CN112620467B - 一种小弯曲半径超薄壁管件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小弯曲半径超薄壁管件制造方法。该方法包括根据待制作的管件的外形尺寸定制模具；将外径小于待制作管件的直管切割形成管坯，并将管坯置于模具的静模腔内，并对管坯的两端固定；压弯前，将管坯的一端进行封堵，并从另一端向管坯内充液至预压力；在压弯工艺的开始至合模过程中，将管坯的充液压力从预压力逐步增加至成型压力；合模后，将管坯内的充液压力增加至扩张压力并保持设定时间；取出制作成型的管件。本发明通过合模力加载路径与内压加载路径之间的匹配关系，优化加载过程中不同轴向推力路径和基准加载速率和波形等工艺参数，实现超薄壁复杂管件从无到有的绿色化、精确化、智能化制造。

Description

一种小弯曲半径超薄壁管件制造方法

技术领域

本发明涉及超薄壁管件制造技术领域，具体涉及一种小弯曲半径超薄壁管 件制造方法。

背景技术

随着以航空、航天为代表的一大批高新技术产业的兴起，推动了先进制造 技术的快速发展，尤其是管材弯曲技术的进步最为明显。近年来，管材弯曲技 术不仅在化工、石油、水电等部门的管道设备中应用广泛，而且在航空航天、 核电工业、汽车工业、船舶制造等领域得到大幅度的应用，发挥着越来越重要 的作用。

采用类似于弯管的空心构件，不仅可以减轻重量，还可以使材料的强度、 刚度得到最大程度的展现。管材弯曲件既有较大的断面强度，又能够减轻零件 的重量，实现结构轻量化。由于航空航天领域大量采用壁厚薄、直径大、综合 性能好的弯管类零件，以及变曲率的的管件作为火箭、飞机上的供养、液压、 油路等管路系统的构件，所以对管材弯曲技术提出了更高的要求。同时，在汽 车制造领域，弯管类零件广泛应用于仪表盘支架、副车架纵梁、汽车前方的保 险杠、内部管路系统等，因此管材弯曲技术在制造领域的地位越来越重要。但 是对于管材弯曲件的壁厚要求也越来越薄，同时采用的材料逐渐转向铝合金、 镁合金，其加工难度进一步加大。但随着内高压技术的发展，管材弯曲技术有 了突破性的进展，因为空心零部件可以采用液压成形技术，通过一步加工即可 成形，提高了零件的加工效率，改善了零件的成形质量，降低了零件加工的成 本，为管材的弯曲技术的发展提供了新的思路。

对于管材的壁厚较薄(D/t≥20)，特别是直径与壁厚之比大于100的超薄 壁管，弯曲时会造成管坯的较大变形量，进而在弯曲部位的内圈会出现褶皱的 缺陷，而在弯曲部位的外圈出现破裂等缺陷，各种常见的缺陷非常容易出现， 导致产品废品率较高。但是对于市场要求而言，为了满足航空航天、汽车制造 等领域的零件轻量化的制造要求，这种超薄壁管的设计与制造在所难免。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种小弯曲半径超薄壁管 件制造方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种小弯曲半径超薄壁管件制造方法，包 括：

根据待制作的管件的弯曲半径、弯曲角度和外径定制模具，所述模具包括 动模和静模，所述动模和静模相对的一侧分别设有动模腔和静模腔；

将外径小于待制作管件的直管切割形成管坯，并将管坯置于模具的静模腔 内，并对管坯的两端进行固定；

在管坯压弯前，将管坯的一端进行封堵，并从其另一端向管坯充液至预压 力；

在压弯工艺的开始至合模过程中，将管坯的充液压力从预压力逐步增加至 成型压力，以使管坯在压弯过程中产生膨胀；

合模后，将管坯内的充液压力增加至扩张压力并保持设定时间，以使管坯 膨胀至与动模腔和静模腔的内表面相贴合；

打开模具，取出制作成型的管件。

进一步的，所述管件的外径包括15至200mm，所述管件的壁厚包括0.35mm 至0.8mm，所述管件的弯曲半径与外径之比在0.5以上。

进一步的，所述动模腔包括动模成品段和连接在动模成品段两端的动模工 艺过渡段，所述静模腔包括静模成品段和连接在静模成品段两端的静模工艺过 渡段，取出成型的管件后，将动模工艺过渡段与静模工艺过渡段之间的管件切 除。

进一步的，所述动模成品段、静模成品段、静模工艺过渡段和动模工艺过 渡段的两端的深度均为管件外径的二分之一，所述动模工艺过渡段的中部的深 度小于管件外径的二分之一3至4mm，且其深度从两端向中部平滑过渡。

