CN101961733B - 一种金属弯头冷挤压成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属弯头冷挤压成型的方法，第一步，下料：将管材切割成两端成斜切口状的加工管件；第二步，成型：将加工管件放入成型模具内，并使加工管件短边朝模腔的内弯部一侧，然后合模，再将整形芯棒插入到模腔的外弯部处，然后将推芯棒插入加工管件中，并将加工管件不断地向模腔弯部推进，直至加工管件完成拐弯且两个的方向长度大致相同时停止；退出整形芯棒，使加工管件的凹陷部碾压整平，再退出推芯棒，最后打开模具取出半成品弯头；第三步，割口：割除半成品弯头两端多余部分，制成成品弯头。本发明具有工艺方法简单易操作，生产效率及产品合格率高、对环境及人员无危害等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属弯头成型的方法，尤其是涉及一种在空调及其他工程领域中用的短半径（弯曲半径为R=0.65D-0.75D，D为原材料管材的外径）紫铜弯头快速冷挤压成型的方法。
背景技术
目前短半径弯头产品在成型过程中，基本上采用内置填充物，如灌铅、灌蜡、钢球等成型方法。传统的灌铅成型方法是：在加工管件内加入与管件内径体积相当的铅，需要经过下料、溶铅、灌铅、成型、除铅、割口6道工序，产品表面还需要经过酸洗的方式去除产品内壁残留的铅，如果长期从事溶铅、灌铅、除铅工作会对工厂环境及人体造成严重影响；传统的灌蜡成型方法也是：在加工管件内加入与管件内径体积相当的蜡，同样需要经过下料、溶蜡、灌蜡、成型、除蜡、割口6道工序。灌铅和灌蜡的成型方法在成型过程中，需要经过溶、灌、除几个步骤，这样就需要大量的时间使产品冷却，造成了产品生产周期的延长。传统的钢球成型方法为：下料、成型、塞钢球、钢球整形、取钢球、割口6道工序，在成型过程中需要反复添加钢球，在成型后需要更换设备再进行钢球整形。例如，公开号为CN1049304的中国发明申请专利，公开了一种金属弯头制造方法，该方法采用冷压弯工艺制造金属弯头，成型弯头经钢球整形工序进行整形。上述成型方法工序时间长，需要占用多台设备进行成型，对模具的磨损也比较大，产品容易起皱。总之，现有的短半径弯头成型方式，存在需要使用大量填充物，对生产设备动力要求高，生产工序多、生产周期长、制造成本高、效率低等不足之处。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产效率高、成型质量好，无需使用任何填充物，成型后的产品合格率高、工序少、制造成本低的短半径弯头快速冷挤压成型方法；以解决现有技术中存在的成型所需动力大、工序复杂、填充物耗材多、效率低，成本高等问题。
本发明的上述技术问题是通过以下技术方案解决的：一种金属弯头冷挤压成型的方法，包括下列步骤：
第一步，下料：用下料机将金属管材切割成所需长度的加工管件，并且将加工管件的两端切成斜切口形状；
第二步，成型：将所述的加工管件放入由两块模板拼合而的成型模具内，模具内设有成品弯头形状的模腔，模具的两侧边上分别开有与模腔的相通的腔口；摆放时先将加工管件放入其中一块模板的模腔内，并使加工管件短边朝模腔的内弯部一侧，长边朝外弯部一侧，然后合模；
再将整形芯棒自第二腔口插入到模腔的外弯部处，所述的整形芯棒由棒体和棒头构成，棒头为偏心结构，由多曲面围成的过渡部和导入部构成；
然后将推芯棒的头部通过第一腔口插入加工管件中，并将加工管件不断地向模腔弯部推进，直至加工管件平滑地完成拐弯且两个方向的长度大致相同时，推芯棒停止推进；
将整形芯棒退出模具，使加工管件的凹陷部分碾压整平，然后退出推芯棒，最后打开模具取出半成品弯头；
