CN101296760B - 用于校正金属管的方法和校正用的压模具 - Google Patents

用于校正金属管的方法和校正用的压模具 Download PDF

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Abstract

下模具(2)和上模具(4)的成型凹部(1、3)形成为具有半椭圆形轮廓以当模具闭合时提供大体椭圆形横截面的成型空间(S)。下模具(2)与上模具(4)之间的划分线从成型空间(S)的长轴(b)朝向上模具(4)那侧偏移了h，并且下模具(2)的成型凹部(1)的开口宽度被设定为略大于上模具(4)的成型凹部(3)的开口宽度。通过使模具闭合，同时由下模具(2)和上模具(4)沿着周向按压，弯曲金属管塑性变形为具有大体椭圆形横截面以去除由弯曲引起的回弹，由此通过下模具(2)的延伸部(2a)来防止朝向管壁外侧的翘曲和皱缩，并通过由下模具(2)与上模具(4)之间的开口宽度差形成的台阶差来防止朝向管壁内侧的翘曲。

Description

用于校正金属管的方法和校正用的压模具 
技术领域
本发明涉及用于校正金属管的方法。更具体而言，本发明涉及适用于校正弯曲金属管的校正方法，并涉及在该校正方法中使用的校正用压模具。 
背景技术
当金属管弯曲时，由于其弯曲之后的回弹而难以确保所期望的形状精度。因此，通常要考虑到回弹量的因素来执行弯曲。但是，回弹量根据材料、管的尺寸、弯曲角度、弯曲数等而改变。当弯曲数较大时，难以精确地估计回弹量。于是，这种方法不足以作为对于回弹的解决方案。 
专利文献1公开了一种解决方案，其中通过在金属管的外周表面上以预定间距按压并形成许多环形槽(凹槽)来对由于弯曲而具有回弹的金属管进行校正。根据此解决方案，因为通过塑性变形使金属管均匀地变形，所以消除了回弹并可以确保期望的形状精度。 
根据专利文献1所述的对于回弹的解决方案，形成环形槽增大了截面刚度。但是，因为大量环形槽沿着长度方向设置在金属管上，存在总体弯曲刚度减小的问题。此外，压模具的成型凹部具有反映金属管的横截面形状的半圆形轮廓。因此，难以稳定地设定(set)由于回弹而变形的金属管，于是容易发生成型缺陷。 
此外，还存在成型环形槽引起管端部处材料的收缩从而显著劣化端面精度的另一个问题。 
专利文献1：日本专利申请公开No.JP-A-2005-81393 
发明内容
本发明解决的问题 
考虑到上述现有技术进行了本发明。本发明的一个目的是提供一种校正方法，能够在不劣化总体弯曲刚度并且不会由于定位问题引起成型缺陷和端面精度缺陷的情况下校正金属管的变形，以及提供一种适用于在该校正方法中使用的校正用压模具。除了第一目的以外，本发明的第二目的是提供一种校正方法，能够确保管端部处的端面精度，以及提供一种校正用压模具。 
解决问题的手段 
为了实现上述目的，根据本发明的用于校正金属管的方法的特征在于包括：准备压模具，当所述模具闭合时，所述压模具形成具有大体椭圆形横截面的成型空间，所述大体椭圆形横截面在模具宽度方向上较宽；以及在闭合所述模具的同时使用所述压模具按压金属管并约束所述金属管的管端部以使所述金属管塑性变形，使得所述金属管具有大体椭圆形横截面。 
在这种用于校正金属管的方法中，通过沿着周向按压使金属管塑性变形以具有大体椭圆形横截面。由此，金属管通过以大体均匀的方式塑性变形而扭曲，从而可以去除翘曲。此外，因为校正之后的金属管具有大体椭圆形横截面的平滑形状，所以总弯曲刚度足够。而且，当模具闭合时，压模具形成具有在模具宽度方向上较宽的大体椭圆形横截面的成型空间。因此，即使金属管变形，金属管也可以以一定余量设定在成型空间内。 
由于在管端部受到约束的同时，所述金属管塑性变形为具有大体椭圆形横截面，所以即使由于沿着周向的按压使金属管趋于延展，也因为管端部受到约束而使金属管的这种延展受到控制。结果，可以获得更好的端面精度。 
根据以上的方法发明，受到过校正的金属管可以是弯曲管或直管。当直管受到校正时，校正了伴随着回弹的变形。于是，作为应对回弹的解决方案，该方法特别有效。 
为了实现上述目的，上述方法发明中可以使用本发明的金属管校正用压模具。压模具的特征在于下模具和上模具的成型凹部具有半椭圆形轮廓，并在所述模具闭合时形成具有大体椭圆形横截面的成型空间，所述大体椭圆形横截面在模具宽度方向上较宽。在所述成型凹部的两侧设置壁以 约束所述金属管的管端部。在如上所述构造的压模具中，上下模具的成型凹部具有大体半椭圆形轮廓。因此，能以稳定方式实现以上所述的第一方面。 
