CN113319150B - 过弯管件的尺寸校正方法 - Google Patents

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Abstract

过弯管件的尺寸校正方法，包含以下步骤：一、组装，将封头封装在过弯管的两端，将带有螺纹的管接头固接于一端的封头上，通过管接头向过弯管内注入流体介质直至充满；二、内压校正，继续向过弯管内充填流体介质，当在过弯管内建立的压力大于计算压力时，开始缓慢增压，在所述内压作用下，使得过弯管产生放弯效应，在放弯过程中通过尺寸检测工具实时对过弯管的尺寸进行检测，当尺寸满足设计要求，停止增压，从而实现过弯管件的尺寸校正；三、成形完毕后降压，使过弯管内部流体介质压力降低，并将内部流体介质通过管接头排出，将两端的封头切除，获得校正后的弯管件。本发明成形工艺简单，制造周期短，实现过弯管件的尺寸校正。

Description

过弯管件的尺寸校正方法
技术领域
本发明涉及过弯管件的尺寸校正方法，主要用于管材过渡弯曲后的放弯，属于金属管材弯曲成形技术领域。
背景技术
弯管构件在机械、锅炉、石油化工、管道工程、航空航天等工业部门有着十分广泛的应用。除了常用的钢、铜、铝管外，也在使用各种合金及其他金属管作为管坯。
管材弯曲方法颇多，按弯曲方式可分为绕弯、推弯、压弯和滚弯等；按弯曲时加热与否可分为冷弯和热弯等。在管材弯曲成形过程中，由于存在弹性变形，所以在卸载后，产生回弹现象，结果使管材的弯曲角和弯曲半径发生变化。回弹的存在使弯曲后的管材尺寸精度降低，从而影响后续与其它部件的装配,因此在设计弯曲模具时,必须考虑回弹的影响。管材弯曲时的回弹不仅取决于材料的机械性能、相对弯曲半径和截面尺寸等基本参数,同时还与弯曲方式、模具结构等有关，实际生产中很难对管材弯曲的回弹量进行精确预测。以压弯为例，为保证弯曲后的管材的弯曲角和弯曲半径，通常所设计弯曲模的弯曲半径要小于所要弯制管件的弯曲半径，由于回弹量很难精确预测，如果回弹量考虑过大，弯曲后的零件则可能产生过渡弯曲现象。对于小尺寸的过弯管材，可以通过重新加工模具反复试弯来校正；而对于大尺寸零件，由于管坯和模具制造成本过高，过弯后的零件由于其尺寸精度难以满足装配要求，将成为废品。例如有的大尺寸厚壁(壁厚达50mm以上)弯管，弯制前管坯由锻造坯料加工而成，管坯的制造成本就十分昂贵，如果弯曲模具的回弹量考虑过大，压制弯曲后将产生过渡弯曲现象，而目前的工艺方法很难对其进行尺寸校正。因此，对该类大尺寸厚壁过渡弯曲管件的尺寸校正就变得尤为重要。
发明内容
本发明为克服现有技术，提供一种过弯管件的尺寸校正方法。该方法原理是在弯管内部充入流体介质并施加内压，由于弯管中线上径向向外的管壁表面积均要比中线上径向向内的管壁表面积大，两者面积之差在同一内压作用下产生面积压力差，该面积压力差将产生等效弯矩，使得弯管产生放弯效应，从而实现过弯管件的尺寸校正。
过弯管件的尺寸校正方法，包含以下步骤：
一、组装，将封头封装在过弯管的两端，将带有螺纹的管接头固接于一端的封头上，通过管接头向过弯管内注入流体介质直至充满；
二、内压校正
继续向过弯管内充填流体介质，当在过弯管内建立的压力大于计算压力时，开始缓慢增压，在所述内压作用下，使得过弯管产生放弯效应，在放弯过程中通过尺寸检测工具实时对弯管的尺寸进行检测，当尺寸满足弯管工艺要求，停止增压，从而实现过弯管件的尺寸校正；
三、成形完毕后降压，使过弯管内部流体介质压力降低至0MPa，并将内部流体介质通过管接头排出，将两端的封头切除，获得校正后的弯管件。
本发明相比现有技术的有益效果是：本发明是在弯管内部充入流体介质并施加内压，由于弯管中线上径向向外的管壁表面积均要比中线上径向向内的管壁表面积大，两者面积之差在同一内压作用下产生面积压力差，该面积压力差将产生等效弯矩，使得弯管产生放弯效应，从而实现过弯管件的尺寸校正。本发明不需模具、压力机或其它专用设备，即可实现过弯管件的尺寸校正，成形工艺简单，制造周期短，成本大大降低。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
图1为采用流体介质实现过弯管件尺寸校正的示意图；
图2为过弯管尺寸示意图。
具体实施方式
参见图1-图2所示，本实施方式的过弯管件的尺寸校正方法，包含以下步骤：
一、组装，将封头6封装在过弯管1的两端，将带有螺纹的管接头3固接于一端的封头6上，通过管接头3向过弯管1内注入流体介质2直至充满，
二、内压校正
继续向过弯管1内充填流体介质2，当在过弯管1内建立的压力P大于计算压力P1时，开始缓慢增压，在所述内压作用下，使得过弯管1产生放弯效应，在放弯过程中通过尺寸检测工具实时对弯管的尺寸进行检测，当尺寸满足弯管工艺要求，停止增压，从而实现过弯管件的尺寸校正；
