一种不锈钢折弯机
阅读说明：本技术 一种不锈钢折弯机 (Stainless steel bending machine ) 是由 马夏康 李建波 陈志伟 尹谢平 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种不锈钢折弯机,包括底板、固定于底板上的定模固定组件、固定于定模固定组件上方的定模组件；所述定模组件内设有直径相同且分别用于固定直钢管的圆通孔和用于固定90°定角弯头的90°弯头通孔；所述定模组件在输出口的一侧设有用于折弯导向的R角模,所述R角模开有R角模圆弧凹槽,所述R角模圆弧凹槽的轴线与输出口的轴线相接且共面；底板上还垂直固定有旋转轴,旋转轴通过轴承连接有齿轮齿条机构,齿条连接有驱动组件；齿轮上方设有动模,动模的一侧设置与R角模圆弧凹槽的轴线共线的动模圆弧凹槽。本发明解决了异形结构弯头折弯成型成本昂贵、操作繁琐的问题,实现两个方向90°定角和0-180°变角弯头的制作。(The invention discloses a stainless steel bending machine which comprises a base plate, a fixed die fixing component fixed on the base plate, and a fixed die component fixed above the fixed die fixing component; a circular through hole with the same diameter and used for fixing a straight steel pipe and a 90-degree elbow through hole used for fixing a 90-degree fixed-angle elbow are formed in the fixed die assembly; an R angle die for bending and guiding is arranged on one side of the output port of the fixed die assembly, an R angle die arc groove is formed in the R angle die, and the axis of the R angle die arc groove is connected with and coplanar with the axis of the output port; a rotating shaft is also vertically fixed on the bottom plate, the rotating shaft is connected with a gear rack mechanism through a bearing, and a rack is connected with a driving assembly; a movable mould is arranged above the gear, and one side of the movable mould is provided with a movable mould arc groove which is collinear with the axis of the R angle mould arc groove. The invention solves the problems of high cost and complex operation of bending and forming of the special-shaped structure elbow, and realizes the manufacture of the elbow with the fixed angle of 90 degrees and the variable angle of 0-180 degrees in two directions.)
