一种侧冲孔成型装置的制作方法

1.本实用新型涉及管材加工技术领域，具体地说，涉及一种侧冲孔成型装置。


背景技术：

2.在管状零部件的生产制造过程中，有时需要在其管壁上成型出旁接孔，以在该孔口处通过焊接等方式固连旁接接口，常用成型方式有自内而外的成型方法，例如公开号为cn107876629a的专利文献所公开的技术方案，即通过深入管内芯棒上自带的冲针而进行成型，其便于冲孔出的冲片这一废屑的排出与收集，但是芯棒结构复杂，且难以适于对小径管进行冲孔成型；另一种方式是自外而内的成型方式，例如公开号为cn107617675a的专利文献所公开的技术方案，虽然设备结构较为简单，但是存在不易排出冲片这一废屑的问题。
3.上述两种成型方式在管壁进行冲孔成型时，均需在管内伸入一根芯棒，在自外而内的成型方式中作为支撑芯棒使用，以免管壁出现坍塌而变形的问题；在自内而外的成型方式中，用于携带冲针与冲针驱动机构；导致该两种成型方式均不适于对异形管进行冲孔成型，例如，要在如图16所示两端部均为弯管结构的异形管的中部区域进行冲孔成型，现有的两种成型方式均难以实现。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提供一种适于对异形管进行侧冲孔成型的侧冲孔成型装置。
5.为了实现上述另一目的，本实用新型提供的侧冲孔成型装置包括侧冲孔成型单元及夹模单元；夹模单元用于夹持待冲孔成型的管件，包括夹模组及用于驱使夹模组启闭的夹模驱动单元；侧冲孔成型单元包括侧面预冲单元与切口整形单元；侧面预冲单元包括预切冲针与冲针驱动单元；冲针驱动单元用于驱使预切冲针沿轴向进给，而能在管件的待冲孔管壁处预切出侧面切口；切口整形单元包括整形芯棒及整形驱动单元；整形驱动单元用于驱使整形芯棒沿轴向进给，以能驱使整形芯棒的整形段部通过侧面切口而伸入管件的管腔内，及用于驱使整形芯棒自转；整形段部的横截面的外周缘由内缩避让边缘部与圆心角大于等于180度的圆弧部合围成，内缩避让边缘部相对圆弧部所在基圆而内缩。
6.在上述技术方案中，可以先通过预切冲针在管壁侧面上预切出切口，即偏心而切下一块侧壁而形成侧面切口，而使冲片这一废屑不进入异形管内；并在基于整形芯棒对切口进行整形而完成对管壁上的目标孔的成型，且该整形芯棒的整形段部横截面为非圆结构，并可在整形前端插入时将内缩避让边缘部调整至对准切口的先切成型口缘部，而可避免因预切而形成切口坍塌，再利用圆弧部的外推功能而对该坍塌部分进行修正，从而有效地提高产品的产品率，尤其对薄壁管更有效果。此外，无需基于伸入管内的芯棒进行冲孔成型，而便于对异形管进行成型。
7.具体的方案为横截面为d型面结构。该技术方案能便于整形芯棒的制造，及能很好地平衡减少对切口坍塌部的压制概率与整形段部的整形前缘强度这一对问题。
8.具体的方案为预切冲针的轴向沿垂下布置。该技术方案便于排屑。
9.更具体的方案为整形芯棒的轴向沿水平方向布置。
10.优选的方案为待冲孔管壁处位于夹模单元的夹模腔内；在闭合状的夹模组上，设有供预切冲针往复移动的冲针导孔，及供整形芯棒往复移动的芯棒导孔；冲针导孔用于对预切冲针沿轴向的进给运动进行限位导向，芯棒导孔用于对整形段部沿轴向的进给运动进行限位导向；芯棒导孔与夹模腔连通，且冲针导孔位于夹模腔的偏心位置处地与夹模腔连通。该技术方案采用导孔限位导向，而有效地避免预切时冲针因碰撞管壁而偏移，而提高预切精度，且能提高冲针的使用寿命。
11.更优选的方案为夹模组由第一夹模与第二夹模组成，且该在两夹模中，一者上设有冲针避让孔，用于在预冲时容纳预切冲针的切口端部，另一者上设有供预切冲针穿过的导向通孔；且在夹模组闭合时，导向通孔与冲针避让孔对接成冲针导孔；在两夹模的对接面上，各设有槽口位于对接面上的导槽，且在夹模组闭合时，该两导槽合拼成芯棒导孔。
12.更优选的方案为夹模腔为直孔结构，芯棒导孔的轴向与夹模腔的轴向相垂直。
