專利名稱：一種小曲率半徑彎管成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彎管制造工藝，特別是一種小曲率半徑彎管的制造工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有彎管成型技術(shù)有兩種，一是無芯滾壓方式，將被彎曲的管子固定，用滾輪滾壓管子，彎曲模作為支撐使之變形。二是采用有芯彎曲方式，將被彎曲的管子一端與彎曲模具固定在一起，模具轉(zhuǎn)動時，管子的另一端變形。這兩種彎曲技術(shù)存在共同的缺點是管子彎曲變形時靠自身管壁強(qiáng)度來支撐。當(dāng)管壁小于2.0毫米，彎曲半徑小于1.5D(D表示管子的直徑)時，管壁支撐強(qiáng)度不夠，受力大的部位自由變形，無法達(dá)到理想的彎曲效果。汽車行業(yè)使用的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣鋼管、中冷氣管等都是采用壁厚1毫米，彎曲半徑在0.5D～1.0D之間的金屬管。所以，目前國內(nèi)汽車行業(yè)使用的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣鋼管因直徑大、管壁薄、無法彎曲而采用拼焊結(jié)構(gòu)，拼焊結(jié)構(gòu)的缺點是增大發(fā)動機(jī)進(jìn)氣阻力，增加噪音。國內(nèi)汽車行業(yè)使用的金屬薄壁彎管由于技術(shù)原因還不能實現(xiàn)“圓弧彎曲過度”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制造小曲率半徑彎管的制造方法，該方法能制造出彎管的壁厚不小于0.5毫米、彎曲半徑大于0.5D的金屬彎管，使汽車行業(yè)使用的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣鋼管、中冷氣管等均能采用壁厚1毫米、彎曲半徑0.5D～1.0D之間的圓弧彎曲過度的無橫截面焊縫的金屬管。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開了一種小曲率半徑彎管成型方法，該方法采用有芯彎曲方式，即包括芯軸，具體內(nèi)容為將待彎曲的原管胚穿到芯軸上，原管胚的一端靠夾緊力與彎曲模固定，由彎管機(jī)帶動彎曲模轉(zhuǎn)動；在原管胚彎曲變形的過程中，給原管胚的管壁增加兩種不同方向的輔助推力，其中在管彎曲內(nèi)徑的壁面上施加金屬收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的推力，在管彎曲外徑的壁面上施加金屬拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的推力，將原管胚彎曲到規(guī)定的角度后將芯軸抽出。
在本方法“原管胚的一端靠夾緊力與彎曲模固定”中“夾緊力”要靠一個和彎曲模固定的夾緊裝置提供；“給原管胚的管壁增加兩種不同方向的輔助推力”可以為兩個與管壁弧面接觸的物塊，在外力作用下與管壁形成摩擦即可形成所需的兩種不同方向的輔助推力。
本發(fā)明中所用到的芯軸可以采用公知的“萬向芯軸”。這種萬向芯軸是由2至4個金屬環(huán)組成，環(huán)與環(huán)之間有一定的間隙，但是這種間隙不可避免使金屬管在彎曲時產(chǎn)生比較明顯的褶皺。當(dāng)彎曲管壁厚度在2.0毫米、彎曲半徑為1.5D時，褶皺非常明顯，還會使金屬管壁內(nèi)壁形成凹槽，因而增大了彎管的廢品率。為了使金屬管內(nèi)壁顯得更加平滑，讓更薄管壁有更小的彎曲半徑，本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是對芯軸的改進(jìn)，改進(jìn)方案有兩種1、所述芯軸為片狀雙向芯軸，該芯軸由若干方形片體層疊在一起構(gòu)成，其整體呈圓柱體狀，每一片片體的四個角均為倒角，不同寬度的片體通過金屬銷交錯并有序的結(jié)合在一起；2、所述芯軸為片狀多向芯軸，該芯軸由若干半球形金屬片層疊在一起構(gòu)成，其整體呈圓柱體狀，每一片的中心有一個圓孔，若干半球形金屬片扣疊在一起，所有圓孔疊加形成柱形空腔，所述空腔內(nèi)有將所有半球形金屬片串接在一起的鋼絲繩。以上兩種芯軸的改進(jìn)方案使芯軸在金屬管彎曲變形的時候，能有效給金屬管管壁提供支撐力，從而減少了褶皺的發(fā)生和降低了褶皺的幅度，并且這種支撐力更有利配合兩個金屬管外壁的兩個輔助力，進(jìn)而使它們達(dá)到的良好施力效果。