三、成形完毕后降压，使过弯管1内部流体介质2压力降低至0MPa，并将内部流体介质2通过管接头3排出，将两端的封头6切除，获得校正后的弯管件。
进一步地，步骤二中计算压力P1及过弯管1内的压力P满足以下条件：
内压作用下弯管产生放弯效应的等效弯矩可由式(1)计算：
Figure BDA0003099310220000021
其中，P1为计算压力，单位为MPa；ρ为过弯管中心线的实际弯曲半径，单位为m；ri为弯管横截面的内半径，单位为m；θ为弯管的弯曲角，单位为度；
弯管产生放弯效应所需最小弯矩可由式(2)计算：
Figure BDA0003099310220000031
其中W为抗弯断面系数,单位为m3，σs为材料的屈服强度，W可由下式(3)计算：
Figure BDA0003099310220000032
其中，ro为弯管横截面的外半径，单位为m
过弯管件实现尺寸校正的弯矩需满足条件：MP＞M得到：
Figure BDA0003099310220000033
由此可得到过弯管件实现尺寸校正所需的最小内压P需满足：
Figure BDA0003099310220000034
弯管发生膨胀变形所需压力可由下式(4)计算：
Figure BDA0003099310220000035
放弯时的内压需满足P＜P胀形；
最终得到，过弯管件尺寸校正所需内部压力需满足以下条件：
Figure BDA0003099310220000036
通常，将管接头3通过液压软管5与液压源4相连，由液压源4向过弯管1内充填流体介质2，成形完毕后，松开管接头3与液压软管5的螺纹连接，降压后，将液压软管5从管接头3拆卸。对于一定小范围弯曲半径的弯管，采用尺寸检测工具为具有半圆弧面的样板，半圆弧面的半径与弯管的弯曲半径相配合。
步骤一的组装中，在过弯管1的端部和封头6的端部加工焊接坡口，将过弯管1和封头6焊接在一起，将带有螺纹的管接头3焊接于封头6上。如此设置，确保填充介质2被可靠密封，保证过弯管1内压安全。
通常，所述流体介质2为水、油或乳化液。
基于上述方案，适用校正的过弯管1为等截面管件，截面为圆形或多边形。较佳地，所述多边形为方形、矩形、五边形或六边形。
基于上述过弯管1内建立的压力P及设计压力P1的计算过程，所述过弯管件校正的步骤一及步骤二可由以下方式替代：过弯管1内部的压力建立采用橡皮囊，将橡皮囊放置于过弯管1内，并在过弯管1内建立均匀的压力P。
实施例
一种弯管件，材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，弯管外径为Φ700mm(其中ro＝350mm)，弯管内径为Φ600mm(其中ri＝300mm)，弯曲角度θ＝70°，弯曲半径为3100mm，屈服强度σs＝330MPa。弯曲成形后产出了过弯，形成过弯管1，实际弯曲半径ρ＝3000mm。
对于该过弯管，放弯尺寸校正过程如下：
一、在过弯管1端部和封头6端部加工焊接坡口，并将二者焊接在一起；将带有螺纹的管接头3焊接于封头6上将管接头3通过液压软管5与液压源4相连，通过管接头3向过弯管1内注入流体介质2直至充满，由液压源4向过弯管1内充填流体介质2。
二、校正内压的计算
过弯管件尺寸校正所需内压为：
Figure BDA0003099310220000041
其中，P为内压，单位为MPa；ρ＝3.0m，为过弯管1中心线的实际弯曲半径，ro＝0.35m、ri＝0.3m分别为过弯管1横截面的外半径和内半径，θ＝70°为过弯管1的弯曲角，σs＝330MPa为材料的屈服强度。
由以上参数可以计算得到该过弯管件校正所需的内压为：
18.6MPa＜P＜58.7MPa
三、根据过弯管1的横截面尺寸ro和ri、过弯管的实际弯曲半径ρ、弯曲角θ及材料的屈服强度σs，计算得到内压，继续由液压源4向过弯管1内充填流体介质7，在过弯管1所建立起的压力要大于计算所得到的内压18.6MPa，并缓慢增压，在内压作用下，由于面积压力差产生的等效弯矩，使得过弯管1产生放弯效应，同时在放弯过程中通过半径为3100mm的样板实时对过弯管1的尺寸进行检测，当尺寸满足弯管工艺要求，停止增压，从而实现过弯管件的尺寸校正。
四、成形完毕后，略松开管接头3与液压软管5的螺纹连接，使过弯管1内部流体介质2压力降低至0MPa，将液压软管5从管接头3处卸下，并将内部流体介质2通过管接头3排出，将两端的封头6切除，获得校正后的弯管件。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (9)

