CN106064186B - 大功率高速柴油机的管件弯制工装及弯制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率高速柴油机的管件弯制工装，包括：第一弯管轮、第二弯管轮和夹紧块；第一弯管轮上第一直线夹持段长度为R～3R；第二弯管轮上第二直线夹持段的长度为5‑20mm；第二弯管轮上还开设有第一防干涉面域和第二防干涉面域；夹紧块与第一弯管轮的第一直线夹持段或者第二弯管轮的第二直线夹持段相配合，实现对待弯制弯管的固定夹持。本发明设计两种弯管轮，不仅能实现对相邻弧段之间较长直线段的弯管加工，还能够对相邻弧段之间较短直线段的弯管进行避免干涉的加工，且借助于数控加工技术，实现高精度、高效率、大批量弯管加工。

Description

大功率高速柴油机的管件弯制工装及弯制方法

技术领域

本发明属于弯曲管件加工技术领域，涉及一种大功率高速柴油机的管件弯制工装及弯制方法。

背景技术

柴油机的供油系统、配气系统和冷却系统配置了大量的管类零件，主要起到为柴油机燃油、增压进排气和冷却水的畅通供给，满足柴油机的性能要求，保证柴油机工作可靠性。随着新产品科研柴油机研制技术的提升，对大功率高速“精品”柴油机管类件布置的精确性和可靠性要求越来越高。

由于弯曲角度多、空间结构复杂的管类零件形状复杂，目前管件弯曲采用的工艺方案基本上是在柴油机装配后现场配制，即按柴油机的实际空间位置，用直径为3～5mm左右的铁丝在现场进行管件布局的实际走向；然后按照铁丝走向进行管件手工弯曲和校正，用此方法形成的管件先在柴油机上进行试装，满足装配要求后将该管件确认为一种样品；对于手工弯曲和数控弯管机弯曲的管件是根据管件样品进行弯曲夹具、校正夹具等的设计和制造，以满足柴油机管件的批量生产要求。对于采用数控弯管机弯曲的管件，是先在三坐标测量仪对样品管件进行测量，并以卷尺、游标卡尺、万能角度尺等量具作为辅助测量；然后经过人工大量、繁琐的几何计算，确定出管件具体参数值进行数控弯曲程序的设计；在多次弯曲程序的试验验证基础上，形成最接近样品管件的弯曲参数作为管件批量生产的依据。

原加工工艺方案的主要缺陷是：生产周期长，每种管子平均弯曲试验验证的次数在5次以上，耗费时间3小时左右；管件几何参数计算繁琐，容易出错，易造成材料、工时、能源的耗费，成本增加；手工配置样品存在一定误差，完全按照样品弯曲的管件实物质量得不到有效的控制，装配过程中存在人为敲击和撬扳，导致管接头偏移、开裂和松脱，造成柴油机出现“跑、冒、滴、漏、松”的现象，严重影响了柴油机的可靠性。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种大功率高速柴油机的管件弯制工装及弯制方法，实现柴油机弯管的高精度、高效率批量生产。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种大功率高速柴油机的管件弯制工装，其包括：第一弯管轮、第二弯管轮和夹紧块；

第一弯管轮包括本体1、轴孔2、第一直线夹持段4和弯制弧段5，本体1为柱状体，柱状体一侧为圆柱，另一侧为凹面长方体；圆柱中心开设轴孔2，通过轴孔2将第一弯管轮安装到弯管机的转轴上；本体1中部沿周向开设有弧形凹槽，弧形凹槽的凹弧半径与待弯制弯管的半径一致，弧形凹槽包括第一直线夹持段4和弯制弧段5，第一直线夹持段4开设在凹面长方体一侧面，弯制弧段5开设在圆柱外表面并与第一直线夹持段4相连通，第一直线夹持段4的长度为R～3R，R为待弯制弯管上弧段的半径；

