CN115301788A - 一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于管材弯曲成形技术领域，提出一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置及方法。装置包括分段式的上模和下模，在实验前给管材内部充一定的支撑内压；上模和下模的高度可调实现上模和下模更早实现合模，可以提高管材弯曲曲率的极限；改变分段模具之间的相对高度实现金属管材弯曲曲率半径的微调；上模先与下模中间部分接触合模，金属管材外表面将受到上模和下模带来的正压力和摩擦力，解决了薄壁金属管材弯曲内侧容易发生起皱、弯曲外侧材料容易发生减薄开裂的问题。本发明可以实现变曲率多弯管材的弯曲并对管材压弯后的回弹进行补偿和调整。

Description

一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置及方法

技术领域

本发明涉及管材弯曲成形技术领域，具体涉及一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置及方法。

背景技术

薄壁中空弯曲轴线整体构件由于其在减重的同时，具有优良的抗弯、抗扭性能，因此被广泛应用于汽车、航空航天等领域。此类构件一般以薄壁管材为坯料，首先将其弯曲成接近最终弯曲轴线的空间弯曲管坯，然后利用内高压、充压压制或热气胀等工艺成形为最终形状。因此，薄壁管坯的弯曲成形是成形此类构件非常重要的一步工艺。但是薄壁管坯在弯曲过程很容易在弯曲内侧起皱、外侧开裂，而且弯曲之后卸载过程还可能伴随有严重的回弹现象。

目前，薄壁金属管材弯曲的方法主要分为压弯、数控绕弯和推弯。

管材数控绕弯成形过程和成形条件较为复杂，需要多组模具以及芯棒的严格配合来控制管件变形行为。同时，数控绕弯也有一定的局限性：一、数控弯管机售价较高，适用于大批量生产，不适用小批量生产和实验；二、弯曲能力有限，难以成形直径较大、壁厚较厚和材料强度较高的管材；三、弯曲成形中易产生扁平化和起皱缺陷。

管材推弯成形通过在管件内部采用聚氨酯棒等支撑物进行支撑，外部通过凸模施加推力，从而使金属管材实现弯曲成形。这种弯曲方式只适用于弯制单弯管件，无法实现多弯弯曲，不适用于两端直线段较长的管材弯曲。同时外部的轴向推力加剧了弯管内侧轴向压应力，使管材弯曲内侧容易发生失稳起皱，降低成形精度。

管材压弯是最早应用于管材弯曲加工的一种工艺，其主要是指金属管材弯曲成形的时候，在金属管材外部用具有一定弯曲弧面的刚性弯曲模具与金属管材变形区域的材料直接相接触，利用模具的刚性对金属管材进行弯曲变形处理。由于压弯在普通的压力机上，配上压弯模具即可进行，因此实验成本低，适用于小批量生产和实验。

公告号为CN101616758A的中国发明专利公开了一种常见的管材压弯加工装置，其压弯成形主要流程是：首先将管坯放到成形模具的下模2具中，成形上模1具向下运动，上模1具与管坯相接触，继续向下运动，直至金属管材的压弯成形结束。此类金属管材压弯成形的上模1是与成形件形状曲率相匹配的冲头，下模2是一组与管材外表面相匹配的滚筒，通过上模1向下运动，进行管材的三点弯曲加工。管坯和下模2的接触方式为线接触，接触载荷集中，管坯局部的接触作用力较大，易发生局部塌陷，成形件精度低，常用于等曲率的管材弯曲成形；在管材弯曲成形的最低点，没有模具与金属管材接触，金属管材弯曲外侧在轴向拉应力作用下易发生材料减薄甚至开裂，弯曲内侧在轴向压应力作用下壁厚增厚甚至失稳起皱，这严重影响管材压弯的极限弯曲曲率半径，并且径厚比大的薄壁管材更容易发生起皱现象。

即便是上下模2均为与成形件形状曲率相匹配的模具，在压弯成形过程中管材弯曲成形的最低点外侧也是最后才与管材接触，在弯曲过程中同样容易发生减薄开裂和失稳起皱等缺陷，对于弯曲曲率半径较小的薄壁金属管材难以成形。