13.更优选的方案为冲针导孔的轴向与芯棒导孔的轴向相垂直。
14.更优选的方案为沿预切冲针在预切出切口的进给方向，冲针导孔朝下延伸布置并贯通夹模组，而使冲针导孔的下游孔段构成切料排屑孔。
15.优选的方案为侧冲孔成型装置的机架包括底座，及固定在底座上且沿横向布置的水平安装座与沿垂向布置的垂向安装座；夹模组包括通过导轨滑块机构而可移动地安装在垂向安装座上的上动夹模，与固定安装在机架上的下固定夹模；夹模驱动单元为用于驱使上动夹模上下往复移动的第一直线位移输出装置，第一直线位移输出装置的定子固定在垂向安装座上；冲针驱动单元为定子固定在垂向安装座上的第二直线位移输出装置，且其与第一直线位移输出装置的动子驱动方向均沿垂向布置。
16.进一步的方案为整形驱动单元包括滑动座、进给驱动器及自转驱动器；滑动座通过导轨滑块机构而可沿整形芯棒的进给方向往复移动地安装在机架上；进给驱动器为定子固定在水平安装座上的第三直线位移输出装置；自转驱动器包括定子固定在滑动座上的第四直线位移输出装置，及构成齿轮齿条机构的齿轮与齿条；齿轮通过安装竖板而可转动地安装在滑动座上，整形芯棒与齿轮同转轴地固连；齿条通过导轨滑块机构而可沿与芯棒进给方向垂直的方向往复移动地安装在滑动座上；第四直线位移输出装置的动子与齿条固连。
17.进一步的方案为预切冲针通过连接机构而可拆卸地安装在第一直线位移输出装置的动子上，连接机构包括与动子固连的针座，针座与夹模组间置有一缓冲块；针座朝外布置的侧面上内凹地设有针容纳槽，并在针容纳槽的槽口上通过梅花手柄而可拆卸地固设有压针块，预切冲针紧压压针块与针容纳槽的槽底面上，且针容纳槽的槽长大于等于预切冲针的长度。该技术方案便于预切冲针的拆装。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例中的侧冲孔成型装置的立体图；
19.图2为图1中的c局部放大图；
20.图3为本实用新型实施例中垂向安装座、夹模单元与侧面预冲单元的立体图；
21.图4为本实用新型实施例中垂向安装座、夹模单元与侧面预冲单元的侧视图；
22.图5为图3中的a局部放大图；
23.图6为图4中的b局部放大图；
24.图7为本实用新型实施例中切口整形单元的立体图；
25.图8为本实用新型实施例中预切冲针的立体图；
26.图9为本实用新型实施例中整形芯棒的立体图；
27.图10为本实用新型实施例中进行切口预切前夕的设备结构示意图，为了示意，将原本为闭合状态的夹模置于开启状态；
28.图11为本实用新型实施例中进行切口预切过程中，预切冲针与异形管的示意图；
29.图12为进行切口预切过程中，预切冲针与异形管的示意图；
30.图13为本实用新型实施例中经侧面预冲处理之后的异形管的结构示意图；
31.图14为本实用新型实施例中进行切口整形前夕的设备结构示意图，为了示意，将原本为闭合状态的夹模置于开启状态；
32.图15为本实用新型实施例中进行切口整形过程中，整形芯棒与异形管的示意图；
33.图16为本实用新型实施例中进行旋冲过程中，整形芯棒的整形段部与切口之间的相对位置示意图；
34.图17为本实用新型实施例中经切口整形之后的异形管的结构示意图；
35.图18为本实用新型实施例中整形芯棒的整形端部的第一种横截面结构示意图；
36.图19为本实用新型实施例中整形芯棒的整形端部的第二种横截面结构示意图；
37.图20为本实用新型实施例中整形芯棒的整形端部的第三种横截面结构示意图；
38.图21为本实用新型实施例中整形芯棒的整形端部的第四种横截面结构示意图；
39.图22为本实用新型实施例中侧冲孔成型方法的工作流程图；
40.图23为本实用新型实施例中预冲形成的切口在冲针上所围的片结构。
具体实施方式
41.以下结合实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。
