一種三維任意角度調(diào)整鋁合金型材整形機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 偉

（中色（天津）特種材料有限公司，天津西青300393）

0 引言

鋁合金型材具有比其它有色金屬、鋼鐵、塑料、木材等材料更優(yōu)良的特性。鋁合金材料重量輕，約為銅或鋼的1/3，是輕量化的良好材料，強(qiáng)度好，鋁經(jīng)添加銅、鎂、錳、鋅、硅等合金元素后，再經(jīng)熱處理，能夠得到很高的強(qiáng)度，其強(qiáng)度較普通鋼材好，也可以和特殊鋼材媲美。同時(shí)，其具有易加工、美觀、耐蝕性、耐候性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好和可再生性好等特點(diǎn)?！耙凿X帶鋼”已成為發(fā)展趨勢(shì)，且逐漸被各個(gè)行業(yè)所廣泛應(yīng)用。據(jù)初步估計(jì)，2017年我國(guó)鋁擠壓材產(chǎn)量為1948萬(wàn)t，比上年增長(zhǎng)5%，占全球鋁擠壓材總產(chǎn)量的65%以上。目前鋁型材正朝著大截面、薄壁厚、高尺寸精度、復(fù)雜斷面和精美外觀方向發(fā)展。

1 研發(fā)背景

隨著各行業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，產(chǎn)品已經(jīng)向高端化，精密化發(fā)展。因此，使用部門對(duì)鋁合金型材的尺寸精度要求越來(lái)越高，而對(duì)有些產(chǎn)品，單純依靠擠壓機(jī)生產(chǎn)線生產(chǎn)出的鋁合金產(chǎn)品很難滿足產(chǎn)品精度要求，即使通過(guò)工藝的調(diào)整及模具的改善,逐漸能基本滿足或達(dá)到市場(chǎng)要求，但由于市場(chǎng)對(duì)開(kāi)發(fā)時(shí)間的要求等因素，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期，擠壓模具、生產(chǎn)工藝還未完全穩(wěn)定階段，如反復(fù)試模，調(diào)整工藝不僅提高了研發(fā)成本，還會(huì)影響交貨期造成客戶抱怨和降低公司信譽(yù)。因此需要一種整形設(shè)備對(duì)鋁合金擠壓型材的一些特定尺寸，在前期生產(chǎn)和工藝不穩(wěn)定階段對(duì)其進(jìn)行整形，以滿足市場(chǎng)對(duì)鋁合金型材的精度要求。

2 設(shè)備優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)在多數(shù)鋁合金型材生產(chǎn)廠均采用的是三組懸臂式整形機(jī)，此種整形機(jī)3種懸臂可以針對(duì)鋁工業(yè)型材的彎曲變形、表面平整度和截面角度進(jìn)行校直整形，也可以在縱向上進(jìn)行高低調(diào)整。但對(duì)于一些異形，需要多角度進(jìn)行整形的的型材存在著一定的制約，對(duì)于一些尺寸較大的鋁合金型材或可通過(guò)制作多種專業(yè)整形輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是針對(duì)一些細(xì)小的開(kāi)口尺寸和小懸壁內(nèi)的平面間隙的整形則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。針對(duì)生產(chǎn)中存在的這些問(wèn)題，我們自行設(shè)計(jì)和制造了一款三維多角度調(diào)整鋁合金型材整形機(jī)，能夠解決懸臂式整形機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的異型、多角度整形等問(wèn)題。

3 設(shè)計(jì)思路和技術(shù)方案

3.1 設(shè)計(jì)思路

此設(shè)備的設(shè)計(jì)思路是：制造一種可實(shí)現(xiàn)三維多角度調(diào)整的整形機(jī)，能夠?qū)︿X合金型材的平面間隙、開(kāi)口尺寸和角度進(jìn)行整形的整形裝置。

針對(duì)被整形型材所需整形的部位和要求的尺寸精度，對(duì)整形輪的角度和伸縮量調(diào)整并固定好，推動(dòng)放置在滾動(dòng)料臺(tái)的鋁合金型材通過(guò)整形機(jī)，在此過(guò)程中，整形輪與型材接觸并對(duì)其施以外力，使鋁合金型材發(fā)生可控的塑性變形，進(jìn)而達(dá)到對(duì)鋁合金型材進(jìn)行整形的目的，能夠滿足技術(shù)要求。

3.2 結(jié)構(gòu)組成

針對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)思路提出研究?jī)?nèi)容、技術(shù)工藝等，結(jié)合整形的原理和特點(diǎn)，確定了總體方案。整形機(jī)總體結(jié)構(gòu)主要由主體整形架和前后料臺(tái)組成，主體整形架由底座、調(diào)整盤、整形臂、導(dǎo)向輪等幾部分組成，見(jiàn)圖1。

