CN102962304A

CN102962304A - 一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法

Info

Publication number: CN102962304A
Application number: CN2012105251416A
Authority: CN
Inventors: 韩聪; 苑世剑; 王勇; 臧超
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-03-13

Abstract

一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法，它涉及一种冲液剪切弯曲成形方法。本发明为了解决现有的弯曲工艺无法成形小弯曲半径矩形管的问题。本发明的方法是步骤一、充填阶段：将矩形管放在模具型腔中，并安装矩形密封冲头，在其中一个矩形密封冲头上插装介质输入管路并向矩形管内充入液体介质，同时矩形密封冲头向内推进，实现密封；步骤二、成形阶段：给矩形管内的液体介质加压；驱动装置驱动活动模块相对于固定模块沿矩形管的切向做运动，同时矩形管两端部的矩形密封冲头沿轴向向内进给，矩形管内的液体压力提高或保持恒定，矩形管发生变形，保压、泄压，驱动装置驱动活动模块开模，取出件。本发明用于矩形管的冲液剪切弯曲成形方法。

Description

一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法

技术领域

本发明涉及一种冲液剪切弯曲成形方法，具体涉及一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法。

背景技术

近年来，小弯曲半径矩形管（R/B≤0.5，R-弯曲半径，B-矩形管半径方向宽度）在航空、航天领域获得了日益广泛的应用，尤其是在薄壁轻量化构件和通信、卫星地面站、微波测量等领域的矩形波导管，例如，在雷达的馈电网络中，有大量的矩形弯波导，弯波导的加工质量，直接影响雷达系统的性能指标。采用整体的弯波导代替弯头焊接件，可大大简化加工过程，缩短生产周期，降低生产成本，提高系统的可靠性。具有小的相对弯曲半径的矩形管既能提高整体性能，实现结构减重，又有效地节省空间，是非常理想的结构形式。

目前，由于薄壁矩形管空心壁薄的特点，使得薄壁矩形管弯曲成形过程中容易出现失稳起皱、截面畸变、回弹和拉裂等缺陷。而且与圆管相比，矩形管的形状不是自支承的，并且在弯曲过程中不能促使圆周金属从内弧线到外弧线的流动，因此，矩形管在弯曲加工时，不仅会产生横截面形状的改变，而且壁厚也会发生变化。矩形管弯曲时，其内侧面受压变形，厚度增加，宽度增大；外侧面受拉变形，壁厚减薄，侧面宽度减小，易产生截面畸变。因而对于矩形管，不容易实现小半径弯曲。

针对矩形管的弯曲方法主要有数控绕弯法、折弯法、压弯法、拉弯和滚弯法等，同时为了控制起皱和截面畸变，往往采用内部支撑的方式。包括刚性芯棒法、柔性芯棒法、内部充填固体颗粒法等。以上方法普遍存在截面控制精度差、芯棒装卸困难、弯曲装置或机构通用性差等弊端。同时都要求弯曲半径（R）与矩形管沿半径方向的宽度B之比（R/B）一般不小于2.5，当R/B小于这个值时就会产生起皱或截面畸变等缺陷。

综上所述，现有的弯曲工艺无法成形小弯曲半径矩形管的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的弯曲工艺无法成形小弯曲半径矩形管的问题，进而提供一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法。

本发明的技术方案是：一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法是将矩形管放在模具型腔中，在矩形管的两端上分别安装矩形密封冲头，在其中一个矩形密封冲头上连通液体介质输入管路；经由液体介质输入管路向矩形管内充入液体介质，矩形密封冲头的左右推进实现对矩形管端部的密封和轴向补料；待矩形管内的液体介质加压到规定值后；活动模块相对于固定模块沿矩形管做切向运动，矩形管发生剪切变形；待活动模块运动到规定的位移时，停止运动，矩形密封冲头退回，打开模具，取出制备的矩形弯管，至此，完成冲液剪切的弯曲成形。

本发明所述的冲液剪切弯曲成形的具体方法为：

步骤一、充填阶段：将矩形管放在由固定模块和活动模块组成的模具型腔中，在矩形管的两端上分别安装一个矩形密封冲头，在其中一个矩形密封冲头上插装有与矩形管内腔连通的介质输入管路；经由介质输入管路向矩形管内充入液体介质，同时矩形密封冲头向内推进，实现对矩形管端部的初始密封，此时管内液压压力p1小于0.1σ_s，σ_s为材料的屈服强度；

