CN109807209A - 一种型材或管材的弯曲设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于型材或管材领域，具体来说是一种型材或管材的弯曲设备和方法。该设备的加载单元，用于将外围设备提供的弯曲成形力F施加到柔性填料单元上；轴向套，沿着具有型腔的型材或管材坯料进给方向放置在加载单元下游，具有与型材或管材坯料外轮廓相同形状的通孔，用于抱紧型材或管材；弯曲套，沿着具有型腔的型材或管材坯料进给方向放置在轴向套下游，具有与型材或管材弯曲成形件外轮廓相同形状的通孔，用于抱紧和约束型材或管材，使其发生弯曲变形。本发明设备和工艺柔性大，用柔性填料代替现有的刚性芯棒，从而对不同口径的管材无需加工不同尺寸规格的刚性芯棒，通过改变一组弯曲套的空间排布，可以实现不同曲线形状的弯曲件的加工。

Description

一种型材或管材的弯曲设备和方法

技术领域

本发明属于型材或管材领域，具体来说是一种型材或管材的弯曲设备和方法。

背景技术

根据变形过程中工件的受力特点，具有型腔的型材，例如：管材的弯曲工艺主要有绕弯、压弯、拉弯、滚弯、推弯等。具有型腔的型材，例如：管材弯曲工艺的技术问题主要包括弯曲内侧轴向压缩变形导致的失稳起皱、弯曲外侧轴向拉伸变形导致的壁厚减薄甚至破裂、横截面形状畸变以及弯曲变形后的回弹。相对于普通壁厚的管材，上述技术难题在薄壁管弯曲变形中表现的更为突出。

此外，具有型腔的型材，例如管材弯曲变形需要考虑工艺和设备的柔性。工艺和设备能够适应不同材料、不同尺寸、不同弯曲曲线形状的管材弯曲变形。

弯曲设备上，现有技术主要为US 7,878,037。弯曲工艺上，现有技术主要为US 5,111,675。两者存在的技术问题：弯曲变形过程中，具有型腔的型材，例如管材型腔内部采用刚性芯棒支撑，以避免起皱和横截面形状畸变。此时，外围弯曲设备提供的弯曲成形力直接作用在型材或管材上而非芯棒上，导致此种工艺和设备无法实现薄壁管，尤其是相对壁厚(管材壁厚与外径的比值)小于0.03mm的超薄壁型材或管材弯曲变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种型材或管材的弯曲设备和方法，采用柔性填料充满型材或管材的型腔，外围弯曲设备提供的弯曲成形力直接作用在柔性填料上，柔性填料将弯曲成形力传递到薄壁型材或管材上，完成薄壁型材或管材的弯曲变形。

本发明的技术方案是：

一种型材或管材的弯曲设备，该设备包括：柔性填料单元、加载单元、轴向套和弯曲套，具体结构如下：

加载单元，用于将外围设备提供的弯曲成形力F施加到柔性填料单元上；轴向套，沿着具有型腔的型材或管材坯料进给方向放置在加载单元下游，具有与型材或管材坯料外轮廓相同形状的通孔，用于抱紧型材或管材；弯曲套，沿着具有型腔的型材或管材坯料进给方向放置在轴向套下游，具有与型材或管材弯曲成形件外轮廓相同形状的通孔，用于抱紧和约束型材或管材，使其发生弯曲变形。

所述的型材或管材的弯曲设备，轴向套和弯曲套分别是一个或一组。

所述的型材或管材的弯曲设备，轴向套和弯曲套固定在外围设备上，通过外围设备控制轴向套和弯曲套的位置和空间排布。

所述的型材或管材的弯曲设备，该设备用于具有型腔的薄壁型材或管材的弯曲变形，包括但不限于柔性填料单元充满型材或管材的型腔，柔性填料单元充满型材或管材的型腔，型材或管材的型腔的横截面是闭合的曲线或不闭合的曲线。

所述的型材或管材的弯曲设备，柔性填料单元是柔性介质，包括但不局限于颗粒、液体或气体。

一种型材或管材的弯曲方法，将充满柔性填料单元的型材或管材沿Z轴方向放置于加载单元和轴向套之间，加载单元的一端固定在外围设备上，外围设备将直线运动的弯曲成形力F传递给加载单元，加载单元的另一端伸入型材或管材的型腔中，并与柔性填料单元接触，并将柔性填料单元压实；在柔性填料单元提供给型材或管材的进给力的作用下，型材或管材沿Z轴方向进入到轴向套的通孔中；通过控制轴向套的通孔与型材或管材之间的间隙和润滑，控制轴向套对型材或管材的抱紧力，进而影响柔性填料单元被压缩的程度、型材或管材的型腔内表面的内压力、进给力；弯曲套的通孔组成一个给定曲线形状的弯曲型腔，约束型材或管材发生弯曲变形。

