小管徑邦迪管自動成型機(jī)研究

楊　健，李穎，馮德貴，鄒炳燕

（1．天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，天津 300350；2．天津諾德機(jī)電設(shè)備有限公司，天津 300400）

小管徑邦迪管自動成型機(jī)研究

楊健1，李穎1，馮德貴2，鄒炳燕1

（1．天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，天津 300350；2．天津諾德機(jī)電設(shè)備有限公司，天津 300400）

針對小管徑邦迪管成型中遇到的加工難度大、生產(chǎn)效率低和廢品率高等問題，分析了小管徑邦迪管成型方法，介紹了利用主輔模具一次定位，通過氣缸驅(qū)動，連續(xù)成型的自動加工設(shè)備。文中描述了設(shè)備的結(jié)構(gòu)、成型機(jī)構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)布局和成型工藝路線等問題。

邦迪管；主輔模具；成型機(jī)構(gòu)；工藝路線

邦迪管是用來連接排氣腔（也叫消音腔）的一段金屬管路，一般都是鐵質(zhì)外表面鍍銅。小管徑邦迪管直徑一般都在2～3mm左右。由于邦迪管的主要材料是金屬鐵，其強(qiáng)度和硬度均大于銅管，塑性和韌性均小于銅管，所以在彎曲加工時比銅管困難［1］。小管徑邦迪管主要是用在制冷壓縮機(jī)上，安裝在壓縮機(jī)內(nèi)，并與壓縮機(jī)缸頭連在一起，為制冷劑循環(huán)壓縮→冷凝→膨脹→蒸發(fā)（吸熱）提供通道。由于壓縮機(jī)殼體空間很小，為增加制冷劑循環(huán)通道長度，管子通常具有復(fù)雜的空間曲線。為避免由于振動使管子與壓縮機(jī)間摩擦造成管子損壞、制冷劑泄漏及影響冰箱制冷效果。要求邦迪管成型具有較高的輪廓精度［2］。

小管徑邦迪管成型目前主要有：手工彎制或多次定位機(jī)器成型加工。兩種加工方法生產(chǎn)效率低、廢品率高。為解決上述問題，進(jìn)行了小管徑邦迪管自動成型的研究，文章介紹了采用一次裝卡，連續(xù)折彎加工的自動成型機(jī)。

一、成型方法

對成型后的邦迪管形狀與尺寸進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在有限空間分布多達(dá)16個彎，見圖1，甚至多個彎連續(xù)分布在很小的長度范圍內(nèi)。成型彎角小于90°，用旋轉(zhuǎn)的方式成型動作范圍小，例如圖1中W2、 W7～W9、W11等7個彎；而90°或大于90°的彎可直接通過直線運(yùn)動成型，W1和W10彎；對于在短距離內(nèi)分布多彎的情況，可借助主、輔助模具與頂壓機(jī)構(gòu)上的配合成型多彎，W3～W5等6個彎；借助輔模成型的彎叫頂彎，W6彎。圖1所示邦迪管16個彎可分別用直推、旋轉(zhuǎn)及與模具相結(jié)合的壓彎和頂彎的方法來成型。

圖1　邦迪管成型細(xì)分圖

二、樣機(jī)構(gòu)造

小管徑邦迪管成型機(jī)主要由床身、主輔模具、成型機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和電控柜組成［3-4］。

1.主輔模具

由于壓縮機(jī)上小管徑邦迪管在空間幾何形狀復(fù)雜，為保證形狀與尺寸精度，借助模具彎制，通過對圖1邦迪管成型后的空間形狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，利用模具加工成型后，存在取出有干涉的問題，采用整體模具無法將加工后工件順利取出，所以，模具采用主、輔結(jié)合的組合模具型式。主模具：是由模具本體、輔模驅(qū)動機(jī)構(gòu)、定位驅(qū)動機(jī)構(gòu)、夾緊驅(qū)動機(jī)構(gòu)和壓彎驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成，其中模具本體上加工有為旋彎機(jī)構(gòu)定位提供的定位孔。輔模：輔模作用是躲避運(yùn)動干涉，保障工件容易取出和確定模具加工輪廓精度。輔模具有可動的特征，移動是靠氣缸驅(qū)動。