技术领域
本发明涉及机加工的技术领域，特别是一种不锈钢折弯机。
背景技术
在天然气管道连接行业，消防自动给水、自动喷水等行业消防行业，医疗设备行业，市政给水等行业，广泛应用到弯头连接件。
不锈钢弯头因自身独特的耐腐蚀性，广泛应用于各种行业，市场上也出现很多不锈钢弯头设备厂家。
传统的折弯机，一部分应用于复杂的异形结构弯头折弯，其设备复杂、操作繁琐；另一部分应用于单一角度弯头的折弯，其设备结构简单，且只适用于成型结构简单的弯头。
现阶段当需要加工多角度的弯头时，多采用以下几种方式：
第一种，采购铸造螺纹连接弯头，这种弯头表面粗糙，对于高压管道的密封性差，牢固性都不牢靠稳定；如果需两个方向连接时，需采用多个弯头连接，更增加了泄漏隐患。
第二种，根据现场实际情况，手工加热成型弯头，这种简单的手工折方式，在工艺件制作时，有如下弊端：
1)合格率低，弯曲面很难控制在同一平面上，这样就使得钢管经常出现扭曲现象；
2)工件的变形量大，一致性和互换性差；
3)工件外侧有拉裂，内侧有褶皱现象；
4)加热成型弯头时，易造成弯头部分镀锌层、防锈层、抗氧化层破坏，导致在使用过程中，易生锈、易氧化；
5)对于异型空间管路连接结构，如两个方向需要同时弯曲的弯头，手工折弯难度较大。
第三种，采用焊接的方式，连接异型空间的管路；这种方式焊接点越多，脱焊、焊接不牢等隐患越多，且整体不美观。
公开号为CN 103658250 A的说明书公开了一种自动同步折弯机，它主要是解决目前折弯机需要人推送工件至折弯靠珊和人辅助折弯的问题。由皮带、皮带传送支架、伺服电机、皮带轮、磁铁等组成的皮带传送装置完成人推送工件至折弯机靠珊功能。由大圆弧齿轮、第一与第二轴承、滚轮、滚轮齿轮、滑块支架、齿轮齿条油缸、油缸支架和储能油缸等组成的完全随动同步托料装置完成人辅助折弯功能；该装置动力由折弯机的移动滑块和储能油缸提供，无需配置电器控制系统，但其无法解决多角度的弯头折弯的加工问题。
公开号为CN 213256437 U的说明书公开了及一种钢管折弯机，包括支撑平台、电缸、主动模、从动模机构，在支撑平台的顶面固装从动模机构及电缸，在电缸的活塞端固装主动模，在支撑平台顶面固装支撑架，在支撑架的顶面制有导轨，在导轨上滑动连接滑块，滑块通过丝杆连接间隙调节手柄，所述滑块的一端一体制出上连接板和下连接板，上连接板通过两上转轴铰装连接两上层翼板，下连接板通过两下转轴铰装连接两下层翼板，在上层翼板与下层翼板之间通过定位销安装导辊，在每一上层翼板上各制有一个弧形条孔，所述的角度调节器安装在两弧形条孔之间。该发明通过间隙调节手柄针对于不同规格型号的钢管进行煨弯。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种结构简单、易操作的不锈钢折弯机，解决异形结构弯头折弯成型成本昂贵、操作繁琐的问题，实现两个方向90°定角和 0-180°可变角弯头的制作。
一种不锈钢折弯机，包括底板、固定于底板上的定模固定组件、固定于定模固定组件上方的定模组件；
所述定模组件内设有用于固定直钢管的圆通孔和用于固定90°定角弯头的90°弯头通孔，所述圆通孔和90°弯头通孔的直径相同，且共用一个输出口；
所述定模组件在输出口的一侧设有用于折弯导向的R角模，所述R角模开有R角模圆弧凹槽，所述R角模圆弧凹槽的轴线与输出口的轴线相接且共面；
所述底板上还垂直固定有旋转轴；所述旋转轴通过轴承连接有齿轮齿条机构；其中，齿轮齿条机构上的齿条连接有驱动组件，齿轮齿条机构上的齿轮上方设有动模，所述动模的一侧设置动模圆弧凹槽，所述动模圆弧凹槽的轴线与R 角模圆弧凹槽的轴线共线，所述驱动组件设有位移传感器和控制系统。
所述齿轮上方设有动模，所述动模的一侧设置动模圆弧凹槽，所述动模圆弧凹槽的轴线与R角模圆弧凹槽的轴线共线。
