CN112091048A - 两端带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管及其液压成形装置和成形方法 - Google Patents

两端带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管及其液压成形装置和成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种两端带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管及其液压成形装置和成形方法，属于薄壁管材弯管技术领域。该弯管成形工艺流程为：准备直管坯‑数控弯管‑弯管坯放入模具并合模‑推头进给‑充液加压‑取管‑切割。该方法同时具有数控弯管和液压成形弯管的优势，对于两段具有长直段、小弯曲半径的弯管具有良好的成形效果。液压成形工序的模具采用带有阻尼筋的镶块结构，避免了传统方法成形两端带直段的小弯曲半径管所产生的外侧破裂和内侧起皱的问题。该方法流程简单，效率高，所生产的零件减薄率低。

Description

两端带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管及其液压成形装置 和成形方法
技术领域
本发明涉及薄壁管材弯管技术领域，具体涉及一种两端带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置和成形方法。
背景技术
弯管成形普遍采用数控弯管、球推弯管、充液弯管和半壳拉深后拼焊等工艺方法。数控弯管工艺弯曲半径R一般都在
Figure BDA0002657810230000011
(
Figure BDA0002657810230000012
为管径)，当弯曲半径
Figure BDA0002657810230000017
时，数控弯管效率低，零件可靠性差，弯头内壁有划伤，口部易椭圆，弯曲半径
Figure BDA0002657810230000016
时，不能弯曲。球推弯管工艺效率低，可靠性差，虽然可以成形弯曲半径
Figure BDA0002657810230000014
的弯管，但是不能成形两端带有20mm以上直段的弯管，弯曲半径
Figure BDA0002657810230000013
且管壁厚度低于1.5mm时内侧易起皱。充液弯管工艺虽然可以成形弯曲半径
Figure BDA0002657810230000015
的弯管，但是模具会随着弯管两端直段长度的增加而增加，外R的减薄也随之增加，会出现起皱、屈曲、破裂等缺陷。半壳拉深加拼焊的弯管工艺采用分体制造的方法，先使用板料成形弯管的一半，然后焊接成形，该方法效率低，零件尺寸精度和可靠性差。
发明内容
为克服成形薄壁弯管时存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种两端带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置和成形方法，该成形装置和成形方法兼具数控弯管和液压成形弯管工艺的优势，对于两端具有长直段、小弯曲半径的弯管具有良好的成形效果。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管，所述弯管产品两端均具有超过20mm的直段，弯管外径≥95mm，0.8mm≤弯管壁厚≤2mm，0.5倍的弯管直径≤弯管的弯曲半径≤弯管直径；弯管的弯曲角度为90°～170°。
所述弯管产品两端直段长度相等或不相等，所述弯管可以只有一个弯，也可以有多个弯。
用于所述带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置，包括上模具、下模具、上固定板、下固定板、带有阻尼筋的镶块、左推头和右推头；其中：所述上模具和下模具的内表面分别开设内凹槽，合模后两个内凹槽形成模具型腔，型腔内放置弯管坯；所述型腔周向对应于弯管产品两端直段的位置均设有带有阻尼筋的镶块，所述带有阻尼筋的镶块用于对型腔中放置的弯管坯实施固定；所述上固定板和下固定板分别设于上模具的上方和下模具的下方；所述左推头和右推头与型腔中放置的弯管坯的两个端部分别对接，用于向弯管坯的两个端部施加轴向压力同时实现对型腔的密封。
