Способ гибки изделий переменной кривизны и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК B21D7/12 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в гибочных устройствах с программным управлением при гиб- ке-прокатке изделий с переменной кривизной преимущественно из листового металла.

Цель изобретения - повышение точности и производительности гибки. На фиг. 1 представлен заданньй контур изделия в полярной системе координат) на фиг. 2 - заготовка, положение в начальный момент гибки; на фиг. 3 - то же, для текущего момента гибки; на фиг.4 и 5 - схема опре- - деления величины рассогласования между заданными и фактическими значениями координат точек контура заготовки в текущий момент гибки; на фиг. 6 место установки датчика угла поворота изгибаемого конца заготовки на фиг. 7 - взаиморасположение опорных злементов и датчиков угла поворооси вращения элементов 2 и 3, проекции которых в плоскости формируемого контура заготовки 1 совпадают

с центрами С и С.

та и линейных перемещений изгибаемо- 25 ти их симметрии, проходящей через го конца заготовки, вид в плане; на фиг. 8. - место установки датчика линейных перемещений изгибаемого конца заготовкиJ на.фиг, 9 - сечение А-А на фиг. 8.30

Способ гибки изделий с криволинейным контуром осуществляют следующим образом.

.Перед гибкой заданный контур изделия описьшают в полярной системе ко- g и проводят из полюса 0 полярн ую ось ординат в параметрическом виде: измерений , таким образом, чтобы

угол (C.JY между радиусом р| и осью

р р(О;QI I был равен указанному на чертеже

1 (О,контура изделия углу р , а угол

40 между осью. , и касательной N Р,В плоскости формируемого контура заготовки 1 выбирают полюс 01 полярной системы координат, удаленный от начальной точки N - текущего контура заготовки 1 на расстояние р pft

где р - полярный р адиус; U - полярный угол; - варьируемый параметр (длина дуги от начала контура до некоторой текущей точки измерений i) .

На чертеже в масштабе -изображают заданный контур N изделия, которьй разбивают на отрезки, желательно одинаковой длины, например на отрезки NA, АВ, ВМ и т.д., выбирают начало полярной системы координат в некото™ рой точке О и проводят из точки О в произвольном направлении ось измерений ОХ, Затем соединяют полюс О с граничными точками отрезков NA, АВ, ВМ с помощью полярных радиусов

8 ж определяют их величины, а также величины углов ({,

к контуру в точке N был равен б, б .

1

Затем заготовку 1 перемещают между опорными элементами 2 и 3 на вели g чину шага разбивки заданного контура NM, т.е. на величину, равную длине первого отрезка AN, При зтом одновременно с подачей заготовки 1 полюс полярной системы координат перемещаgQ ют из точки 0., в точку ОJ таким образом, чтобы для сместившегося из точки N в точку N конца заготовки 1 величины полярных радиусов Pfj , р были равны -рм Рн J полярные углы

55 гГ т, между осью 0,2 X 2 и касательными равны

Т, - Tf

в этом положении заготовки 1 измеряют относительно нового положения

W,, между указанными полярныЛ

1 5 Нб

МИ радиусами рд, , р Pg Рм измерений ОХ и величины углов д у- у между осью измерений ОХ и нормалями к заданному контуру NM в точках А, В, М (радиусами кривизны

Л в

Кроме того, для фиксации пространственного положения выбранной системы координат относительно контура MN дополнительно определяют угол между осью ОХ и какой-либо прямой, занимающей относительно контура MN стро5 го определенное положение, например

угол 6 между осью ОХ и линией NP,

касательной к контуру MN в точке N.

После этого заготовку 1 помещают

между опорными валковыми элементами

0 2 и 3 таким образом, чтобы начальная точка Ny текущего контура заготовки 1 была расположена между поверхностями опорных -злементов 2 и 3 по возможности ближе к общей штоскососи вращения элементов 2 и 3, проекции которых в плоскости формируемого контура заготовки 1 совпадают

ти их симметрии, проходящей через

с центрами С и С.

