一种圆竹软化弯曲定型一体化加工方法及系统与流程

本发明涉及圆竹加工技术领域，具体涉及一种圆竹软化弯曲定型一体化加工方法及系统。

背景技术：

竹子源自天然，挺拔清雅，具有强烈的中国文化属性。圆竹不仅色泽柔和、手感光滑、富有弹性，且力学性能优良，是最早应用的建筑材料之一。目前建筑主要以钢筋混凝土类材料为主，但钢筋混凝土类材料在生产过程中造成巨大的能源消耗，废弃建筑材料难以降解造成的环境负担越来越重，社会对绿色材料的呼声日盛。圆竹因其生长速度快、材料来源广、取材方便、加工能耗低等优点，是一种应用潜力巨大的建筑、装修、装饰材料。由于缺乏工业化的加工设备，圆竹利用多参照木材利用的思路将其加工成人造板，加工过程不仅造成圆竹本身优异结构的破坏，也造成巨大的材料浪费。

相比木材等其他生物材料，圆竹具有卓越的可弯曲性能及弯曲稳定性，利用圆竹制造弯曲构件不仅可以有效提高圆竹的利用率，更是有效保留圆竹原态、发挥其优异的弯曲性能、实现材尽其用的重要途径。

现有技术中的圆竹弯曲加工主要采用火烤后手工弯曲的形式，工业化水平极低，操作者水平差异较大，难以用于标准产品的加工，因此开发工业化的加工方法是非常必要的。

经检索，关于竹制品弯曲成型装置现有技术已公开了相关的申请案，如中国专利申请号为201620258061.2，公开日期为2016年9月7日的申请案公开了一种竹制品弯曲成型装置，包括底座、控制箱、横梁、加热软化箱和模具装置，所述底座上侧安装有支柱，所述控制箱内安装有电源开关，且电源开关右侧安装有电源指示灯，所述加热软化箱上侧设置有插孔，所述加热软化箱内安装有水箱，且水箱下侧安装有加热板，所述加热软化箱内设置有注水口，所述软化箱上侧安装有热纤维材料，所述模具装置内安装有热风扇，且热风扇内安装有鼓风扇，且鼓风扇有侧安装有加热块，所述模具装置内安装有模具。该申请案的装置对于体积较小的竹制品的弯曲加工提供了较大的便利，然而对于具有一定体积和长度的圆竹来说，需要首先运输至一定的加热弯曲区域，因此并不适用。

针对现有技术的缺陷，对于圆竹原材料的加工亟需发明一种提高加工效率、制品质量及加工精度的工业化加工方法。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有技术中圆竹原材料的弯曲加工，主要采用火烤后手工弯曲的形式，工业化水平极低，构件质量因操作者水平差异较大，难以用于标准产品的加工的缺陷，本发明提供一种加工效率高、制品质量及加工精度高的加工工艺，有效降低成本的同时扩展圆竹的应用范围。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种圆竹软化弯曲定型一体化加工方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1)采用输送机构以一定的传输速度对圆竹进行送料，在送料过程中采用加热机构对圆竹进行加热，对圆竹进行软化处理；

步骤2)对步骤1)处理后的圆竹采用弯曲机构进行弯曲处理；

步骤3)步骤2)处理后的圆竹采用冷却机构进行冷却定型处理。

作为本发明更进一步的改进，所述加热机构设置分别用于圆竹进料和出料的入口和出口，所述输送机构的输送工序和圆竹加热工序同时在加热器内完成。

作为本发明更进一步的改进，所述步骤3)中经过弯曲处理后的圆竹采用冷却水冷却后实现定型，将圆竹在所述弯曲机构继续放置一定时间后完成加工。

作为本发明更进一步的改进，放置时间不低于30min，以避免弯曲圆竹发生回弹。

作为本发明更进一步的改进，所述的输送机构的输送速度a根据圆竹的壁厚δ与加热机构长度l确定，三者之间关系为a＝(0.05～0.15)l/δ(mm/s)。

本发明的方法可以根据圆竹的壁厚δ和加热机构长度l计算输送速度，使加热过程更为稳定，避免因输送速度过快导致的加热不彻底，软化程度不够，或因输送速度过慢导致的加热时间过长引起的竹材炭化的缺陷，本发明通过公式化的运算以保证圆竹合理的热接触时间及软化程度。