與本發(fā)明相比，現(xiàn)有技術(shù)彎曲管子存在的缺點第一種方式無芯滾壓式，彎曲時不用芯軸，因薄壁管管壁的支撐力太小，根本實現(xiàn)不了小半徑彎曲；第二種有芯彎曲方式采用的芯軸是“萬向芯軸”，即是由2至4個金屬環(huán)組成，環(huán)與環(huán)之間有一定的間隙(沒有間隙芯軸無法變形)，這些間隙就是薄壁金屬管彎曲時發(fā)生折皺的地方，由于管外壁上沒有兩種不同方向的輔助推力，當(dāng)彎曲半徑小于1.5D時，管壁的變形量達(dá)到2至3倍，在萬向芯軸的間隙處，薄壁管管壁的支撐力不夠而發(fā)生嚴(yán)重折皺，折皺現(xiàn)象發(fā)生后芯軸無法抽出，所以用現(xiàn)有生產(chǎn)彎管技術(shù)的方法配合萬向芯軸或棒節(jié)鏈?zhǔn)叫据S均不能很成功的生產(chǎn)出薄壁小彎曲半徑的彎管。使得汽車行業(yè)使用的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣鋼管、中冷氣管等要求采用壁厚1毫米、彎曲半徑0.5D～1.0D之間的金屬管的設(shè)計要求不能通過“圓弧彎曲過度”來實現(xiàn)。而本發(fā)明提供的方法管壁的形變是靠金屬模具支撐，金屬管在金屬模具腔內(nèi)完成變形，同時利用抽芯技術(shù)使已變形的金屬管在模具腔內(nèi)實現(xiàn)二次成型，這一過程可使金屬管變形的狀態(tài)與設(shè)定的彎曲狀態(tài)達(dá)到完全一致，從而使產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計要求。本發(fā)明提供的方法在完成彎曲變形時給金屬管管壁增加兩種不同方向的輔助推力，一種輔助推力等于金屬管內(nèi)側(cè)壁的收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，且方向與收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力方向相同；另一種輔助推力等于金屬管外側(cè)壁的拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，且方向與拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力方向相同；這兩種輔助推力減少了金屬變形時的內(nèi)應(yīng)力、增加了金屬的流動性，使本身就比較薄的管壁不至于收縮折皺和拉伸變薄、開裂。本發(fā)明所提供的方法中對芯軸的改進(jìn)，其外形輪廓是圓柱體，彎曲時不會出現(xiàn)間隙，當(dāng)在彎曲金屬管時，該芯軸與內(nèi)彎曲模配合形成的模具內(nèi)腔正好與被彎曲的金屬管管壁形狀相同，彎曲變形過程中，模具內(nèi)腔也隨之變形，金屬管壁全部在金屬模具腔內(nèi)里完成變形，幾乎沒有折皺的空間。使用本發(fā)明方法生產(chǎn)的小曲率半徑彎管在不增加成本的情況下，可以替代目前廣泛應(yīng)用在汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣鋼管、中冷氣管等部件上的壁厚1毫米、彎曲半徑在0.5D～1.0D之間“三段拼焊”的金屬管。所以本發(fā)明可以使國內(nèi)汽車行業(yè)使用的金屬薄壁管實現(xiàn)“圓弧彎曲過度”，從而達(dá)到減少發(fā)動機(jī)進(jìn)氣阻力、降低噪音、減少震動，并且可以提高發(fā)動機(jī)的功率的良好效果。


圖1為本發(fā)明方法中選用已知技術(shù)的萬向芯軸作為芯軸的一套模具結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明方法中選用片狀雙向芯軸作為芯軸的一套模具結(jié)構(gòu)圖。
圖3為圖2中片狀雙向芯軸的正面結(jié)構(gòu)圖。