将所需折弯的直钢管或90°弯头钢管固定于定模组件内，并将需折弯的部分置于R角模圆弧凹槽和动模圆弧凹槽内，通过驱动组件带动齿条做直线运动，进而使得连接在齿轮上的动模沿R角模旋转，故固定于R角模圆弧凹槽和动模圆弧凹槽内的钢管折弯部分同时进行折弯，得到所需的弯头部分。
所述定模组件包括沿圆通孔和90°弯头通孔的轴向分开的第一定模和第二定模，所述第一定模和第二定模相匹配，所述第一定模和第二定模通过插板和定位销定位。
所述定模固定组件包括底部焊接于底板的定模固定柱和焊接于定模固定柱上方的定模底板；所述定模组件和R角模均通过螺栓固定于定模底板。通过定模固定柱支撑定模底板不仅使折弯机结构紧凑，还方便了定模组件和R角模的更换。
所述齿轮的上部设有用于连接的凸台，所述凸台处通过螺栓连接有动模底板，所述动模底板与动模螺栓连接，通过凸台连接动模底板，可有效减少齿轮的直径，提高齿轮齿条机构的工作效率，同时通过动模底板连接齿轮和动模方便齿轮的维护及动模的更换。
优选地，所述R角模圆弧凹槽和动模圆弧凹槽均为半圆形的凹槽。R角模圆弧凹槽和动模圆弧凹槽相匹配，使钢管折弯时的受力更为合理。
优选地，所述驱动组件包括液压油缸，所述位移传感器内置于液压油缸内，由于液压油缸结构简单、工作可靠，当液压油缸带动齿条做直线往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，保证了齿条运动的平稳性。
本发明还提供了基于上述不锈钢折弯机的折弯方法，该方法解决弯头手工制作过程中弯头扭曲、褶皱和拉裂的问题。
一种基于上述不锈钢折弯机的折弯方法，包括以下步骤：
(1)计算需折弯的钢管的最小弯曲半径；
(2)计算所述钢管的最小折弯力，并验证驱动组件的推力；
(3)通过齿条和齿轮配合运动的距离，验证驱动组件的行程；
(4)根据需折弯的钢管的规格，选择匹配的定模组件和动模；根据需折弯的钢管的折弯R角，选择匹配的R角模；
(5)控制系统驱动所述驱动组件运行，使动模位于圆弧凹槽的轴线与输出口的轴线共线的位置，并通过位置传感器设置所述位置为原始位置，将齿轮齿条机构的规格参数及钢管需折弯的角度输入驱动组件的控制系统，控制系统通过位置传感器设定齿条运行的距离，控制系统驱动驱动组件运行至位置传感器设定的距离。
所述步骤(2)中，计算钢管的最小折弯力，并验证驱动组件的推力的具体步骤如下：
(2-1)通过广义胡可定律，计算所述钢管的弯矩：
M＝σ·W
σ＝E·ε
W＝π(D4-d4)/16D
其中，σ为钢管径向截面上的正应力，W为钢管径向截面的截面模量(圆环截面抵抗矩)，M为钢管的弯矩，E为钢管的弹性模量，ε为钢管的轴向线应变， D为钢管的外径，d为钢管的内径；
(2-2)根据简支梁模型，计算所述钢管的最小折弯力：
F＝4M/L
L＝6R+3D
其中，R为钢管的最小折弯半径，F为最小折弯力，L为简支梁的跨距；
(2-3)根据步骤(2-2)得到的钢管的最小折弯力，验证驱动组件的推力需满足：
F′＞F/η
其中，F′为驱动组件的推力，η为驱动组件的实际工作效率。
所述步骤(3)中，齿条与齿轮配合运动距离为：
l＝π×d1×180°/360°
d1＝mz
其中，d1为分度圆直径，m为齿轮模数，z为齿轮的齿数；
则驱动组件的行程需满足：l1≥l+l′
其中，l1为驱动组件的工作行程，l′为安全预留。
本发明相比现有技术，其优点在于：
1、本发明通过模具的设计，使弯头变形时，始终保持在一个平面上，避免了弯头手工制作过程易出现的扭曲，褶皱，拉裂等问题。
2、本发明不仅实现了0-180°，单一角度的弯头制作，还通过定模组件的设计，实现2个方向：90°定角+0-180°可变角弯头的制作；避免了使用铸造弯头、多个弯头连接、焊接连接等带来的隐患，提高了弯头的使用性能及美观。
3、本发明通过位移传感器控制齿条的直线往复运动行程，有效地保证弯头的变角角度。
附图说明
图1为本发明实施例中不锈钢折弯机的结构示意图。
