一种小曲率半径弯管成型方法
技术领域
本发明涉及一种弯管制造工艺，特别是一种小曲率半径弯管的制造工艺。
背景技术
现有弯管成型技术有两种，一是无芯滚压方式，将被弯曲的管子固定，用滚轮滚压管子，弯曲模作为支撑使之变形。二是采用有芯弯曲方式，将被弯曲的管子一端与弯曲模具固定在一起，模具转动时，管子的另一端变形。这两种弯曲技术存在共同的缺点是管子弯曲变形时靠自身管壁强度来支撑。当管壁小于2.0毫米，弯曲半径小于1.5D(D表示管子的直径)时，管壁支撑强度不够，受力大的部位自由变形，无法达到理想的弯曲效果。汽车行业使用的发动机进气钢管、中冷气管等都是采用壁厚1毫米，弯曲半径在0.5D～1.0D之间的金属管。所以，目前国内汽车行业使用的发动机进气钢管因直径大、管壁薄、无法弯曲而采用拼焊结构，拼焊结构的缺点是增大发动机进气阻力，增加噪音。国内汽车行业使用的金属薄壁弯管由于技术原因还不能实现“圆弧弯曲过度”。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造小曲率半径弯管的制造方法，该方法能制造出弯管的壁厚不小于0.5毫米、弯曲半径大于0.5D的金属弯管，使汽车行业使用的发动机进气钢管、中冷气管等均能采用壁厚1毫米、弯曲半径0.5D～1.0D之间的圆弧弯曲过度的无横截面焊缝的金属管。
为了达到上述目的，本发明公开了一种小曲率半径弯管成型方法，该方法采用有芯弯曲方式，即包括芯轴，具体内容为：将待弯曲的原管胚穿到芯轴上，原管胚的一端靠夹紧力与弯曲模固定，由弯管机带动弯曲模转动；在原管胚弯曲变形的过程中，给原管胚的管壁增加两种不同方向的辅助推力，其中在管弯曲内径的壁面上施加金属收缩产生的内应力相同方向的推力，在管弯曲外径的壁面上施加金属拉伸产生的内应力相同方向的推力，将原管胚弯曲到规定的角度后将芯轴抽出。
在本方法“原管胚的一端靠夹紧力与弯曲模固定”中“夹紧力”要靠一个和弯曲模固定的夹紧装置提供；“给原管胚的管壁增加两种不同方向的辅助推力”可以为两个与管壁弧面接触的物块，在外力作用下与管壁形成摩擦即可形成所需的两种不同方向的辅助推力。
本发明中所用到的芯轴可以采用公知的“万向芯轴”。这种万向芯轴是由2至4个金属环组成，环与环之间有一定的间隙，但是这种间隙不可避免使金属管在弯曲时产生比较明显的褶皱。当弯曲管壁厚度在2.0毫米、弯曲半径为1.5D时，褶皱非常明显，还会使金属管壁内壁形成凹槽，因而增大了弯管的废品率。为了使金属管内壁显得更加平滑，让更薄管壁有更小的弯曲半径，本发明的进一步改进是对芯轴的改进，改进方案有两种：1、所述芯轴为片状双向芯轴，该芯轴由若干方形片体层叠在一起构成，其整体呈圆柱体状，每一片片体的四个角均为倒角，不同宽度的片体通过金属销交错并有序的结合在一起；2、所述芯轴为片状多向芯轴，该芯轴由若干半球形金属片层叠在一起构成，其整体呈圆柱体状，每一片的中心有一个圆孔，若干半球形金属片扣叠在一起，所有圆孔叠加形成柱形空腔，所述空腔内有将所有半球形金属片串接在一起的钢丝绳。以上两种芯轴的改进方案使芯轴在金属管弯曲变形的时候，能有效给金属管管壁提供支撑力，从而减少了褶皱的发生和降低了褶皱的幅度，并且这种支撑力更有利配合两个金属管外壁的两个辅助力，进而使它们达到的良好施力效果。