42.本实用新型主要针对现有管件侧冲孔成型装置的结构与管件侧冲孔成型方法进行改进，即在侧冲孔成型过程中先利用预切冲针对管件从外侧面处预切出一个切口，再利用为非圆结构的整形芯棒对该切口进行整形处理，从而能有效地解决现有技术对异形管不易侧冲孔成型的问题。
43.实施例
44.如图21所示，本实用新型对异性管进行侧冲孔成型的方法包括侧面预冲步骤s1与切口整形步骤s2，具体过程如下：
45.侧面预冲步骤s1，如图8、图11、图12及图13所示，从异形管01的外侧面处，驱使预切冲针18沿预切路径进给，以在异形管01的待冲孔管壁处预切出切口011；该预切冲针18的切口端部180沿预切路径进给而形成预冲轨迹包络面，该预冲轨迹包络面位于待冲孔管壁处所在管段010的偏心位置处，且使预冲轨迹包络面与管段的外周面相交而存有相交空间曲面部；在相交空间曲面部上，属于外周面的曲面部的圆心角小于180度，而属于预冲轨迹包络面的曲面部的圆心角小于等于180度。
46.其中，预切冲针18在预冲切口011的过程中，且上与切口011有接触的部分所在的杆段构成本实用新型中的切口端部，其连接固定在针固定部189的端部上，且外径通常小于针固定部189的外径，例如如图12中的切口端部180，其随预冲成型出切口011的过程中，在切口011处及其下游侧形成一个包络面，通常该包络面的形状与切口端部外形相同，该包络面构成本实施例中的预冲轨迹包络面，即由其决定了切口011的形状；在本实施例中，以前端为斜切面状的等径直圆杆构建切口端部，管段010为直管段为例对本步骤进行示例性说明，本领域技术人员基于此说明可以理解其他形状的切口端部与管段010在预切过程中的相互作用；如图12所示，冲片结构012为由预切冲针从管段010上切下的冲片；如图23所示，当预切冲针18的外周面与切口011相接触时，切口011的外周将在预切冲针18的外周面上包围一与冲片结构012类似的块结构181，该块结构181的外周面与冲片结构012的外周面结构围成相交空间曲面部，为了能使切出的切口可整形及形状质量更好，通常要求在该相交空间曲面部上，属于管段010的外周面的曲面部的圆心角小于180度，即如图12所示冲片结构012的圆周的两侧端相对管段010中心轴线的圆心角e小于180度，而属于预冲轨迹包络面的曲面部的圆心角小于等于180度，即如图23所示的块结构181的圆周的两侧端相对预切冲针18的中心轴线的圆心角f小于等于180度。
47.经测试，为了提高切口质量与整形的质量，在相交空间曲面部上，通常要求属于外周面的曲面部的圆心角大于等于30度且小于90度，而属于预冲轨迹包络面的曲面部的圆心角大于等于60度小于等于120度。该技术方案能有效地提高孔的成型质量。
48.切口整形步骤s2，如图9及图15至图17所示，驱使预切冲针18退出加工位置，再驱使整形芯棒19轴向进给，以使位于其前端的整形段部190的前端部1900通过前述相交曲面所占通道而进入管段010的内腔，即穿过切口011处；接着驱使整形芯棒19转动并轴向进给，而对切口011进行旋冲整形；如图16所示，整形段部190的横截面的外周缘由内缩避让边缘部191与圆心角大于等于180度的圆弧192部合围成，内缩避让边缘部191相对圆弧部所在基圆199而内缩；在驱使整形段部190的前端部通过切口011时，内缩避让边缘部191对准切口011的先切成型口缘部0110，即预切冲针18与管段010先接触成型的位置处。