图2为图1所示不锈钢折弯机的俯视结构示意图。
图3为本发明实施例中不锈钢折弯机折弯直钢管时动模的原始位置示意图。
图4为本发明实施例中不锈钢折弯机折弯直钢管时液压油缸的原始位置示意图。
图5为本发明实施例中不锈钢折弯机折弯直钢管时动模的90°折弯位置示意图。
图6为本发明实施例中不锈钢折弯机折弯直钢管时液压油缸的90°折弯位置示意图。
图7为本发明实施例中直钢管位于定模组件和动模内的结构示意图。
图8为本发明实施例中不锈钢折弯机对90°定角弯头成型变角为0°的位置示意图。
图9为本发明实施例中不锈钢折弯机对90°定角弯头成型变角为30°的位置示意图。
图10为本发明实施例中不锈钢折弯机对90°定角弯头成型变角为90°的位置示意图。
图11为本发明实施例中不锈钢折弯机对90°定角弯头成型变角为180°的位置示意图。
图12为本发明实施例中90°定角弯头位于定模组件和动模内的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，不锈钢折弯机，包括底板1、固定于底板1上的定模固定组件2，定模固定组件2设有底部焊接于底板1的定模固定柱21和焊接于定模固定柱21上方的定模底板22。
定模组件3通过螺栓固定于定模底板22上方，
定模组件3内设有用于固定直钢管13的圆通孔15和用于固定90°定角弯头14的90°弯头通孔16，圆通孔15和90°弯头通孔16的直径相同，且共用一个输出口17。
定模组件3包括沿圆通孔15和90°弯头通孔16的轴向分开的第一定模31 和第二定模32，第一定模31和第二定模32以圆通孔15和90°弯头通孔16的轴线左右对称，且相互匹配，第一定模31和第二定模32通过插板33和定位销34固定。
定模组件3在输出口的一侧设有用于折弯导向的R角模4，R角模4开有R 角模圆弧凹槽19，R角模圆弧凹槽19的轴线与输出口17的轴线相接且共面。
底板1上还固定有旋转轴5，旋转轴5的轴线垂直于底板1的表面，旋转轴 5的下部开有固定用的凹槽，凹槽内设有与底板1固定的压板6。使旋转轴5固定于底板1上，同时防止旋转轴5转动。
旋转轴5通过轴承7连接有齿轮齿条机构，其中，齿轮齿条机构的齿条8 通过定位销固定于驱动组件的输出端，驱动组件包括内置有位移传感器的液压油缸9和控制系统，液压油缸9结构简单、工作可靠，当液压油缸9带动齿条8 做直线往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，保证了齿条8运动的平稳性。
齿轮齿条机构的齿轮10的上部设有用于连接的凸台，凸台处通过螺栓固定有动模底板11，动模底板11上方螺栓固定有动模12，通过凸台连接动模底板 11，可有效减少齿轮10的直径，提高齿轮齿条机构的工作效率，同时通过动模底板11连接齿轮10和动模12，方便齿轮10的维护及动模的更换。
动模12的一侧设置动模圆弧凹槽18，动模圆弧凹槽18的轴线与R角模圆弧凹槽19的轴线共线。
R角模圆弧凹槽19和动模圆弧凹槽18均为半圆形的凹槽，R角模圆弧凹槽 19和动模圆弧凹槽18相匹配，使钢管折弯时，弯曲受力部分均与孔壁或槽壁贴合，使得钢管折弯的受力更为合理。
将所需折弯的直钢管或90°弯头钢管固定于第一定模31和第二定模32之间，并通过插板33和定位销34固定，并将需折弯的部分置于R角模圆弧凹槽19和动模圆弧凹槽18内，通过控制系统驱动液压油缸9带动齿条8做直线运动，进而使得连接在齿轮10上的动模12沿R角模4旋转，故固定于R角模圆弧凹槽19和动模圆弧凹槽18内的钢管折弯部分同时进行折弯，得到所需的弯头部分。
基于上述不锈钢折弯机的折弯方法，包括以下步骤：
(1)计算需折弯的钢管的最小弯曲半径；
(2)计算钢管的最小折弯力，验证液压油缸9的推力；
(3)通过齿轮齿条机构的几何尺寸，验证液压油缸9的行程；
(4)根据需折弯的钢管的规格，选择匹配的定模组件3和动模12；根据需折弯的钢管的折弯R角，选择匹配的R角模；