步骤二、成形阶段：向矩形管内的液体介质加压到p2,p2为0.1σ_s-1.0σ_b，σ_b为材料的抗拉强度，驱动装置驱动活动模块相对于固定模块沿矩形管的切向做运动，同时矩形管两端部的矩形密封冲头沿轴向向内进给，矩形管内的液体压力由0.1σ_s-1.0σ_b连续提高到0.1σ_s-1.0σ_b或保持0.1σ_s-1.0σ_b恒定，矩形管发生变形，保压5s-10s，液体介质泄压至0Mpa，驱动装置驱动活动模块开模，最后取出相对弯曲半径R_b≤0.5的极小半径矩形管件。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.利用本方法成形的方管件具有成形弯曲半径小，成形的最小弯曲半径为0-0.9，工件表面质量好、成形精度高、整体性能优良的特点。

2.本发明的变形机制为剪切变形机制，这完全不同于传统弯曲工艺的拉压变形机制。

3.本发明方法解决了传统弯曲工艺无法加工小弯曲半径矩形管的技术难题，可制造出相对弯曲半径R/B≤0.5的小弯曲半径矩形管。

4.通过对液体压力、轴向位移和切向位移的实时控制来调整管材弯曲时的应力状态，进而达到控制变形行为的目的，减小矩形管弯曲时的起皱及截面畸变倾向。

5.本发明的弯曲成形方法可以加工钢、铝、铜、钛等金属及合金材料，也可加工部分非金属材料，特别适合于弯曲半径非常小的矩形管的制造。

6.本发明与现有圆形管材的区别为：

（1）冲液剪切弯曲成形的对象不同

现有圆形管材：弯曲成形对象为圆形管材。

本发明：弯曲成形对象为矩形管材。

（2）管材两端安装的密封冲头不同

现有圆形管材：采用圆形的密封冲头，由于圆形截面具有对称性，易实现对管材的端部密封。

本发明：密封段是矩形的截面，所采用的矩形密封冲头能够有效的保证与矩形管坯及模具之间的公差配合，实现密封。

（3）管材的材料的流动方向不同

现有圆形管材：圆形截面具有对称性，在弯曲的过程中，材料沿侧面从内弧线到外弧线流动。

本发明：矩形管在弯曲的过程中，由于存在着折边，限制材料从内弧线流向外弧线流动，易形成起皱或塌陷的缺陷。针对上述起皱或塌陷的缺陷，本发明是这样解决的：成形过程中，保持管内液体压力超过0.1倍的材料的屈服强度，使材料在折边位置始终和模具贴合，只在矩形截面各个面之间流动，避免材料向后流动堆积形成起皱或塌陷缺陷。

附图说明

图1是管材充液剪切弯曲初始状态示意图；图2是管材充液剪切弯曲终了状态示意图；图3为加压整形状态示意图，图4是图2的A部放大图，图5是小弯曲半径矩形管的结构示意图，图6是矩形密封冲头的主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法是将矩形管放在模具型腔中，在矩形管的两端上分别安装矩形密封冲头，在其中一个矩形密封冲头上连通液体介质输入管路；经由液体介质输入管路向矩形管内充入液体介质，矩形密封冲头的左右推进实现对矩形管端部的密封和轴向补料；待矩形管内的液体介质加压到规定值后；活动模块相对于固定模块沿矩形管做切向运动，矩形管发生剪切变形；待活动模块运动到规定的位移时，停止运动，矩形密封冲头退回，打开模具，取出制备的矩形弯管，至此，完成冲液剪切的弯曲成形。

具体实施方式二：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的冲液剪切弯曲成形的具体方法为：

步骤一、充填阶段：将矩形管6放在由固定模块1和活动模块3组成的模具型腔中，在矩形管6的两端上分别安装一个矩形密封冲头2，在其中一个矩形密封冲头2上插装有与矩形管6内腔连通的介质输入管路5；经由介质输入管路5向矩形管6内充入液体介质4，同时矩形密封冲头2向内推进，实现对矩形管6端部的初始密封，此时管内液压压力p1小于0.1σ_s，σ_s为材料的屈服强度；