作为本发明更进一步的改进，所述传输机构与加热机构通过加热机构内设置的温度检测系统实现联动，当温度检测系统检测到加热机构内的温度高于300℃时，传输机构进给速度a＝(0.1～0.15)l/δ(mm/s)，当温度检测系统检测到加热机构内的温度低于300℃时，传输机构进给速度a＝(0.05～0.1)l/δ(mm/s)。

作为本发明更进一步的改进，所述的输送机构匀速运行，并与加热机构协同动作，以保证对圆竹受热均匀，进而保证构件弯曲时均匀受力。

作为本发明更进一步的改进，所述加热机构设置为管状加热器，和/或所述输送机构为履带，所述履带上设有若干对沿履带长度方向平行排列的棱条，所述每条棱条沿履带宽度中间位置开有“v”字型沟槽，所述“v”字型沟槽用于圆竹的夹持。

作为本发明更进一步的改进，所述“v”字型沟槽的开口宽度及深度均不大于所述圆竹直径的1.5倍。

作为本发明更进一步的改进，所述的管状加热器应可提供不低于300℃的温度，以实现对圆竹的快速加热，同时避免高温下造成圆竹的炭化。所述管状加热器的直径不大于15cm，长度不低于40cm，以保证圆竹具有的合理受热区域及热接触时间。

作为本发明更进一步的改进，所述步骤2)中的弯曲机构由若干对半圆形卡钳构成，通过卡钳闭合施压实现圆竹弯曲加工。

作为本发明更进一步的改进，所述弯曲机构由液压系统通过半圆形卡钳从圆竹内外侧同时施加弯曲载荷以使其均匀受力。

作为本发明更进一步的改进，每对半圆形卡钳均沿圆竹内侧及外侧，即弯曲过程中受压及受拉侧对称布置，弯曲机构由液压系统通过半圆形卡钳从圆竹内外侧同时施加弯曲载荷以使其均匀受力。

所述靠近管状加热器侧的第一对卡钳主要用于圆竹在进料方向的夹紧，在圆竹弯曲过程中不随圆竹进给而移动。除靠近管状加热器侧的第一对卡钳外，其余卡钳随圆竹进给按照弯曲构件预设形态渐次前移并对圆竹施加弯曲载荷使其实现弯曲。

作为本发明更进一步的改进，所述每个半圆形卡钳的宽度为1cm～5cm，所述卡钳与圆竹表面的总接触面积为弯曲表面积的20％～70％，主要受力部位处卡钳与圆竹表面的接触面积不低于60％，以保证卡钳与圆竹有充分的接触面积、避免应力集中，同时给予非完全塑性圆竹合理的自由反应空间。

作为本发明更进一步的改进，所述卡钳由刚性半圆环部分与弹性半圆环部分构成，以适应圆竹不同截面并保证卡钳与圆竹表面的充分接触使圆竹受力均匀。其刚性半圆环部分可以采用钢铁，弹性半圆环部分可以采用耐高温橡胶。在钢性卡钳与圆竹之间设置高弹性耐高温橡胶层，以适应圆竹直径变化并保证受力均匀。

作为本发明更进一步的改进，所述步骤3)的具体步骤为：将通过喷淋装置将冷却水喷淋至弯曲的圆竹顶部，使冷却水沿圆竹侧壁，从底部流出，实现圆竹冷却定型；所述步骤2)的弯曲处理完成后立即采用冷却水喷淋冷却，待圆竹的表面温度降低至接近室温时停止。

作为本发明更进一步的改进，本发明提供了一种圆竹软化弯曲定型一体化加工方法，包括以下步骤：

步骤一：送料：以履带传输圆竹送料；

步骤二：软化：使履带以一定的传输速度从管状加热器的入口进入管状加热器内部，利用管状加热器对圆竹全圆周方向加热以使其充分软化；

步骤三：加压弯曲：从管状加热器出口输送而出的圆竹进入由若干对半圆形卡钳构成的弯曲机构，卡钳闭合施压实现圆竹弯曲；

步骤四：冷却定型：圆竹加压弯曲完成后，利用弯曲机构上方设置的冷却系统进行冷却水喷淋，冷却水从圆竹顶部经侧壁由底部流出，实现圆竹冷却定型，圆竹在弯曲机构上放置一定时间后，由送料机构送出，完成圆竹弯曲构件加工。