所述的型材或管材的弯曲方法，弯曲套沿型材或管材轴向无缝隙密集排列或有缝隙排列。

所述的型材或管材的弯曲方法，外围设备带动加载单元发生直线运动，将弯曲成形力F施加到柔性填料单元的一端上，柔性填料单元的另一端与型材或管材固定在一起；在弯曲成形力F的作用下，柔性填料单元被压缩；被压缩的柔性填料单元将弯曲成形力F一部分传递到与型材或管材固定在一起的柔性填料单元的另一端，作为带动型材或管材发生Z轴方向运动的进给力。

所述的型材或管材的弯曲方法，为了保证加载单元的另一端能顺利插入型材或管材的型腔中，加载单元的另一端的外轮廓形状应与型材或管材的型腔轮廓形状相同，加载单元的外径尺寸小于型材或管材的型腔内径尺寸，加载单元与型材或管材型腔二者的间隙使受压缩的柔性填料单元不发生泄漏；轴向套的通孔具有与型材或管材外轮廓相同的形状，轴向套的通孔内径尺寸大于型材或管材外径尺寸。

所述的型材或管材的弯曲方法，如果采用颗粒物质作为柔性填料单元，当型材或管材的坯料较短时，这部分进给力较大，较长时这部分进给力较小，被压缩的柔性填料单元将弯曲成形力F的另一部分传递给型材或管材的型腔内表面，进而分解为作用在型材或管材的型腔内表面的内压力和沿Z轴方向的进给力；如果采用颗粒物质作为柔性填料单元，当型材或管材的坯料较短时，这部分进给力较小，较长时这部分进给力较大。

本发明的优点及有益效果是：

1、现有技术的进给力直接施加在型材或管材上，型腔内部支撑力通过刚性芯棒直接施加在型材或管材上，无法实现薄壁型材或管件，尤其是相对壁厚(管材壁厚与外径的比值)小于0.03mm的超薄壁型材或管材弯曲变形。由于通过柔性填料来产生型材或管材的进给力和型腔内部支撑力，实现薄壁型材或管件，尤其是相对壁厚(管材壁厚与外径的比值)小于0.03的超薄壁型材或管材弯曲变形，制备此类弯曲件。

2、本发明设备和工艺柔性大，例如：用柔性填料代替现有的刚性芯棒，从而对不同口径的管材无需加工不同尺寸规格的刚性芯棒，通过改变一组弯曲套的空间排布，可以实现不同曲线形状的弯曲件的加工。

附图说明

图1为本发明型材或管材的弯曲设备示意图。图中，1—型材或管材；2—柔性填料单元；3—加载单元；F—弯曲成形力；4—轴向套；5—弯曲套。

图2为不同外径、壁厚、弯曲半径的管材弯曲件示意图。其中，(a)弯管外径Φ30±0.06mm，壁厚0.3±0.03mm，弯曲半径R90mm；(b)弯管外径Φ30±0.06mm，壁厚0.3±0.03mm，弯曲半径R90mm，弯管外径Φ70±0.14mm，壁厚0.7±0.07mm，弯曲半径R105mm；(c)弯管外径Φ120±0.03mm，壁厚1.5±0.15mm，弯曲半径R184mm。

具体实施方式

在具体实施过程中，如图1所示，本发明型材或管材的弯曲设备和方法，主要用于具有型腔的型材或管材1，特别是薄壁型材或管材的弯曲变形，该设备和方法包括但不限于柔性填料单元2充满型材或管材的型腔。型材或管材的弯曲设备主要包括：柔性填料单元2、加载单元3、轴向套4和弯曲套5等，具体结构如下：

加载单元3，用于将外围设备提供的弯曲成形力F施加到柔性填料单元2上；轴向套4，沿着具有型腔的型材或管材1坯料进给方向放置在加载单元3下游，具有与型材或管材1坯料外轮廓相同形状的通孔，用于抱紧型材或管材1；弯曲套5，沿着具有型腔的型材或管材1坯料进给方向放置在轴向套4下游，具有与型材或管材1弯曲成形件外轮廓相同形状的通孔，用于抱紧和约束型材或管材1，使其发生弯曲变形。其中，轴向套和弯曲套分别可以是一个或一组。