2.成型機(jī)

根據(jù)成型方法不同，可將成型機(jī)構(gòu)劃分為直推機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)成型機(jī)構(gòu)、壓彎成型機(jī)構(gòu)和頂彎成型機(jī)構(gòu)。（1）直推成型機(jī)構(gòu)：形成等于或大于90°的彎角的直推機(jī)構(gòu)是，由連接架、直推桿、推輪和氣缸組成。連接架固定床身上，通過氣缸控制其伸出和返回，帶動推輪進(jìn)行折彎動作，設(shè)備中有2個這樣的直推機(jī)構(gòu)。（2）旋轉(zhuǎn)成型機(jī)構(gòu)：形成小于90°的彎，是由2個氣缸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)成型機(jī)構(gòu)，一個驅(qū)動定位，一個氣缸利用齒輪齒條將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換成旋頂?shù)男D(zhuǎn)運(yùn)動。結(jié)構(gòu)見圖2，雙旋彎機(jī)構(gòu)，即一個托架帶動2個旋彎機(jī)構(gòu)，目的是節(jié)省空間，減少運(yùn)動干涉。其結(jié)構(gòu)由定位氣缸、帶動齒條旋轉(zhuǎn)的氣缸、齒輪、齒條、擋板、定位銷、旋頂構(gòu)成。采用旋轉(zhuǎn)成型機(jī)構(gòu)加工小管徑邦迪管的彎角，成型機(jī)構(gòu)動作空間小、成型精度高，成型角度易于調(diào)整。因?yàn)椋D(zhuǎn)成型運(yùn)動空間，只是取決于旋頂?shù)陌霃?，而成?0°彎需要有足夠的直線運(yùn)動距離，相比較旋轉(zhuǎn)運(yùn)動空間小，運(yùn)動干涉可能性就小；由于調(diào)整擋板的位置，可控制氣缸行程，進(jìn)而控制了齒條移動距離，達(dá)到控制齒輪轉(zhuǎn)動角度（旋頂轉(zhuǎn)動角度）的目的，即控制成型彎角的角度，調(diào)整擋板操作簡單，在彎管成型有回彈量時，容易通過調(diào)整角度進(jìn)行糾正，所以旋轉(zhuǎn)成型更易于調(diào)整，加工精度高。模具成型機(jī)構(gòu)：都是利用輔模間相互動作成型的彎。分別稱其為壓彎、頂彎成型，例如，成型W13～W15、W6等彎，壓彎與頂彎的區(qū)別，本方案中一次成型多彎叫壓彎，一次成型1個彎的叫頂彎。

圖2　旋彎機(jī)構(gòu)

三、驅(qū)動系統(tǒng)

1.自動成型機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)布局

小管徑邦迪管成型機(jī)是在PLC控制下利用氣缸驅(qū)動定位、夾緊機(jī)構(gòu)，輔模驅(qū)動機(jī)構(gòu)、成型機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，氣缸空間布局如圖3所示。其中，定位、夾緊各需1個氣缸分別驅(qū)動定位銷定位和壓板夾緊（G01、G02）；2套直推機(jī)構(gòu)（成型W1、W10彎）各需1個氣缸驅(qū)動（G03、G19）；5套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（成型W2、W7、W8、W9、W11、W12、W16彎），每套各需2個氣缸驅(qū)動，一個用于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的定位、1個用于旋頂旋轉(zhuǎn)（累計(jì)14個氣缸分別為G04、G05、G11、G12、G14、G15、G16、G17、G20、G21、G22、G23、G25、G26），驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)拖板移動的氣缸（G13）；輔模中需2個氣缸（G06、G18）實(shí)現(xiàn)模具的移動，2組壓彎機(jī)構(gòu)（成型W3～W5、W13～W15彎2組彎），2個氣缸分別驅(qū)動2套壓彎機(jī)構(gòu)動作（G07、G24）；成型W6彎的頂彎機(jī)構(gòu)，包括氣缸驅(qū)動支架移動（G08、G09），驅(qū)動頂桿氣缸（G10）；整機(jī)一個工作臺共需26個氣缸。