圖4為圖3中片狀雙向芯軸的俯視圖。
圖5為圖3中片狀雙向芯軸的左視圖。
圖6為本發(fā)明方法中選用片狀多向芯軸作為芯軸的一套模具結(jié)構(gòu)圖。
圖7為圖6中片狀多向芯軸的正面視圖。
圖8為圖7的左視圖。
圖9為模具工作過程示意圖。
圖10為經(jīng)過彎曲成型的彎管簡圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本實施例采用一套模具的芯軸為已知技術(shù)中的萬向芯軸，這種萬向芯軸是由2至4個金屬環(huán)組成，環(huán)與環(huán)之間有一定的間隙。利用這種芯軸根據(jù)本發(fā)明方法可以制造管壁厚度為2毫米、彎曲半徑為1.5D的金屬彎管，其具體方法為將待彎曲的原管胚穿到萬向芯軸1a上，原管胚7的一端靠夾緊力與彎曲模固定，夾緊力由夾緊塊4和支撐塊3配合提供，然后由數(shù)控彎管機(jī)帶動彎曲模2轉(zhuǎn)動；在原管胚彎曲變形的過程中，如圖9所示，給原管胚的管壁增加兩種不同方向的輔助推力，其中在管彎曲內(nèi)徑的壁面上施加金屬收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的推力，在圖9中顯示為向右方向的力F1，此力由彎曲內(nèi)徑助推塊5提供，彎曲內(nèi)徑助推塊5鄰近彎曲模2并與原管胚7弧面接觸形成正壓力，然后彎曲內(nèi)徑助推塊5受到與金屬收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的外力的拉動；在管彎曲外徑的壁面上施加金屬拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的推力，在圖9中顯示為向左方向的力F2，此力由彎曲內(nèi)徑助推塊6提供，彎曲內(nèi)徑助推塊6與原管胚7弧面接觸形成正壓力，然后彎曲內(nèi)徑助推塊6受到與金屬收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的外力拉動，待原管胚彎曲到規(guī)定的角度后將芯軸1a抽出。需要另說明的是，彎曲內(nèi)徑助推塊5在與原管胚7的管壁夾緊接觸、與彎曲模2臨近接觸時，如圖9所示，可以將彎曲內(nèi)徑助推塊5固定在一個不動的底座上，此時，僅靠彎曲內(nèi)徑助推塊5與原管胚7間的摩擦力一般就提供如圖9中向右方向的力F1。如果彎管的管壁厚度小于2毫米或者彎曲半徑為小于1.5D，那么由于在萬向芯軸的間隙處，薄壁管管壁的支撐力不夠而發(fā)生嚴(yán)重折皺，即使管壁外壁施有一組輔助推力也會使彎管成品的廢品率增大。在實際生產(chǎn)檢測時，當(dāng)彎曲半徑達(dá)到1.2D時，此芯軸已經(jīng)無法用于生產(chǎn)加工了。
關(guān)于本發(fā)明的精度要求及環(huán)境要求實施本發(fā)明需要高精度的數(shù)控彎管機(jī)一般選用進(jìn)口數(shù)控彎管機(jī)，模具制造精度精確到0.01毫米以內(nèi)，被彎曲的金屬管直徑誤差范圍在0～0.1毫米以內(nèi)，彎曲時模具與金屬管之間幾乎沒有間隙，彎曲變形時助推速度一定要與金屬管壁內(nèi)部變形速度保持一致。
上述利用現(xiàn)有萬向芯軸的實施例，由于芯軸自身結(jié)構(gòu)因素，不能達(dá)到生產(chǎn)汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣鋼管、中冷氣管等的技術(shù)要求。如圖2、3、4、5所示，片狀雙向芯軸1b，可以很好的配合本發(fā)明方法，用于生產(chǎn)汽車上氣管相關(guān)管件。在實際生產(chǎn)測試過程中，用和上述實施例一樣的方式，可以生產(chǎn)壁厚1毫米、彎曲半徑≥0.6D的金屬彎管。在圖3中，片狀雙向芯軸1b由片層部分1b1和芯棒1b2構(gòu)成。片狀雙向芯軸的片層部分是由多個金屬片組成，每片的四個角要進(jìn)行倒角，倒角的形狀可以是直線型、也可以是圓弧型，倒角的大小根據(jù)彎曲半徑的大小而定，彎曲半徑越小，需要的倒角就越大。片狀雙向芯軸每片的厚度根據(jù)金屬管直徑的大小而定，金屬管直徑越大，需要每片的厚度就越大。利用金屬銷將每片有序的結(jié)合起來，固定在芯棒上，形成一個圓柱體。十堰市風(fēng)雷工貿(mào)有限公司利用這種片狀雙向芯軸配合本發(fā)明方法已經(jīng)加工出壁厚0.5毫米、彎曲半徑0.6D的金屬彎管，說明此種芯軸可以很適合本發(fā)明方法，從而解決了本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題。