ти их симметрии, проходящей через

и проводят из полюса 0 полярн ую ось измерений , таким образом, чтобы

В плоскости формируемого контура заготовки 1 выбирают полюс 01 полярной системы координат, удаленный от начальной точки N - текущего контура заготовки 1 на расстояние р pft

между осью. , и касательной N Р,к контуру в точке N был равен б, б .

1

Затем заготовку 1 перемещают между опорными элементами 2 и 3 на величину шага разбивки заданного контура NM, т.е. на величину, равную длине первого отрезка AN, При зтом одновременно с подачей заготовки 1 полюс полярной системы координат перемещают из точки 0., в точку ОJ таким образом, чтобы для сместившегося из точки N в точку N конца заготовки 1 величины полярных радиусов Pfj , р были равны -рм Рн J полярные углы

гГ т, между осью 0,2 X 2 и касательными равны

Т, - Tf

в этом положении заготовки 1 измеряют относительно нового положения

3135

системы координат Oj и оси измерений OjX текущие полярные координаты точки А, переместившейся из точки А в точку Ат2 которая совпадает с точ- |Кой N ,, следующей текущей точкой измерений формируемого контура заготовки 1, и сравнивают текущие значения величин р и (( заданными по чертежу контура NM изделия 1 величи-

нами

А V .

Величину cf. рассогласования фактических и заданных значений полярных координат текущей точки измерения Afj определяют согласно представлен- ной на фиг, 4 схеме в соответствии со следующими соотношениями:

sin((7,j-4tfp + t ;

г- -, РАТ2- Ял ; Т//2+( +о/ -3 д;

Кд при

dt/,7 О и 4рд7 0;

// -Кд при 4(//|7 о и /)f 0; 2 // -К при4( 0/ 7/+Кд при 0i

,. /1T2: V к. - arctg

VA

Определив величину рассогласования ff , гибочный инструмент 4 смещают относительно опорных элементов 2 и 3 в сторону увеличения изгибающего момента, если с д имеет знак плюс или в обратном направлении, если минус на величину

А г(с/ д).

где F - передаточная функция приво- да инструмента, предварительно определенная для данного конкретного вида гибочного оборудования расчетным или экспериментальным путем, В процессе дальнейшей гибки заготовки 1 при каждом ее перемещении между опорными элементами 2 и 3 на величину очередного шага разбивки заданного контура ММ аналогичным об- разом определяют текущую величину рассогласования c/j для каждой i-той точки измерения, после чего каждый раз корректируют положение гибочного инструмента 4 относительно опор- ных элементов 2 и 3 путем его смещения на величину текущего значения .

Устройство для осуществления пред лагаемого способа гибки заготовки 1

,.. ю

15

0

5

0

5

0 5 0 5

.

18

содержит опорные элементы 2 и 3, гибочный инструмент 4, датчик 5 угла поворота изгибаемого конца заготовки 1, датчик 6 линейных перемещений изгибаемого конца заготовки 1 с измерительным элементом 7, один конец которого шарнирно закреплен на неподвижной опоре 8, а другой соединен с измерительным элементом 9 датчика 5 и блок 10 сравнения.

Опорные элементы 2 и 3 устройства выполнены в виде валковой подачи с приводом 11, кинематически связанным с валом 2 и снабжены датчиком 12 подачи (S) заготовки 1, соединенным с валком 3, а инструмент 4 выполнен в виде пары гибочных валков с жестко связанными между собой осями, которые кинематически соединены с регулируемым приводом 13 линейного перемещения.

Датчик 5 угла поворота изгибаемого конца заготовки 1 выполнен в виде сельсинного устройства, размещенного в корпусе 14, который закреплен на кронштейне 15, имеющем прямоугольный уступ на конце, образованный площадками А и Б, причем площадка А расположена в плоскости симметрии датчика 5, проходящей через его измерительный элемент 9 (ось вращения подвижных элементов сельсинного устройства). На кронштейне 15 размещены средства крепления датчика 5 к заготовке 1, вьтолненные в виде винта 16, гайки 17 и прижимной планки 18.

