CN101147934A - 管材弯曲成形加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种材料加工技术领域的管材弯曲成形加工装置，包括：弯曲模、夹紧模、压模、增压板、周向加压液压缸和轴向推进液压缸、弯曲机床工作台。周向加压液压缸推杆与增压板刚性连接，轴向推进液压缸推杆与压模端部柔性连接，周向加压液压缸推动增压板对管材进行周向加压，轴向推进液压缸推动压模对管材施加切向力，弯曲模通过弯曲中心固定在弯曲机床工作台上，弯曲模、压模、夹紧模均设有与管外径相配合的槽，增压板与压模通过燕尾槽连接，增压板与弯曲机床工作台也通过燕尾槽连接。本发明可以有效的同时缓解管材弯曲成形过程中管壁减薄和截面畸变，提高了管材弯曲成形质量，方法结构刚性好，通用性好。

Description

管材弯曲成形加工装置

技术领域

本发明涉及一种塑性加工装置，具体是一种管材弯曲成形加工装置，属于材料加工技术领域。

背景技术

用管材制造的弯曲零件有广泛应用，薄壁管材的弯曲加工在锅炉、石油化工、航空航天等领域占有十分重要的地位。绕弯成形以其高生产效率，高精确性的特点成为重要的管材弯曲成形工艺。由于薄壁管材在材料上和应用上的特殊性，在绕弯成形过程中，产生如管壁变薄、截面畸变等现象，影响薄壁管材的应用。以暖通空调管为例，由于管内高压，过分的管壁变薄现象严重影响弯管的强度和使用寿命，截面畸变则增大流动阻力，影响管内工作介质在管内的流动状况。因此通过增加绕弯成形辅助装置，可以改善薄壁管材弯曲成形工艺的管材成形质量，对大批量生产的暖通空调管而言，具有十分重要的意义。

目前采用的绕弯成形模具，由弯曲模、压模、夹紧模、芯棒等组成。弯曲模、压模和夹紧模上开有和所需加工管材外径相同的圆槽。将管件伸入槽内，闭拢夹紧模和弯曲模，将管件固定住，并将芯棒插入管内至弯曲模旋转中心。然后压紧模将管压紧，之后在动力机的作用下，弯曲模作旋转运动，带动管件沿压紧模轴线方向向前滑动，管件的前端缠绕在弯曲模上，从而实现了弯曲变形。其缺点：一，由于在弯曲变形区，管外侧相对管的中性轴的长度变长，因此管子外侧受到拉伸使管壁减薄，当管件材料的性能较差时，易出现拉裂，且过度的管壁减薄会使工作内压较高的管材外壁出现裂纹，进而引起泄漏。二，在弯曲变形区，外侧受较大拉应力，导致外侧管壁的切向应力之合力指向弯曲中心，使管壁下塌，造成截面的畸变。在绕弯成形中，这两方面缺陷无法完全避免，只能利用附加装置进行缓解。但现在所使用的手段，通常只能控制某一方面的缺陷，而且在缓解一方面的缺陷的同时往往使另一缺陷更加严重。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利授权公告号为CN2780376，名称为：盘管弯曲成形装置。该实用新型包括有面板和盘管轮，在一个长条形面板的中心轴线上设有可通过盘管的长槽，长条形面板下部固定连接有支架，在面板上跨长槽等距离安装有至少四块间距可调的固定板，固定板上一侧安装盘管轮，另一侧安装有挡块，各固定板上的盘管轮和挡块按照一左一右方向安装。该装置不足在于仅提高了工作效率，无法缓解弯曲中薄壁管材外侧管壁变薄缺陷。检索中还发现，专利授权公告号CN1868629，名称为：管子弯曲加工装置和管子弯曲加工方法，该专利中装置包括弯曲模、夹具、压模、加压装置和控制装置，其中弯曲模具有与弯曲形状相对应的形状的槽部；在管进入弯曲部分的切点与弯曲中心点相连的直线上，设置有加压装置，利用压模曲线截面槽周长比相应管截面周长短，从而对管子截面施加压缩应力，使管外侧截面向上突起，经过完全过程的向下塌陷，使管的截面保持较好的状态。该专利利用了反向变形的原理，缓解管材截面畸变。其缺点在：一，不同材料管材，即使截面尺寸相同，变形过程和程度也不同，因此模具截面需要重新设计；二，反向变形设计需大量试验进行模具修形，大大增加模具设计费用和新产品的生产周期；三，不能缓解管壁减薄。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种管材弯曲成形加工装置，使其可以有效的同时缓解管材弯曲成形过程中管壁减薄和截面畸变，提高了管材弯曲成形质量，结构刚性好，通用性强。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的管材弯曲成形加工装置，包括：弯曲模、夹紧模、压模、增压板、周向加压液压缸和轴向推进液压缸、弯曲机床工作台。弯曲模通过弯曲中心固定在弯曲机床工作台上。弯曲模、压模、夹紧模均开有与管外径相配合的槽。周向加压液压缸推杆与增压板刚性连接，轴向推进液压缸推杆与压模端部柔性连接。增压板与压模通过燕尾槽连接，使压模能沿管(原始位置)轴向移动。增压板与弯曲机床工作台也通过燕尾槽连接，使增压板能沿与管(原始位置)轴向垂直的方向移动。

