淺談薄壁管數(shù)控彎曲的操作方法

蘇健+付陽陽

摘要：薄壁彎管的批量生產(chǎn)，一般是在數(shù)控彎管機(jī)上冷彎成型的，無論是有芯彎曲還是無芯彎曲，由于薄壁彎管管壁失穩(wěn)臨界力較低，彎曲部位常出現(xiàn)癟皺等變形缺陷，這種缺陷產(chǎn)生不但會(huì)削弱管子的強(qiáng)度，降低承載能力，而且容易造成管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)速度不均勻，產(chǎn)生渦流和彎曲部位積聚污垢等影響管路的正常使用。文章講述了薄壁管數(shù)控彎曲的操作方法。

關(guān)鍵詞：薄壁管；數(shù)控彎管機(jī)；有芯彎曲；褶皺；冷彎成型 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號：TG386 文章編號：1009-2374（2016）36-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.044

1 技術(shù)問題的產(chǎn)生

在目前使用的設(shè)備是數(shù)控彎管機(jī)，而在彎曲薄壁管時(shí)注意選用合適的模具，模具結(jié)構(gòu)其主要工作部分由彎曲模、導(dǎo)向模、夾持模、防皺板、芯棒、束頭等組成。

對于動(dòng)車組等使用的不銹鋼管和銅管通常采用冷彎法，冷彎法是在常溫下使管子彎曲成型，冷彎的彎曲半徑應(yīng)不小于管子直徑的1.5倍，由于管子具有很大的彈性，此時(shí)施加的外力彎曲時(shí)消除后，管子會(huì)回彈一個(gè)角度，所以一定的過彎量一定要有。

數(shù)控彎管機(jī)冷彎法的工作原理：彎管模具裝在數(shù)控彎管機(jī)上，具體工藝方法是：彎曲模裝在數(shù)控彎管機(jī)的主軸上，夾持模裝在數(shù)控彎管機(jī)夾鉗上，當(dāng)數(shù)控彎管機(jī)啟動(dòng)時(shí)夾持模把管子固定在彎曲模的槽內(nèi)，同時(shí)導(dǎo)向模與彎曲模及防皺板夾緊管子，芯棒插入管子內(nèi)部，當(dāng)彎曲模主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，管子就隨之轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞在其周向，得到所需要的彎曲半徑。

2 薄壁管彎制的缺陷機(jī)理

（1）管材內(nèi)表面出現(xiàn)癟皺；（2）管材彎曲位置外壁變薄；（3）管材截面形狀畸變。

3 缺陷機(jī)理分析

3.1 管子彎曲外側(cè)變薄、內(nèi)側(cè)褶皺分析

管子在彎曲時(shí)，其圓角區(qū)外側(cè)管壁受拉應(yīng)力δ1而變薄，內(nèi)側(cè)管壁受壓應(yīng)力δ2而增厚，離中心層越遠(yuǎn)變化量越大，由于管壁太薄導(dǎo)致薄壁管材在承受彎曲時(shí)，產(chǎn)生內(nèi)側(cè)管壁起皺現(xiàn)象，沿縱向壓縮變形的需要產(chǎn)生橫向變形，受到壓力作用的管壁的材料已滿足不了，當(dāng)變形量過大時(shí)，外側(cè)管壁會(huì)拉裂，內(nèi)側(cè)管壁會(huì)出現(xiàn)褶皺，使工件報(bào)廢。

3.1.1 彎曲半徑、芯棒伸出量、彎曲速度以及采用的彎管方法等導(dǎo)致了管子彎曲處管壁減薄，彎曲半徑的大小對彎管的影響可以用下式表示：

由上式可見，當(dāng)管徑D一定時(shí)，彎曲半徑R越大，越接近于T2，外側(cè)管壁減薄的越小，在彎曲中管壁上所受的拉力越小，而斷面的橢圓變形和內(nèi)側(cè)管壁的褶皺變形也就越小。

3.1.2 彎曲速度對管壁減薄、內(nèi)側(cè)褶皺也有重要的影響，壁厚變薄趨向于減小，是由于彎曲速度在較小范圍內(nèi)增加時(shí)，當(dāng)彎曲速度增加到一定值時(shí)，壁厚變薄率達(dá)到最小值，如繼續(xù)增加彎曲速度，壁厚變薄率將增加；對于彎曲內(nèi)側(cè)褶皺，速度越小，對于管材受擠壓變形量越慢，越不容易產(chǎn)生褶皺。

3.1.3 夾持力對內(nèi)側(cè)褶皺的影響也非常大，當(dāng)夾持力與芯棒伸出量配合調(diào)整時(shí)，如果夾持力不夠，就會(huì)造成管子在彎曲時(shí)回縮，形成倒彎曲情況，在彎曲內(nèi)側(cè)就會(huì)出現(xiàn)死褶，在夾持模位置形成磨損，甚至?xí)斐蓳p壞芯棒的影響。

3.2 管子斷面成橢圓分析

由于管子彎曲過程中，向中部作用力由外緣拉應(yīng)力和內(nèi)緣壓應(yīng)力的合力，導(dǎo)致管子彎曲部位在水平面上的直徑變化，垂直面上的直徑增加，水平面上的直徑減小，出現(xiàn)橢圓形，橢圓變形程度稱為橢圓度。