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例

本发明的一个具体实例给出设备和方法完成具有型腔的型材，特别是薄壁型材或管材弯曲变形的过程。

如图1所示，柔性填料单元2充满型材或管材1的型腔，型材或管材1的型腔的横截面可以是闭合的曲线，也可以是不闭合的曲线。对于型材或管材1的型腔的横截面是不闭合曲线的情况，需要采取手段使其闭合。柔性填料单元2可以是但不局限于颗粒、液体或气体等柔性介质。

将充满柔性填料单元2的型材或管材1沿Z轴方向放置于加载单元3和轴向套4之间。加载单元3的一端固定在外围设备上，外围设备可以但不局限于通过传动丝杠或液压缸将直线运动的弯曲成形力F传递给加载单元3。加载单元3的另一端伸入型材或管材1的型腔中，并与柔性填料单元2接触，并将柔性填料单元2压实。为了保证加载单元3的另一端能顺利插入型材或管材1的型腔中，加载单元3的另一端的外轮廓形状应与型材或管材1的型腔轮廓形状相同，但尺寸略小，二者的间隙应不使受压缩的柔性填料单元2发生泄漏。

外围设备带动加载单元3发生直线运动，将弯曲成形力F施加到柔性填料单元2的一端上，柔性填料单元2的另一端与型材或管材1固定在一起。在弯曲成形力F的作用下，柔性填料单元2被压缩。被压缩的柔性填料单元2将弯曲成形力F一部分传递到与型材或管材1固定在一起的柔性填料单元2的另一端，作为带动型材或管材1发生Z轴方向运动的进给力。如果采用颗粒物质(液体或气体无此效果)作为柔性填料单元2，当型材或管材1的坯料很短时，这部分进给力很大，较长时这部分进给力很小。被压缩的柔性填料单元2将弯曲成形力F的另一部分传递给型材或管材1的型腔内表面，进而分解为作用在型材或管材1的型腔内表面的内压力和沿Z轴方向的进给力。如果采用颗粒物质(液体或气体无此效果)作为柔性填料单元2，当型材或管材1的坯料很短时，这部分进给力很小，较长时这部分进给力很大。

在柔性填料单元2提供给型材或管材1的进给力的作用下，型材或管材1沿Z轴方向进入到轴向套4的通孔中。轴向套4的通孔具有与型材或管材1外轮廓相同的形状，但尺寸略大。通过控制轴向套4的通孔与型材或管材1之间的间隙和润滑，可以控制轴向套4对型材或管材1的抱紧力，进而影响柔性填料单元2被压缩的程度、型材或管材1的型腔内表面的内压力、进给力。轴向套4可以是一个或一组。

在柔性填料单元2提供给型材或管材1的进给力的作用下，型材或管材1沿Z轴方向通过轴向套4的通孔后，进入到弯曲套5中。弯曲套5可以是一个或一组，其通孔具有与型材或管材1外轮廓相同的形状，但尺寸略大。通过控制弯曲套5的通孔与型材或管材1之间的间隙和润滑，可以控制弯曲套5对型材或管材1的抱紧力，进而影响柔性填料单元2被压缩的程度、型材或管材1的型腔内表面的内压力、进给力。最一般的情况，一组弯曲套5沿型材或管材1轴向无缝隙密集排列，此时这组弯曲套5的通孔组成一个给定曲线形状的弯曲型腔，约束型材或管材1发生弯曲变形。实际上，这组弯曲套5无需无缝隙密集排列也能满足功能要求。一组弯曲套5的通孔的轴线组成的空间曲线形状是预先给定的，型材或管材1的最终弯曲件的形状。

轴向套4和弯曲套5都需要固定在外围设备上，通过外围设备控制轴向套4和弯曲套5的位置和空间排布。

如图2(a)-(c)所示为应用本发明设备和方法制备的特薄壁管材弯曲成形件。其中，图2(a)弯管外径Φ30±0.06mm，壁厚0.3±0.03mm，弯曲半径R90mm；图2(b)弯管外径Φ30±0.06mm，壁厚0.3±0.03mm，弯曲半径R90mm，弯管外径Φ70±0.14mm，壁厚0.7±0.07mm，弯曲半径R105mm；图2(c)弯管外径Φ120±0.03mm，壁厚1.5±0.15mm，弯曲半径R184mm。