2.驅(qū)動機(jī)構(gòu)成型工藝路線

在成型16個彎的內(nèi)排管過程中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)成型工藝路線如圖4所示。

3.電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要包括四部分，西門子觸屏、S7-300PLC、操作面板和輸出繼電器組［5-6］。觸屏作為手動調(diào)整，步進(jìn)控制和啟動初始狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備；PLC為控制系統(tǒng)的核心，通過程序控制系統(tǒng)有序動作；25個電磁閥（G01、G02共用一個電磁閥控制）通過繼電器開觸點(diǎn)閉合后的信號控制，共需50個繼電器控制25個雙電控電磁閥的50個電磁頭；通過操作面板上的連續(xù)啟動、步進(jìn)啟動、停止、急停、復(fù)位按鈕實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

對于批量加工小管徑邦迪管，采用自動成型設(shè)備，通過主模一次定位、夾緊，借助氣缸驅(qū)動的成型機(jī)構(gòu)，通過PLC控制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工自動成型多彎，大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率，廢品率由手工制作的10%，下降到2～3‰，生產(chǎn)效率提高了20倍。該設(shè)備操作簡單，調(diào)整容易，提高了小管徑邦迪管的加工質(zhì)量，減小了壓縮機(jī)工作噪音，提高了我國制冷設(shè)備產(chǎn)品節(jié)能水平，符合國家節(jié)能減排的“十二五”規(guī)劃，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

圖3　成型機(jī)中氣缸的空間布局

圖4　驅(qū)動機(jī)構(gòu)成型工藝路線

［1］王應(yīng)民，洪梅，韓愛林.內(nèi)排管完全可替代銅管在制冷系統(tǒng)管路中的應(yīng)用［J］.家電科技，2000（11）：44-46.

［2］王婷婷，任滔，丁國良，宋吉，高屹峰，鄭永新.小管徑空調(diào)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.制冷技術(shù)，2012（4）：1-4.

［3］葉志堅(jiān)，陳明輝，陸如升，楊青，姚斌.線材彎曲成形機(jī)理的研究［J］.鍛壓技術(shù)，2009，34（2）：121-123.

［4］劉菊東.線材彎曲件繞彎模的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.集美大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1999，2（1）：64-68.

［5］鞠青辰，王海祥，梁雅婷，王鵬飛.基于PLC的折彎機(jī)自動控制系統(tǒng)的研制［J］.中國制造業(yè)信息化，2013（2）：52-57.

［6］林景山，史步海.基于PLC和觸摸屏的電動折彎機(jī)控制系統(tǒng)研究［J］.鍛壓技術(shù)，2010（5）：93-95.

編輯鄭晶

A Study of Automatic Shaping Machine for Small-diameter Bondi Tube

YANG Jian1，LI Ying1，F(xiàn)ENG De-gui2，ZOU Bing-yan1
（1.Tianjin Sino-German University of Applied Sciences，Tianjin 300350，China；2.Tianjin Nuode Mechanical&Machine Co.Ltd，Tianjin 300400，China）

To solve the problems of complex processing，low production efficiency as well as high scrap rate in the course of taking shape of small-diameter Bondi tube，this paper proposes the molding method of small-diameter Bondi tube and introduces an automatic processing machine which can place primary and auxiliary mold in one attempt to shape up continuously driven by cylinder function.The structure，molding equipment of the machine，drive system layout and molding process route are also discussed.

Bondi tube；Primary and auxiliary mold；Molding equipment；Technique route

TH13

A

2095-8528（2016）04-038-04

2015-09-16

楊?。?962），女，教授，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)及流體傳動技術(shù)教學(xué)。本文系天津市科技特派員項(xiàng)目“制冷壓縮機(jī)內(nèi)排管自動成型機(jī)研制”（項(xiàng)目編號：14JCTPJC00552）的研究成果。