所述型腔的结构与所需成形弯管产品形状相适应，型腔两端口为开放式结构；所述弯管坯放入型腔并合模后，弯管坯的两端到型腔两端口的距离为1-2cm。
所述左推头和右推头分别伸入型腔两端口并与型腔中放置的弯管坯的两个端部相接，所述左推头和右推头的直径与型腔两端口的内径相等，从而使得伸入型腔两端口的部分与端口处的内表面能够紧密接触，实现对型腔的密封。
所述带有阻尼筋的镶块包括设置在上下模具上的左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块，左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块均设有内凹面，上下模具合模后，上下模具上的左阻尼筋镶块的内凹面配合夹持弯管坯的一端直段，上下模具上的右阻尼筋镶块的内凹面配合夹持弯管坯的另一端直段。
所述左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块的内凹面上均设置2-4个阻尼筋，所述阻尼筋为长方形、正方形、圆形、椭圆形或菱形凸起；所述凸起的高度为1mm-5mm。
所述左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块的内凹面的形状与弯管坯外径相适应；阻尼筋的形状、数量、分布位置可根据管坯材料、弯曲半径等因素设计。
利用所述液压成形装置进行的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的成形方法，流程依次为：准备直管坯-数控弯管-弯管坯放入模具并合模-推头进给-充液加压-取管-切割，具体包括如下步骤：
(1)准备直管坯：直管坯外径要小于弯管成品的外径，直管坯壁厚要大于等于弯管成品的壁厚，直管坯为有缝管或无缝管；
(2)数控弯管：直管坯经数控弯管后，形成弯管坯；成形弯管坯需要调整弯曲半径、弯曲角度等弯管工艺参数，以保证弯管坯能够顺利放入液压成形模具之中；
(3)放入模具并合模：将步骤(2)所得弯管坯放入液压成形装置的下模中，上模具向下移动，与下模具完全闭合，通过上下模具上的带阻尼筋的镶块对弯管坯两端直段的挤压作用，将弯管坯夹紧于上下模具之间；
(4)推头进给：左推头和右推头分别沿弯管两端直段的轴线向模具内部方向运动，将弯管坯两端夹持于模具和推头之间，实现弯管坯两端的密封作用；
(5)充液加压：对模具施加合模力，使得上下模具紧密贴合，对推头施加的轴向力，使得弯管坯两端和模具紧密贴合，这样弯管坯内部形成了一个密闭空间；液压系统通过推头内的进液通道向弯管坯内部充液，并逐渐提高液体压力，使弯管坯在液体压力的作用下逐渐变形并贴模，形成液压成形管坯；
(6)开模取管：开模后，将液压成形管坯取出；
(7)切割：将液压成形管坯两端无用的部分切割，剩余中间部分即为最终弯管产品。
上述步骤(2)中，弯管坯的弯曲半径R为：1.1D≤弯管坯弯曲半径R≤1.5D，D为弯管坯外径；弯管坯的胀幅为10-23％，所述弯管坯的胀幅＝(弯管产品外径-弯管坯外径)/弯管坯外径；胀幅低于10％容易起皱，胀幅超过23％外R破裂。
上述步骤(3)中，将弯管坯放入液压成形装置的下模中时，使弯管坯的内R与模具型腔内R(模具型腔内R是指弯管成品内R对应的模具型腔内的位置)相接触为最佳状态，满足弯管坯不能露出模具型腔外的前提下尽可能的让弯曲半径R越大越好。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明成形过程中，上模向下移动，与下模完全闭合，由于上下模均设有带阻尼筋的镶块，通过上下模具的带阻尼筋的镶块对弯管坯两端的挤压作用，将弯管坯夹紧于上下模具之间，实现固定。
2、本发明液压成形工序的模具采用带有阻尼筋的镶块结构，镶块上的阻尼筋高度设计为1mm-5mm，成形时如不采用阻尼筋、或者阻尼筋的高度过高或过低均会导致弯管产品出现起皱。