进一步的，所述成型压力包括第一成型压和第二成型压力，在工艺的开始 至动模运动到设定位置期间，将管坯的充液压力从预压力逐步增加至第一成型 压力，在动模从设定位置至合模期间，将管坯的充液压力从第一成型压力逐步 增加至第二成型压力。

进一步的，所述设定位置为动模与静摸距离为15mm的位置。

进一步的，所述第一成型压为10至16mpa，所述第二成型压力为20至25 mpa。

进一步的，所述预压力为4至6mpa。

进一步的，所述扩张压力包括70mpa。

进一步的，所述管坯的外径小于待制作管件的外径4至5mm。

有益效果：本发明通过合模力加载路径与内压加载路径之间的匹配关系， 优化加载过程中不同轴向推力路径和基准加载速率等工艺参数，实现超薄壁复 杂管件从无到有的绿色化、精确化、智能化制造。并且能够突破目前超薄壁复 杂构件加工制造的技术瓶颈，改善其成形质量，生产效率高且成本低廉，质量 稳定，势必将为我国航空航天、轨道交通、核电工程等领域相关企业降低成本、 提高收益，促进装备制造业进一步升级，具有明显的经济效益。可以实现超薄 壁复杂构件的整体成形，具有工序少、材料利用率高、构件形状复杂、生产效 率高等优点，并且变合模力可以避免压力机长期处于高合模力状态，减少能源消耗。

附图说明

图1是本发明实施例的模具的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技 术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制 本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种小弯曲半径超薄壁管件制造方法， 包括：根据待制作的管件的弯曲半径、弯曲角度和外径定制模具。其中，如图 1所示，本发明的模具包括动模1和静模2，动模1和静模2相对的一侧分别设 有动模腔3和静模腔4，管件最终在动模腔3和静模腔4内成型。

将外径小于待制作管件的直管切割形成管坯，并将管坯置于模具的静模腔 内，并对管坯的两端进行固。管坯两端的固定结构在后续的压弯成型过程中会 对管坯产生被动拉力，保证成型效果。针对在压弯过程中最小弯曲半径圆弧处 材料增厚易起皱现象，经对材料增厚起皱过程的机理分析，建立相应的力学模 型模拟分析，得出在弯曲过程中管件在弯曲的同时管径增大，对解决因材料增 厚引起的起皱有很好的效果。但由于管径增大在弯曲半径最大处的圆弧最高点 材料易破裂的现象，通过流体力学的有限元分析和建立模型模拟，选定管坯外 径比待制作的管件外径小4mm至5mm为宜。以待制作管件的外径为50mm为例， 可选择外径为45mm的管坯。

在管坯压弯前，将管坯的一端进行封堵，并从管坯的另一端向管坯内充液 至预压力。在管件弯曲、涨型过程中，管件内腔的充液压力过程很为关键，它 是一个持续、稳定而又脉动渐变的过程，可选择普通的切屑液充入即可。

在压弯工艺的开始至合模过程中，将管坯的充液压力从预压力逐步增加至 成型压力，以使管坯在压弯过程中并产生一定的膨胀。从而在压弯进行过程中， 通过管坯产生一定膨胀来减轻弯折处的应力，同时减轻弯折处内圈产生的褶皱。

合模后，将管坯内的充液压力增加至扩张压力并保持设定时间，以使管坯 膨胀至与动模腔3和静模腔4的内表面相贴合。一般情况下，设定时间可选择 为2至5秒即可。通过向管内施加扩张压力后，管坯进一步产生一定的膨胀， 从而将轻微的褶皱彻底消除。

打开模具，从模具中取出制作成型的管件即可。

如图1所示，动模腔3优选包括动模成品段31和连接在动模成品段31两 端的动模工艺过渡段32，同样，静模腔4也优选包括静模成品段41和连接在 静模成品段41两端的静模工艺过渡段42。动模成品段31优选呈向下凸出，静 模成品段41优选呈向下凹陷，动模工艺过渡段32的内段呈向上凸出，且其外 段呈水平设置。动模工艺过渡段的内段呈向上凹陷，且其外段呈水平设置，成 品在动模成品段31和静模成品段41之间形成，在取出成型的管件后，还需要 将动模工艺过渡段32与静模工艺过渡段42之间的管件切除，即可形成管件成 品。动模工艺过渡段32和静模工艺过渡段42的外段水平设置从而便于在外侧 固定，动模工艺过渡段32和静模工艺过渡段42的内段分别与动模成品段31和 静模成品段41呈反弧形设置，具有一定的防止压弯过程中弯曲半径最大处的圆 弧最高点材料易破裂的作用。