根據(jù)要求：管子彎曲好后截面畸變量U≤5%。

4 操作方法解決方案

4.1 模具安裝的操作方法

4.1.1 夾持模安裝。安裝夾持模時(shí)，將夾持模內(nèi)側(cè)凹槽的花紋位置用清洗劑清洗干凈，保證沒有油污，增加與管子外表面的摩擦力，同時(shí)在調(diào)整夾持模夾持力時(shí)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，用扭矩扳手進(jìn)行緊固，保證夾持力≥110Nm，能夠滿足夾持模的夾持力。

4.1.2 導(dǎo)向模安裝。安裝導(dǎo)向模時(shí)，由于管子的外徑公差在±0.05mm的公差范圍內(nèi)，調(diào)整模具要保證滿足批量管子的生產(chǎn)，所以在調(diào)整導(dǎo)向模的夾緊力時(shí)，用0.05mm的塞尺墊于導(dǎo)向模與彎曲模的貼合位置，然后調(diào)整頂緊螺栓，保持一定的壓緊力。

4.1.3 芯棒選用及位置調(diào)整。芯棒的選用：在彎制薄壁銅管時(shí)由于管子較軟，需要管子外側(cè)的承載面積大，所以應(yīng)選用多節(jié)球頭芯棒；在彎制不銹鋼管時(shí)，為了減小芯棒與管子內(nèi)壁的摩擦力，應(yīng)盡量減小芯棒與管材的接觸面積，所以應(yīng)選用柱塞式芯棒。

安裝芯棒時(shí)，應(yīng)盡最大可能地增大芯棒伸出量，這樣就可以擴(kuò)大芯棒與芯頭對管子彎曲段內(nèi)壁支撐的范圍，使之所受到的切向拉應(yīng)力合力減小，以達(dá)到減小端面畸變的目的，而芯棒相對于彎曲點(diǎn)的位置對于管子內(nèi)側(cè)褶皺非常重要，芯棒相對于彎曲點(diǎn)朝前一定位置e（芯棒工作端進(jìn)入管子彎曲段），通過試驗(yàn)測的超前量e=6mm，所以在芯棒調(diào)整中應(yīng)保證超前量e，制作工裝確保超前量e，圖示如下：

使用方法：在調(diào)整芯棒前端超出量時(shí)，將此工裝安裝在彎管機(jī)上，彎曲模頂端定位點(diǎn)與彎曲模前端對齊，夾持模夾緊彎管，然后用扳手調(diào)整芯棒后端的調(diào)整螺栓，使得芯棒前端與工裝的芯棒定點(diǎn)對齊，這樣芯棒位置就調(diào)整完成。

4.1.4 防皺板安裝。防皺板是安裝在彎曲模和導(dǎo)向模中間的位置，將防皺板安放到數(shù)控彎管機(jī)上，然后用萬能角度尺測量防皺板與導(dǎo)向模的夾角應(yīng)保證在3°～5°之間，因?yàn)楣茏訌澢鷷r(shí)會(huì)在管子末端有一個(gè)向防皺模方向的分力，如果將防皺模與導(dǎo)向板的夾角調(diào)整小于3°，則管子末端與防皺模的壓力使得管子不能向前移動(dòng)造成管子外側(cè)減薄率增加，如果將防皺模與導(dǎo)向板的夾角調(diào)整大于5°，則管子內(nèi)壁就會(huì)出現(xiàn)與防皺板有間隙，使得管子內(nèi)側(cè)產(chǎn)生褶皺。

4.2 工藝參數(shù)的設(shè)定

4.2.1 為了改善彎曲成型薄壁管的彎制，在機(jī)械冷彎時(shí)可采用頂墩力，即在管子的末端增加軸向推力F，這樣在數(shù)控彎管機(jī)上有一個(gè)扭力值，而通過試驗(yàn)測得頂墩力應(yīng)保證在6%的扭力值，這樣就會(huì)減輕模具的受力狀態(tài)，提高薄壁管彎曲的成功率。

4.2.2 通過原理分析彎曲速度的設(shè)定也具有非常大的影響，在程序編制過程中使旋轉(zhuǎn)軸的彎曲速度控制在40%，通過試驗(yàn)得出此速度是最合理速度。

4.2.3 將模具的規(guī)格尺寸正確設(shè)置在合理的范圍，并將數(shù)據(jù)正確輸入數(shù)控彎管機(jī)。

5 效果評價(jià)

（1）調(diào)整模具時(shí)間由原來的平均3人4小時(shí)減少到2人0.5小時(shí)，大大縮短了模具調(diào)整時(shí)間，降低了輔助工作時(shí)間；（2）管材質(zhì)量和管材強(qiáng)度得到了保障，使得試彎合格率由原來的4%提高到20%；（3）提高了原材料管的浪費(fèi)，由原來的平均25*600mm減少到5*600mm。

參考文獻(xiàn)

[1] 武漢鍋爐廠設(shè)計(jì)科.彎管計(jì)算[M].北京：機(jī)械工業(yè) 出版社，1973.

[2] 梁炳文.冷沖壓工藝手冊[M].北京：北京航空航天 大學(xué)出版社，2004.

[3] 楊立平.模具制造基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版 社，2007.

作者簡介：蘇健（1969-），男，河北唐山人，中車唐山機(jī)車車輛有限公司總裝配一廠數(shù)控配管高級技師，研究方向：機(jī)械制造及自動(dòng)化；付陽陽（1986-），男，河北滄州人，中車唐山機(jī)車車輛有限公司總裝配一廠數(shù)控配管高級技師，研究方向：機(jī)械制造及自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：蔣建華）