3、本发明在成形过程中，毛坯弯管的弯曲半径R为：1.1D≤弯曲半径R≤1.5D，D为毛坯弯管外径；将弯管坯放置于模具型腔中时，应使毛坯管内R与模具型腔内R刚刚接触，为最佳状态，满足毛坯管不能露出模具型腔外的前提下尽可能的让弯曲半径R越大越好。
4、本发明中，毛坯管胀幅为10-23％，胀幅高于23％弯管外R易破裂，胀幅低于10％则弯管内R易起皱。
5、本发明弯管成形方法流程简单，效率高，零件减薄率低；零件能够实现批量生产，成品率高。
附图说明
图1为弯管成品参数示意图；其中：
Figure BDA0002657810230000051
是弯管产品直径，R是弯管弯曲半径，α是弯管角度，L1和L2分别是两端直段长度，并定义了弯管内侧和外侧。
图2为下模具和推头。
图3为带圆形阻尼筋的镶块。
图4为带长方形阻尼筋的镶块。
图5为直管坯。
图6为弯管坯。
图7为弯管坯放入下模示意图。
图8为合模示意图。
图9为推头进给示意图。
图10为充液加压并开模后的示意图。
图11为液压成形后的管坯。
图12为切割后的终成形零件。
图13为两个弯的弯管坯。
图14为两个弯的弯管坯放入两个弯下模示意图。
图15为两个弯的弯管充液加压并开模后的示意图。
图16为实施例1成形的弯管产品。
图17为对比例1成形的弯管产品。
图18为对比例2成形的弯管产品。
图19为对比例3成形的弯管产品。
图中：1-下固定板，2-下模具，3-左阻尼筋镶块，4-右阻尼筋镶块，5-左推头，6-右推头，7-直管坯，8-弯管坯，9-上模具，10-上固定板，11-液压成形管坯，12-弯管成品。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详述本发明。
在数控弯管和液压成形弯管的基础之上，本发明提供一种成形两端带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的装置和方法。
如图1所示，本发明需成形弯管的两端均具有超过20mm的直段，弯管外径≥95mm，弯管壁厚为0.8～2mm，弯管产品的弯曲半径为弯管产品直径的0.5-1倍；弯管产品的弯曲角度为90°～170°。所述弯管产品两端直段长度相等或不相等，所述弯管可以只有一个弯，也可以有多个弯。
如图2-6所示，本发明用于成形带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置包括上模具9、下模具2、上固定板10、下固定板1、带有阻尼筋的镶块、左推头5和右推头6；其中：所述上模具和下模具的内表面分别开设内凹槽，合模后两个内凹槽形成模具型腔，型腔内放置弯管坯；所述型腔周向对应于弯管产品两端直段的位置均设有带有阻尼筋的镶块，所述带有阻尼筋的镶块用于对型腔中放置的弯管坯实施固定；所述上固定板和下固定板分别设于上模具的上方和下模具的下方；所述左推头和右推头与型腔中放置的弯管坯的两个端部分别对接，用于向弯管坯的两个端部施加轴向压力同时实现对型腔的密封。
所述型腔的结构与所需成形弯管产品形状相适应，型腔两端口为开放式结构。所述弯管坯放入型腔并合模后，弯管坯的两端到型腔两端口的距离为1-2cm。
所述左推头和右推头分别伸入型腔两端口并与型腔中放置的弯管坯的两个端部相接，所述左推头和右推头的直径与型腔两端口的内径相等，从而使得伸入型腔两端口的部分与端口处的内表面能够紧密接触，实现对型腔的密封。
所述带有阻尼筋的镶块包括设置在上下模具上的左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块，左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块均设有内凹面，上下模具合模后，上下模具上的左阻尼筋镶块的内凹面配合夹持弯管坯的一端直段，上下模具上的右阻尼筋镶块的内凹面配合夹持弯管坯的另一端直段。所述左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块的内凹面的尺寸与弯管坯外径相适应；所述左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块的内凹面上均设置2-4个阻尼筋，所述阻尼筋为长方形、正方形、圆形、椭圆形或菱形凸起，所述凸起高度1mm-5mm。阻尼筋的形状、数量、分布位置可根据管坯材料、弯曲半径等因素设计。