此外，管材压弯成形后会发生回弹现象，不同材料的管材产生的回弹程度不同。并且，由于目前薄壁管材的塑性本构关系难以准确建立，导致利用有限元仿真所预测的薄壁管材的弯曲回弹结果总会有误差。而目前常见的管材压弯模具的上下模2均为整体式，压弯后的曲率半径是固定不可调节的，因此，管材在压弯后的回弹会导致成形件不满足生产要求，需要反复修模才能最终得到合格的弯曲管件。

因此，为解决现有变曲率金属薄壁管压弯成形过程中，薄壁金属管材弯曲内侧容易发生失稳起皱、薄壁金属管材弯曲外侧容易发生过度减薄开裂、薄壁金属管材弯曲成形后回弹大、金属薄壁管材弯曲成形极限曲率小的问题，提出一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，以实现变曲率金属薄壁管的弯曲成形，为实现薄壁二维变曲率轴线管材整体弯曲成形的广泛应用提供基础。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置，包括上模1、下模2、上底板3、金属管材4、侧挡板5、螺栓、连接板7、支撑柱8、下底板9、压力机构、调节机构和高压气管14；金属管材4两端密封，其位于上模1、下模2之间，其中一端连接有高压气管14进行气体加压或者金属管材4内填充气液混合物。

上模1和下模2均为分段式结构，分别分为n段；上模1两端的第1段和第n段分别固定于上底板3上，其余段分别通过调节机构固定于上底板3上；下模2两端的第1段、第2段、第n-1段和第n段分别通过调节机构固定于连接板7上，其余段与侧挡板5接触；侧挡板5与下模2的第2段、第n-1段的侧端连接；连接板7通过支撑柱8连接下底板9；连接板7中间设有n-4个通孔；下模2的其余段的下表面和下底板9中间处的上表面均设有圆形凹槽；压力机构一端与圆形凹槽配合，另一端穿过连接板7上的通孔后与圆形凹槽配合接触。

所述调节机构为不同高度的调节垫板13或顶杆18，对弯曲模具高度分段进行微调，实现不同轴线形状和不同弯曲曲率半径的管材弯曲。

所述压力机构为具有不同压力的液压缸机构或具有不同行程的氮气弹簧。采用不同行程的氮气弹簧实现上模、下模2之间不同的合模高度，中间部分提前实现合模抱紧，可以显著提高管材压弯的成形极限。采用不同压力的液压缸，来实现不同段上模、下模2之间合模力的匹配。通过控制液压缸的行程改变，来实现上模1、下模2之间不同的合模高度，中间部分提前实现合模抱紧，可以显著提高管材压弯的成形极限。

所述固定的方式为螺栓连接或键槽配合；当固定方式为螺栓连接时，上底板3、连接板7、侧挡板5和调节机构设有螺栓孔，上模1的上表面和下模2的第1段、第2段、第n-1段和第n段上表面、下模2的第2段和第n-1段的两侧均设有螺纹孔，上底板3与上模1两端的第1段和第n段通过螺栓连接，上底板3、调节机构和上模1的其余段依次通过螺栓连接；连接板7、调节机构和下模2的第1段、第2段、第n-1段和第n段通过螺栓连接；当连接方式为键槽配合时，上底板3下表面、连接板7上表面和调节机构上、下表面、上模1和下模2均设有键槽；上底板3分别与上模1的第1段和第n段间、调节机构上表面与上底板3间、调节机构下表面与上模1的其余段间均通过平键20定位；调节机构上表面与下模2的第1段、第2段、第n-1段和第n段间、调节机构下表面与连接板7间通过平键20定位。

所述n为7；上模1包括上模a1-1、上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6、上模g1-7；下模2包括下模a2-1、下模b2-2、下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5、下模f2-6、下模g2-7。

所述上模1和下模2的每段结构的两侧均设有吊装孔。

压弯前通过在管材两端焊接端盖，对管材两端进行密封，其中一端带有高压气管，密封之后通过高压气管14对密封管材充气，提高管材内部支撑内压，减少管材压弯过程中起皱等缺陷的发生，提高弯曲成形的精度。通过气液混合的形式对管材内部施加支撑内压，减少管材在压弯过程中起皱等缺陷的发生，相比于气体加压，这种方式不仅提高弯曲成形的精度，而且加压速度更快，成形效率更高。