所述弯曲模，其通过绕弯曲中心旋转实现管的弯曲变形，是绕弯成形的主要模具。其槽高比管半径高，避免管截面受压而变椭圆。

所述夹紧模是和弯曲模配合，将管端部夹紧的模具，其槽高与弯曲模相配合，比管半径低。

所述压模是将管子压在槽部的模具。压模可与管子一起沿轴向移动。压模顶部由燕尾槽与增压板连接，端部与轴向推进液压缸推杆柔性连接。压模为三层结构，上下两层为刚性结构，中间层为橡胶垫。压模槽内表面粗糙度较高，槽高与弯曲模相配合，比管半径低。

所述增压板是向管件外壁施加周向压力的主要受力装置，它通过燕尾槽与机床工作台连接，能在弯曲平面内沿管的径向(未弯曲段)方向上移动，进行施压和减压的动作。它通过燕尾槽与压模连接，对压模施加压力。

所述周向加压液压缸是一个装有液压传感器的液压缸，向增压板施加与管轴线方向垂直的压力。通过比例阀的控制，可以设定时间-压力曲线，与整个弯曲过程相配合。

所述轴向推进液压缸是一个装有液压传感器的液压缸，向压模端部施加平行于管轴线方向的推力。通过比例阀的控制，可以设定时间-压力曲线，与整个弯曲过程相配合。

成形时，管件伸入槽内，闭拢夹紧模和弯曲模，将管件固定住。首先周向加压液压缸加压根据预先设定的压力时间曲线使增压板推动压模，以一定压力压紧管材外壁，然后轴向推进液压缸根据预先设定的压力时间曲线加压使压模以一定的速度前进，同时给管壁以切向应力。此时启动弯曲模，使管弯曲成形在压模的动作下进行。弯曲到指定角度后，弯曲模先停止，压模推进运动延迟数秒停止，周向加压液压缸和轴向推进液压缸泻压，绕弯过程结束。

本发明利用金属塑性成形过程中，增大变形区域的静水压力有利于改善成形质量，闭合组织缺陷的原理，通过对弯曲加工过程中的管材施加轴向推力和周向的压力，不仅增大变形区域的静水压力，改善了变形区的金属流动状况，使弯管外侧，管壁急剧减薄的区域得到体积的补充，以改善管壁减薄；而且使弯管外侧截面切向拉应力所引起的外壁塌陷合力大大减小，从而改善截面畸变。同时，由于该装置对弯曲部分内壁无影响，不会加剧内壁起皱；在达到弯曲角度后，切向力可以继续短时间施加，在不影响成形终了质量的情况下，改变金属的记忆特性，可以减小回弹的发生。

与现有技术相比，本发明可以同时缓解管壁减薄和截面畸变两大缺陷，不加剧内壁起皱、并可减小回弹，提高了管材弯曲成形质量。以暖通空调常用的直径20mm厚度1mm的黄铜管为例，与现有技术(普通绕弯模具)相比，本发明可使管外侧管壁减薄率由11.54％降低至4.77％，截面椭圆度由9.79％降低至3.54％。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图

图2为图1所示A-A剖视图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：弯曲模1、夹紧模2、压模3、增压板4、周向加压液压缸5、轴向推进液压缸6和弯曲机床工作台7。弯曲模1通过弯曲中心固定在弯曲机床工作台7上。弯曲模1、压模3、夹紧模2均开有与管外径相配合的槽。周向加压液压缸5推杆与增压板4刚性连接，轴向推进液压缸6推杆与压模3端部柔性连接。增压板4与压模3通过燕尾槽连接。增压板4与弯曲机床工作台也通过燕尾槽连接。

如图2所示，弯曲模1的槽高高于管半径2mm，避免管截面受压而变椭圆。增压板4与压模3通过燕尾槽连接，使压模3能沿管(原始位置)轴向移动。增压板4与弯曲机床工作台也通过燕尾槽连接，使增压板4能沿与管(原始位置)轴向垂直的方向移动。

所述弯曲模1，其槽高高于管半径2mm，避免管截面受压而变椭圆。

所述夹紧模2是和弯曲模1配合，将管端部夹紧的模具，其槽高与弯曲模相配合，低于管半径2mm。

所述压模3是将管子压在槽部的模具。压模3可与管子一起沿轴向移动。压模3顶部由燕尾槽与增压板4连接，端部与轴向推进液压缸6推杆柔性连接。成形中，压模3受到增压板4的作用紧压在管外壁，并在推进液压缸推杆的作用下对管壁外侧施加切向力。