Корпус 19 датчика 6 линейных перемещений изгибаемого конца заготовки 1 смонтирован сбоку от валков 2 и 3 на оси 20 опоры 8, которая расположена между цилиндрическими поверхностями валков 2 и 3 в плоскости, проходящей через их оси 21 и 22 вращения (например, совпадает с образующей цилиндрической поверхности валка 3),

Измерительный элемент 7 датчика 6 вьтолнен в виде взаимодействующей с чувствительными элементами 23 линейки 24, которая установлена в предусмотренных в корпусе 19 направляющих 25.

Входы блока 10 сравнения соединены с выходами датчиков 5, 6 и 12, а выход подключен к входу регулируемого привода 13 инструмента 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед началом гибки конец заготовки 1 помещают между валками 2 и 3, затем конец заготовки 1 продвигают относительно оси 20 в направлении подачи на некоторую заранее заданную величину и с помощью винта 16, гайки 17 и прижимной планки 18 закрепляют на нем датчик 5 таким образом, чтобы площадка Б кронштейна 15 контактировала с плоскостью торца заготовки 1, а площадка А - с верхней или нижней поверхностью заготовки 1, причем , если ось 20, вокруг которой в процессе гибки разворачивается корпус 19 датчика 6, совпадает с образующей поверхности нижнего валка 3, то площадка А должна совпасть с нижней поверхностью заготовки 1. В этом случае линия L, оч ерчивающая нижнюю границу поперечного сечения заготовки 1, служит формируемым контуром изделия 1, точка пересечения линии L с плоскостью Б - начальной точкой N контура заготовки точка пересечения линии L с осью 20 - текущей точкой измерения К, а точка пересечения оси 9 с перпендикуляром, восстановленным к оси 9 из точки N, - полюсом О полярной системы координат. Полярной осью измерений является линия, соединяющая точки О и N, Которая является касательной в точке N к формируемому ко L.

В исходный момент гибки, когда конец заготовки еще прямой,, положение измерительного элемента 7 совпадает с осью измерений ON, поэтому полярньш угол, характеризующий положение первой текущей точки измерения

О,

а полярный радиус

FKTI f.N+ S, где S - величина вбщвижения конца заготовки 1 относительно оси 20.

При подготовке устройства к работе заданную поверхность изделия предварительно описывают, начиная с первой текущей точки измерения, удаленной от конца на расстояние S,в параметрическом виде, в полярной системе координат с полюсом, удаленным относительно начальной точки поверхности на расстояние щ и с полярной

осью, касательной к заданной поверхности в ее начальной точке.

После этого включается привод 11, сообщающий вращение валк 2, в резуль10

15

, 25 -

20

, ль3553186

тате чего заготовка 1 подается в направлении стрелки.

В процессе вьщвижения изгибаемой заготовки 1 из зоны ее деформации между опорными валками 2 и 3 конец заготовки 1 перемещается по некоторой прямолинейной траектории. При этом корпус 14 датчика 5, жестко связанный с концом заготовки 1, изменяет свое угловое положение относительно линейки 2Д датчика 6, которая, будучи жестко связанной с осью 9, разворачивает подвижные элементы сель- синного устройства относительно неподвижных. Одновременно с этим линейка 24 перемещается в направляющих 25 относительно чувствительного элемента 23 датчика 6 и разворачивает его корпус 19 на оси 20 опоры 8„

С выходов датчиков 5 и 6 сигналы, пропорциональные величине расстояния от оси 9 до оси 20 (полярного радиуса текущей.точки К; измерения) и величине угла между измерительным элементом 7 и осью измерений ON (полярного угла в текущей точке К измерения), поступают в блок 10 сравнения, в котором в момент поступления с выхода датчика 12 сигнала о перемещении заготовки 1 на заданньй шаг разбивки ее контура происходит сравнение фактических значений координат текущей точки К-. формируемой поверхности с заданными. При рассогласовании указанных величин с выхода блока 10 на вход регулируемого привода 13 поступает управляющий сигнал, по которому корректируется положение гибочного инструмента 4 относительно валков 2 и 3. По окончании гибки изделия датчик 5 переставляется на ко- |Нец следующей заготовки и цикл работы устройства повторяется как описано.