一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形方法，包括步骤如下；

步骤一、确定金属管材4压弯的轴线形状；

首先根据最终成形构件的形状和尺寸要求，确定原始管坯的外径、壁厚以及管长，通过有限元仿真软件对金属管材4压弯仿真，弯曲之后进行成形件回弹仿真，确定回弹补偿后的金属管材4压弯的弯曲轴线形状；

步骤二、根据步骤一中确定的原始管坯的外径、壁厚、管长以及弯曲轴线形状，进行有限元仿真模拟，分析弯曲后的弯管截面起皱情况，未发生起皱缺陷的区域不进行分段处理，发生起皱缺陷区域的上模1和下模2沿金属管材4轴线方向进行分段处理；上模1和下模2的分段长度依据弯管起皱段的长度确定，对不同分段处理的模拟结果进行分析，依据成形结果最佳的分段模拟方案来确定上模1和下模2的分段方式，确定金属管材4压弯的上模1和下模2的轮廓形状和尺寸；

步骤三、根据步骤二中确定的上模1和下模2的分段方式，进行不同合模高度的压弯仿真，确定分段合模高度，从而确定上模1和下模2之间的合模高度；

步骤四、确定压力机构的弹压力和行程；根据步骤二和步骤三中确定的分段方式和分段合模高度，确定压力机构的行程，在该行程下，分段模具的初始位置满足对应的分段合模高度要求，并且根据步骤二和步骤三中的有限元仿真模拟，分析分段压弯时每一段下模2受到的模具反力，从而确定压力机构的弹压力参数，压力机构的弹压力大于模具受到的反力，使管材压弯时分段下模2先保持不动，上模1与下模2接触之后分段下模2随上模1向下运动而运动；

步骤五、放置原始管坯；

将步骤一中确定的原始管坯放入下模2的型腔之中，调整金属管材4轴向位置，使金属管材4两端的余量相等；

步骤六、上模1型腔与金属管材4接触；

上模1在外部作用下向下运动，到达相应位置后，上模1型腔与金属管材4外表面接触，此时金属管材还未发生变形；

步骤七、上模1与下模2实现合模；

步骤六中上模1与金属管材4表面产生接触，上模1在外部压力机作用下继续下行，下行过程中，与上模1距离最近的下模2最先实现抱紧合模上模1；金属管材4外表面受到上模1和下模2带来的正压力和摩擦力，金属管材4弯曲内侧受到的轴向压应力大幅度减小，解决了薄壁金属管材弯曲内侧容易发生起皱、弯曲外侧材料容易发生减薄开裂的问题；上模1继续下行，依次与其他下模2实现合模，直至上模1与所有下模2都完成合模，压力机停止运动，上模1停止下行；

步骤八、上模1与下模2实现分离；

上模1上行，步骤七中最后实现合模的下模2最先与上模1发生分离，之后上模1继续向上运动，依次与其他下模2实现分离，直至与所有下模2实现分离；

步骤九、金属管材压弯结束，取出最终压弯成形的管件。

所述步骤一中，确定金属管材4压弯的轴线形状后，采用线切割的方式从原始管坯上截取实验所需尺寸的管材。

所述上模1的上、下行通过双动压力机或单动压力机实现。

所述上模1和下模2的分段长度下模2为弯管起皱段长度的1.2倍到1.5倍。

步骤四中，放置管材之前，对于需要施加支撑内压的管材压弯，还需要另对管材的两端进行密封并加压；密封方式可以为冲头密封，也可以为焊接端盖密封，加压介质可以为气体，也可以为气液混合。

本发明的有益效果：

1)本发明装置的成形方式为分段式抱紧成形。上模首先将与下模中间部分接触合模，金属管材外表面将受到上模和下模带来的正压力和摩擦力，解决了薄壁金属管材弯曲内侧容易发生起皱、弯曲外侧材料容易发生减薄开裂的问题，保证了成形件的形状尺寸精度，提高了成形件的表面质量。