1.过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：包含以下步骤：
一、组装，将封头(6)封装在过弯管(1)的两端，将带有螺纹的管接头(3)固接于一端的封头(6)上，通过管接头(3)向过弯管(1)内注入流体介质(2)直至充满；
二、内压校正
继续向过过弯管(1)内充填流体介质(2)，当在过弯管(1)内建立的压力P大于计算压力P1时，开始缓慢增压，在所述内压作用下，使得过弯管(1)产生放弯效应，在放弯过程中通过尺寸检测工具实时对弯管的尺寸进行检测，当尺寸满足弯管工艺要求，停止增压，从而实现过弯管件的尺寸校正；
计算压力P1满足以下条件：
Figure FDA0003601208880000011
P1单位为MPa；ρ为过弯管中心线的实际弯曲半径，单位为m；ro和ri分别为弯管横截面的外半径和内半径，单位为m；θ为弯管的弯曲角，单位为度；σs为材料的屈服强度，单位为MPa；
三、成形完毕后降压，使过弯管(1)内部流体介质(2)压力降低至0MPa，并将内部流体介质(2)通过管接头(3)排出，将两端的封头(6)切除，获得校正后的弯管件。
2.根据权利要求1所述过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：内压作用下弯管产生放弯效应的等效弯矩可由式(1)计算：
Figure FDA0003601208880000012
其中，P1为计算压力，单位为MPa；ρ为过弯管中心线的实际弯曲半径，单位为m；ri为弯管横截面的内半径，单位为m；θ为弯管的弯曲角，单位为度；
弯管产生放弯效应所需最小弯矩可由式(2)计算：
Figure FDA0003601208880000013
其中W为抗弯断面系数,单位为m3，σs为材料的屈服强度，W可由下式(3)计算：
Figure FDA0003601208880000014
其中，ro为弯管横截面的外半径，单位为m；
过弯管件实现尺寸校正的弯矩需满足条件：MP>M得到：
Figure FDA0003601208880000021
由此可得到过弯管件实现尺寸校正所需的最小内压P需满足：
Figure FDA0003601208880000022
弯管发生膨胀变形所需压力可由下式(4)计算：
Figure FDA0003601208880000023
放弯时的内压需满足P<P胀形；
最终得到，过弯管件尺寸校正所需内部压力需满足以下条件：
Figure FDA0003601208880000024
3.根据权利要求2所述过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：将管接头(3)通过液压软管(5)与液压源(4)相连，由液压源(4)向过弯管(1)内充填流体介质(2)，成形完毕后，松开管接头(3)与液压软管(5)的螺纹连接，降压后，将液压软管(5)从管接头(3)拆卸。
4.根据权利要求1、2或3所述过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：在过弯管(1)的端部和封头(6)的端部加工焊接坡口，将过弯管(1)和封头(6)焊接在一起，将带有螺纹的管接头(3)焊接于封头(6)上。
5.根据权利要求4所述过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：所述流体介质(2)为水、油或乳化液。
6.根据权利要求1或5所述过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：过弯管(1)为等截面管件，截面为圆形或多边形。
7.根据权利要求6所述过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：所述多边形为方形、矩形、五边形或六边形。
8.根据权利要求1、2或7所述过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：所述尺寸检测工具为具有半圆弧面的样板。
9.根据权利要求1所述过弯管件的尺寸校正方法，其特征在于：所述过弯管件校正可由以下方式替代：过弯管(1)内部的压力建立采用橡皮囊，将橡皮囊放置于过弯管(1)内，并在过弯管(1)内建立均匀的压力P。
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