实施例结果表明，应用本发明设备和方法制备的特薄壁管材弯曲成形件很好的克服了外侧壁拉裂、内侧壁起皱、横截面椭圆形畸变(成形件外径尺寸公差≤20％*壁厚)、壁厚不均(成形件壁厚公差≤10％*壁厚)等特薄壁管材弯曲成形缺陷。弯曲成形件加工精度达到并超过了后续的管路中弯管与直管焊接的工艺要求。

Claims (10)

1.一种型材或管材的弯曲设备，其特征在于，该设备包括：柔性填料单元、加载单元、轴向套和弯曲套，具体结构如下：

加载单元，用于将外围设备提供的弯曲成形力F施加到柔性填料单元上；轴向套，沿着具有型腔的型材或管材坯料进给方向放置在加载单元下游，具有与型材或管材坯料外轮廓相同形状的通孔，用于抱紧型材或管材；弯曲套，沿着具有型腔的型材或管材坯料进给方向放置在轴向套下游，具有与型材或管材弯曲成形件外轮廓相同形状的通孔，用于抱紧和约束型材或管材，使其发生弯曲变形。

2.按照权利要求1所述的型材或管材的弯曲设备，其特征在于，轴向套和弯曲套分别是一个或一组。

3.按照权利要求1所述的型材或管材的弯曲设备，其特征在于，轴向套和弯曲套固定在外围设备上，通过外围设备控制轴向套和弯曲套的位置和空间排布。

4.按照权利要求1所述的型材或管材的弯曲设备，其特征在于，该设备用于具有型腔的薄壁型材或管材的弯曲变形，包括但不限于柔性填料单元充满型材或管材的型腔，柔性填料单元充满型材或管材的型腔，型材或管材的型腔的横截面是闭合的曲线或不闭合的曲线。

5.按照权利要求1或4所述的型材或管材的弯曲设备，其特征在于，柔性填料单元是柔性介质，包括但不局限于颗粒、液体或气体。

6.一种使用权利要求1至5所述设备的型材或管材的弯曲方法，其特征在于，将充满柔性填料单元的型材或管材沿Z轴方向放置于加载单元和轴向套之间，加载单元的一端固定在外围设备上，外围设备将直线运动的弯曲成形力F传递给加载单元，加载单元的另一端伸入型材或管材的型腔中，并与柔性填料单元接触，并将柔性填料单元压实；在柔性填料单元提供给型材或管材的进给力的作用下，型材或管材沿Z轴方向进入到轴向套的通孔中；通过控制轴向套的通孔与型材或管材之间的间隙和润滑，控制轴向套对型材或管材的抱紧力，进而影响柔性填料单元被压缩的程度、型材或管材的型腔内表面的内压力、进给力；弯曲套的通孔组成一个给定曲线形状的弯曲型腔，约束型材或管材发生弯曲变形。

7.按照权利要求6所述的型材或管材的弯曲方法，其特征在于，弯曲套沿型材或管材轴向无缝隙密集排列或有缝隙排列。

8.按照权利要求6所述的型材或管材的弯曲方法，其特征在于，外围设备带动加载单元发生直线运动，将弯曲成形力F施加到柔性填料单元的一端上，柔性填料单元的另一端与型材或管材固定在一起；在弯曲成形力F的作用下，柔性填料单元被压缩；被压缩的柔性填料单元将弯曲成形力F一部分传递到与型材或管材固定在一起的柔性填料单元的另一端，作为带动型材或管材发生Z轴方向运动的进给力。

9.按照权利要求6所述的型材或管材的弯曲方法，其特征在于，为了保证加载单元的另一端能顺利插入型材或管材的型腔中，加载单元的另一端的外轮廓形状应与型材或管材的型腔轮廓形状相同，加载单元的外径尺寸小于型材或管材的型腔内径尺寸，加载单元与型材或管材型腔二者的间隙使受压缩的柔性填料单元不发生泄漏；轴向套的通孔具有与型材或管材外轮廓相同的形状，轴向套的通孔内径尺寸大于型材或管材外径尺寸。

10.按照权利要求6所述的型材或管材的弯曲方法，其特征在于，如果采用颗粒物质作为柔性填料单元，当型材或管材的坯料较短时，这部分进给力较大，较长时这部分进给力较小，被压缩的柔性填料单元将弯曲成形力F的另一部分传递给型材或管材的型腔内表面，进而分解为作用在型材或管材的型腔内表面的内压力和沿Z轴方向的进给力；如果采用颗粒物质作为柔性填料单元，当型材或管材的坯料较短时，这部分进给力较小，较长时这部分进给力较大。