2)上模和下模的合模高度可以调节；通过更换不同行程的氮气弹簧，实现下模中间各分段的高度变化，从而改变上模和下模之间的合模高度，可以使上模和下模更早实现合模，可以提高管材弯曲曲率的极限，可以实现薄壁管小弯曲半径、薄壁的弯曲成形。

3)采用分段式模具；通过改变分段模具之间的相对高度，实现金属管材弯曲曲率半径的微调，在模具不经修模的情况下便可实现不同轴线形状和不同曲率半径的弯曲成形。并且分段式模具可以对磨损严重的模具单独更换，装置设计合理，通用性好，成本较低，维修方便，简单易行，方便实施。

4)可以对管材压弯后的回弹进行补偿和调整。通过改变曲率半径，补偿压弯后产生的回弹，从而解决金属管材在弯曲之后产生的回弹所带来的缺陷，提高金属管材弯曲的成形精度；同时在分段顺序压弯的时候，上模和下模提前抱紧的管材部分轴向应力会发生变化，其弯曲内侧的轴向压应力和弯曲外侧的轴向拉应力会减小，当外载荷卸掉之后，管材产生的回弹也将减小，从而提高金属管材压弯的成形精度。

5)可以实现变曲率多弯管材的弯曲。相比于推弯和滚弯等弯曲方式，此弯曲方式可以仅通过改变上模和下模型腔的形状，便可以实现轴线变曲率多弯弯曲成形。

6)在实验前给管材内部充一定的支撑内压，加压方式可以为充入气体，也可以为一定比例的气体和液体。管材在此支撑内压下压弯，管材压弯时与上下模与管材接触更加均匀，应力分布也更均匀，可以有减少金属管材成形过程中界面畸变和扁化的现象，并且弯曲过程中管材体积变化不会对压力产生太大影响，管材弯曲成形质量更高。在实验前给管材内部充一定的支撑内压，管材受到两端的轴向拉力，管材弯曲内侧轴向压应力减小，提高了管材压弯时的屈曲极限。

附图说明

图1为本发明的一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置整体示意图。

图2为图1的剖切结构示意图。

图3为本发明的一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置的合模过程示意图。

图4为本发明的一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置的另一合模过程示意图。

图5为本发明的一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置的完全合模状态示意图。

图6为本发明实施例二的用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置示意图。

图7为本发明实施例三的用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置示意图。

图8为本发明实施例四的用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置示意图。

图9为本发明中氮气弹簧与连接板配合方式示意图。

图10为本发明中连接板与下模之间连接配合方式示意图；(a)为剖视图；(b)为(a)中C-C截面示意图。

图11为本发明中支撑柱与连接板、下底板之间连接配合方式示意图。

图12(a)为本发明中侧挡板与下模b2-2、下模f2-6之间连接配合方式示意图，(b)和(c)为(a)的A-A和B-B的截面图。

图13为本发明的一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置中弯曲曲率半径调节前后管件的示意图。

图中：1-上模；2-下模；3-上底板、4-金属管材、5-侧挡板、6-螺栓a、7-连接板、8-支撑柱、9-下底板、10-氮气弹簧a、11-氮气弹簧b、12-氮气弹簧c、13-调节垫板、14-高压气管、15-液压缸机构a、16-液压缸机构b、17-液压缸机构c、18-顶杆、19-液体、20-平键、21-螺栓b、22-螺栓c、1-1-上模a；1-2-上模b、1-3-上模c、1-4-上模d、1-5-上模e、1-6-上模f、1-7-上模g、2-1-下模a、2-2-下模b、2-3-下模c、2-4-下模d、2-5-下模e、2-6-下模f、2-7-下模g。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

上模1包括上模a1-1、上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6、上模g1-7；下模2包括下模a2-1、下模b2-2、下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5、下模f2-6、下模g2-7。

上底板3、可调垫板13设有螺栓连接通孔，上模a1-1、上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6、上模g1-7的上表面均设有螺纹孔，上底板3分别与上模a1-1、上模g1-7之间通过螺栓b21连接；上底板3、可调垫板13分别与上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6之间通过螺栓b21连接。