实施例1：
采用上述液压成形装置进行弯管的成形，过程如下：
1、选直管坯：如图5所示，直管坯7的外径要小于最终弯管12的外径，直管坯7壁厚要大于等于最终弯管12的壁厚，直管坯7可以是有缝管，也可以是无缝管。
2、数控弯管：如图6所示，直管坯7经数控弯管后，形成弯管坯8。
本实施例弯管坯的弯曲半径R＝1.2D，D为弯管坯外径，弯管坯胀幅为18％。
3、放入模具：如图7所示，弯管坯8放入液压成形模具，一般是下模2。弯管坯8放入时，使弯管坯内R与模具型腔内R刚刚接触；上下模具2均设有左阻尼筋镶块3和右阻尼筋镶块4，镶块上阻尼筋高度为3mm。
4、合模：如图8所示，上模向下运动，包括模具9和上固定板10以及两个带阻尼筋的镶块(在图中被遮挡因此未标出)，直至上模9和下模2完全闭合并向上模具9施加力F1，将弯管坯8夹紧于上下模具之间。
5、推头进给：如图9所示，推头5和推头6沿弯管两端直线段的轴线向模具内部方向运动，将弯管坯8的两端夹持于模具和推头之间，弯管坯8的左端夹持于模具2、模具9和推头5之间，弯管坯8的右端夹持于模具2、模具9和推头6之间，实现弯管坯8两端的密封作用。
6、充液加压：如图9所示，对模具9施加一定的合模力F2，使得上下模具紧密贴合，对推头5和推头6施加一定的轴向力F3和F4，使得弯管坯8两端和模具紧密贴合，这样弯管坯内部形成了一个密闭空间。液压系统通过推头内的通道向弯管坯8内部充液，并逐渐提高液体压力，弯管坯8在液体压力的作用下逐渐变形并贴模，形成液压成形管坯11。
7、开模取管：开模后如图10所示，将液压成形管坯11取出，如图11所示。
8、切割：将无用的液压成形管坯11两端切割，剩余中间部分即是最终弯管零件12，如图12所示。该弯管零件实物如图16所示，该弯管产品不存在外侧破裂和内侧起皱的问题。
实施例2：
与实施例1不同之处在于：弯管产品由一个弯变成了两个弯，多个弯以此类推。
1、选直管坯：如图5所示。
2、数控弯管：如图13所示。
3、放入模具：如图14所示。
4、合模：如图8所示。
5、推头进给：如图9所示。
6、充液加压：如图9所示。
7、开模取管：开模后如图15所示。
8、切割：可切成一个具有两个弯的弯头，或切成两个只有一个弯的弯头。
对比例1：
与实施例1不同之处在于：
弯管坯胀幅设计为8％，其他过程均与实施例1相同。
本例所成形的弯管产品实物如图17所示，可以看出，弯管内R处起皱。
对比例2：
与实施例1不同之处在于：
弯管坯胀幅设计为25％，其他过程均与实施例1相同。
本例所成形的弯管产品实物如图18所示，可以看出，弯管外R处出现破裂。
对比例3：
与实施例1不同之处在于：
所用液压成形装置中，镶块的阻尼筋高度设计为0.5mm，其他过程均与实施例1相同。
本例所成形的弯管产品实物如图19所示，可以看出，弯管内R处起皱。

Claims (10)

1.一种带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管，其特征在于：所述弯管产品两端均具有超过20mm的直段，弯管外径≥95mm，0.8mm≤弯管壁厚≤2mm，0.5倍的弯管直径≤弯管的弯曲半径≤弯管直径；弯管的弯曲角度为90°～170°。
2.根据权利要求1所述的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管，其特征在于：所述弯管产品两端直段长度相等或不相等，所述弯管可以只有一个弯，也可以有多个弯。
3.根据权利要求1所述的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置，其特征在于：该液压成形装置包括上模具、下模具、上固定板、下固定板、带有阻尼筋的镶块、左推头和右推头；其中：所述上模具和下模具的内表面分别开设内凹槽，合模后两个内凹槽形成模具型腔，型腔内放置弯管坯；所述型腔周向对应于弯管产品两端直段的位置均设有带有阻尼筋的镶块，所述带有阻尼筋的镶块用于对型腔中放置的弯管坯实施固定；所述上固定板和下固定板分别设于上模具的上方和下模具的下方；所述左推头和右推头与型腔中放置的弯管坯的两个端部分别对接，用于向弯管坯的两个端部施加轴向压力同时实现对型腔的密封。