根据压模具，下模具与所述上模具之间的划分线可以从具有大体椭圆形横截面的所述成型空间的长轴位置朝向上模具侧或下模具侧偏移预定高度；并且通过使所述划分线偏移来形成的部分的内壁可以具有笔直形状、向外的锥形和具有大曲率的弧形中的一种形状。通过使划分线偏移，弯曲金属管的在模具闭合期间首先接触成型凹部的壁表面的部分的位置比划分线低预定高度。于是，可靠地防止了管壁向外翘曲或皱缩。此外，通过使划分线偏移而形成的部分没有在按压方向上形成负角，使得可以在校正之后顺利的除模。 
当划分线如上所述偏移时，优选地，在所述上模具和所述下模具中，所述划分线朝向其偏移的那个模具的成型凹部的开口宽度被设定为大于其配对的模具的开口宽度。由此，可靠地防止了管向内翘曲。 
本发明的效果 
根据本发明(方法发明和装置发明)，可以在不劣化总体弯曲刚度并且不会由于设定失效而引起成型缺陷的情况下避免回弹。因此，本发明具有较高的利用价值。 
由于可以确保管端部处的端面精度，所以进一步提高了本发明的利用价值。 
附图说明
图1是示出根据本发明的用于校正金属管的压模具的主要部分的结构的剖视图。 
图2是示出图1的部分A的放大剖视图。 
图3是示出压模具结构的立体图。 
图4是示出根据本发明受到校正的金属管的形状示例的俯视图。 
图5示出的的剖视图按步骤图示了使用压模具对金属管的校正处理。 
图6是示出在一种实施例中获得的位置精度和金属管在弯曲之后的位 置变化的测量结果的曲线图。 
图7是示出在一种实施例中获得的位置精度和金属管在校正之后的位置变化的测量结果的曲线图。 
附图标记说明 
1     下模具的成型凹部 
2     下模具 
2a    下模具的延伸部 
3     上模具的成型凹部 
4     上模具 
5、6  壁(壁体) 
L     划分线 
S     具有大体椭圆形横截面的成型空间 
具体实施方式
此后，将参照附图描述用于实现本发明的最佳实施方式。 
图1至图3示出了根据本发明实施例的校正用压模具。此实施例意在校正已被弯曲的金属管(此后称为“弯曲金属管”)。如图4的俯视图所示，弯曲金属管W包括在其长度方向中部处的较大弯曲部分P1，并还包括在其两个端部处的沿着图中的背侧弯曲的弯曲部分P2、P3。即，弯曲金属管W是具有三个弯曲部分的多处弯曲管。注意，图4中的附图标记在后述的示例中是必要的，这里将省略其描述。 
校正用压模具包括在其上表面处具有成型凹部1的下模具2，以及在其下表面处具有成型凹部3的上模具4。上模具4由上压锤(未示出)支撑，并通过上压锤的移动来相对于下模具2打开和闭合。当模具闭合时，成型凹部1和3接合以在下模具2与上模具4之间形成成型空间S。在本实施例中，下模具2在其两个端部处设置有封闭成型凹部1两端的壁(壁体)5、6。壁5、6的各自高度被设定为使得壁5、6突起高过下模具2的上表面。上模具4相对于下模具2闭合，其两个端部与壁5、6的内壁表面相抵靠。注意，可以使用与下模具2分离的块体或者使用可动块体来构造 壁5、6。 
如图1清楚可见，形成在下模具2与上模具4之间的成型空间S具有在模具的宽度方向上较宽的大体椭圆形横截面。下模具2的成型凹部1和上模具4的成型凹部3形成为具有各自的半椭圆形横截面轮廓。通过将具有大体椭圆形横截面的成型空间S沿着短轴方向分为两个半部来形成该轮廓。在本实施例中，下模具2与上模具4之间的划分线L从下模具2与上模具4之间具有大体椭圆形横截面的成型空间S的长轴b朝向上模具4一侧偏移了预定高度h。通过使划分线L偏移而产生的下模具2的延伸部2a所具有的内壁升高为形成具有较大曲率(R)的弧形。同时，下模具2的成型凹部1的开口宽度被设定为略大于上模具4的开口宽度。于是，当模具闭合时，在下模具2与上模具4之间的模具配合表面处形成微小的台阶差δ。注意，延伸部2a也可以具有笔直形状或者略向外张开的锥形，而不是弧形。 
在用压模具对弯曲金属管W进行校正时，模具闭合，同时如后所述(图5)沿着周向按压弯曲金属管W，使得弯曲金属管W塑性变形以具有大体椭圆形横截面。在考虑到此时的压缩率的情况下，将形成在下模具2与上模具4之间的具有大体椭圆形横截面的成型空间S设定为合适尺寸。基于夹紧力与校正之后的形状固定性之间的平衡，将压缩率优选地设定为约2至3％。根据此压缩率，设定成型空间S的尺寸。在考虑弯曲金属管W的设定性的情况下，将具有大体椭圆形横截面的成型空间S的长轴b的尺寸(即，成型凹部1、3的开口宽度)设计为比弯曲金属管的外径足够长。但是，由于上述压缩率，长轴b的尺寸越长，成型空间S的椭圆率(a/b)约大。结果，难以均匀地按压整个弯曲金属管W。因此，长轴b的尺寸被设定为在合适椭圆率范围内尽可能地大。例如，如果椭圆率是约0.8至0.85，则是理想的。 