圖1 三維多角度調(diào)整鋁合金型材整形機(jī)

3.3 主要特點(diǎn)

該整形機(jī)操作簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，由于主要針對(duì)薄壁鋁合金型材的整形，因此需要外力較小，不需要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，制作簡(jiǎn)單，降低能源消耗，可批量完成鋁合金型材的整形工作。

3.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

完全打破了傳統(tǒng)懸臂式整形機(jī)的設(shè)計(jì)思路，通過(guò)調(diào)整臂和調(diào)整盤的設(shè)計(jì)，使調(diào)整臂可在調(diào)整盤的圓周方向非常方便地進(jìn)行多角度滑動(dòng)調(diào)整，對(duì)鋁合金型材的尺寸缺陷進(jìn)行調(diào)整，滿足產(chǎn)品的高精度需求。

4 技術(shù)方案

設(shè)備主體為固定在底座上的調(diào)整盤和整形輪，其中調(diào)整盤采用鋼板制作，在調(diào)整盤上加工多組同心圓的滑道，方便整形輪在圓周方向上進(jìn)行多角度滑動(dòng)調(diào)整和固定，采用多組同心滑道，是為了根據(jù)不同鋁合金型材缺陷部位，確定整形臂的固定方向位置，同時(shí)采用雙軌道固定整形輪，可避免型材在整形過(guò)程中，因受力使整形臂發(fā)生竄動(dòng)和角度變化，影響整形效果。整形組件由整形臂和固定在整形臂上的尼龍輪組成，整形組件一端固定整形用尼龍輪另一端固定在調(diào)整盤上，并能實(shí)現(xiàn)多角度調(diào)整。整形輪可以方便地通過(guò)螺栓和鎖緊螺母延整形臂方向進(jìn)行調(diào)整（見(jiàn)圖2），以準(zhǔn)確的確定整形輪與鋁合金型材接觸后使之變形的程度，從而達(dá)到對(duì)鋁合金型材進(jìn)行整形的目的。整形尼龍輪可根據(jù)被整形鋁合金型材部位做成碟形或餅形等多種形式，調(diào)整臂也可以把伸縮桿設(shè)計(jì)制作成帶角度的懸臂桿，通過(guò)多種多樣的組合。滿足不同鋁合金型材，不同部位的整形調(diào)整需求。

圖2 整形輪圖

在整形盤前后，底座上分別設(shè)計(jì)有兩組導(dǎo)向輪和托動(dòng)輪，前后兩組導(dǎo)向輪可根據(jù)鋁合金型材寬度方便地進(jìn)行調(diào)整，確保鋁合金型材在整形過(guò)程中走向不發(fā)生擺動(dòng)，導(dǎo)向輪也可制作成動(dòng)力輪，通過(guò)摩擦帶動(dòng)型材走動(dòng)，代替人工推料。托動(dòng)輪主要作用是保證型材在整形過(guò)程中與前后進(jìn)出料臺(tái)保持水平。整形輪、導(dǎo)向輪和拖動(dòng)輪均采用尼龍棒加工，既能保證整形強(qiáng)度要求，也能防止對(duì)型材的損傷。主機(jī)兩側(cè)設(shè)有前后料臺(tái)。料臺(tái)滑動(dòng)輥道采用低溫毛氈輥，既可控制制作成本，同時(shí)能夠?qū)︿X合金型材起到很好的保護(hù)作用。

對(duì)于鋁合金整形部位集中、空間狹窄的部位，多組整形臂擺放不開(kāi)的情況，可采用兩組整形機(jī)主機(jī)縱向排列，公用料臺(tái)的方式整形。

5 使用效果

該機(jī)的成功研制解決了一些小斷面薄壁型材的開(kāi)口尺寸、局部平面間隙的進(jìn)行整形問(wèn)題。縮短了新產(chǎn)品的交貨時(shí)間，降低了研發(fā)成本，很好地解決了短時(shí)間內(nèi)模具和擠壓生產(chǎn)不能達(dá)到的產(chǎn)品尺寸精度問(wèn)題，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

6 結(jié)束語(yǔ)

從整形機(jī)的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，該設(shè)備具有制作簡(jiǎn)單，造價(jià)低，方便實(shí)用，不需要復(fù)雜的調(diào)整，能夠滿足由于擠壓生產(chǎn)過(guò)程不能滿足精度要求的鋁合金產(chǎn)品的整形要求。尤其是其靈活的三維角度調(diào)整，相對(duì)傳統(tǒng)鋁合金型材整形機(jī)對(duì)異型小斷面鋁合金型材的角度、平面間隙和開(kāi)口尺寸的調(diào)整具有一定的優(yōu)勢(shì)，具有較高的使用價(jià)值。