CN111842578A - 一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，包括：S1.利用柔性轧制技术将等厚板轧制成预设的具有连续变厚度结构的轧制差厚板(TRB)，并切割成所需TRB板，在TRB板上形成预设的变厚度区域；S2.将TRB板经卷圆和激光焊得到截面为偏心圆环状的TRB管坯；S3.将TRB管坯进行有芯弯曲形成最终的弯管制件。本发明利用柔性轧制技术将等厚板轧制成预设的具有连续变厚度结构的轧制差厚板，再通过卷圆或者钢管挤压机挤压等其他方式得到截面为偏心圆环状的TRB管坯3，实现弯曲前管坯材料的有效分布，以抵消和补充弯曲过程中壁厚的变化，弯曲过程中外侧壁厚减薄进行事先的反向补偿、内侧壁厚增加进行事先的修正，达到最终成形的弯管件壁厚均匀。

Description

一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法
技术领域
本发明涉及弯管成型结构技术领域，具体涉及一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法。
背景技术
管坯经过弯曲成形工艺成为弯管件1(图1所示)，因其独特的中空结构，不仅能作为输送物料的载体，还可以用作散热零部件，同时具备强韧化、轻量化和低耗高效等优点，因此，管形件应用遍及汽车、船舶、航空航天以及化工等领域。
现有技术的弯管，在弯曲成形过程中，外凸侧管壁受切向拉应力壁厚减薄，内凹侧管壁在切向压应力作用下增厚，导致最后成型得到的弯管1’壁厚不均匀(图2所示)，影响弯管的使用性能。为了使壁厚最薄外的强度能达到使用要求，不得不加厚管坯的壁厚，使得弯管件的重量增加，不能充分有效地利用材料的强度余量。因此，对弯曲前坯料厚度的分布进行研究，以使弯曲后管壁的厚度均匀，提高弯管的成形质量，有着重要的意义。
因此，为解决以上问题，需要一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，在充分分析管坯弯曲成型的变形规律后，利用管坯弯曲过程中内侧的挤压变形和外侧的拉伸变形，使成型后的弯管周向壁厚均匀。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，利用柔性轧制技术将等厚板轧制成预设的具有连续变厚度结构的轧制差厚板，再通过卷圆或者钢管挤压机挤压等其他方式得到截面为偏心圆环状的TRB管坯，实现弯曲前管坯材料的有效分布，以抵消和补充弯曲过程中壁厚的变化，弯曲过程中外侧壁厚减薄进行事先的反向补偿、内侧壁厚增加进行事先的修正，达到最终成形的弯管件壁厚均匀。
本发明的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，包括以下步骤：
S1.利用柔性轧制技术将等厚板轧制成预设的具有连续变厚度结构的轧制差厚板(TRB)，并切割成所需TRB板，在TRB板上形成预设的变厚度区域；
其中，轧制的TRB板在纵向上，有板最厚区、板最薄区和板变厚区，板变厚区的厚度变化为连续变化；
S2.将TRB板经卷圆和激光焊得到截面为偏心圆环状的TRB管坯；
S3.将TRB管坯进行有芯弯曲形成最终的弯管制件。
进一步，S1中轧制所得的TRB板沿纵向中线两侧厚度成对称变化。
