拨片，弹簧拨片固定在十字轴的轴端面上。所述的十字轴的每个轴均设有有一体式伺服电机，一体式伺服电机的输出轴与十字轴的轴同步连接；通过一体式伺服电机运行带动十字轴转动进而带动万向节两端的球面活芯环相对转动。所述的活芯体内安装有活芯拉杆，转动活芯拉杆带动活芯体绕自身轴向转动，进而带动万向节绕芯棒轴向转动。第一节万向节通过螺栓固定连接在活芯体一端的螺纹孔中，后面相邻两个万向节之间以各自的叉头通过螺栓同轴固定连接使得两个万向节之间相连接。所述的叉头上设有轴肩，球面活芯环上设有环形台阶，轴肩与环形台阶紧密连接使得球面活芯环和两个叉头相配合定位连接。所述电磁式棘轮组件中，直动式电磁铁产生的电磁吸力F采用以下公式计算：其中，S1为铁心外圆环面积，S2为铁心内圆环面积，Φ0为电磁铁气隙，IW为线圈产生的磁动势，μ0为空气磁导系数，δ为电磁铁气隙长度。所述芯棒装置用于在薄壁弯管内。本专利技术在弯曲过程中，弯曲部位管腔的内壁与该球面活芯环的外圆弧表面之间将产生相对滑动，这样可以采用抛光等方式增加球面活芯环的外表面的光洁度，以减少对管腔内壁的损伤。本专利技术由多个万向节连接而成，保证了其在各个方向上能灵活转动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置，其特征在于：包括活芯体(7)和依次串接在活芯体(7)端面的多个万向节，万向节内安装有一体式伺服电机，通过电机运行带动各节万向节转动，从而实现芯棒主动同步弯曲。

【技术特征摘要】
1.一种主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置，其特征在于：包括活芯体(7)和依次串接在活芯体(7)端面的多个万向节，万向节内安装有一体式伺服电机，通过电机运行带动各节万向节转动，从而实现芯棒主动同步弯曲。2.根据权利要求1所述的一种主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置，其特征在于：所述万向节包括分别位于两端部的两个球面活芯环(1)、两个叉头(3)和位于中部的十字轴(2)，两个叉头(3)后端固定套装在各自的球面活芯环(1)中，两个叉头(3)前端具有两个用于分别连接十字轴(2)中两个轴的分支臂，一个叉头(3)的两个分支臂铰接到十字轴(2)一根轴的两端，另一个叉头(3)的两个分支臂铰接到十字轴(2)另一根轴的两端；分支臂上开有耳孔(6)，叉头(3)的耳孔(6)内固定套装有棘轮(5)，十字轴(2)的每个轴端面上固定安装有电磁式棘轮组件，十字轴(2)每个轴端面通过电磁式棘轮组件(4)与棘轮(5)连接；所述的电磁式棘轮组件(4)包括直动式电磁铁(10)、弹簧拨片(11)、电磁铁推杆(12)、弹簧(13)和棘爪(14)，直动式电磁铁(10)固定在十字轴(2)的轴端面上，电磁铁推杆(12)一端套装在直动式电磁铁(10)中，电磁铁推杆(12)另一端固定有棘爪(14)，棘爪(14)连接到棘轮(5)内圈的棘齿，棘轮(5)外圈固定连接到耳孔(6)的孔内周面，直动式电磁铁(10)和棘爪(14)之间的电磁铁推杆(12)上套有弹簧(13)，棘爪(14)旁设有用于辅助定位的弹簧拨片(11)，弹簧拨片(11)固定在十字轴(2)的轴端面上。3.根据权利要求2所述的一种主动同步弯曲的抗皱裂芯棒装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敬华，张树有，王康，谭建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33