第三步，割口：用车床割除半成品弯头两端多余部分，使弯头的尺寸、形状满足规定的要求，制成成品弯头。
作为优选，所述的整形芯棒的过渡部包括由靠近棒体一侧向棒头端部一侧逐渐倾斜的内侧过渡曲面及与内侧过渡曲面呈反向倾斜的外侧过渡曲面。
作为优选，所述的整形芯棒的导入部包括与模腔的外弯部相适配的第一曲面及向棒体轴线下凹的第二曲面，导入部上设有与第一曲面相对应的第三曲面，第三曲面和第一曲面之间通过过渡曲面圆滑相连接，第三曲面与第二曲面之间通过连接面圆滑过渡连接。
作为优选，所述整形芯棒第一曲面的弯曲半径R等于外弯部弯曲半径R－1.1T（T表示管材的壁厚）。
本发明冷挤压成型方法，由于使用了推芯棒对加工管件的后端施加推力，当推芯棒推进至模腔弯部时，加工管件的前端会在整形芯棒与模腔周围形成的夹角导向作用下继续前进，直到推芯棒停止推动，此时，加工管件已由直管加工成弯管，但前端部分的形状有凹陷，且不饱满，当整形芯棒退出模腔时，整形芯棒对加工管件前端部分的凹陷处起到一个刚性的碾压作用，使凹陷的部位隆起，达到饱满的效果。因此，本发明成型的方法不需要使用任何填充物，也不要使用较大吨位的设备进行成型，具有生产效率高、产品合格率高、工艺方法简单容易操作，对周围环境及人员不产生危害等优点。
附图说明
图1为本发明实施例加工管件的结构示意图；
图2为本发明实施例整形芯棒的立体结构示意图；
图3为本发明实施例整形芯棒的侧视图；
图4为本发明实施例推芯棒的结构示意图；
图5为本发明实施例的第二步推芯棒插入加工管件后的示意图；
图6为本发明实施例的第二步加工管件进入模腔弯部时的示意图；
图7为本发明实施例的第二步推芯棒停止推进，整形芯棒准备退出时的示意图；
图8为本发明实施例的第二步整形芯棒退出并对加工管件整形时的示意图。
图中：加工管件1，模具2，推芯棒3，整形芯棒4，第三曲面4-1，连接面4-2，第二曲面4-3，内侧过渡曲面4-4，过渡曲面4-5，第一曲面4-6，外侧过渡曲面4-7，模腔5，第一腔口6，第二腔口7，外弯部8，棒体9，棒头10，螺纹11，前端12，棒身13，斜切口14，内弯部15，过渡部16，导入部17。
具体实施方法
下面以加工一个两端内孔直径为25.4mm厚度为1.1mm的90°的铜弯头为实施例，并结合附图，对本发明作进一步的具体说明。
如图1-8所示，加工方法包括如下步骤：
第一步，下料，用下料机将∮25.4*1.1的铜管管材按半成品所需长度切割成加工管件1，长度为90/61mm，为了使加工管件1成型后两端长度保持一致，下料时需将加工管件1的两端切割成斜切口14的形状（如图1所示）。
第二步，成型，将加工管件1放入成型模具2内，成型模具2由两块钢模板拼合而成，模具2内设有成品弯头形的模腔5，模具2的相邻的两侧边上分别开有与模腔5相通的腔口，第一腔口6和第二腔口7。先将加工管件1放在模具2的一块模板内，摆放时将加工管件1放在模腔5的弯部与第一腔口6之间，使加工管件1的短边朝模腔5的内弯部15一侧，长边朝外弯部8一侧（如图5所示），然后合模。产品弯头的弯曲半径R=0.65D(D为原材料管材的外径)，模腔5的内弯部15和外弯部8的弯曲半径R同产品一样取0.65D。
再将整形芯棒4自第二腔口7插入到模具2外弯部8处（参见图5），整形芯棒4（如2、3所示），由棒体9和棒头10构成，整体呈圆柱形，棒头10为偏心结构，棒体9的尾端有螺纹11，棒头10由多曲面围成的过渡部16和导入部17构成，棒头10沿棒体9的轴向投影为圆形，其直径与弯管内径相适配，过渡部16由包括由靠近棒体9一侧向棒头10端部一侧逐渐倾斜的内侧过渡曲面4-4（倾角约为7°），及与内侧过渡曲面4-4呈反向倾斜的外侧过渡曲面4-7（参见图3），内侧过渡曲面4-4为对称结构，内侧过渡曲面4-4的设置是为了有利于加工管件1继续滑动；外侧过渡曲面4-7径向投影呈水滴状，外侧过渡曲面4-7在靠近棒体9侧的部位为内凹的结构，因当加工管件1推进至外弯部8另一侧时，随着壁厚的增厚会使加工管件1往内卷，所以此处需要有2°左右的斜角，使加工管件1在向内卷的时候紧贴整形芯棒4，为最后的整形做准备。