49.在该步骤中，如图16及图18所示，整形段部190的横截面为d型面结构，且其前端部1900外周为倒角面结构，从而便于进入切口011内，其便于整形段部190的加工，且能有效确保整形过程中的接触前缘的强度；此外，该整形段部190的横截面的结构还有多种显而易见的形式，例如如图19至图21所示的非圆形结构，它们均存在以下结构特定，即整形段部1901、1902、1903的横截面的外周缘由内缩避让边缘部1911、1912、1913与圆心角大于等于180度的圆弧1921、1922、1923部合围成，内缩避让边缘部1911、1912、1913相对圆弧部所在基圆1991、1992、1993而内缩，从而可在旋冲前进入切口时，能降低对切口坍塌处的二次挤压而降低成品质量的同时，可以对该坍塌处进行整形外推而起到修复作用。
50.为了便于控制、加工与提高切口的形状质量，通常将预切冲针18的进给方向与整形芯棒19的进给方向设置成相垂直，对于直管结构的管段010，通常还将预切冲针18的进给方向与管段010的轴向设置成相垂直。为了能够更好的进行排屑，通常将预切冲针18的进给方向设置成朝下倾斜布置或垂向向下布置；当然了，也可以利用预切冲针18将切片推至容纳腔内或推至孔口而进入收集容纳单元内，而可以设置成水平状，设置为倾斜朝上或垂向朝上的状态。
51.对基于上述侧冲孔成型方法所构建的侧冲孔成型装置的具体结构有多种形式，可以为多夹模结构，例如将异形管在第一夹模工位中，对其进行预冲切口成型，再利用机械手转移至第二夹模处进行整形处理，且转移过程中始终有一个夹模或机械手与异形管保持为夹持定位状态，从而有效地减少因转移所出现的定位偏差，也可以是共夹模结构，即在同一夹模上对其先后进行预切冲孔与整形处理，从而能有效地提高定位加工精度的同时，减少设备整机的占地面积；在本实施例中，以共模结构为例对该成型装置的结构进行示例性说明。
52.参见图1至图7，本实用新型侧冲孔成型装置1包括机架及安装在该机架上的控制单元、夹模单元2与侧冲孔成型单元，其中，侧冲孔成型单元包括侧面预冲单元3与切口整形单元4。机架包括底座10，及固定在该底座10上且沿横向布置的水平安装座11与沿垂向布置的垂向安装座12，水平安装座11与垂向安装座12构建出倒t型安装支架结构。在本实施例中，如图1所示，控制单元包括控制屏15及紧急停车按钮16等。
53.如图2至图6所示，夹模单元2用于夹持异形管01，其具体包括夹模组21及驱使该夹模组21启闭的夹模驱动单元20，夹模组由两个以上的夹模组成，可以为三个以上；常用两个组成，此时可以为两个均为动夹模，也可以为一个固定夹模，一个为动夹模。在本实施例中，夹模组21包括通过导轨滑块机构13而可沿垂向移动地安装在垂向安装座12上的上动夹模22，与固定安装在水平安装座11上的下固定夹模23；夹模驱动单元20为用于驱使上动夹模22沿垂向上下往复移动的第一直线位移输出装置，且该第一直线位移输出装置的定子固定在垂向安装座12上。对于第一直线位移输出装置的具体结构，可以为气缸、油缸、直线电机及旋转电机与四杆螺母机构、齿轮齿条机构等构成的直线位移输出装置，具体采用气缸进行构建。为了提高两个夹模之间的匹配对准度，在上动夹模22与下固定夹模23间设有夹模导柱25，该夹模导柱25与其中一个夹模固连，而与设于另一个夹模上的导孔配合而进行导向。
54.如图2至图6所示，侧面预冲单元3包括预切冲针18与冲针驱动单元30，冲针驱动单元30用于驱使预切冲针沿其轴向进给，在本实施例中为沿垂向往复移动，进给方向沿垂向朝下。如图8所示，预切冲针18包括针固定部189与切口端部180。在本实施例中，冲针驱动单元30为定子固定在垂向安装座12上的第二直线位移输出装置，在本实施例中具体采用气缸进行构建。
55.在本实施例中，预切冲针18通过连接机构31而可拆卸地安装在第一直线位移输出装置的动子上；该连接机构31包括与第一直线位移输出装置的动子固连的针座32，及通过梅花手柄34而安装其上的压针块35；针座32通过导轨滑块机构33而可沿垂向往复移动地安装在垂向安装座12，且导轨滑块机构33与导轨滑块机构13共用同一直线导轨，并在针座32与上动夹模22间置有一缓冲块36，用于限定预切冲针18的下行限位与缓冲；针座32朝外布置的侧面上内凹地设有针容纳槽320，并在该针容纳槽320的槽口上通过两个梅花手柄34而可拆卸地固设有压针块35，预切冲针18的针固定部189紧压压针块35与针容纳槽320的槽底面上，且该针容纳槽320的槽长大于等于预切冲针18的长度，从而通过拆下压针块35，通过针容纳槽320就可完成对预切冲针18的拆装操作。
