一种三维任意角度调整铝合金型材整形机的设计与应用

张 伟

（中色（天津）特种材料有限公司，天津西青300393）

0 引言

铝合金型材具有比其它有色金属、钢铁、塑料、木材等材料更优良的特性。铝合金材料重量轻，约为铜或钢的1/3，是轻量化的良好材料，强度好，铝经添加铜、镁、锰、锌、硅等合金元素后，再经热处理，能够得到很高的强度，其强度较普通钢材好，也可以和特殊钢材媲美。同时，其具有易加工、美观、耐蚀性、耐候性、导电、导热性能好和可再生性好等特点。“以铝带钢”已成为发展趋势，且逐渐被各个行业所广泛应用。据初步估计，2017年我国铝挤压材产量为1948万t，比上年增长5%，占全球铝挤压材总产量的65%以上。目前铝型材正朝着大截面、薄壁厚、高尺寸精度、复杂断面和精美外观方向发展。

1 研发背景

随着各行业科学技术的不断进步，产品已经向高端化，精密化发展。因此，使用部门对铝合金型材的尺寸精度要求越来越高，而对有些产品，单纯依靠挤压机生产线生产出的铝合金产品很难满足产品精度要求，即使通过工艺的调整及模具的改善,逐渐能基本满足或达到市场要求，但由于市场对开发时间的要求等因素，在新产品开发初期，挤压模具、生产工艺还未完全稳定阶段，如反复试模，调整工艺不仅提高了研发成本，还会影响交货期造成客户抱怨和降低公司信誉。因此需要一种整形设备对铝合金挤压型材的一些特定尺寸，在前期生产和工艺不稳定阶段对其进行整形，以满足市场对铝合金型材的精度要求。

2 设备优势

现在多数铝合金型材生产厂均采用的是三组悬臂式整形机，此种整形机3种悬臂可以针对铝工业型材的弯曲变形、表面平整度和截面角度进行校直整形，也可以在纵向上进行高低调整。但对于一些异形，需要多角度进行整形的的型材存在着一定的制约，对于一些尺寸较大的铝合金型材或可通过制作多种专业整形轮来实现，但是针对一些细小的开口尺寸和小悬壁内的平面间隙的整形则无法实现。针对生产中存在的这些问题，我们自行设计和制造了一款三维多角度调整铝合金型材整形机，能够解决悬臂式整形机无法实现的异型、多角度整形等问题。

3 设计思路和技术方案

3.1 设计思路

此设备的设计思路是：制造一种可实现三维多角度调整的整形机，能够对铝合金型材的平面间隙、开口尺寸和角度进行整形的整形装置。

针对被整形型材所需整形的部位和要求的尺寸精度，对整形轮的角度和伸缩量调整并固定好，推动放置在滚动料台的铝合金型材通过整形机，在此过程中，整形轮与型材接触并对其施以外力，使铝合金型材发生可控的塑性变形，进而达到对铝合金型材进行整形的目的，能够满足技术要求。

3.2 结构组成

针对设备设计思路提出研究内容、技术工艺等，结合整形的原理和特点，确定了总体方案。整形机总体结构主要由主体整形架和前后料台组成，主体整形架由底座、调整盘、整形臂、导向轮等几部分组成，见图1。

图1 三维多角度调整铝合金型材整形机

3.3 主要特点

该整形机操作简单，调节方便，由于主要针对薄壁铝合金型材的整形，因此需要外力较小，不需要动力系统，制作简单，降低能源消耗，可批量完成铝合金型材的整形工作。

3.4 主要创新点

完全打破了传统悬臂式整形机的设计思路，通过调整臂和调整盘的设计，使调整臂可在调整盘的圆周方向非常方便地进行多角度滑动调整，对铝合金型材的尺寸缺陷进行调整，满足产品的高精度需求。

4 技术方案

设备主体为固定在底座上的调整盘和整形轮，其中调整盘采用钢板制作，在调整盘上加工多组同心圆的滑道，方便整形轮在圆周方向上进行多角度滑动调整和固定，采用多组同心滑道，是为了根据不同铝合金型材缺陷部位，确定整形臂的固定方向位置，同时采用双轨道固定整形轮，可避免型材在整形过程中，因受力使整形臂发生窜动和角度变化，影响整形效果。整形组件由整形臂和固定在整形臂上的尼龙轮组成，整形组件一端固定整形用尼龙轮另一端固定在调整盘上，并能实现多角度调整。整形轮可以方便地通过螺栓和锁紧螺母延整形臂方向进行调整（见图2），以准确的确定整形轮与铝合金型材接触后使之变形的程度，从而达到对铝合金型材进行整形的目的。整形尼龙轮可根据被整形铝合金型材部位做成碟形或饼形等多种形式，调整臂也可以把伸缩杆设计制作成带角度的悬臂杆，通过多种多样的组合。满足不同铝合金型材，不同部位的整形调整需求。

图2 整形轮图

在整形盘前后，底座上分别设计有两组导向轮和托动轮，前后两组导向轮可根据铝合金型材宽度方便地进行调整，确保铝合金型材在整形过程中走向不发生摆动，导向轮也可制作成动力轮，通过摩擦带动型材走动，代替人工推料。托动轮主要作用是保证型材在整形过程中与前后进出料台保持水平。整形轮、导向轮和拖动轮均采用尼龙棒加工，既能保证整形强度要求，也能防止对型材的损伤。主机两侧设有前后料台。料台滑动辊道采用低温毛毡辊，既可控制制作成本，同时能够对铝合金型材起到很好的保护作用。

对于铝合金整形部位集中、空间狭窄的部位，多组整形臂摆放不开的情况，可采用两组整形机主机纵向排列，公用料台的方式整形。

5 使用效果

该机的成功研制解决了一些小断面薄壁型材的开口尺寸、局部平面间隙的进行整形问题。缩短了新产品的交货时间，降低了研发成本，很好地解决了短时间内模具和挤压生产不能达到的产品尺寸精度问题，具有一定的实用价值。

6 结束语

从整形机的生产实际应用情况来看，该设备具有制作简单，造价低，方便实用，不需要复杂的调整，能够满足由于挤压生产过程不能满足精度要求的铝合金产品的整形要求。尤其是其灵活的三维角度调整，相对传统铝合金型材整形机对异型小断面铝合金型材的角度、平面间隙和开口尺寸的调整具有一定的优势，具有较高的使用价值。