一种单组辊冷弯成形装置及其方法与流程

1.本发明涉及冷弯成形技术，尤其涉及一种单组辊冷弯成形装置及其方法。


背景技术：

2.冷弯成形，又称辊压成形，是一种节才、节能、高效的金属成形工艺。如图1所示,冷弯成形通过顺序配置的多道次成形轧辊1，把金属带材2不断的进行横向弯曲，制造特定截面的型材或零件,图1中成形轧辊上方为经各道次冷弯成形后的零件3立体形状,下方为对应道次成形轧辊1的正视图。这种加工方式适用于外形纵长的高精度产品的加工，在汽车制造和建筑领域有着大量的应用。在汽车制造领域，由于轻量化的需求，高强钢应用是未来车身轻量化的重要路径，冷弯成形是高强钢主要的成形方式之一，用来制造车身承载和安全结构件，例如纵梁、横梁、防撞梁等梁零件。冷弯成形连续生产，生产效率较高，对材料进行渐次成形，高强钢的回弹容易控制和补偿，这些优点使得冷弯成形在汽车制造领域受到越来越多的重视。
3.传统的冷弯成形中，截面特征为u型、c型、l型等零件，通常一个零件对应一套成形辊模具，更换零件就需要在原来机架上更换模具，甚至在同一零件更换材料，为了保证零件的精度和质量也需要更换对应的模具。总的来说，传统的冷弯成形方式会有以下问题：1、成形辊模具与零件单一匹配，适用性较差，当零件截面尺寸发生变化则需要重新开模，成本较高；2、模具还与材料的厚度和强度有直接关系，由于生产需要，同一零件可能会切换到其他材料，但是由于材料的厚度强度发生变化，按照原来材料进行设计的模具会造成零件精度问题和边浪等缺陷的产生，为了避免这些缺陷一般也需要重新开模，大大增加了生产成本；3、传统冷弯成形换模和调模的时间周期较长，影响生产效率，过多的模具也给储备和管理带来问题，同时频繁换模也会影响机架的寿命。
4.针对第一个问题，当零件截面形状宽度发生改变时，按照传统辊压成形的设计思路，就一定要开新的模具，如图2所示，该零件的成形辊模具(上、下成形辊3、4)是为零件a设计的，当零件宽度发生改变(零件b)，由于该成形辊的宽度和相对位置固定，无法成形新的零件。
5.针对第二个问题，由于轻量化的需求，同一个零件往往会更换不同的材料，例如用强度更高的高强钢材料来代替强度低的材料，在承载能力不变的情况下，其材料的厚度发生减薄，这就会对成形辊间隙造成了影响，众所周知，成形辊的间隙对零件的成形质量有较大的影响，如果材料发生减薄，按照传统辊压成形的思路，其模具间隙会相应增大。虽然可以通过手动微调模具间隙，但是限于模具的宽度限制，调节也只限于一个方向，如图3所示，材料的厚度为t，当材料厚度减薄，上成形辊向下移动
△
t1距离后，侧壁模具间距的改变为
△
t2，由于零件截面并不在同一个平面，
△
t1≠
△
t2，无法同时满足底部和侧壁的模具间隙，其结果是成型出来的零件精度无法保证且容易出现边浪、袋型波等缺陷，因此为了保证零件的精度，往往也需要更换模具，这就大大增加了模具的成本。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种单组辊冷弯成形装置及其方法，采用分体式位移可调的单成形辊组，以解决不同零件宽度的成形和不同材料厚度补偿的问题。
7.一方面，本发明的一种单组辊冷弯成形装置包括数道次的成形辊机构，每道次成形辊机构均包括机架及设于机架上的上成型辊、下成型辊，上成型辊和下成型辊均设计为左右各一部分的分体式结构，机架上设有控制上成型辊和下成型辊的左、右分体部分分别横向移动和纵向移动的驱动调节机构。