Использование изобретения позволяет производить гибку изделий со сложным контуром переменной кривизны и дает возможность обеспечить при этом - строгое пространственное положение концов изгибаемого изделия относительно друг друга. .

Это достигается благодаря расположению текущей точки измерений не- gr посредственно на выходе из зоны де30

35

40

45

50

формаций заготовки и жесткой фиксации выбранной системы координат относительно формируемого контура, вследствие чего разворот заготовки в

пространстве относительно ее точки опоры, который Может произойти в процессе гибки, например, из-за упругой деформации опорных элементов не приводит к отклонениям измеряемых координат от их истинных значений и к снижению точности гибки. Работоспособность предлагаемого способа гибки изделий с криволинейным контуром была проверена на его математической модели.

Для испытаний бьт.задан на модели контур, составленный из сопряженных дуг ркружностей, характеризующихся следующими параметрами: R, 1000 мм; а 45°; Е. 400 мм; (Уг 90°; RJ 800 мм 0% R4 300 мм й 4 90°, где R - радиус соответствующей дуги; с - угол дуги.

Измерения производились с шагом разбивки 2 мм по длине контура. Линейные измерения проводились с точностью 0,01 мм, угловые - 5. Исследования производились на персональном компьютере IF 800 модель 20 на языке Бейсик (Basic). В результате работы математической модели бьш получен контур детали с максимальными нормальными отклонениями +0,209898 мм и -0,172604 мм, что свидетельствует о высокой точности предлагаемого способа.

Формула изобретени

1. Способ гибки изделий переменной кривизны, преимущественно из листового металла, при котором предварительно определяют координаты точек, принадлежапщх заданной по чертежу поверхности изделия в виде полярных радиусов и углов, подают заготовки изделия в зону гибки, прикладывают к ней изгибающую нагрузку путем перемещения гибочного инструмента, измеряют фактическую величину поЯярного угла текущей точки измерения, сравнивают ее с заданной и, в случае их рассогласования, корректируют величину изгибающей йагру ки, причем текущие измерения производят на согнутом конце заготовки, разгруженном от изгибающего момента отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности гибки, полюс и ось изрений в полярной системе координат

0

5

располагают неподвижно относительно участка заготовки, расположенного на краю переднего конца, и при измерениях в процессе гибки перемещают синхронно с этим участком, в качестве точки измерения в данной системе координА выбирают неподвижную точку поверхности заготовки, расположенную в текущий момент времени на выходе из зоны гибки, и измеряют фактическую величину ее полярного радиуса, а сравнение фактического положения текущей точки измерения с заданным производят в данной системе координат.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что при рассогласовании фактических и заданных координат

0 текущей точки измерения гибочный инструмент смещают в сторону увеличения изгибающей нагрузки при положительной величине нормального отклонения фактической поверхности изделия

5 от заданной или в противоположном направлении при отрицательной величине . отклонения, при этом величину смещения инструмента определяют в соответствии со следующими соотношениями:

0

Е F();

;

5

0

сГ sinBV(p,,-di/) +

(/ -Ч-, ;

р fz -р. ;

в /2 +1/, + о( -- ;

о/ К при А1 О и Af О,

0 -К при (:f О и а р О ,

oi 2Т-К и р 0-, ы F+K при 4 1| О к йр О, . Af

К arctg

В

cf 0

где F - передаточная характеристика инструмента, определенная расчетным или экспериментальным путем;

нормальное отклонение фактического профиля изделия от заданного;

If - заданный полярный угол текущей точки измерений;

фактический полярный угол текущей точки измеренийj

р - заданный полярный радиус текущей точки измерений;

р - фактический полярный радиус, текущей точки измерений;

у - угол между осью измерений и нормалью к заданной поверхности иялелия мерений,

3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и - чающийся тем, что гибку и корректировку величины изгибающей . нагрузки производят в процессе непрерывной подачи заготовки в зону гибки.