所述压模3为三层结构，上下两层为刚性结构，中间层为橡胶垫，使压模3对管材外壁进行均匀施压，提高接触质量，改善接触力集中的状况。压模3槽内表面粗糙度较高，以产生较大的切向作用力。所述压模3槽高与弯曲模相配合，低于管半径2mm。

所述增压板4是向管件外壁施加周向压力的主要受力装置，它通过燕尾槽与机床工作台连接，能在弯曲平面内沿管的径向(未弯曲段)方向上移动，进行施压和减压的动作。它通过燕尾槽与压模3连接，对压模3施加压力。

所述周向加压液压缸5是一个装有液压传感器的液压缸，向增压板4施加与管轴线方向垂直的压力。通过比例阀的控制，可以设定时间-压力曲线，与整个弯曲过程相配合。

所述轴向推进液压缸6是一个装有液压传感器的液压缸，向压模3端部施加平行于管轴线方向的推力。通过比例阀的控制，可以设定时间-压力曲线，与整个弯曲过程相配合。

加工前，管件伸入槽内，闭拢夹紧模2和弯曲模1，将管件固定住。成形时，首先周向加压液压缸5根据预先设定的压力时间曲线加压使增压板4推动压模3，以1000N压力压紧管材外壁，然后轴向推进液压缸6根据预先设定的梯形压力-时间曲线加压使压模3以1.7倍管材弯曲线速度前进，同时给管壁以切向应力，此时启动弯曲模，使管弯曲成形在压模3的动作下进行。弯曲到指定角度后，弯曲模先停止，压模3运动延迟数秒停止，周向加压液压缸5和轴向推进液压缸6泻压，绕弯过程结束。

本实施例在成形中，基于金属塑性成形过程中，增大变形区域的静水压力有利于改善成形质量，闭合组织缺陷的原理，在管材绕弯成形过程中，通过液压油缸对管材施加轴向推力和周向的压力，增大变形区域的静水压力，改善了金属流动状况，使弯管外侧，管壁急剧减薄的区域得到金属体积补充，改善了管壁减薄；同时，使弯管外侧截面切向拉应力所引起的外壁塌陷合力大大减小，从而改善截面畸变。由于装置对弯曲部分内壁无影响，未引起内壁起皱；在达到弯曲角度后，切向力继续施加数秒，在不影响成形终了质量的情况下，改变金属的记忆特性，减小了回弹的发生。本实施例显示，该装置全面提高了管材绕弯成形质量。

以直径20mm厚度1mm的TP2(高磷脱氧铜)管为例，与现有技术(普通绕弯模具)相比，本发明可使管外侧管壁减薄率由11.54％降低至4.77％，截面椭圆度由9.79％降低至3.54％。

Claims (9)

1.一种管材弯曲成形加工装置，包括：弯曲模、夹紧模、压模、增压板、弯曲机床工作台，其特征在于，还包括周向加压液压缸和轴向推进液压缸，周向加压液压缸推杆与增压板刚性连接，轴向推进液压缸推杆与压模端部柔性连接，周向加压液压缸推动增压板对管材进行周向加压，轴向推进液压缸推动压模对管材施加切向力，弯曲模通过弯曲中心固定在弯曲机床工作台上，弯曲模、压模、夹紧模均设有与管外径相配合的槽，增压板与压模通过燕尾槽连接，增压板与弯曲机床工作台也通过燕尾槽连接。

2.根据权利要求1所述的管材弯曲成形加工装置，其特征是，所述弯曲模，其槽高比管半径高；所述夹紧模，其槽高比管半径低。

3.根据权利要求1或2所述的管材弯曲成形加工装置，其特征是，所述弯曲模，其槽高比管半径高2mm；所述夹紧模，其槽高比管半径低2mm。

4.根据权利要求1所述的管材弯曲成形加工装置，其特征是，所述压模，与管子一起沿轴向移动，压模顶部由燕尾槽与增压板连接，端部与轴向推进液压缸推杆柔性连接。

5.根据权利要求1或4所述的管材弯曲成形加工装置，其特征是，所述压模为三层结构，上下两层为刚性结构，中间层为橡胶垫。

6.根据权利要求1或4所述的管材弯曲成形加工装置，其特征是，所述压模，其槽内表面粗糙，槽高与弯曲模相配合，比管半径低2mm。

7.根据权利要求1所述的管材弯曲成形加工装置，其特征是，所述增压板，在弯曲平面内沿管的径向方向上移动。

8.根据权利要求1所述的管材弯曲成形加工装置，其特征是，所述周向加压液压缸是一个装有液压传感器的液压缸，向增压板施加与管轴线方向垂直的压力。

9.根据权利要求1所述的管材弯曲成形加工装置，其特征是，所述轴向推进液压缸是一个装有液压传感器的液压缸，向压模端部施加平行于管轴线方向的推力。