(5)控制系统驱动液压油缸9运行，使动模12位于圆弧凹槽的轴线与输出口的轴线共线的位置，并通过位置传感器设置该位置为原始位置，将齿轮齿条机构的规格参数及钢管需折弯的角度输入控制系统，控制系统通过位置传感器设定齿条8运行的距离，控制系统驱动液压油缸9运行至位置传感器设定的距离。
以Φ40×4.0钢管为例，不锈钢折弯机的折弯方法如下：
步骤(1)中，计算需折弯的钢管的最小弯曲半径，具体步骤为：
根据标准JB/T 5000.11-1998规定管子冷弯半径为：
D≤42mm时，R′≥2.5D
其中，R′为冷弯半径，D为钢管的外径，则R′≥2.5×40＝100mm。
根据机械设计手册中管材最小弯曲半径表1-4-81，不锈无缝钢管直径为 38mm，壁厚为3mm时，其最小弯曲半径大于等于80mm；不锈无缝钢管直径为 41mm，壁厚为3mm时，其最小弯曲半径大于等于100mm。
依据上述两种不锈钢最小弯曲半径计算方法，取钢管的最小折弯半径为 R＝110mm
步骤(2)中，计算钢管的最小折弯力，并验证驱动组件的推力的具体步骤如下：
(2-1)依据GB-T 232-2010金属材料弯曲试验方法的5.2.2：
支辊间距离为L′＝(2R+3D)±D/2
计算得L′＝320-360mm
通过广义胡可定律，计算钢管的弯矩：
M＝σ·W
σ＝E·ε
W＝π(D4-d4)/16D
其中，σ为钢管径向截面上的正应力，W为钢管径向截面的截面模量(圆环截面抵抗矩)，M为钢管的弯矩，E为钢管的弹性模量，E＝200GPa，ε为钢管的轴向线应变，d为钢管的内径；
计算得M＝889.9N.m。
(2-2)根据简支梁模型，计算钢管的最小折弯力：
F＝4M/L
L＝6R+3D
其中，R为钢管的最小折弯半径，F为最小折弯力，L为简支梁的跨距；
计算得F＝4.5KN。
(2-3)液压油缸9的规格为：缸径为Φ80mm，活塞杆的直径为Φ40mm，工作压力为15Mpa，使用压力为工作压力的67％；
液压油缸9的推力为：
其中，P为使用压力，D活为活塞杆的直径；
根据步骤(2-2)得到的钢管的最小折弯力，液压油缸9的推力需满足：
F′＞F/η
其中，F′为液压油缸9的推力，η为液压油缸9的实际工作效率，η＝65％；
经计算验证，液压油缸9的推力大于钢管的最小折弯力；由于液压油缸9 的回程没有折弯作用力，故无需验证液压油缸9的拉力。
步骤(3)中，齿条与齿轮配合运动距离为：
l＝π×d1×180°/360°
d1＝mz
其中，s1为分度圆直径，m为齿轮模数m＝6mm，z为齿轮的齿数z＝60。
考虑安全预留，取齿条全齿长L1＝500mm；考虑液压油缸9行程的安全预留，液压油缸9行程需满足大于550mm。
步骤(4)中，根据Φ40×4.0钢管，选择匹配的定模组件3和动模12；根据需折弯的钢管的折弯R角，选择匹配的R角模；
(5)控制系统驱动液压油缸9运行，使动模12位于圆弧凹槽的轴线与输出口的轴线共线的位置，并通过位置传感器设置该位置为原始位置，将齿轮齿条机构的规格参数及钢管需折弯的角度输入控制系统，控制系统通过位置传感器设定齿条8运行的距离，控制系统驱动液压油缸9运行至位置传感器设定的距离。
如图3-图6所示，折弯90°定角时，动模及对应的齿轮齿条机构的位置变化。将直钢管13固定于第一定模31和第二定模32内，如图7所示；在原始位置时，液压油缸9的活塞为收缩状态，对应的动模12与定模组件3相抵；当钢管折弯至90°时，液压油缸9的活塞为伸出状态，且动模12相对于定模组件3 绕R角模4旋转90°。
如图8-图11所示，折弯90°定角后再折弯一定角度时，动模的位置变化，将90°定角弯头14固定于第一定模31和第二定模32内，如图12所示，再折弯变角0°、30°、90°、180°时，动模12相对于定模组件3绕R角模4旋转依次对应旋转0°、30°、90°及180°。
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