8.所述驱动调节机构包括上成型辊分体横向调节机构，包括一对上驱动轴、一对上横向驱动电机，上驱动轴分别与同侧的上成型辊的分体部分相连，上横向驱动电机分设于两侧机架上并与同侧的上驱动轴相连，以驱动上成型辊的左右分体部分横向移动。
9.所述驱动调节机构包括下成型辊分体横向调节机构，包括一对下驱动轴、至少一下横向驱动电机，下驱动轴分别与同侧的下成型辊的分体部分相连，下横向驱动电机设于机架上并与同侧的下驱动轴相连，以驱动下成型辊的至少一分体部分横向移动。
10.所述驱动调节机构包括上成型辊分体纵向调节机构，包括一对纵向驱动电机、开设于机架内的纵向轨道，所述上驱动轴分别由同侧的纵向驱动电机驱动带动上成型辊的左右分体部分沿纵向轨道进行纵向移动。
11.所述上成型辊和下成型辊均设计为呈左右对半分的分体式结构。
12.另一方面，一种单组辊冷弯成形装置的冷弯成形方法，包括以下步骤：
13.a.根据成形零件的宽度或厚度需求，通过驱动调节机构对上成型辊和下成型辊的左、右分体部分进行相应的横向或纵向移动调节；
14.b.调节后通过各道次成形辊机构对零件进行依次冷弯成形。
15.在所述步骤a中：若所需成形零件与前一零件发生宽度变化，则通过上横向驱动电机驱动上驱动轴、下横向驱动电机驱动下驱动轴进行横向移动，以调整上、下成型辊的左、右分体部分之间的横向间距满足成形零件的宽度变化需求。
16.在所述步骤a中：若所需成形零件与前一零件发生厚度变化，则通过上纵向驱动电机驱动上驱动轴进行纵向移动，以调整上、下成型辊的纵向间距，以满足成形零件底部的厚度需求；通过上横向驱动电机驱动上驱动轴进行横向移动，以调整上成型辊的左、右分体部分与下成型辊的侧面间距，以满足成形零件侧壁的厚度需求。
17.所述纵向移动的距离
△
t为：
△
t＝t1-t2，t2为所需成形零件的厚度，t1为前一零件的厚度；所述横向移动后的上成形辊的左、右分体部分间距2
△
w为：w为：θn为某道次成形辊的辊花角度。
18.使用本发明的一种单组辊冷弯成形装置及其方法获得了如下有益效果：
19.1、本发明的成形辊模具更具通用性，用一套通用的截面类型(比如u型模)可以成形该类型任意截面尺寸的零件，大大降低的模具的成本；
20.2、本发明通过改变模具的相对位置可以实现成形辊间隙的任意调节，保证底部和侧壁的间隙，保证模具的精度，避免缺陷的产生，同时是也避免了重新开模的成本；
21.3、本发明的柔性生产使模具的数量大幅减少，避免了频繁换模带来了时间成本和
模具的管理成本；
22.4、本发明采用成形辊和驱动轴分模块的设计，使模具安装更加方便，由于模具的体积较传统成型辊大幅度降低，也降低了单个成形辊的制造成本。
附图说明
23.图1为传统的多道次冷弯成形的原理图；
24.图2为传统的某一道次冷弯成形辊的结构示意图；
25.图3为零件厚度改变而导致传统成形辊无法适用的示意图；
26.图4为本发明的冷弯成形装置的俯视图(以四道次为例)；
27.图5为本发明的某道次的成形辊机构的结构图；
28.图6为本发明的成型辊与驱动轴的连接示意图；
29.图7为本发明的一侧机架的结构示意图；
30.图8为本发明的新旧零件成形的截面宽度变化示意图；
31.图9为本发明的新旧零件辊花的对比示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明的一种单组辊冷弯成形装置及其方法做进一步的描述。