步骤二、成形阶段：向矩形管6内的液体介质4加压到p2,p2为0.1σ_s-1.0σ_b，σ_b为材料的抗拉强度，驱动装置7驱动活动模块3相对于固定模块1沿矩形管6的切向做运动，同时矩形管6两端部的矩形密封冲头2沿轴向向内进给，矩形管6内的液体压力由0.1σ_s-1.0σ_b连续提高到0.1σ_s-1.0σ_b或保持0.1σ_s-1.0σ_b恒定，矩形管6发生变形，保压5s-10s，液体介质4泄压至0Mpa，驱动装置7驱动活动模块3开模，最后取出相对弯曲半径R_b≤0.5的极小半径矩形管件。

在充液剪切弯曲成形的过程中，控制密封冲头2的轴向位移、活动模块3的切向位移与矩形管6内液体介质4的压力之间的匹配关系，来调整矩形管6弯曲时的应力状态，进而达到控制变形行为的目的，减小矩形管6弯曲时的起皱及截面畸变倾向。本发明的方法可按模具的设计，制备出不同形状的矩形截面弯曲管件，可以加工钢、铝、铜、钛等金属及合金材料，也可加工部分非金属材料。

本实施方式的密封冲头为矩形截面结构，包括引导段、密封段和导向段组成，实现管材的矩形密封。

具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式矩形管6的截面为正方形截面、不同长宽比的矩形截面、带过渡圆角的矩形截面或不带过渡圆角的矩形截面。如此设置，尤其适用于矩形管。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的液体介质4为乳化液、水或油。如此设置，工件表面质量好、成形精度高、整体性能优良的特点。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

实施例：

参见图1～5，以铝合金管（铝合金的型号为5A02）为例，铝合金矩形管的截面尺寸26mmX26mm，截面圆角R3mm，壁厚1.5mm。材料的屈服强度76MPa，抗拉强度198MPa，固定模块1的圆角半径R小于5㎜。铝合金管与固定模块1的摩擦系数为0.01～0.5。按具体实施方式一所述方法进行操作，并使p₁的压力为7.6MPa，p₂压力为7.6～198MPa，最后得到相对弯曲半径R_b小于0.5的极小半径矩形管件。

Claims

1.一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法，其特征在于：冲液剪切弯曲成形的具体方法为：

步骤一、充填阶段：将矩形管（6）放在由固定模块（1）和活动模块（3）组成的模具型腔中，在矩形管（6）的两端上分别安装一个矩形密封冲头（2），在其中一个矩形密封冲头（2）上插装有与矩形管（6）内腔连通的介质输入管路（5）；经由介质输入管路（5）向矩形管（6）内充入液体介质（4），同时矩形密封冲头（2）向内推进，实现对矩形管（6）端部的初始密封，此时管内液压压力p1小于0.1σ_s，σ_s为材料的屈服强度；

步骤二、成形阶段：向矩形管（6）内的液体介质（4）加压到p2,p2为0.1σ_s-1.0σ_b，σ_b为材料的抗拉强度，驱动装置（7）驱动活动模块（3）相对于固定模块（1）沿矩形管（6）的切向做运动，同时矩形管（6）两端部的矩形密封冲头（2）沿轴向向内进给，矩形管（6）内的液体压力由0.1σ_s-1.0σ_b连续提高到0.1σ_s-1.0σ_b或保持0.1σ_s-1.0σ_b恒定，矩形管（6）发生变形，保压5s-10s，液体介质（4）泄压至0Mpa，驱动装置（7）驱动活动模块（3）开模，最后取出相对弯曲半径R_b≤0.5的极小半径矩形管件。

2.根据权利要求1所述的一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法，其特征在于：矩形管（6）的截面为正方形截面、不同长宽比的矩形截面、带过渡圆角的矩形截面或不带过渡圆角的矩形截面。

3.根据权利要求2所述的一种用于小弯曲半径矩形管的冲液剪切弯曲成形方法，其特征在于：液体介质（4）为乳化液、水或油。