作为本发明更进一步的改进，本发明提供了一种圆竹一体化加工系统，包括输送机构、加热机构、弯曲机构和冷却机构，所述加热机构包括入口和出口，所述的输送机构在加热机构内部输送圆竹，所述弯曲机构设置在输送机构的出口处，所述冷却机构设置在弯曲机构上方。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的圆竹一体化加工方法，将输送同时加热软化-弯曲-定型形成有序的流程化加工工序，克服了现有技术中难以实现圆竹加工标准化的缺陷，降低了圆竹弯曲对手工的依赖程度，提高弯曲圆竹的加工效率、产品质量和加工精度，扩展圆竹的技术应用领域。

(2)本发明的圆竹一体化加工方法，在圆竹运输过程进行软化加热，一方面可以将运输和加热工序合二为一，从而显著节约时间，提高加工效果，另一方面可以通过传输速度控制加热的时间，难以加热的直径较大的圆竹采用慢速度加热，易于加热的直径较小圆竹采用快速度加热，通过控制使存在较大差异的原材料均能够得到统一化的加热处理，利于后续的弯曲操作，提高制品的精度和标准化程度。

(3)本发明的圆竹一体化加工方法，所述输送速度a根据圆竹的壁厚δ与加热机构长度l确定，三者之间根据关系运算：a＝(0.05～0.15)l/δ(mm/s)，由此可以根据圆竹的壁厚δ和加热机构长度l计算输送速度，使加热过程更为稳定，避免因输送速度过快导致的加热不彻底，软化程度不够，或因输送速度过慢导致的加热时间过长导致圆竹炭化的缺陷。通过公式化的运算以保证圆竹合理的热接触时间及软化程度。

(4)本发明的圆竹一体化加工方法，其输送机构采用履带，在履带上设有若干对沿履带长度方向平行排列的棱条，所述每条棱条沿履带宽度中间位置开有“v”字型沟槽，所述“v”字型沟槽可以使对圆竹的夹持更加稳定和牢固，防止在运输过程中位置的移动，同时采用管状加热器在沟槽稳定固定圆竹的条件下对其外周进行加热，可以进一步使圆竹各部位受热更加均匀，利于后续的弯曲加工处理，进一步提高工艺的精度。

(5)本发明的圆竹一体化加工方法，整体的工艺紧密配合，经过加热加工处理的圆竹从加热器出口运送而出即进入弯曲机构弯曲处理，在弯曲完成后立即进行冷却处理，进一步节约时间提高效率，同时采用冷却水系统从圆竹顶部喷淋冷却水后从底部流出，冷却水可进一步循环处理，降低运行成本，冷却完成后继续在弯曲机构放置合适的时间以使弯曲的效果更为稳定，避免过早卸载造成圆竹回弹或放置时间过长造成圆竹塑性降低。

附图说明

图1为本实施例中的输送机构中履带的示意图；

图2为圆竹在管状加热器中进出料的示意图；

图3为弯曲机构对圆竹进行加压弯曲的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。

如本文所使用，术语“......中的至少一个”旨在与“......中的一个或多个”同义。例如，“a、b和c中的至少一个”明确包括仅a、仅b、仅c以及它们各自的组合。

浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。

任何方法或过程权利要求中所述的任何步骤可以以任何顺序执行，并且不限于权利要求中提出的顺序。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例

本实施例提供了一种圆竹软化弯曲定型一体化加工方法，包括以下步骤：

步骤1)采用输送机构以一定的传输速度对圆竹进行送料，在送料过程中采用加热机构对圆竹进行加热，对圆竹进行软化处理；

步骤2)对步骤1)处理后的圆竹采用弯曲机构进行弯曲处理；

步骤3)步骤2)处理后的圆竹采用冷却机构进行冷却定型处理。

所述加热机构设置分别用于圆竹进料和出料的入口和出口，所述输送机构的输送工序和圆竹加热工序同时在加热器内完成。

所述步骤3)中经过弯曲处理后的圆竹采用冷却水冷却后实现定型，将圆竹在所述弯曲机构继续放置一定时间后完成加工，放置时间不低于30min，以避免弯曲圆竹发生回弹。

所述加热机构设置为管状加热器，以对圆竹全圆周方向同时间均匀加热。

所述的输送机构的输送速度a根据圆竹的壁厚δ与加热机构长度l确定，圆竹圆竹所述的输送机构的输送速度a根据圆竹的壁厚δ与加热机构长度l直径设置确定，三者之间关系为a＝(0.05～0.15)l/δ(mm/s)。