33.如图4所示，本发明的一种单组辊冷弯成形装置，与现有技术相同的是，同样也包括数道次的成形辊机构10，每道次成形辊机构10均包括机架11及设于机架11上的上成型辊12、下成型辊13，其辊形与现有技术相同，由零件形状【如c形、u形、l形(u形的一半)等】决定，与现有技术不同的是，结合图5所示，本发明的上成型辊12和下成型辊13均设计为左右各一部分的分体式结构，较佳的，上成型辊12和下成型辊13均可呈左右对半分的分体式结构，机架11上设有控制上成型辊12和下成型辊13的左、右分体部分分别横向移动和纵向移动的驱动调节机构。图4中3’为成形零件3的截面形状(u形)。
34.由于辊压成形具有多个道次，本发明在多个道次中除了成形辊模具角度有区别外，其他均一致，因此，图4是本发明的四个道次成形的示意图，但并不代表本发明仅有或只能有四个道次成形。为了说明本发明技术方案，以其中某一道次为例来进行说明：
35.所述驱动调节机构包括上成型辊分体横向调节机构，包括一对上驱动轴14、一对上横向驱动电机15，上驱动轴14分别与同侧的上成型辊12的分体部分相连，上横向驱动电机15分设于两侧机架11上并与同侧的上驱动轴14相连，以驱动上成型辊12的左右分体部分横向移动。
36.所述驱动调节机构还包括下成型辊分体横向调节机构，包括一对下驱动轴16、至少一下横向驱动电机17，下驱动轴16分别与同侧的下成型辊13的分体部分相连，下横向驱动电机17设于机架11上并与同侧的下驱动轴16相连，以驱动下成型辊13的至少一分体部分横向移动。
37.所述驱动调节机构还包括上成型辊分体纵向调节机构，包括一对纵向驱动电机、开设于机架11内的纵向轨道，所述上驱动轴14分别由同侧的纵向驱动电机驱动带动上成型辊12的左右分体部分沿纵向轨道进行纵向移动。
38.其中，上、下成型辊12、13的左右分体部分可开设螺纹孔20并通过螺纹19与对应的驱动轴连接(见图6)，方便装卸。
39.请结合图7所示，所述机架11底部与地面21固定，防止发生振动和位移，机架11需具有很好的刚性，保证在机器运行过程中不发生过大的弹性变形。机架11的作用是支撑驱动轴，通过驱动轴来控制上成形辊和下成形辊。机架11中部开有下驱动孔22，用来支撑驱动轴，进而支撑下成形辊，一侧具有下横向电机安装位23，用以安装下横向驱动电机17；机架11上部开上横向驱动电机安装位24，用以安装上成形辊的上横向驱动电机15，与中部不同的是，上成形辊还具有上下移动的功能：在机架11上开有轨道窗25，机架11内部设有纵向轨道26，为上成形辊的上横向驱动轴提供纵向运动空间；机架11上开有纵向驱动电机安装孔27，纵向电机通过该孔控制上驱动轴14进行纵向移动。本发明机架11结构不限于此，机架11之间亦可连接起来作为一体式机架11，但是必须保证机架11和驱动轴和驱动电机的连接。
40.较佳的，图5中左下驱动轴未设置下横向驱动电机17，左下驱动轴相对位置固定，不做横向和纵向的移动，每个道次的驱动轴都是如此设置：以左下驱动轴作为基准定位轴，其他轴的位置都是在这个基准上进行调节；左上驱动轴可分别进行横向和纵向的位移，调节与基准轴的上下左右距离；右上驱动轴同样可分别进行横向和纵向的位移，一般情况，左、右上驱动轴在同一水平面上；右下驱动轴可进行横向位移，调节与左下驱动轴之间的横向距离，由于左下驱动轴和右下驱动轴均不能纵向移动，因此左下驱动轴和右下驱动轴始终处于同一水平上，作为整个成形辊在纵向的基准。
41.采用本发明的冷弯成形装置，方便装卸，当零件截面形式确定时，例如u型件或c型件时等，只用使用一套通用的u型模辊或c型模辊即可，当截面尺寸发生变化时不用重新开模，只用在u型模辊或c型模辊改变其相对距离即可。为了说明本发明的这个特点，以u型模辊为例来进行本发明的冷弯成形方法中的调节原理进行说明(调节后的冷弯成形不再赘述)：