此外，通过使划分线L偏移而产生的下模具2的延伸部2a的高度h(划分线的偏移量)被设定为高于弯曲金属管W的在模具闭合期间首先接触成型凹部的壁表面的部分。这是为了防止在按压期间(模具闭合期间)弯曲金属管W的壁凸出到下模具2与上模具4之间的间隙以及翘曲或皱 缩。高度h被设定为例如约4至5mm。 
同时，当如上所述划分线L沿一个方向偏移时，如果下模具2的延伸部2a的内壁表面比上模具4的成型凹部3的内壁表面更加向内，则在按压期间由于由延伸部2a施加的力，弯曲金属管W的壁容易向内翘曲。在此情况下，如果通过简单地沿着短轴方向将具有大体椭圆形横截面的成型空间S分为半部，则由于下模具2或上模具4的制造或组装误差将发生相反的台阶差。上模具4的成型凹部3的内壁表面位于比下模具2的成型凹部1的内壁表面更向外的这种相反台阶差可能引起如上所述的向内翘曲。为了避免此风险，如上所述，将下模具2的成型凹部1的开口宽度设定为略大于上模具4的开口宽度，以在下模具2与上模具4之间的模具配合表面处形成微小的台阶差δ。在测试中，已经确认了即使下模具2与上模具4之间约0.2mm的相反台阶差也可能引起向内翘曲。因此，将台阶差δ设计为不会引起相反台阶差的合适尺寸，并考虑上述制造误差等因素。例如，约0.3mm的台阶差δ是足够的。 
此后，将参考图5描述使用如上所述构造的压模具校正弯曲金属管的方法。 
在校正弯曲金属管W时，如图5A所示，在上模具4打开(即，与下模具2分离)的情况下，将弯曲金属管布置在下模具2的成型凹部1中。在此情况下，将下模具2的成型凹部1的开口宽度设定为比弯曲金属管W的外径足够大。因此，即使弯曲金属管W具有由于弯曲引起的回弹，弯曲金属管W也可以在成型凹部1内转动以维持稳定位置。 
然后，如图5B所示，当通过上压锤的移动降低上模具4时，弯曲金属管W在下模具2与上模具4之间被按压为具有椭圆形横截面的形状。当进一步降低上模具4时，沿着周向按压W。在此情况下，弯曲金属管W的两侧首先接触下模具2的延伸部2a(其通过将划分线L朝向上模具4侧偏移而形成)的内壁。于是，即使发生周向上的按压，也可以防止弯曲金属管W的壁向外翘曲或皱缩。此外，因为下模具2的成型凹部1的内壁位于比上模具4的成型凹部3的内壁更向外处(图2)，所以还可以防止弯曲金属管W向内翘曲。 
如图5C所示，上模具4最后被相对于下模具2闭合，并且弯曲金属管W装配到成型空间S中，以具有椭圆形横截面。然后在此状态下维持弯曲金属管W的形状。于是，在此期间沿着周向的按压使得弯曲金属管W以大体均匀的方式变形。结果，去除(校正)了回弹。同时，在上述按压期间，弯曲金属管趋于延展，但是管端部受到设置在下模具2的两个端部处的壁5、6的约束。因此，控制了弯曲金属管W的延展，结果，可以确保优选的端面精度。注意，此后通过上压锤的移动提升上模具4。但是，下模具2的延伸部2a的内壁具有大曲率的弧形，并且在模具打开方向上不形成负角。因此，可以从上模具4顺利地取出弯曲金属管。 
在以上实施例中，弯曲金属管W经过校正。但是，也可以使没有弯曲的直管经历校正。通常，在制造之后的基管具有较差的形状精度，由这种基管制成的直管需要校正。为了校正直管，准备具有与图1和图2所示相同的横截面轮廓但在上下模具之间具有直线形成型空间的压模具。通过使用压模具沿着周向按压来使直管塑性变形，以具有大体椭圆形横截面。结果，可以获得具有良好形状精度的金属管。 
示例 
将具有65mm外径、2.3mm壁厚和600mm总长度的由JIS G3445制成的直管弯曲以制造如图4所示的弯曲金属管W。使用以上实施例所述的压模具(图1至3)来校正此弯曲金属管W。在模具闭合时形成的具有大体椭圆形横截面的成型空间S的椭圆率(a/b)被设定为0.85。划分线的偏移量h被设定为4.0mm，下模具2的成型凹部1的内壁与上模具4的成型凹部3的内壁之间的台阶差δ被设定为0.3mm。通过以2.5％的压缩率沿着周向按压来校正弯曲金属管W。然后，通过从图4中的标号3到4延伸的部分，将弯曲之后的弯曲金属管W和校正之后的弯曲金属管W各自固定到测量架。此后，在图中示出的8个部分处测量周向上四个部分(上、下、左、右)的位置(位置精度)。对30(n＝30)个弯曲金属管W进行测量。 
图6示出了弯曲之后的弯曲金属管W的测量结果，图7示出了校正之后的弯曲金属管W的测量结果。根据这些图，如图6所示，清楚的看到弯 曲之后的弯曲金属管表现了相当大的位置偏差(3σ)，弯曲金属管中发生了不同大小的回弹。相反，如图7所示，使用压模具校正之后的弯曲金属管示表现的位置偏差非常小，并且清楚的看到通过校正去除了回弹。注意，图7中的线T是目标偏差，校正之后的弯曲金属管充分满足该目标。 