导入部17近似人体手指指尖形状，包括与模腔5的外弯部8相适配的第一曲面4-6及向棒体9轴线下凹的第二曲面4-3，由于需要通过加工管件1，外弯部8与第一曲面4-6的间隙为1.1T，即第一曲面4-6的弯曲半径R大小等于外弯部8弯曲半径R-1.1T，由于在加工管件1推进的过程中壁厚会不断增加，所以当加工管件1经过第一曲面4-6时，此处的间隙就要稍大，使加工管件1能顺利的通过。导入部17上设有与第一曲面4-6相对应的第三曲面4-1，第三曲面4-1与第二曲面4-3之间通过连接面4-2圆滑过渡连接，第三曲面4-1为对称结构，第三曲面4-1的对称线与整形芯棒4的轴线平行，其横断面的弧度与模腔5直腔部分的横断面的弧度相同，其主要作用是当整形芯棒4退出模腔5时对加工管件1的凹陷部分进行碾压整形，所以完全插入模腔5后与模腔5的间隙为1.1T，这样既不会使产品壁厚减薄，也可将加工管件1整圆。整形芯棒4到位时，第三曲面4-1完全面朝加工管件1的管口，以引导加工管件1进入整形芯棒4内；第三曲面4-1和第一曲面4-6之间通过过渡曲面4-5圆滑相连接，过渡曲面4-5起导向作用，连接面4-2和第二曲面4-3作用也和过渡曲面4-5一样起导向作用。
随后将推芯棒3（参见图4）的前端12通过第一腔口6插入加工管件1一端管口内（如图5所示）。推芯棒3的前端12与棒身13之间设有推动加工管件的台阶，前端12由于要插入加工管件1中所以要比加工管件1内径小0.2mm，由于推芯棒3的棒身13不能碰到模腔5，其内径需要比模腔5的内径小0.2mm。接着用推芯棒3推动加工管件1前进，随着加工管件1的不断前进，其长边一侧通过整形芯棒4的过渡曲面4-5与模腔5外弯部8之间的间隙后，加工管件1开始转弯，当短边一侧到内弯部15位置时能顺利的通过连接面4-2与模腔5之间的空隙继续向前推进（如图6所示），再通过第二曲面4-3的导向，平滑地完成90°的拐弯并继续前行。当加工管件1的两个方向长度大致一样时，推芯棒3停止前进，但此时加工管件1的前端在第一曲面4-6的导向作用下紧贴在整形芯棒4上，也就是说此时加工管件1弯头的前端是凹陷不饱满的（如图7所示）。
最后将整形芯棒4退出，由于整形芯棒4的第一曲面4-6与模腔5之间的间隙只相当于加工管件1的壁厚，当整形芯棒4在退出时就将加工管件1向外挤压，迫使得加工管件1紧贴模腔5的内壁，加工管件1的凹陷部分便在它的挤压下被碾平整圆变得饱满，如图8所示。最后打开模具2取出半成品弯头，整个过程8秒内便可完成。此工序各步骤可在液压机上利用PLC程序实现自动化。为了减小加工管件1与模腔5、推芯棒3、整形芯棒4之间的摩擦，模腔5、推芯棒3、整形芯棒4的表面粗糙度应在0.2以上。
第三步，割口，用仪表车床将半成品弯头两端多余部分割除，使弯头的承口长度达到加工要求的标准，完成成品弯头的制作。
经过本申请人反复试验对比发现，采用传统的灌铅成型方法生产同样的铜的弯头，每生产10000件产品需要使用1000KG左右铅。在进行反复溶铅、灌铅、除铅的过程中，如以每1000个产品灌铅一次计算，需要使用410KG左右铅，每经一次加热、冷却，会有2%左右的铅被氧化报废，极大的增加了生产成本，而且在灌铅、除铅过程中需要等待产品冷却后才能进行下一道工序，由于需要经过下料、溶铅、灌铅（需冷却）、成型、除铅（需冷却）、割口6道工序，就使得产品生产周期加长，平均每个班只能生产550件产品；由于产品表面还需要用酸洗的方式清除管内残留的铅，使得产品表面有一定程度的皱褶，内壁有较严重的拉伤，因此后续还需追加抛光工序，产品的整体合格率不足90%。