进一步，S3中的管坯有芯弯曲过程中还需要多组模具约束辅助成型，包括夹紧模、弯曲模及压力模，其中弯曲模用于提供TRB管坯的弯曲半径，所述弯曲模上固定一弯模镶块，所述弯模镶块与夹紧模相对设置用于夹紧TRB管坯的弯曲起始位置，所述压力模用于夹紧TRB管坯的弯曲终点位置并给TRB管坯施加产生弯曲形变的力，偏心TRB管的弯曲成形是在多模具相互约束的条件下完成，其中em为芯轴伸出量，R为弯曲半径，θ为弯曲角度，ω为弯曲模旋转角速度，即为弯曲速度。弯曲开始前，偏心TRB管坯通过夹紧模作用固定在弯模镶块上，弯模镶块与弯曲模固定连接。当弯曲模开始转动时带动弯模镶块与夹紧模同步进行旋转运动，给管坯提供一个顺时针转矩，进而带动管坯发生旋转。压力模此时通过限制管坯末端的旋转运动，利用反作用力为管坯施加一个逆时针方向的转矩，两个力矩共同作用使管坯发生弯曲形变。为防止管坯弯曲内侧出现起皱等成形缺陷，获得成形质量较高的弯曲管件，采用有芯弯曲成形，通过芯轴对管坯内壁的支撑作用以减小弯曲过程中的截面畸变。
进一步，S3中的管坯有芯弯曲过程中采用的芯轴为球窝式柔性芯轴，所述球窝式柔性芯轴包括若干个依次连接且相互之间可以自由摆动的柔性单元，所述柔性单元为类圆柱结构且两相邻柔性单元之间通过球头球孔连接，两柔性单元之间保持间隙且可以周向转动及径向摆动，弯曲芯轴选用球窝式柔性芯轴，其中dm为芯轴直径，bm为球头宽度，tm为球头间隙。
进一步，所述柔性单元一端面设置固定球头，另一端面上开设球孔。
进一步，所述球头及球孔设置于所述柔性单元的中心线上。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，利用柔性轧制技术将等厚板轧制成预设的具有连续变厚度结构的轧制差厚板，再通过卷圆或者钢管挤压机挤压等其他方式得到截面为偏心圆环状的TRB管坯，实现弯曲前管坯材料的有效分布，以抵消和补充弯曲过程中壁厚的变化，弯曲过程中外侧壁厚减薄进行事先的反向补偿、内侧壁厚增加进行事先的修正，达到最终成形的弯管件壁厚均匀。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为弯管件结构示意图；
图2为壁厚不均匀的弯管结构示意图；
图3为本发明的TRB板结构示意图；
图4为本发明的TRB管坯结构示意图；
图5为图4的横截面示意图；
图6为有芯弯曲TRB管坯时的状态图；
图7为球窝式柔性芯轴结构示意图；
图8为本发明得到的弯管制件结构示意图。
具体实施方式
图1为弯管件结构示意图，图2为壁厚不均匀的弯管结构示意图，图3为本发明的TRB板结构示意图，图4为本发明的TRB管坯结构示意图，图5为图4的横截面示意图，图6为有芯弯曲TRB管坯时的状态图，图7为球窝式柔性芯轴结构示意图，图8为本发明得到的弯管制件结构示意图，如图所示，本实施例中的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法包括以下步骤：
S1.利用柔性轧制技术将等厚板轧制成预设的具有连续变厚度结构的轧制差厚板(TRB)，并切割成所需TRB板2，在TRB板2上形成预设的变厚度区域；
其中，轧制的TRB板2在纵向上，有板最厚区21、板最薄区22和板变厚区23，板变厚区23的厚度变化为连续变化；
S2.将TRB板2经卷圆和激光焊得到截面为偏心圆环状的TRB管坯3；
S3.将TRB管坯3进行有芯弯曲形成最终的弯管制件。
本实施例中，S1中轧制所得的TRB板沿纵向中线两侧厚度成对称变化。
本实施例中，S3中的管坯3有芯弯曲过程中还需要多组模具约束辅助成型，包括夹紧模41、弯曲模4及压力模42，其中弯曲模4用于提供TRB管坯3的弯曲半径，所述弯曲模4上固定一弯模镶块43，所述弯模镶块43与夹紧模41相对设置用于夹紧TRB管坯3的弯曲起始位置，所述压力模42用于夹紧TRB管坯3的弯曲终点位置并给TRB管坯3施加产生弯曲形变的力，偏心TRB管坯3的弯曲成形是在多模具相互约束的条件下完成，其有芯弯曲成形简化模型如图6所示，其中em为芯轴5伸出量，R为弯曲半径，θ为弯曲角度，ω为弯曲模4旋转角速度，即为弯曲速度。弯曲开始前，偏心TRB管坯3通过夹紧模41作用固定在弯模镶块43上，弯模镶块43与弯曲模4固定连接。当弯曲模4开始转动时带动弯模镶块43与夹紧模41同步进行旋转运动，给管坯3提供一个顺时针转矩，进而带动管坯3发生旋转。压力模42此时通过限制管坯3末端的旋转运动，利用反作用力为管坯3施加一个逆时针方向的转矩，两个力矩共同作用使管坯3发生弯曲形变。为防止管坯3弯曲内侧出现起皱等成形缺陷，获得成形质量较高的弯曲管件6，采用有芯弯曲成形，通过芯轴5对管坯3内壁的支撑作用以减小弯曲过程中的截面畸变。