第二弯管轮包括本体10、轴孔20、第一直线夹持段40、弯制弧段50、第一防干涉面域60和第二防干涉面域70，本体1为柱状体，柱状体一侧为圆柱，另一侧为凹面长方体；圆柱中心开设轴孔20，通过轴孔20将第二弯管轮安装到弯管机的转轴上；本体10中部沿周向开设有弧形凹槽，弧形凹槽的凹弧半径与待弯制弯管的半径一致，弧形凹槽包括第二直线夹持段40和弯制弧段50，第二直线夹持段40位于圆柱一侧面，弯制弧段50开设在圆柱外表面并与第二直线夹持段40相连通，第二直线夹持段40的长度为5-20mm；本体上通过铣除一长方体状结构，形成的空间作为第一防干涉面域60，该长方体状结构的顶面、相邻的三侧面分别与本体10的顶面、相邻的三侧面共面，长方体状结构的底面与弧形凹槽的底部边缘在同一平面上，长方体状结构的第四侧面与轴孔20的边缘相距5-10mm，第一防干涉面域60的底面和侧面之间设置有半径为1-5mm的圆弧槽过渡；第一防干涉面域60和第二直线夹持段40之间还设置有第二防干涉面域70，其为凹弧面状，第二防干涉面域70的边缘分别位于第一防干涉面域60的侧面、底面、圆弧槽过渡区域、圆柱上部外表面区域，形成一个形状不规则的凹面，以实现弯管的直线段由第二直线夹持段40夹持时，与弯管的直线段相邻的弧段位于第一防干涉面域60和第二防干涉面域70内且不与两个面域相干涉；

夹紧块与第一弯管轮的第一直线夹持段4或者第二弯管轮的第二直线夹持段40相配合，实现对待弯制弯管的固定夹持。

其中，所述第一弯管轮中，凹面长方体为一面为凹面的长方体，凹面的圆弧半径与圆柱半径相等，使圆柱与凹面相贴合，圆柱的直径大于凹面长方体的长度。

其中，所述第一弯管轮中，所述凹面长方体的顶面和底面分别开设有键槽3，键槽3沿轴孔径向开设并与轴孔连通，用于与弯管机转轴上时导向销配合实现对第一弯管轮的定位，使得第一弯管轮随着转轴转动。

其中，所述第二弯管轮中，凹面长方体为一面为凹面的长方体，凹面的圆弧半径与圆柱半径相等，使圆柱与凹面相贴合，圆柱的直径等于凹面长方体的长度。

其中，所述第二弯管轮中，凹面长方体的底面开设有键槽30，键槽30沿轴孔径向开设并与轴孔连通，用于与弯管机转轴上时导向销配合实现对第二弯管轮的定位，使得第二弯管轮随着转轴转动。

其中，所述夹紧块包括安装部和夹持部，安装部用于与弯管机的夹持机构连接，夹持部上开设有凹弧夹槽，凹弧夹槽的半径与待弯制弯管的半径一致。

本发明还提供一种大功率高速柴油机的管件弯制方法，其包括以下步骤：

首先，确定样品管件数据；

在三坐标测量仪上对管件样品进行数据测量，以管件轴线与端面交点为坐标原点建立U-V-W坐标系，测量各端点与各交点的U-V-W坐标值；

其次，生成管件三维模拟造型；

利用Pro/E软件的三维模拟技术，按照样品管测量后的U-V-W坐标数据生成三维模拟造型；

接下来，三维模型与弯曲数据的转换；

测量出管件三维模型的各直线段长度、相邻直线段间的实际弯曲角度α、相邻弯曲面之间的旋转角β，转化成数控加工弯曲参数；

最后，使用数控弯管机弯制弯管；

按照数控加工弯曲参数，使用弯管机和管件弯制工装，进行管件弯制。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的大功率高速柴油机的管件弯制工装及弯制方法，设计两种弯管轮，不仅能实现对相邻弧段之间较长直线段的弯管加工，还能够对相邻弧段之间较短直线段的弯管进行避免干涉的加工，且借助于数控加工技术，实现高精度、高效率、大批量弯管加工。

