一種三維任意角度調整鋁合金型材整形機的設計與應用

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，能夠得到很高的強度，其強度較普通鋼材好，也可以和特殊鋼材媲美。同時，其具有易加工、美觀、耐蝕性、耐候性、導電、導熱性能好和可再生性好等特點?！耙凿X帶鋼”已成為發(fā)展趨勢，且逐漸被各個行業(yè)所廣泛應用。據(jù)初步估計，2017年我國鋁擠壓材產(chǎn)量為1948萬t，比上年增長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)科學技術的不斷進步，產(chǎn)品已經(jīng)向高端化，精密化發(fā)展。因此，使用部門對鋁合金型材的尺寸精度要求越來越高，而對有些產(chǎn)品，單純依靠擠壓機生產(chǎn)線生產(chǎn)出的鋁合金產(chǎn)品很難滿足產(chǎn)品精度要求，即使通過工藝的調整及模具的改善,逐漸能基本滿足或達到市場要求，但由于市場對開發(fā)時間的要求等因素，在新產(chǎn)品開發(fā)初期，擠壓模具、生產(chǎn)工藝還未完全穩(wěn)定階段，如反復試模，調整工藝不僅提高了研發(fā)成本，還會影響交貨期造成客戶抱怨和降低公司信譽。因此需要一種整形設備對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)定階段對其進行整形，以滿足市場對鋁合金型材的精度要求。

2 設備優(yōu)勢

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，此種整形機3種懸臂可以針對鋁工業(yè)型材的彎曲變形、表面平整度和截面角度進行校直整形，也可以在縱向上進行高低調整。但對于一些異形，需要多角度進行整形的的型材存在著一定的制約，對于一些尺寸較大的鋁合金型材或可通過制作多種專業(yè)整形輪來實現(xiàn)，但是針對一些細小的開口尺寸和小懸壁內(nèi)的平面間隙的整形則無法實現(xiàn)。針對生產(chǎn)中存在的這些問題，我們自行設計和制造了一款三維多角度調整鋁合金型材整形機，能夠解決懸臂式整形機無法實現(xiàn)的異型、多角度整形等問題。

3 設計思路和技術方案

3.1 設計思路

此設備的設計思路是：制造一種可實現(xiàn)三維多角度調整的整形機，能夠對鋁合金型材的平面間隙、開口尺寸和角度進行整形的整形裝置。

針對被整形型材所需整形的部位和要求的尺寸精度，對整形輪的角度和伸縮量調整并固定好，推動放置在滾動料臺的鋁合金型材通過整形機，在此過程中，整形輪與型材接觸并對其施以外力，使鋁合金型材發(fā)生可控的塑性變形，進而達到對鋁合金型材進行整形的目的，能夠滿足技術要求。

3.2 結構組成

針對設備設計思路提出研究內(nèi)容、技術工藝等，結合整形的原理和特點，確定了總體方案。整形機總體結構主要由主體整形架和前后料臺組成，主體整形架由底座、調整盤、整形臂、導向輪等幾部分組成，見圖1。

圖1 三維多角度調整鋁合金型材整形機

3.3 主要特點

該整形機操作簡單，調節(jié)方便，由于主要針對薄壁鋁合金型材的整形，因此需要外力較小，不需要動力系統(tǒng)，制作簡單，降低能源消耗，可批量完成鋁合金型材的整形工作。

3.4 主要創(chuàng)新點

完全打破了傳統(tǒng)懸臂式整形機的設計思路，通過調整臂和調整盤的設計，使調整臂可在調整盤的圓周方向非常方便地進行多角度滑動調整，對鋁合金型材的尺寸缺陷進行調整，滿足產(chǎn)品的高精度需求。

4 技術方案

設備主體為固定在底座上的調整盤和整形輪，其中調整盤采用鋼板制作，在調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行多角度滑動調整和固定，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，同時采用雙軌道固定整形輪，可避免型材在整形過程中，因受力使整形臂發(fā)生竄動和角度變化，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整盤上，并能實現(xiàn)多角度調整。整形輪可以方便地通過螺栓和鎖緊螺母延整形臂方向進行調整（見圖2），以準確的確定整形輪與鋁合金型材接觸后使之變形的程度，從而達到對鋁合金型材進行整形的目的。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，調整臂也可以把伸縮桿設計制作成帶角度的懸臂桿，通過多種多樣的組合。滿足不同鋁合金型材，不同部位的整形調整需求。

圖2 整形輪圖

在整形盤前后，底座上分別設計有兩組導向輪和托動輪，前后兩組導向輪可根據(jù)鋁合金型材寬度方便地進行調整，確保鋁合金型材在整形過程中走向不發(fā)生擺動，導向輪也可制作成動力輪，通過摩擦帶動型材走動，代替人工推料。托動輪主要作用是保證型材在整形過程中與前后進出料臺保持水平。整形輪、導向輪和拖動輪均采用尼龍棒加工，既能保證整形強度要求，也能防止對型材的損傷。主機兩側設有前后料臺。料臺滑動輥道采用低溫毛氈輥，既可控制制作成本，同時能夠對鋁合金型材起到很好的保護作用。

對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的情況，可采用兩組整形機主機縱向排列，公用料臺的方式整形。

5 使用效果

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

6 結束語

從整形機的生產(chǎn)實際應用情況來看，該設備具有制作簡單，造價低，方便實用，不需要復雜的調整，能夠滿足由于擠壓生產(chǎn)過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整，相對傳統(tǒng)鋁合金型材整形機對異型小斷面鋁合金型材的角度、平面間隙和開口尺寸的調整具有一定的優(yōu)勢，具有較高的使用價值。