一种超声辅助渐进扩口装置及方法

本发明属于管口扩口，具体为一种集成超声振动辅助与凸轮顶杆式渐进扩口的装置及方法，尤其适用于换热器翅片组件中u型金属管道的扩口成形。

背景技术：

1、换热器翅片组件由翅片和u型金属管道组成，将翅片叠加在u型管道上，一端为开放的管端，另一端为u型管弯道，组装完成后需对开放的管端进行扩口处理，便于后续充液胀形工序的进行。

2、但是，目前的扩口装置和方法中，扩口冲头通常直接连接于动力输出端上，在扩口成形作业时，冲头直接驱动易导致管内壁干摩擦损伤，影响后续充液胀形质量，增加制造成本。

3、此外，换热器翅片组件因其结构特殊，在扩口作业时，其在设备上的装卸过程较为费时费力，装夹效率低、适应性不足；而且往往采用一次扩口成形的方法，使得成形载荷高，管口侧壁因短时内变形量大而易开裂破损。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种超声辅助渐进扩口装置及方法，通过设置压力体与扩口成形柱构成凸轮顶杆机构，通过设置线性模组实现压力体的水平运动，并将压力体的水平运动转化为扩口成形柱的垂向下移运动，可通过压力体的底面轮廓形状确定扩口成形柱的移动速度规律；同时，通过设置电缸实现压力体垂向位置的进给，以便实现多道次渐进式扩口成形，并通过在电缸和压力体之间设置超声振动组件，以在扩口成形过程中对扩口成形柱提供高频振动，从而降低扩口和脱模阻力，以及减小管内壁的摩擦损伤。

2、本发明采用的一个技术方案是：一种超声辅助渐进扩口装置，包括：

3、机架；

4、夹持机构，设置于所述机架内，用于固定含管工件；

5、工装座板，固定设置于所述夹持机构的上方；

6、扩口工装，设置于所述工装座板上，包括活动插设于所述工装座板内的扩口成形柱以及用于驱动所述扩口成形柱向上复位的复位弹性件；

7、水平驱动机构，设置于机架的内部顶端，其输出端可沿水平方向往复移动；

8、垂向驱动机构，连接于所述水平驱动机构的输出端，其输出端可沿垂向伸缩；

9、超声振动组件，连接于所述垂向驱动机构的输出端；

10、压力体，连接于所述超声振动组件的振动输出端，其底面为施力面；

11、所述压力体的底面与所述扩口成形柱的顶端抵接并构成凸轮顶杆机构，所述水平驱动机构驱动所述压力体水平移动时，所述压力体通过其底面对所述扩口成形柱施加向下的作用力，驱动所述扩口成形柱向下移动。

12、进一步地，所述压力体的底面为斜面或曲面，所述扩口成形柱的顶端转动设置有滚轮，所述滚轮的圆柱面与所述压力体的底面滚动接触。

13、进一步地，所述压力体的垂直截面轮廓的底部形状为等腰梯形、非等腰梯形、半圆形或半椭圆形中的任意一种。

14、进一步地，所述夹持机构包括转动设置的翻转夹持板、固定设置于所述翻转夹持板一侧的固定夹持板以及翻转驱动机构，所述翻转驱动机构的输出端与所述翻转夹持板的转轴传动连接，用于驱动所述翻转夹持板在水平状态与垂直状态之间切换，以与所述固定夹持板配合夹持或释放所述含管工件。

15、进一步地，所述翻转夹持板的两侧设置有锁止气缸，所述锁止气缸的输出端固定连接有锁定销杆，所述翻转夹持板的侧面上开设有与所述锁定销杆插接配合的锁定插孔。

16、进一步地，所述机架的内侧底部固定设置有x-y电动滑台模组，所述x-y电动滑台模组的顶部定位平台上固定有定位板，所述翻转驱动机构、所述固定夹持板分别固定设置于所述定位板的顶面上，所述翻转夹持板转动设置于所述定位板的顶面上。

17、进一步地，所述机架的两侧侧壁上分别开设有垂向分布的腰形槽，所述工装座板的两端分别通过位于腰形槽内的锁紧螺钉可调节地连接于所述机架上，以调节所述扩口工装的作业高度。

18、进一步地，所述垂向驱动机构为电缸，电缸的底部固定连接有同步移动板，机架的两侧侧壁之间固定设置有平行分布的导向杆，同步移动板的底部两侧分别滑动套设于导向杆的外侧，电缸的输出端固定连接有位于同步移动板下方的升降定位板，所述超声振动组件固定连接于升降定位板的底面上。

19、还提供了一种采用如前所述的超声辅助渐进扩口装置的扩口方法，包括以下步骤：

20、s1、通过所述夹持机构将含管工件固定，使管口朝上并位于所述扩口成形柱的底端正下方；

21、s2、启动所述垂向驱动机构，驱动所述压力体沿垂向移动至第一扩口道次对应的预设工作位置；

22、s3、启动所述水平驱动机构，驱动所述压力体沿水平方向移动，所述压力体通过其底面对所述扩口成形柱的顶端施加向下的作用力，驱动所述扩口成形柱沿垂向向下移动，对管口进行扩口，扩口过程中所述超声振动组件保持工作；

23、s4、扩口完成后，所述压力体继续水平移动并与所述扩口成形柱脱离抵接，所述复位弹性件驱动所述扩口成形柱向上复位，将完成扩口的含管工件从所述夹持机构上移除。

24、进一步地，在步骤s3中，当所述压力体移动至所述扩口工装的末端后，所述垂向驱动机构驱动所述压力体以预设垂向进给量向下进给，所述水平驱动机构驱动所述压力体沿反向水平移动，使所述扩口成形柱对所述管口进行再次扩口，重复此过程直至所述扩口成形柱达到预设的最终压入深度，实现多道次渐进扩口成形。

25、与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

26、1、本发明通过垂向驱动机构伸缩控制压力体的垂向位置，从而实现扩口成形柱的单道次垂向进给，可实现一道次扩口成形或多道次渐进扩口成形，同时扩口成形柱的底端设置为圆锥台结构，可在多道次扩口过程中实现阶梯渐进式扩口，避免单道次扩口量过大而造成管口破裂的问题，实现扩口质量与成形效率双重控制；

27、2、本发明通过在扩口成形柱上设置超声振动组件，从而在扩口成形过程中对对扩口成形柱产生高频振动，可增大扩口成形柱与扩口管内壁的微小间隙，从而减小扩口和脱模阻力，以及减小管内壁的摩擦损伤；

28、3、本发明通过将压力体与扩口成形柱构成凸轮顶杆机构，通过压力体的水平移动驱动扩口成形柱的下移，并通过设置复位弹性件实现扩口成形柱的上移复位，结构简单，便于实现多道次的成形操作，且将压力体截面形状设置为等腰梯形、非等腰梯形、半圆形、半椭圆形等任一形状，可对应地控制扩口成形柱运动速度规律，从而满足不同材料性能的管口的扩口方法需求；

29、4、本发明通过在扩口成形柱的顶端设置滚轮，变滑动接触为滚动接触，可减小扩口成形柱与压力体间的摩擦力，以及扩口成形柱工装座板的通孔侧壁之间的磨损，从而提升了扩口成形柱的使用寿命；

30、5、本发明通过在夹持机构的下方设置x-y电动滑台模组，可实现含管工件在水平纵横方向上的定位，从而切换含管工件与扩口工装之间的相对位置，将带扩孔的管口自动、准确地切换定位至扩口成形柱的扩口作业位置，可完成一次夹持、多排/列管口的依次扩口作业，提升了成形作业的效率。

31、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术作进一步详细的说明。