上底板3下表面、可调垫板13上、下表面、上模a1-1、上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6、上模g1-7均设有键槽，上底板3与上模a1-1、上模g1-7之间通过平键20定位；可调垫板13上表面与上底板3之间通过平键20定位，可调垫板13下表面与上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6之间通过平键20定位。

上模a1-1、上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6、上模g1-7的两个侧面均设有吊装孔，方便装置安装。

侧挡板5设有螺栓连接通孔，下模b2-2和下模f2-6两侧设有螺纹孔，侧挡板5分别与下模b2-2和下模f2-6之间通过螺栓a6连接。

连接板7、可调垫板13设有螺栓连接通孔，下模a2-1、下模b2-2、下模f2-6、下模g2-7下表面均设有螺纹孔，连接板7、可调垫板13分别与下模a2-1、下模b2-2、下模f2-6、下模g2-7之间通过螺栓b21连接。

连接板7上表面、可调垫板13上、下表面、下模a2-1、下模b2-2、下模f2-6、下模g2-7均设有键槽；可调垫板13上表面与下模a2-1、下模b2-2、下模f2-6、下模g2-7之间通过平键20定位，可调垫板13下表面与连接板7之间通过平键20定位。

下模a2-1、下模b2-2、下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5、下模f2-6、下模g2-7的两个侧面均设有吊装孔，方便装置安装。连接板7设有螺栓连接通孔，支撑柱8两端设有螺纹孔，支撑柱8与连接板7之间通过螺栓c22连接。下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5通过与侧挡板5相接触，实现前后两个方向约束固定。

连接板7中间设有三个通孔，下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5下表面设有圆形凹槽，氮气弹簧a10、氮气弹簧b11和氮气弹簧c12穿过连接板7中间通孔分别与下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5的圆形凹槽配合接触。

下底板9上设有螺栓连接通孔，支撑柱8与下底板9之间通过螺栓c22连接。下底板9中间位置上表面设有圆形凹槽，下底板9与氮气弹簧a10、氮气弹簧b11、氮气弹簧c12之间通过凹槽配合。

实施例一：结合图1～5说明，本实施方式的一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置，按照以下步骤实现的：

步骤一、根据最终成形构件的形状和尺寸要求，确定原始管坯的外径、壁厚以及管长，从原始管坯中截取实验管材，并对管材两端进行密封。

步骤二、在上模1与上底板3、下模2与连接板7之间使用不同高度的调节垫板13，微调模具压弯时的弯曲曲率半径，实现弯曲轴线形状的改变。

步骤三、更换合适行程和弹压力的氮气弹簧，改变下模d2-4、下模e2-5、下模f2-6的初始高度，实现最中间部分上模1和下模2率先抱紧合模，从中间向两端依次实现合模。

步骤四、将步骤一中截取处理后的金属管材4放置于下模a2-1和下模g2-7上，并且按照需求在弯曲之前对管材进行充气处理，使管材内部压强满足弯曲要求。

步骤五、通过外部压力机滑块下行，带动上底板3下行，从而带动上模a1-1、上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6、上模g1-7整体向下运动；上模1首先与金属管材4接触，上模1继续向下运动，金属管材在上模1的作用下发生弯曲变形，随后上模1与下模d2-4接触，此时上模1和下模d2-4将金属管材4完全包裹住。

步骤六、外部压力机滑块继续下行，氮气弹簧b11的活塞杆向下运动，上模1和下模d2-4一起向下运动，金属管材4继续发生弯曲变形，之后上模1与下模c2-3、下模e2-5接触，此时上模1和下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5将金属管材4完全包裹住。

步骤七、外部压力机滑块继续下行运动，氮气弹簧a10和氮气弹簧c12的活塞杆向下运动，上模1和下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5一起向下运动，金属管坯继续发生压弯变形，之后上模1与下模a2-1、下模b2-2、下模f2-6、下模g2-7接触，实现完全合模，金属管材弯曲结束。

步骤八、外部压力机滑块上行，带动上底板3向上运动，上模1同步向上运动，氮气弹簧a10和氮气弹簧c12的活塞杆向上运动，下模c2-3和下模e2-5随氮气弹簧活塞杆向上运动，直至到达氮气弹簧行程，与上模1实现分离。