Claims (6)

1.一种用于校正金属管的方法，其特征在于包括：准备压模具，当所述压模具闭合时，所述压模具形成具有大体椭圆形横截面的成型空间，所述大体椭圆形横截面在模具宽度方向上较宽；以及在闭合所述压模具的同时使用所述压模具按压金属管并约束所述金属管的管端部以使所述金属管塑性变形，使得所述金属管具有大体椭圆形横截面。
2.根据权利要求1所述的用于校正金属管的方法，其特征在于：受到过弯曲的弯曲管被用作所述金属管。
3.根据权利要求1所述的用于校正金属管的方法，其特征在于：将直管用作所述金属管。
4.一种用于校正金属管的压模具，其特征在于：下模具和上模具的成型凹部具有半椭圆形横截面轮廓，并在所述压模具闭合时形成具有大体椭圆形横截面的成型空间，所述大体椭圆形横截面在模具宽度方向上较宽，以及所述成型凹部的两侧处设有壁以约束所述金属管的管端部。
5.根据权利要求4所述的用于校正金属管的压模具，其特征在于：所述下模具与所述上模具之间的划分线从具有大体椭圆形横截面的所述成型空间的长轴位置朝向上模具侧或下模具侧偏移预定高度；并且，通过使所述划分线偏移而形成的部分的内壁具有下列形状中的一种：笔直形状、向外的锥形和具有大曲率的弧形。
6.根据权利要求5所述的用于校正金属管的压模具，其特征在于：所述上模具和所述下模具中，所述划分线朝向其偏移的那个模具的成型凹部的开口宽度被设定为大于其配对的模具的开口宽度。
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