与本发明相比，现有技术弯曲管子存在的缺点：第一种方式无芯滚压式，弯曲时不用芯轴，因薄壁管管壁的支撑力太小，根本实现不了小半径弯曲；第二种有芯弯曲方式采用的芯轴是“万向芯轴”，即是由2至4个金属环组成，环与环之间有一定的间隙(没有间隙芯轴无法变形)，这些间隙就是薄壁金属管弯曲时发生折皱的地方，由于管外壁上没有两种不同方向的辅助推力，当弯曲半径小于1.5D时，管壁的变形量达到2至3倍，在万向芯轴的间隙处，薄壁管管壁的支撑力不够而发生严重折皱，折皱现象发生后芯轴无法抽出，所以用现有生产弯管技术的方法配合万向芯轴或棒节链式芯轴均不能很成功的生产出薄壁小弯曲半径的弯管。使得汽车行业使用的发动机进气钢管、中冷气管等要求采用壁厚1毫米、弯曲半径0.5D～1.0D之间的金属管的设计要求不能通过“圆弧弯曲过度”来实现。而本发明提供的方法管壁的形变是靠金属模具支撑，金属管在金属模具腔内完成变形，同时利用抽芯技术使已变形的金属管在模具腔内实现二次成型，这一过程可使金属管变形的状态与设定的弯曲状态达到完全一致，从而使产品达到设计要求。本发明提供的方法在完成弯曲变形时给金属管管壁增加两种不同方向的辅助推力，一种辅助推力等于金属管内侧壁的收缩产生的内应力，且方向与收缩产生的内应力方向相同；另一种辅助推力等于金属管外侧壁的拉伸产生的内应力，且方向与拉伸产生的内应力方向相同；这两种辅助推力减少了金属变形时的内应力、增加了金属的流动性，使本身就比较薄的管壁不至于收缩折皱和拉伸变薄、开裂。本发明所提供的方法中对芯轴的改进，其外形轮廓是圆柱体，弯曲时不会出现间隙，当在弯曲金属管时，该芯轴与内弯曲模配合形成的模具内腔正好与被弯曲的金属管管壁形状相同，弯曲变形过程中，模具内腔也随之变形，金属管壁全部在金属模具腔内里完成变形，几乎没有折皱的空间。使用本发明方法生产的小曲率半径弯管在不增加成本的情况下，可以替代目前广泛应用在汽车发动机进气钢管、中冷气管等部件上的壁厚1毫米、弯曲半径在0.5D～1.0D之间“三段拼焊”的金属管。所以本发明可以使国内汽车行业使用的金属薄壁管实现“圆弧弯曲过度”，从而达到减少发动机进气阻力、降低噪音、减少震动，并且可以提高发动机的功率的良好效果。
附图说明
图1为本发明方法中选用已知技术的万向芯轴作为芯轴的一套模具结构图。
图2为本发明方法中选用片状双向芯轴作为芯轴的一套模具结构图。
图3为图2中片状双向芯轴的正面结构图。
图4为图3中片状双向芯轴的俯视图。
图5为图3中片状双向芯轴的左视图。
图6为本发明方法中选用片状多向芯轴作为芯轴的一套模具结构图。
图7为图6中片状多向芯轴的正面视图。
图8为图7的左视图。
图9为模具工作过程示意图。
图10为经过弯曲成型的弯管简图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例采用一套模具的芯轴为已知技术中的万向芯轴，这种万向芯轴是由2至4个金属环组成，环与环之间有一定的间隙。