附图说明

图1为本发明实施例弯制工装中第一弯管轮的结构示意图。

图2为本发明实施例弯制工装中第二弯管轮的结构示意图。

图3为本发明实施例弯制工装中夹紧块与第二弯管轮的配合结构示意图，其中，a图为前侧视图，b图为后侧视图。

图4为弯管弯曲角及直线段示意图。

图5为本发明实施例中待弯制管件U-V-W测量坐标图。

图6为本发明实施例中待弯制管件三维模型图。

图中，01-第二弯管轮；02-夹紧块；03-弯管；1、10-本体；2、20-轴孔；3、30-键槽；4-第一直线夹持段；40-第二直线夹持段；5、50-弯制弧段；60-第一防干涉面域；70-第二防干涉面域。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明的目的就是以某型号柴油机的空气起动导管Φ8×1为例，通过对数控弯曲模具的特殊设计与制造，配合计算机三维模拟仿真技术，形成合理的管件三维尺寸和空间角度，一是拓宽加工领域，将弯曲角多、空间结构复杂的不易加工的管类零件变为可能，为弯曲的管件工装设计提供技术支撑；二是为数控弯曲提供准确的弯曲参数，缩短管件生产周期，降低成本，保证管件弯曲的精确度，解决管件的“跑、冒、滴、漏、松”质量问题，满足柴油机可靠性要求；三是将取得的技术成果在各种型号柴油机的≤Φ60×2.5管件中进行推广应用；四是通过逆向设计形成所有管件合理的三维尺寸和空间角度，为管件产品的设计提供技术支持。

参照图4所示，本实施例涉及的弯管结构为任意两个相邻的弧段之间具有直线段，所有弧段的半径相等，均为R。

针对上述所述的弯管结构，参照图1至图3所示，本实施例提供的弯制工装包括第一弯管轮、第二弯管轮和夹紧块。

第一弯管轮包括本体1、轴孔2、键槽3、第一直线夹持段4和弯制弧段5，本体1为柱状体，柱状体为圆柱和凹面长方体的组合，凹面长方体为一面为凹面的长方体，凹面的圆弧半径与圆柱半径相等，使圆柱与凹面相贴合，圆柱的直径大于凹面长方体的长度；圆柱中心开设轴孔2，通过轴孔2将第一弯管轮安装到弯管机的转轴上，凹面长方体的顶面和底面分别开设有键槽3，键槽3沿轴孔径向开设并与轴孔连通，用于与弯管机转轴上时导向销配合实现对第一弯管轮的定位，使得第一弯管轮随着转轴转动；本体1中部沿周向开设有弧形凹槽，弧形凹槽的凹弧半径与待弯制弯管的半径一致，弧形凹槽包括第一直线夹持段4和弯制弧段5，第一直线夹持段4开设在凹面长方体一侧面，弯制弧段5开设在圆柱外表面并与第一直线夹持段4相连通，第一直线夹持段4的长度为R～3R。

第二弯管轮01包括本体10、轴孔20、键槽30、第一直线夹持段40、弯制弧段50、第一防干涉面域60和第二防干涉面域70，本体1为柱状体，柱状体为圆柱和凹面长方体的组合，凹面长方体为一面为凹面的长方体，凹面的圆弧半径与圆柱半径相等，使圆柱与凹面相贴合，圆柱的直径等于凹面长方体的长度；圆柱中心开设轴孔20，通过轴孔20将第二弯管轮安装到弯管机的转轴上，凹面长方体的底面开设有键槽30，键槽30沿轴孔径向开设并与轴孔连通，用于与弯管机转轴上时导向销配合实现对第二弯管轮的定位，使得第二弯管轮随着转轴转动；本体10中部沿周向开设有弧形凹槽，弧形凹槽的凹弧半径与待弯制弯管的半径一致，弧形凹槽包括第二直线夹持段40和弯制弧段50，第二直线夹持段40位于圆柱一侧面，弯制弧段50开设在圆柱外表面并与第二直线夹持段40相连通，第二直线夹持段40的长度为5-20mm；本体上通过铣除一长方体状结构，形成的空间作为第一防干涉面域60，该长方体状结构的顶面、相邻的三侧面分别与本体10的顶面、相邻的三侧面共面，长方体状结构的底面与弧形凹槽的底部边缘在同一平面上，长方体状结构的第四侧面与轴孔20的边缘相距5-10mm，第一防干涉面域60的底面和侧面之间设置有半径为1-5mm的圆弧槽过渡；第一防干涉面域60和第二直线夹持段40之间还设置有第二防干涉面域70，其为凹弧面状，第二防干涉面域70的边缘分别位于第一防干涉面域60的侧面、底面、圆弧槽过渡区域、圆柱上部外表面区域，形成一个形状不规则的凹面，以实现弯管的直线段由第二直线夹持段40夹持时，与弯管的直线段相邻的弧段位于第一防干涉面域60和第二防干涉面域70内且不与两个面域相干涉。

