一種簡易彎管模具的設計及制造

汶軍科，張峰峰，李國睿，李陽，魏國榮，王剛

（陜西德仕汽車部件（集團）有限責任公司岐山分公司，陜西 寶雞 722406）

一種簡易彎管模具的設計及制造

汶軍科，張峰峰，李國睿，李陽，魏國榮，王剛

（陜西德仕汽車部件（集團）有限責任公司岐山分公司，陜西 寶雞 722406）

為解決小批量多品種小直徑管件產品的彎曲問題，設計者進行一種簡易彎管模具設計，根據設計零件的尺寸、材料、批量生產等要求，首先分析零件的工藝性，確定彎曲工藝方案及模具結構方案，然后通過工藝設計、計算，確定模具結構及尺寸以及加工工藝方法。

簡易彎管模具；彎曲件；導輪；芯棒

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.017

CLC NO.: U463.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-49-03

引言

管件彎曲在日常生活中應用廣泛，與板料彎曲一樣，其外壁受拉應力，內壁受壓應力，彎曲時會出現外壁變薄而開裂、內壁受壓打折起皺，徑向壓應力使管子變扁等缺陷， 故彎曲時常采用充填填料或芯子，加熱等彎曲方法。

1、管件

1.1管件常見彎曲方法

常見的管件彎曲方法是：機械冷態彎管與機械熱態彎管。

1.2常見彎管設備

按彎管機的傳動方式可分為：

(1)手動彎管機：設備簡單，靠人力彎管，可彎制D 25mm的管件。

(2)氣動彎管機：采用氣壓傳動，可彎制Dw≤32mm的管件。

(3)機械傳動彎管機：靠電動機與蝸輪副等機械傳動，結構簡單。制造方便，通用性大，可彎制Dw≤159mm的管件。

(4)液壓傳動彎管機：傳動平穩可靠，噪音小，結構緊湊，易于實現自動化。

(5)程序控制液壓傳動彎管機。

2、彎曲零件分析

2.1結構與尺寸

彎曲零件材料為鋼管20-φ24×2，小批量生產，結構尺寸如圖1。

2.2工藝分析

技術條件要求內壁不起皺，外壁無裂紋，橢圓度不得超過管子外徑的10%。

計算其相對壁厚S/D為: S/D=2/24=0.083式中：S一管子壁厚

D一管子外徑由文獻可知，當相對壁厚為0.083時，其最小彎曲半徑為R=3.6D=86.4mm。上述彎管彎曲半徑為R40，可見彎曲難度較大，只有在模具上附加夾緊塊起防皺作用，在合理選用芯棒就可解決問題。

2.3材料分析

20#鋼，屬于碳素結構鋼，查《冷沖壓工藝及模具設計》附表1可知屈服強度σs =245MPa。此材料具有良好的塑性，其彎曲成型加工性能良好。根據以上分析，該零件的工藝性較好，可以進行彎曲加工。

2.4精度分析

零件尺寸公差分別為：

從零件外形和材料公差分析，零件精度要求不高，利用簡易彎管模方式可以達到零件圖紙要求。

3、確定彎曲工藝方案

該零件包括下料、彎曲兩個基本工序，零件結構簡單，用量少，故該零件適合采用簡易人工彎管模工藝方案。

4、確定模具總體結構方案

4.1模具類型

根據零件的彎曲工藝方案，采用簡易人工彎管模。其模具主要結構特點是：人工利用杠桿原理使動導輪R槽壓緊管子于定導輪R槽并繞其旋轉一定角度，達到制件所需角度。

4.2操作與定位方式

零件的生產批量較小，定位考慮在彎管芯棒上設計可活動調節的套式定位方式，彎曲到需要角度時松開動導輪，因管子與芯棒是間隙配合，故很容易使制件取出，掉頭再定位彎曲即可。另外因彎曲回彈問題，彎曲角度定位暫不設計，調試模具時可現場配做。

4.3彎管力矩計算

彎管力矩的計算方法引自“機械工程手冊第42篇金屬制作”。Mw =(K+K0/4RX)Wσs

式中：

Mw——彎管力矩 kgfmm

K——截面形狀系數（K=1.275（DW-2S）/DW-3S）

DW——管子外徑mm

S——管子壁厚mm

K0——相對強化系數（20#鋼K0=10）

RX——相對彎曲半徑 RX=R/DW

R——管子中心彎曲半徑 mm

σs——材料屈服極限（σs =245Mpa）

5、模具主要部件設計

5.1導輪設計

當所彎管件規格(管件外徑D、壁厚D、彎曲半徑、屈服極限 Rs 四項簡稱四要素) 確定以后，一般要考慮管材的回彈因素，以確定模具的彎曲半徑R′：R′= R/（1+2mσs R x/ E）。