為了配合本發(fā)明方法達(dá)到更好的加工彎管的技術(shù)效果，如圖6、7、8所示，提供出一種片狀多向芯軸的結(jié)構(gòu)圖。片狀多向芯軸是由多個半球型金屬片組成，每片的中心鉆一個通孔，每片的厚度根據(jù)金屬管直徑的大小而定，金屬管直徑越大，需要每片的厚度就越大。每片的中心鉆一個通孔，用鋼絲繩將每片疊加固定在芯棒上，形成一個圓柱體。這種多向芯軸以片狀半球片為單元，可以解決上述雙向芯軸只能按照片體活動的兩個方向彎管的弊端，因為片狀雙向芯軸如果不順應(yīng)可以片體活動的兩個方向彎曲金屬管，就容易造成芯軸毀壞。在實踐測試中，用這種片狀多向芯軸結(jié)合本發(fā)明方法，也可以到達(dá)上述片狀雙向芯軸的技術(shù)效果，事實上，對壁厚一定，彎曲半徑越小的彎管成型越凸現(xiàn)出比片狀雙向芯軸的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種小曲率半徑彎管成型方法，采用有芯彎曲方式，包括芯軸，具體為將待彎曲的原管胚穿到芯軸上，原管胚的一端靠夾緊力與彎曲模固定，由彎管機(jī)帶動彎曲模轉(zhuǎn)動；在原管胚彎曲變形的過程中，給原管胚的管壁增加兩種不同方向的輔助推力，其中在管彎曲內(nèi)徑的壁面上施加金屬收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的推力，在管彎曲外徑的壁面上施加金屬拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的推力，將原管胚彎曲到規(guī)定的角度后將芯軸抽出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小曲率半徑彎管成型方法，其特征在于所述芯軸為片狀雙向芯軸，該芯軸由若干方形片體層疊在一起構(gòu)成，其整體呈圓柱體狀，每一片片體的四個角均為倒角，不同寬度的片體通過金屬銷交錯并有序的結(jié)合在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小曲率半徑彎管成型方法，其特征在于所述芯軸為片狀多向芯軸，該芯軸由若干半球形金屬片層疊在一起構(gòu)成，其整體呈圓柱體狀，每一片的中心有一個圓孔，若干半球形金屬片扣疊在一起，所有圓孔疊加形成柱形空腔，所述空腔內(nèi)有將所有半球形金屬片串接在一起的鋼絲繩。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種制造小曲率半徑彎管的制造方法，該方法采用有芯彎曲方式，包括芯軸，具體為將待彎曲的原管胚穿到芯軸上，原管胚的一端靠夾緊力與彎曲模固定，由彎管機(jī)帶動彎曲模轉(zhuǎn)動；在原管胚彎曲變形的過程中，給原管胚的管壁增加兩種不同方向的輔助推力，其中在管彎曲內(nèi)徑的壁面上施加金屬收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的推力，在管彎曲外徑的壁面上施加金屬拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相同方向的推力，將原管胚彎曲到規(guī)定的角度后將芯軸抽出。該方法能制造出彎管的壁厚不小于0.5毫米、彎曲半徑大于0.5D的金屬彎管，使汽車行業(yè)使用的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣鋼管、中冷氣管等均能采用壁厚1毫米、彎曲半徑0.5D～1.0D之間的圓弧彎曲過度的無橫截面焊縫的金屬管。
文檔編號B21D9/16GK1911550SQ20051001928
公開日2007年2月14日 申請日期2005年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者熊雷 申請人:十堰市風(fēng)雷工貿(mào)有限公司