步骤九、外部压力机滑块继续上行，上模1向上运动，氮气弹簧b11的活塞杆向上运动，下模d2-4随氮气弹簧活塞杆向上运动，至到达氮气弹簧行程，与上模1实现分离。

步骤十、外部压力机滑块继续上行运动，上模1向上运动，直至上模1回到初始位置，取出压弯成形后的金属管材。

实施例二：采用液压缸机构a15、液压缸机构b16和液压缸机构c17代替氮气弹簧a10、氮气弹簧b11、氮气弹簧c12实现下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5上下运动。

通过液压缸机构伸缩控制下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5与上模1的合模位置，合模之后通过液压缸机构实现上模1和下模2的同步运动，实现金属管材的压弯变形，其步骤与实施例一相同。

实施例三：采用顶杆18代替调节垫板13实现金属管材弯曲曲率半径微调。

结合图7说明，通过将上模a1-1、上模b1-2、上模c1-3、上模d1-4、上模e1-5、上模f1-6、上模g1-7与上底板3之间的调节垫板13更换为顶杆18，将下模a2-1、下模b2-2、下模c2-3、下模d2-4、下模e2-5、下模f2-6、下模g2-7与连接板7之间的可调垫板13更换为顶杆18，通过旋转顶杆18改变模具的高度，改变模具之间的相对位置关系，实现金属管材压弯弯曲曲率半径的调整，满足不同弯曲曲率半径的管材压弯和管材压弯后回弹的调整。

实施例四：采用气体和液体19混合的方式实现内压支撑。

在实施例一中，需要按照需求在弯曲之前对管材进行充气处理，本实施例中，将气体介质变为气液混合介质；在步骤四中对管材内部充入液体19和气体混合介质，之后再对管材进行弯曲。对较长的管材来说加压速率更快，可以实现在稳定内压支撑下弯曲，减少薄壁管起皱缺陷的发生，提高弯曲极限。

Claims (10)

1.一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置，其特征在于，该装置包括上模(1)、下模(2)、上底板(3)、金属管材(4)、侧挡板(5)、螺栓、连接板(7)、支撑柱(8)、下底板(9)、压力机构、调节机构和高压气管(14)；金属管材(4)两端密封，其位于上模(1)、下模(2)之间，其中一端连接有高压气管(14)进行气体加压或者金属管材(4)内填充气液混合物；

上模(1)和下模(2)均为分段式结构，分别分为n段；上模(1)两端的第1段和第n段分别固定于上底板(3)上，其余段分别通过调节机构固定于上底板(3)上；下模(2)两端的第1段、第2段、第n-1段和第n段分别通过调节机构固定于连接板(7)上，其余段与侧挡板(5)接触；侧挡板(5)与下模(2)的第2段、第n-1段的侧端连接；连接板(7)通过支撑柱(8)连接下底板(9)；连接板(7)中间设有n-4个通孔；下模(2)的其余段的下表面和下底板(9)中间处的上表面均设有圆形凹槽；压力机构一端与圆形凹槽配合，另一端穿过连接板(7)上的通孔后与圆形凹槽配合接触。

2.根据权利要求1所述的适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置，其特征在于，所述调节机构为不同高度的调节垫板(13)或顶杆(18)。

3.根据权利要求1或2所述的适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置，其特征在于，所述压力机构为具有不同压力的液压缸机构或具有不同行程的氮气弹簧。

4.根据权利要求1所述的适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置，其特征在于，所述n为7。

5.根据权利要求1所述的适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置，其特征在于，所述固定的方式为螺栓连接或键槽配合；当固定方式为螺栓连接时，上底板(3)、连接板(7)、侧挡板(5)和调节机构设有螺栓孔，上模(1)的上表面和下模(2)的第1段、第2段、第n-1段和第n段上表面、下模(2)的第2段和第n-1段的两侧均设有螺纹孔，上底板(3)与上模(1)两端的第1段和第n段通过螺栓连接，上底板(3)、调节机构和上模(1)的其余段依次通过螺栓连接；连接板(7)、调节机构和下模(2)的第1段、第2段、第n-1段和第n段通过螺栓连接；当连接方式为键槽配合时，上底板(3)下表面、连接板(7)上表面和调节机构上、下表面、上模(1)和下模(2)均设有键槽；上底板(3)分别与上模(1)的第1段和第n段间、调节机构上表面与上底板(3)间、调节机构下表面与上模(1)的其余段间均通过平键(20)定位；调节机构上表面与下模(2)的第1段、第2段、第n-1段和第n段间、调节机构下表面与连接板(7)间通过平键(20)定位。