所述传输机构与加热机构通过加热机构内设置的温度检测系统实现联动，当温度检测系统检测到加热机构内的温度高于300℃时，传输机构的传输速度a＝(0.1～0.15)l/δ(mm/s)，当温度检测系统检测到加热机构内的温度低于300℃时，传输机构的传输速度a＝(0.05～0.1)l/δ(mm/s)。

所述的管状加热器应可提供不低于300℃的温度，以实现对圆竹的快速加热，同时避免高温下造成圆竹的炭化。以实现对圆竹的快速加热，同时避免高温下造成圆竹的炭化。所述管状加热器的直径不大于15cm，长度不低于40cm，以保证圆竹具有的合理受热区域及热接触时间。

所述输送机构为履带，所述履带上设有若干对沿履带长度方向平行排列的棱条，所述每条棱条沿履带宽度中间位置开有“v”字型沟槽，所述“v”字型沟槽用于圆竹的夹持。所述“v”字型沟槽的开口宽度及深度均不大于所述圆竹直径的1.5倍。本实施例中用于直径为3cm的小径圆竹软化弯曲传输的履带宽度为25cm，沿履带长度方向每隔10cm覆有平行排列的棱条，“v”字型凹槽的宽度和高度均为4cm。

圆竹在管状加热器中进出料的示意图如图2所示，本实施例的管状加热器为用于3cm小径圆竹软化用管状电炉，电炉内径为6cm，长50cm，炉膛左右侧设置入口与出口，以供圆竹进出料。电炉盘内沿圆周方向满嵌镍铬电阻丝。为减小圆竹与电炉盘之间的摩擦，电驴内壁上嵌石英玻璃管，石英玻璃管外径与电炉内径相匹配。

所述步骤2)中的弯曲机构由若干对半圆形卡钳构成，通过卡钳闭合施压实现圆竹弯曲加工。所述弯曲机构由液压系统通过半圆形卡钳从圆竹内外侧同时施加弯曲载荷以使其均匀受力。每对半圆形卡钳均沿圆竹内侧及外侧，即弯曲过程中受压及受拉侧对称布置，弯曲机构由液压系统通过半圆形卡钳从圆竹内外侧同时施加弯曲载荷以使其均匀受力。

所述靠近管状加热器侧的第一对卡钳主要用于圆竹在进料方向的夹紧，在圆竹弯曲过程中不随圆竹进给而移动。除靠近管状加热器侧的第一对卡钳外，其余卡钳随圆竹进给按照弯曲构件预设形态渐次前移并对圆竹施加弯曲载荷使其实现弯曲。

所述每个半圆形卡钳的宽度为1cm～5cm，所述卡钳与圆竹表面的总接触面积为弯曲表面积的20％～70％，主要受力部位处卡钳与圆竹表面的接触面积不低于60％，以保证卡钳与圆竹有充分的接触面积、避免应力集中，同时给予非完全塑性圆竹合理的自由反应空间。

本实施例的弯曲机构为用于3cm小径圆竹弯曲用设备，弯曲半径30cm、弯曲部分圆竹长度为1m。如图3所示，弯曲机构采用液压缸对圆竹进行分段式加压，液压缸活塞杆连接对称布置圆竹夹块，夹块中设有c字型钢管及耐高温弹性橡胶，在钢性卡钳与圆竹之间设置高弹性耐高温橡胶层，以适应圆竹直径变化并保证受力均匀。c字型钢管边缘采用u字型结构实现对耐高温橡胶的非刚性连接，以实现对圆竹的均匀加压。c字型钢管的形状与设定弯曲圆竹形状相同，耐高温橡胶随圆竹弯曲过程中形状的变化而变化。夹块长度为15cm，数量为5个。通过上述液压系统、夹块夹持机构实现圆竹加压弯曲。

所述卡钳由刚性半圆环部分与弹性半圆环部分构成，以适应圆竹不同截面并保证卡钳与圆竹表面的充分接触使圆竹受力均匀。其刚性半圆环部分可以采用钢铁，弹性半圆环部分可以采用耐高温橡胶。在钢性卡钳与圆竹之间设置高弹性耐高温橡胶层，以适应圆竹直径变化并保证受力均匀。

所述步骤3)的具体步骤为：将通过喷淋装置将冷却水喷淋至弯曲的圆竹顶部，使冷却水沿圆竹侧壁，从底部流出，实现圆竹冷却定型；所述步骤2)的弯曲处理完成后立即采用冷却水喷淋冷却，待圆竹的表面温度降低至接近室温时停止。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

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