在长期使用铅的过程中，还会对工厂环境和员工的健康造成严重的不良影响。若采用灌蜡的成型方法，每10000件产品需要使用100KG左右蜡，和灌铅一样，在生产过程中也同样需要经过产品冷却才能进行下一道工序，产品的生产周期也较长，平均每个班也只能生产580件产品，成型时产品容易起皱，产品整体合格率也不足90%。如果采用钢珠成型方法，需要经过下料、成型、塞钢球、钢球整形、取钢球、割口6道工序，由于需要反复添加钢球、调换设备，所以平均每个班只能生产600件产品。由于钢球与钢球相互之间存在间隙，在钢球推进过程中会造成产品起皱；由于钢球的硬度较高在反复推钢球的过程中，对模腔的磨损很大，钢珠也需要经常调换，而且生产不同的产品需要使用不同外径的钢球，对不同规格的钢球需求也比较大，在使用钢球挤压产品内壁的过程中，还会造成产品壁厚减薄。上述成型方法由于采用了填充物，都需要使用较大吨位的设备来完成。而使用本发明的成型方法，不需使用填充物，只要使用较小吨位的设备就能工作，由于只需要经过下料、成型、割口3道工序即可，平均每个班能生产2880件产品，是传统加工方法的4-5倍，极大的提高了生产效率；而且本发明采用刚性整形，整体合格率达到99%；从而验证了本发明的成型方法简单、生产效率高、合格率高、制造过程无污染的优点。此外，短半径弯头成型容易起皱，用普通的弯管机没法做，传统的加工方法很难避免产品弯曲圆弧外部壁厚减薄严重的现象，要达到最低壁厚标准的要求就得用很厚的管材，导致成本上升，材料浪费，而本发明的成型方法生产的产品减薄比较少，厚度也比较均匀。
本发明也适用于材质为铁、不锈钢等塑性较好的金属的短半径弯头的成型。
Claims (2)
1.一种金属弯头冷挤压成型的方法，其特征在于包括下列步骤：
第一步，下料：用下料机将金属管材切割成所需长度的加工管件，并且将加工管件的两端切成斜切口形状；
第二步，成型：将所述的加工管件放入由两块模板拼合而的成型模具内，模具内设有成品弯头形状的模腔，模具的两侧边上分别开有与模腔的相通的第一腔口和第二腔口；摆放时先将加工管件放入其中一块模板的模腔内，并使加工管件短边朝模腔的内弯部一侧，长边朝外弯部一侧，然后合模；
再将整形芯棒自第二腔口插入到模腔的外弯部处，所述的整形芯棒由棒体和棒头构成，所述的棒头为偏心结构，由多曲面围成的过渡部和导入部构成；
然后将推芯棒的头部通过第一腔口插入加工管件中，并将加工管件不断地向模腔弯部推进，直至加工管件平滑地完成拐弯且两个方向的长度大致相同时，推芯棒停止推进；
将整形芯棒退出模具，使加工管件的凹陷部分碾压整平，然后退出推芯棒，最后打开模具取出半成品弯头；
第三步，割口：用车床割除半成品弯头两端多余部分，使弯头的尺寸和形状满足规定的要求，制成成品弯头；
所述的过渡部包括由靠近棒体一侧向棒头端部一侧逐渐倾斜的内侧过渡曲面及与内侧过渡曲面呈反向倾斜的外侧过渡曲面；
所述的导入部包括与模腔的外弯部相适配的第一曲面及向棒体轴线下凹的第二曲面，导入部上设有与第一曲面相对应的第三曲面，第三曲面和第一曲面之间通过过渡曲面圆滑相连接，第三曲面与第二曲面之间通过连接面圆滑过渡连接，第三曲面为对称结构，第三曲面的对称线与整形芯棒的轴线平行，其横断面的弧度与模腔直腔部分的横断面的弧度相同。
2.根据权利要求1所述的金属弯头冷挤压成型的方法，其特征在于，所述整形芯棒第一曲面的弯曲半径R等于外弯部弯曲半径R－1.1T，T表示管材的壁厚。
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