4.根据权利要求3所述的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置，其特征在于：所述型腔的结构与所需成形弯管产品形状相适应，型腔两端口为开放式结构；所述弯管坯放入型腔并合模后，弯管坯的两端到型腔两端口的距离为1-2cm。
5.根据权利要求4所述的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置，其特征在于：所述左推头和右推头分别伸入型腔两端口并与型腔中放置的弯管坯的两个端部相接，所述左推头和右推头的直径与型腔两端口的内径相等，从而使得伸入型腔两端口的部分与端口处的内表面能够紧密接触，实现对型腔的密封。
6.根据权利要求3所述的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置，其特征在于：所述带有阻尼筋的镶块包括设置在上下模具上的左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块，左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块均设有内凹面，上下模具合模后，上下模具上的左阻尼筋镶块的内凹面配合夹持弯管坯的一端直段，上下模具上的右阻尼筋镶块的内凹面配合夹持弯管坯的另一端直段。
7.根据权利要求6所述的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的液压成形装置，其特征在于：所述左阻尼筋镶块和右阻尼筋镶块的内凹面上均设置2-4个阻尼筋，所述阻尼筋为长方形、正方形、圆形、椭圆形或菱形凸起；所述凸起的高度为1mm-5mm。
8.一种利用权利要求3-7任一所述液压成形装置进行的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的成形方法，其特征在于：该方法流程依次为：准备直管坯-数控弯管-弯管坯放入模具并合模-推头进给-充液加压-取管-切割，具体包括如下步骤：
(1)准备直管坯：直管坯外径要小于弯管成品的外径，直管坯壁厚要大于等于弯管成品的壁厚，直管坯为有缝管或无缝管；
(2)数控弯管：直管坯经数控弯管后，形成弯管坯；成形弯管坯需要调整弯曲半径、弯曲角度等弯管工艺参数，以保证弯管坯能够顺利放入液压成形模具之中；
(3)放入模具并合模：将步骤(2)所得弯管坯放入液压成形装置的下模中，上模具向下移动，与下模具完全闭合，通过上下模具上的带阻尼筋的镶块对弯管坯两端直段的挤压作用，将弯管坯夹紧于上下模具之间；
(4)推头进给：左推头和右推头分别沿弯管两端直段的轴线向模具内部方向运动，将弯管坯两端夹持于模具和推头之间，实现弯管坯两端的密封作用；
(5)充液加压：对模具施加合模力，使得上下模具紧密贴合，对推头施加的轴向力，使得弯管坯两端和模具紧密贴合，这样弯管坯内部形成了一个密闭空间；液压系统通过推头内的进液通道向弯管坯内部充液，并逐渐提高液体压力，使弯管坯在液体压力的作用下逐渐变形并贴模，形成液压成形管坯；
(6)开模取管：开模后，将液压成形管坯取出；
(7)切割：将液压成形管坯两端无用的部分切割，剩余中间部分即为最终弯管产品。
9.根据权利要求8所述的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的成形方法，其特征在于：步骤(2)中，弯管坯的弯曲半径R为：1.1D≤弯管坯弯曲半径R≤1.5D，D为弯管坯外径；弯管坯的胀幅为10-23％，所述弯管坯的胀幅＝(弯管产品外径-弯管坯外径)/弯管坯外径；胀幅低于10％容易起皱，胀幅超过23％外R破裂。
10.根据权利要求8所述的带直段的大直径薄壁小弯曲半径弯管的成形方法，其特征在于：步骤(3)中，将弯管坯放入液压成形装置的下模中时，使弯管坯的内R与模具型腔内R(模具型腔内R是指弯管成品内R对应的模具型腔内的位置)相接触为最佳状态，满足弯管坯不能露出模具型腔外的前提下尽可能的让弯曲半径R越大越好。
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