本实施例中，S3中的管坯3有芯弯曲过程中采用的芯轴5为球窝式柔性芯轴5，所述球窝式柔性芯轴5包括若干个依次连接且相互之间可以自由摆动的柔性单元51，所述柔性单元51为类圆柱结构且两相邻柔性单元51之间通过球头511球孔512连接，两柔性单元51之间保持间隙且可以周向转动及径向摆动，弯曲芯轴5选用球窝式柔性芯轴5，其结构如图7所示，其中dm为芯轴5直径，bm为球头511宽度，tm为球头511间隙。
本实施例中，所述柔性单元51一端面设置固定球头511，另一端面上开设球孔512。
本实施例中，所述球头511及球孔512设置于所述柔性单元51的中心线上。
本发明公开的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，利用柔性轧制技术将等厚板轧制成预设的具有连续变厚度结构的轧制差厚板，再通过卷圆或者钢管挤压机挤压等其他方式得到截面为偏心圆环状的TRB管坯3，实现弯曲前管坯材料的有效分布，以抵消和补充弯曲过程中壁厚的变化，弯曲过程中外侧壁厚减薄进行事先的反向补偿、内侧壁厚增加进行事先的修正，达到最终成形的弯管件壁厚均匀。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.利用柔性轧制技术将等厚板轧制成预设的具有连续变厚度结构的轧制差厚板(TRB)，并切割成所需TRB板，在TRB板上形成预设的变厚度区域；
其中，轧制的TRB板在纵向上，有板最厚区、板最薄区和板变厚区，板变厚区的厚度变化为连续变化；
S2.将TRB板经卷圆和激光焊得到截面为偏心圆环状的TRB管坯；
S3.将TRB管坯进行有芯弯曲形成最终的弯管制件。
2.根据权利要求1所述的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，其特征在于：S1中轧制所得的TRB板沿纵向中线两侧厚度成对称变化。
3.根据权利要求1所述的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，其特征在于：S3中的管坯有芯弯曲过程中还需要多组模具约束辅助成型，包括夹紧模、弯曲模及压力模，其中弯曲模用于提供TRB管坯的弯曲半径，所述弯曲模上固定一弯模镶块，所述弯模镶块与夹紧模相对设置用于夹紧TRB管坯的弯曲起始位置，所述压力模用于夹紧TRB管坯的弯曲终点位置并给TRB管坯施加产生弯曲形变的力。
4.根据权利要求3所述的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，其特征在于：S3中的管坯有芯弯曲过程中采用的芯轴为球窝式柔性芯轴，所述球窝式柔性芯轴包括若干个依次连接且相互之间可以自由摆动的柔性单元，所述柔性单元为类圆柱结构且两相邻柔性单元之间通过球头球孔连接，两柔性单元之间保持间隙且可以周向转动及径向摆动。
5.根据权利要求4所述的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，其特征在于：所述柔性单元一端面设置固定球头，另一端面上开设球孔。
6.根据权利要求5所述的一种保证壁厚均匀的弯管结构成型方法，其特征在于：所述球头及球孔设置于所述柔性单元的中心线上。
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