式中：

R 管件彎曲半徑(回彈后彎曲半徑)

s 管件屈服極限，N /mm2

E 管件彈性模數，N /mm2

R x 相對彎曲半徑，R x = R/D，D 為管件外徑

m = K 1+ K0/2Rx，K1為管材截面形狀系數，K0為鋼材的相對強化系數

所得R′直徑圓整后，可作為設計參數使用。通常為簡便起見，當Rx= 2～10 時，還可按下列經驗公式確定：

彎曲碳鋼管時R1≈ (0196～ 0198) R。當Rx≤1.5時，可不考慮回彈因素。

制件 R=40mm，制件材料為φ24×2，Rx=40/24=1.66，故也不用考慮回彈，定導輪直徑應選用R40，R槽選用 12，產品設計如圖2。

5.2導輪連接座設計

因兩導輪工作時是夾緊管件操作，當彎曲到一定角度時要考慮動導輪要放松管子，以便管件從芯棒上取出，故導論連接座采用鉸鏈式設計，可靈活翻轉，另外要考慮動導輪繞定導輪靈活旋轉，故要雙頭螺栓銷軸、孔間隙配合，配合面保證光潔度，具體設計如圖3。

5.3芯棒設計

為防止管件在彎曲時管壁褶皺或嚴重橢圓，一般冷態彎管采用芯棒，因圓柱芯棒結構簡單，制作簡便，故選用圓柱芯棒，同時還要考慮耐磨，容易從管口插入和取出，便于調整插入管內尺寸，芯軸的工藝尺寸。

（1）芯軸的直徑d

當管件規格確定以后，芯軸的直徑一般由經驗確定，原則是應保證芯軸在管子內有一定的自由滑動間隙，該間隙一般為管子壁厚的9-12%，該間隙不能過大，過大會使內壁起皺、橢圓度大，反之，則會造成外壁減薄或斷裂等缺陷。

（2）芯軸的超前量e

芯軸的超前量e直接影響彎管質量，應在彎管開始前經調試確定。一般的規律是，彎曲半徑越小，超前量越小；反之，則越大。芯軸的超前量e可按下式確定：式中：d0管子內徑；

x 管子內壁與芯軸間的間隙，x = d0-d

超前量確定后，一般經微調后即可進行彎管，并能保證彎管質量，故設計如圖4。

5.4夾緊設計

管件彎曲時為防止管件隨動導輪位移，保證制件尺寸，夾緊設計相當重要，圖5.5就是夾緊設計，夾緊桿在夾緊座內旋轉推動夾緊塊位移，壓緊管件于固定夾緊塊上，彎曲完成后松開夾緊桿即可取出制件，設計結構簡單，操作方便。夾緊鉗口的設計主要取決于管件上相連的兩個彎頭的最小直線距離，即夾緊鉗口長度L 的設計。L 尺寸過小，則不能夾緊管件，彎曲時，管件易打滑，損傷外觀，影響彎曲角度。反之，L 尺寸過大，當夾持管件時，有可能將已成形的前一彎頭夾扁，這在彎管工藝中是不允許的，所以，L 尺寸要選擇合適。通常，可按經驗公式確定該尺寸，即L = (2～3) D。推算可取100，夾緊鉗口夾持管件的松緊度一般由經驗確定。夾持太緊，管件外壁壓痕，夾持太松，管件易打滑，均影響彎管質量。一般經試彎管件后，必須調整到最佳夾持狀態。

6、模具總裝圖

7、結論

本文簡述了一種簡易彎管模具的設計與制作，以解決常見多品種小批量小直徑管件的彎曲問題。其模具結構簡單、制作成本低、周期短、能迅速見效，同時因制作工藝簡單，選用常規材料就能快速實現，是日常機械加工中比較實用的一種管件彎曲方法。

[1] 曾霞文,徐政坤主編.冷沖壓工藝及模具設計[M].長沙:中南大學出版社,2006.

[2] 王芳.冷沖壓模具設計指導[M].北京:機械工業出版社,1999.

[3] 付宏生.冷沖壓成形工藝與模具設計制造[M].北京:化學工業出版社,2005.

Design and manufacture of a simple pipe bending die

Wen Junke, Zhang Fengfeng, Li Guorui, Li Yang, Wei Guorong, Wang Gang
（Shaanxi auto parts (Group) Co., Ltd., Qishan branch, Shaanxi Baoji 722406）

A simple pipe bending die design to solve the bending problem of small quantities of many varieties of small diameter pipe products, according to the design of parts of the size, material, mass production requirements. Firstly, it analyzes the parts of the process determined bending process scheme and die structure of the program, and then process design, calculation, to determine the structure and size of the mold and the processing method.

simple pipe mold; bending parts; wheel; mandrel

U463.9

A

1671-7988（2015）09-49-03

汶軍科，就職于陜西德仕汽車部件（集團）有限責任公司岐山分公司。