42.当u型零件的宽度发生变化时，可以通过右上驱动电机和右下驱动电机分别带动上、下成形辊的分体部分进行相应的横向移动，调节上、下成形辊在合适的位置，保证成形辊满足新零件的辊花工艺要求。如原零件的的宽度为w1，新零件的宽度为w2，如图8所示，零件宽度的变化为w1-w2＝
△
w，则在成形新零件时，不用重新开模，只用在原来零件成形辊和辊花工艺基础上，将右上、下成形辊向右移动
△
w即可。
43.当u型零件的材料厚度发生变化时，也可以通过改变上成形辊和下成形辊的位置来保证原模具的间隙。如零件原使用的材料厚度为t1，新材料厚度为t2(t2＜t1)，则每一道次需要特征的距离和成形辊的辊花角度有关，纵向移动的距离为
△
t＝t1-t2，所述横向移动后的上成形辊的左、右分体部分间距2
△
w为：w为：θn为某道次成形辊的辊花角度,需要说明的是,每个上成形辊的分体部分横向移动距离可以为
△
w,当然也可以不为
△
w,满足间距为2
△
w即可。
44.为了快速运算，可使用以下工艺变换表1：
45.表1
[0046][0047]
实施例1
[0048]
某u型件零件宽度发生变化，零件参数见表2所示，零件宽度从150mm提高到200mm，辊花变化可参加图9所示，虚线为旧零件辊花，实线为新零件辊花：
[0049]
表2
[0050]
[0051][0052]
由于新零件的跨度在原零件宽度基础上增加了50mm，按照传统的辊压成形方法，必须使用一套新的模具，而本发明只用在设备上更改几个参数，下面是在原零件模具的基础上进行的工艺调整：
[0053]
1)以左下成形辊为基准，保持左下成形辊的位置不变；
[0054]
2)右上成形辊通过上横向电机向右移动50mm，纵向位移保持不变；
[0055]
3)右下成形辊通过下横向电机向右移动50mm，纵向位移保持不变。
[0056]
通过上述调整，适用于原来100mm宽度的成形辊模具变成了使用150mm宽度同厚度材料的成形模具，且经过验证成形质量良好。
[0057]
实施例2
[0058]
某u型件零件由于轻量化需求，对比原始零件所用材料强度升高，相应用材厚度由4mm降低到2mm，具体参数参见表3所示。
[0059]
表3零件变化一览表2
[0060]
[0061][0062]
由于厚度发生2mm改变，则零件成形辊之间的间隙必须发生改变，按照传统的辊压成形的方法，满足了零件底部的间隙要求，但是无法满足侧壁在成形过程中的间隙，而本发明只用在设备上更改成形参数即可，由于每一道次成形辊角度不同，其调节参数均不相同，调节基于以下原则：
[0063]
1)以左下成形辊为基准，保持左下成形辊的位置不变；
[0064]
2)上成形辊首先保证纵向的间隙，通过两纵向驱动电机同时向下移动2mm；
[0065]
3)左上成形辊通过其上横向驱动电机15向左移动一定距离使侧面成形辊间隙也为2mm；
[0066]
4)右上成形辊通过其上横向驱动电机15向右移动一定距离使侧面成形辊间隙也为2mm。
[0067]
调整具体参数见工艺变更表4：
[0068]
表4
[0069][0070]
经过工艺调整后，无论是零件底面还是侧面均能满足模具间隙的工艺要求，且经过验证所成形零件精度较高。
[0071]
综上所述,采用本发明的单组辊冷弯成形装置及其方法,适用于截面特征为u型、c型、l型等零件类型的各种强度材料的冷弯成形。
[0072]
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。