夹紧块02包括安装部和夹持部，安装部用于与弯管机的夹持机构连接，夹持部上开设有凹弧夹槽，凹弧夹槽的半径与待弯制弯管03的半径一致，凹弧夹槽与第一弯管轮的第一直线夹持段4或者第二弯管轮的第二直线夹持段40相配合，实现对待弯制弯管03的固定夹持。

基于上述弯制工装，第一弯管轮的第一直线夹持段4的长度为R～3R，第二弯管轮的第二直线夹持段40为5-20mm。当待弯制弯管相邻弧段之间的直线段大于等于第一直线夹持段4的夹紧长度时，采用夹紧块和第一弯管轮相配合实现弯管弯制；当待弯制弯管相邻弧段之间的直线段小于第一直线夹持段4的夹紧长度时，采用夹紧块和第二弯管轮相配合实现弯管弯制

采用上述工装，利用夹紧块和夹持段配合夹持，通过弯制弧段定型弯制，形成弯管弧段。弯曲完第一道弯后，在弯曲第二道或后面每一道弯时，要求对管件相邻弧段之间的直线段必须大于或等于弯管轮的夹紧长度，夹紧部分过短，意味着上一道已弯曲成形的弧段在下一道弯曲过程中将被模具挤扁，因此设计第二弯管轮，在不影响弯曲条件的前提下，对发生干涉的地方在模具弯管轮加工时进行整块铣削掉，或者将发生干涉面域的交集部分进行加工掉，特别注意弯管轮与夹紧块合并夹紧时管子的夹紧部位的配合性，以防止管子在弯曲过程中出现挤扁现象。

参照图5和图6所示，以某型号柴油机空气起动导管为例，说明其弯制过程。

首先，确定样品管件数据。

在三坐标测量仪上对管件样品进行数据测量，即以管件轴线与端面交点为坐标原点建立U-V-W坐标系，测量各端点与各交点的U-V-W坐标值。某型号柴油机空气起动导管U-V-W测量坐标图见图5。通过多次测量(一般3～4次)对形成的数据进行对比分析，将其中U-V-W坐标值变化最小的一套数据作为生成三维模拟造型分析用的数据。某型号柴油机空气起动导管测量的坐标参数见表1。

表1某型号柴油机空气起动导管U-V-W坐标参数

其次，生成管件三维模拟造型。

利用Pro/E软件的三维模拟技术，按照样品管测量后的U-V-W坐标数据生成三维模拟造型。某型号柴油机空气起动导管模型图见图6。

接下来，三维模型与弯曲数据的转换。

测量出管件三维模型的各直线段长度、相邻直线段间的实际弯曲角度α、相邻弯曲面之间的旋转角β，转化成各参数数据表(见表2)。根据表2生成的数据进行数控加工弯曲参数的预编制(见表3)。

表2管件三维模型转换的弯曲数据表

表3预编制的数控加工弯曲参数

L	α	β
			172.67	82.34	0
393.43	69.59	88.88
			182.74	158.1	-179.74
200.61	0	0

最后，使用数控弯管机弯制弯管。

按表3预编的参数利用模具工装在数控弯管机上进行管件数控弯曲工艺，在管子弯曲过程中，观察弯管轮与夹紧块夹紧时的配合性，对管子的夹紧程度，管子与模具及设备本身的干涉性。将具备以上条件的情况下弯曲好的管件在三坐标测量仪上进行测量，并根据实际测量结果与弯曲数据进行对比分析。当测量结果与弯曲数据不一致时，采用补偿法对部分数据进行修正，消除管件弯曲时因反弹量造成的误差值，再按修正后的程序进行数控弯曲试验，直至测量结果与弯曲数据基本一致；然后确定出数控弯曲的最终合理参数，对此管件程序进行固化(见表4)，以满足管件批量生产。

表4某型号柴油机空气起动导管数控弯曲程序

L	α	β
			172.67	84.34	0
393.43	72.2	88.88
			182.74	161.5	-179.74
200.61	0	0

本发明所取得的技术成果已推广应用到了多型号柴油机≤Φ60×2.5的管件数控弯曲，极大地缩短了管件弯曲的生产周期，降低了成本，提高了管件弯曲精度的准确性，解决了管件布局混乱、管接头“跑、冒、滴、漏、松”的质量问题，满足了柴油机可靠性要求。同时将逆向设计生成的管件参数向设计部门进行了提交，为产品设计提供了可靠的技术支持。特别是在俄罗斯坦克大赛和9.3阅兵参赛的坦克柴油机管件制造中得到了应用，具有显著的军事效益和经济效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大功率高速柴油机的管件弯制工装，其特征在于，包括：第一弯管轮、第二弯管轮和夹紧块；