为了进一步提高制造的成功率，优选将动模成品段31、静模成品段41、静 模工艺过渡段42和动模工艺过渡段32的两端的深度均设置为管件外径的二分 之一，并且，动模工艺过渡段32的中部的深度小于管件外径的二分之一，如图 1所示，图中动模工艺过渡段32的中部的深度d小于管件外径二分之一3至 4mm，且其深度从两端向中部平滑过渡。由此，可进一步降低弯曲半径最大处的 圆弧最高点材料出现破裂的概率。

本发明实施例的成型压力优选包括第一成型压和第二成型压力，在工艺的 开始至动模运动到设定位置期间，将管坯的充液压力从预压力逐步增加至第一 成型压力，第一成型压优选为10至16mpa；在动模从设定位置至合模期间， 将管坯的充液压力从第一成型压力逐步增加至第二成型压力，第二成型压力为 20至25mpa。设定位置优选为动模与静摸距离为15mm的位置。扩张压力优选 设置在70mpa左右，即可保证多种壁厚与管径的成型效果。需要说明的是，所 有充液加压过程，要求设备实际压力和设定压力误差范围为±0.1mpa左右，一 般情况下，管件的壁厚越厚、外径越大，可选择的预压力、第一成型压力和第 二成型压力越高。

通过以上方法可加工的多种规格的不锈钢管件，其中，管件的外径包括15 至200mm，可加工管件的壁厚包括0.35mm至0.8mm，一般情况下，管件的弯曲 半径与外径之比越小，加工难度越大，通过以上方法，可加工的管件的弯曲半 径与外径之比在0.5以上。

举例说明：以直径为

的超薄壁90度弯头生产为例：选定管径

壁 厚0.4mm的304不锈钢管坯→预充液压力为6±0.1mpa→压弯过程第一 段充液压力设定为6mpa-16mpa→合模距离15毫米时为第二段，充液压力 设定为16mpa-22mpa→合模后，充液压力设定为70±0.1mpa，保持2至5 秒。最终可生产出合格产品，合格率可达到98％以上，效率可达到每分钟4件。

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，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离 本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种小弯曲半径超薄壁管件制造方法，其特征在于，包括：

根据待制作的管件的弯曲半径、弯曲角度和外径定制模具，所述模具包括动模和静模，所述动模和静模相对的一侧分别设有动模腔和静模腔；

将外径小于待制作管件的直管切割形成管坯，并将管坯置于模具的静模腔内，并对管坯的两端进行固定；

在管坯压弯前，将管坯的一端进行封堵，并从其另一端向管坯充液至预压力；

在压弯工艺的开始至合模过程中，将管坯的充液压力从预压力逐步增加至成型压力，以使管坯在压弯过程中产生膨胀；

合模后，将管坯内的充液压力增加至扩张压力并保持设定时间，以使管坯膨胀至与动模腔和静模腔的内表面相贴合；

打开模具，取出制作成型的管件；

所述管件的外径为15至200mm，所述管件的壁厚为0.35至0.8mm，所述管件的弯曲半径与外径之比在0.5以上；

所述动模腔包括动模成品段和连接在动模成品段两端的动模工艺过渡段，所述静模腔包括静模成品段和连接在静模成品段两端的静模工艺过渡段，取出成型的管件后，将动模工艺过渡段与静模工艺过渡段之间的管件切除，所述动模工艺过渡段和静模工艺过渡段的内段分别与动模成品段和静模成品段呈反弧形设置；

所述动模成品段、静模成品段、静模工艺过渡段和动模工艺过渡段的两端的深度均为管件外径的二分之一，所述动模工艺过渡段的中部的深度小于管件外径的二分之一3至4mm，且其深度从两端向中部平滑过渡；

所述成型压力包括第一成型压力和第二成型压力，在工艺的开始至动模运动到设定位置期间，将管坯的充液压力从预压力逐步增加至第一成型压力，在动模从设定位置至合模期间，将管坯的充液压力从第一成型压力逐步增加至第二成型压力；

所述第一成型压力为10至16mpa，所述第二成型压力为20至25mpa。

2.根据权利要求1所述的小弯曲半径超薄壁管件制造方法，其特征在于，所述设定位置为动模与静模距离为15mm的位置。

3.根据权利要求1所述的小弯曲半径超薄壁管件制造方法，其特征在于，所述预压力为4至6mpa。

4.根据权利要求1所述的小弯曲半径超薄壁管件制造方法，其特征在于，所述扩张压力为70mpa。

5.根据权利要求1所述的小弯曲半径超薄壁管件制造方法，其特征在于，所述管坯的外径小于待制作管件的外径4至5mm。

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