56.切口整形单元4包括整形芯棒19及整形驱动单元40，整形芯棒19包括整形段部190与棒固定部197；该整形驱动单元40用于驱使整形芯棒19绕自身轴线自转及沿其轴向进给
运动，且两个运动可独立进行；在本实施例中，该整形驱动单元40具体包括滑动座41、进给驱动器42及自转驱动器；滑动座41通过导轨滑块机43构而可沿整形芯棒19的进给方向往复移动地安装在水平安装座11上；进给驱动器42为定子固定在水平安装座11上的第三直线位移输出装置，具体采用气缸进行构建。自转驱动器包括定子固定在滑动座41上的第四直线位移输出装置50，及构成齿轮齿条机构的齿轮51与齿条52；齿轮51通过安装竖板53而可转动地安装在滑动座41上，整形芯棒19的棒固定部197与齿轮51同转轴地固连；齿条52通过导轨滑块机构而可沿与芯棒进给方向垂直的方向往复移动地安装在滑动座41上；第四直线位移输出装置50的动子与齿条52固连，从而通过齿轮齿条机构而将气缸的直线运动转换成整形芯棒19的转动，而便于控制。
57.由于本实施例中侧冲孔成型装置1采用共模结构，为了简化设备结构，对夹模结构进行改进，在闭合状的夹模组21上，设有供预切冲针18往复移动的冲针导孔208，及供整形芯棒19往复移动的芯棒导孔209。具体地为，在下固定夹模23上设有冲针避让孔2080，用于在预冲时容纳预切冲针18的切口端部180，而在上动夹模22上设有供预切冲针18穿过的导向通孔2081；且在夹模组21闭合时，导向通孔2081与冲针避让孔2080对接成冲针导孔208；在两夹模的对接面上，各设有槽口位于对接面上的半导孔结构，且在夹模组21闭合时，该两导槽合拼成芯棒导孔209。
58.在本实施例中，冲针导孔208的轴向与芯棒导孔209的轴向相垂直，且冲针导孔208的轴向沿垂向布置，从而便于对冲片012进行排屑处理，具体为通过设于下夹模座上的排屑口81进行排出，并在排屑过程中利用吹气口82对排屑过程进行吹气而更好的排屑；夹模组21的夹模腔2010为直孔结构，芯棒导孔209的轴向与夹模腔2010的轴向相垂直。
59.在工作过程中，为实现整形芯棒19进行旋冲前，其上的内缩避让边缘部191能对准切口011的先切成型口缘部0110，对该侧冲孔成型装置1的控制方法设置如下两种方法中的一种：(1)在完成对切口011的整形后，控制整形驱动单元40驱使整形芯棒19旋转，至其上的内缩避让边缘部191对准切口的先切成型口缘部0110；(2)在预切出切口011后，控制整形驱动单元40驱使整形芯棒19旋转，至内缩避让边缘部191对准切口011的先切成型口缘部0110，再控制整形驱动单元40驱使整形芯棒19进给动作，以伸入切口011内而进行旋冲整形处理。
60.为了实现上述侧冲孔成型方法中的对相交空间曲面部的设置，在本设备中，要求预切冲针18的预冲轨迹包络面与夹模组21的夹模腔2010间相交而围成相交空间曲面部，该预冲轨迹包络面为预切冲针18的切口端部180在冲针导孔208内移动所形成的包络面；在相交空间曲面部上，属于夹模腔2010的曲面部的圆心角小于180度，而属于预冲轨迹包络面的曲面部的圆心角小于等于180度。整形芯棒19的整形段部通过芯棒导孔209，并借由相交空间曲面部所占通道而能伸入夹模腔2010内。
61.在上述技术方案中，通过预切冲针与预切冲针相对所述管件为偏心布置，而在管件侧壁上预切出一个切口，如果预切冲针强度足够或者管件较为软，则无需在夹模设置导孔，而可以利用冲针对悬空状的管件进行预冲处理。