第一弯管轮包括本体(1)、轴孔(2)、第一直线夹持段(4)和弯制弧段(5)，本体(1)为柱状体，柱状体一侧为圆柱，另一侧为凹面长方体；圆柱中心开设轴孔(2)，通过轴孔(2)将第一弯管轮安装到弯管机的转轴上；本体(1)中部沿周向开设有弧形凹槽，弧形凹槽的凹弧半径与待弯制弯管的半径一致，弧形凹槽包括第一直线夹持段(4)和弯制弧段(5)，第一直线夹持段(4)开设在凹面长方体一侧面，弯制弧段(5)开设在圆柱外表面并与第一直线夹持段(4)相连通，第一直线夹持段(4)的长度为R～3R，R为待弯制弯管上弧段的半径；

第二弯管轮包括本体(10)、轴孔(20)、第一直线夹持段(40)、弯制弧段(50)、第一防干涉面域(60)和第二防干涉面域(70)，本体(1)为柱状体，柱状体一侧为圆柱，另一侧为凹面长方体；圆柱中心开设轴孔(20)，通过轴孔(20)将第二弯管轮安装到弯管机的转轴上；本体(10)中部沿周向开设有弧形凹槽，弧形凹槽的凹弧半径与待弯制弯管的半径一致，弧形凹槽包括第二直线夹持段(40)和弯制弧段(50)，第二直线夹持段(40)位于圆柱一侧面，弯制弧段(50)开设在圆柱外表面并与第二直线夹持段(40)相连通，第二直线夹持段(40)的长度为5-20mm；本体上通过铣除一长方体状结构，形成的空间作为第一防干涉面域(60)，该长方体状结构的顶面、相邻的三侧面分别与本体(10)的顶面、相邻的三侧面共面，长方体状结构的底面与弧形凹槽的底部边缘在同一平面上，长方体状结构的第四侧面与轴孔(20)的边缘相距5-10mm，第一防干涉面域(60)的底面和侧面之间设置有半径为1-5mm的圆弧槽过渡；第一防干涉面域(60)和第二直线夹持段(40)之间还设置有第二防干涉面域(70)，其为凹弧面状，第二防干涉面域(70)的边缘分别位于第一防干涉面域(60)的侧面、底面、圆弧槽过渡区域、圆柱上部外表面区域，形成一个形状不规则的凹面，以实现弯管的直线段由第二直线夹持段(40)夹持时，与弯管的直线段相邻的弧段位于第一防干涉面域(60)和第二防干涉面域(70)内且不与两个面域相干涉；

夹紧块与第一弯管轮的第一直线夹持段(4)或者第二弯管轮的第二直线夹持段(40)相配合，实现对待弯制弯管的固定夹持。

2.如权利要求1所述的管件弯制工装，其特征在于，所述第一弯管轮中，凹面长方体为一面为凹面的长方体，凹面的圆弧半径与圆柱半径相等，使圆柱与凹面相贴合，圆柱的直径大于凹面长方体的长度。

3.如权利要求1所述的管件弯制工装，其特征在于，所述第一弯管轮中，所述凹面长方体的顶面和底面分别开设有键槽(3)，键槽(3)沿轴孔径向开设并与轴孔连通，用于与弯管机转轴上导向销配合实现对第一弯管轮的定位，使得第一弯管轮随着转轴转动。

4.如权利要求1所述的管件弯制工装，其特征在于，所述第二弯管轮中，凹面长方体为一面为凹面的长方体，凹面的圆弧半径与圆柱半径相等，使圆柱与凹面相贴合，圆柱的直径等于凹面长方体的长度。

5.如权利要求1所述的管件弯制工装，其特征在于，所述第二弯管轮中，凹面长方体的底面开设有键槽(30)，键槽(30)沿轴孔径向开设并与轴孔连通，用于与弯管机转轴上导向销配合实现对第二弯管轮的定位，使得第二弯管轮随着转轴转动。

6.如权利要求1所述的管件弯制工装，其特征在于，所述夹紧块包括安装部和夹持部，安装部用于与弯管机的夹持机构连接，夹持部上开设有凹弧夹槽，凹弧夹槽的半径与待弯制弯管的半径一致。