6.根据权利要求1所述的适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形装置，其特征在于，所述上模(1)和下模(2)的每段结构的两侧均设有吊装孔。

7.一种适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形方法，其特征在于，包括步骤如下；

步骤一、确定金属管材(4)压弯的轴线形状；

首先根据最终成形构件的形状和尺寸要求，确定原始管坯的外径、壁厚以及管长，通过有限元仿真软件对金属管材(4)压弯仿真，弯曲之后进行成形件回弹仿真，确定回弹补偿后的金属管材(4)压弯的弯曲轴线形状；

步骤二、根据步骤一中确定的原始管坯的外径、壁厚、管长以及弯曲轴线形状，进行有限元仿真模拟，分析弯曲后的弯管截面起皱情况，未发生起皱缺陷的区域不进行分段处理，发生起皱缺陷区域的上模(1)和下模(2)沿金属管材(4)轴线方向进行分段处理；上模(1)和下模(2)的分段长度依据弯管起皱段的长度确定，对不同分段处理的模拟结果进行分析，依据成形结果最佳的分段模拟方案来确定上模(1)和下模(2)的分段方式，确定金属管材(4)压弯的上模(1)和下模(2)的轮廓形状和尺寸；

步骤三、根据步骤二中确定的上模(1)和下模(2)的分段方式，进行不同合模高度的压弯仿真，确定分段合模高度，从而确定上模(1)和下模(2)之间的合模高度；

步骤四、确定压力机构的弹压力和行程；根据步骤二和步骤三中确定的分段方式和分段合模高度，确定压力机构的行程，在该行程下，分段模具的初始位置满足对应的分段合模高度要求，并且根据步骤二和步骤三中的有限元仿真模拟，分析分段压弯时每一段下模(2)受到的模具反力，从而确定压力机构的弹压力参数，压力机构的弹压力大于模具受到的反力，使管材压弯时分段下模(2)先保持不动，上模(1)与下模(2)接触之后分段下模(2)随上模(1)向下运动而运动；

步骤五、放置原始管坯；

将步骤一中确定的原始管坯放入下模(2)的型腔之中，调整金属管材(4)轴向位置，使金属管材(4)两端的余量相等；

步骤六、上模(1)型腔与金属管材(4)接触；

上模(1)在外部作用下向下运动，到达相应位置后，上模(1)型腔与金属管材(4)外表面接触，此时金属管材还未发生变形；

步骤七、上模(1)与下模(2)实现合模；

步骤六中上模(1)与金属管材(4)表面产生接触，上模(1)在外部压力机作用下继续下行，下行过程中，与上模(1)距离最近的下模(2)最先实现抱紧合模上模(1)；上模(1)继续下行，依次与其他下模(2)实现合模，直至上模(1)与所有下模(2)都完成合模，压力机停止运动，上模(1)停止下行；

步骤八、上模(1)与下模(2)实现分离；

上模(1)上行，步骤七中最后实现合模的下模(2)最先与上模(1)发生分离，之后上模(1)继续向上运动，依次与其他下模(2)实现分离，直至与所有下模(2)实现分离；

步骤九、金属管材压弯结束，取出最终压弯成形的管件。

8.根据权利要求7所述的适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形方法，其特征在于，所述步骤一中，确定金属管材(4)压弯的轴线形状后，采用线切割的方式从原始管坯上截取实验所需尺寸的管材。

9.根据权利要求7所述的适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形方法，其特征在于，所述上模(1)的上、下行通过双动压力机或单动压力机实现。

10.根据权利要求7所述的适用于成形变曲率金属薄壁管的弯曲成形方法，其特征在于，所述上模(1)和下模(2)的分段长度下模(2)为弯管起皱段长度的1.2倍到1.5倍。

Images