利用这种芯轴根据本发明方法可以制造管壁厚度为2毫米、弯曲半径为1.5D的金属弯管，其具体方法为：将待弯曲的原管胚穿到万向芯轴1a上，原管胚7的一端靠夹紧力与弯曲模固定，夹紧力由夹紧块4和支撑块3配合提供，然后由数控弯管机带动弯曲模2转动；在原管胚弯曲变形的过程中，如图9所示，给原管胚的管壁增加两种不同方向的辅助推力，其中在管弯曲内径的壁面上施加金属收缩产生的内应力相同方向的推力，在图9中显示为向右方向的力F1，此力由弯曲内径助推块5提供，弯曲内径助推块5邻近弯曲模2并与原管胚7弧面接触形成正压力，然后弯曲内径助推块5受到与金属收缩产生的内应力相同方向的外力的拉动；在管弯曲外径的壁面上施加金属拉伸产生的内应力相同方向的推力，在图9中显示为向左方向的力F2，此力由弯曲内径助推块6提供，弯曲内径助推块6与原管胚7弧面接触形成正压力，然后弯曲内径助推块6受到与金属收缩产生的内应力相同方向的外力拉动，待原管胚弯曲到规定的角度后将芯轴1a抽出。需要另说明的是，弯曲内径助推块5在与原管胚7的管壁夹紧接触、与弯曲模2临近接触时，如图9所示，可以将弯曲内径助推块5固定在一个不动的底座上，此时，仅靠弯曲内径助推块5与原管胚7间的摩擦力一般就提供如图9中向右方向的力F1。如果弯管的管壁厚度小于2毫米或者弯曲半径为小于1.5D，那么由于在万向芯轴的间隙处，薄壁管管壁的支撑力不够而发生严重折皱，即使管壁外壁施有一组辅助推力也会使弯管成品的废品率增大。在实际生产检测时，当弯曲半径达到1.2D时，此芯轴已经无法用于生产加工了。
关于本发明的精度要求及环境要求：实施本发明需要高精度的数控弯管机一般选用进口数控弯管机，模具制造精度精确到0.01毫米以内，被弯曲的金属管直径误差范围在0～0.1毫米以内，弯曲时模具与金属管之间几乎没有间隙，弯曲变形时助推速度一定要与金属管壁内部变形速度保持一致。
上述利用现有万向芯轴的实施例，由于芯轴自身结构因素，不能达到生产汽车发动机进气钢管、中冷气管等的技术要求。如图2、3、4、5所示，片状双向芯轴1b，可以很好的配合本发明方法，用于生产汽车上气管相关管件。在实际生产测试过程中，用和上述实施例一样的方式，可以生产壁厚1毫米、弯曲半径≥0.6D的金属弯管。在图3中，片状双向芯轴1b由片层部分1b1和芯棒1b2构成。片状双向芯轴的片层部分是由多个金属片组成，每片的四个角要进行倒角，倒角的形状可以是直线型、也可以是圆弧型，倒角的大小根据弯曲半径的大小而定，弯曲半径越小，需要的倒角就越大。片状双向芯轴每片的厚度根据金属管直径的大小而定，金属管直径越大，需要每片的厚度就越大。利用金属销将每片有序的结合起来，固定在芯棒上，形成一个圆柱体。十堰市风雷工贸有限公司利用这种片状双向芯轴配合本发明方法已经加工出壁厚0.5毫米、弯曲半径0.6D的金属弯管，说明此种芯轴可以很适合本发明方法，从而解决了本发明需要解决的技术问题。
为了配合本发明方法达到更好的加工弯管的技术效果，如图6、7、8所示，提供出一种片状多向芯轴的结构图。片状多向芯轴是由多个半球型金属片组成，每片的中心钻一个通孔，每片的厚度根据金属管直径的大小而定，金属管直径越大，需要每片的厚度就越大。每片的中心钻一个通孔，用钢丝绳将每片叠加固定在芯棒上，形成一个圆柱体。这种多向芯轴以片状半球片为单元，可以解决上述双向芯轴只能按照片体活动的两个方向弯管的弊端，因为片状双向芯轴如果不顺应可以片体活动的两个方向弯曲金属管，就容易造成芯轴毁坏。在实践测试中，用这种片状多向芯轴结合本发明方法，也可以到达上述片状双向芯轴的技术效果，事实上，对壁厚一定，弯曲半径越小的弯管成型越凸现出比片状双向芯轴的优势。