4.Устройство для гибки изделий переменной кривизны, преимущественно из листового металла, содержащее гибочную опору, механизм подачи заголовки, гибочный инстр5т ент с регулируемым приводом его перемещения относительно гибочной опоры, );атчики угловых и линейных перемещений изгибаемого конца заготовки, измерительные элементы которых взаимосвязаны между собой, шарнирную опору для крепления измерительных элементов датчика линейных перемещений и программное устройство с блоком сравнения, входы которого соединены с выходами указанных датчиков, а выход

С входом привода гибочного инструмента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности гибки, оно снабжено узлом для фиксации датчика угловых перемещений к переднему концу заготовки, а щарнирная опора датчи 1355318 О

в текущей точке из- ка линейных перемещений расположена

у гибочной опоры.

5.Устройство по п. 4, о т л и - чающееся тем, что. гибочная опора и механизм подачи заготовки выполнены в виде пары валков, датчик линейных перемещение изгибаемого кон ца заготовок выполнен в виде.корпуса

Q смонтированного на шарнирной опоре, линейки, один конец которой закреплен на узле для фиксаций датчика угловых перемещений к переднему концу заготовки с возможностью поворота от

15 носительно его, а другой конец смонтирован в корпусе датчика с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса, и неподвижного чувствительного элемента, расположен

2Q ного в корпусе с возможностью взаимо действия с линейкой, а датчик угловы перемещений выполнен в виде сельсина ось вращения подвижных элементов которого соединена с линейкой датчика

25 линейных перемещений, а корпус смонтирован на узле для фиксации датчика угловых перемещений к переднему концу заготовки.

6.Устройство по пп. 4 и 5, о т - Золичающееся тем, что оно

снабжено датчиком подачи заготовки через валки, выход которого связан с одним из входов блока сравнения,

у гибочной опоры.

5.Устройство по п. 4, о т л и - чающееся тем, что. гибочная опора и механизм подачи заготовки выполнены в виде пары валков, датчик линейных перемещение изгибаемого конца заготовок выполнен в виде.корпуса,

смонтированного на шарнирной опоре, линейки, один конец которой закреплен на узле для фиксаций датчика угловых перемещений к переднему концу заготовки с возможностью поворота относительно его, а другой конец смонтирован в корпусе датчика с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса, и неподвижного чувствительного элемента, расположен-г

ного в корпусе с возможностью взаимодействия с линейкой, а датчик угловых перемещений выполнен в виде сельсина, ось вращения подвижных элементов которого соединена с линейкой датчика

линейных перемещений, а корпус смонтирован на узле для фиксации датчика угловых перемещений к переднему концу заготовки.

6.Устройство по пп. 4 и 5, о т - личающееся тем, что оно

снабжено датчиком подачи заготовки через валки, выход которого связан с одним из входов блока сравнения,

Oi

ЫТ1

cpus.3

vMrnviffcftuu онтаа ,„,-;

yOfiffrToefftJ

фи9Л

Xf

/4

фигб

Изобретение относится к обработке металлов.давлением и может быть использовано в гибочных устройствах с программным управлением при гиб- ке-прокатке изделий с переменной кривизной. Цель изобретения - повышение точности и производительности. При гибке осуществляют измерение формы изогнутого участка заготовки, сопоставляют замеренные параметры с заданными и в случае их рассогласования корректируют величину изгибающей нагруз-ки. Измерения производят в полярных координатах, причем полюс и ось измерений располагают неподвижно относительно участка заготовки, расположенного на краю ее переднего конца. Для этого на конце заготовки закрепляют датчик 5 угла поворота изгибаемого конца и шарнирно крепят измерительный элемент 7 датчика 6 линейных перемещений конца заготовки. Результаты измерений от этих датчиков и от датчика 12 пода- чи заготовки поступают в блок 10 сравнения, который управляет приводом 13 перемещения гибочного инструмента 4. 2 с. и 4 з.п. ф-лы. 9 ил. с в (Л с 00 ел СП со СХ)

М

н

15

--Uf

14

N

т

.7

Фиг. 9

Составитель Е.Чистякова Редактор Т.Парфенова Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова

Заказ 5739/9 Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Произволстиенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4