專(zhuān)利名稱：小彎曲半徑管成形裝置及成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管成形裝置及成形方法。
背景技術(shù)：
采用管材彎曲制造的零件，作為氣體液體輸送管路，大量應(yīng)用于航空航天，汽車(chē)等領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)和小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于鋁合金、鈦合金和高溫合金彎曲管件的空間方面提出了更高的要求。采用整體成形的小彎曲半徑管，既可以節(jié)約空間，又保證結(jié)構(gòu)的可靠性和實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的減重。相對(duì)彎曲半徑是管材彎曲變形程度的重要指標(biāo)之一，相對(duì)彎曲半徑為管件彎曲中性層的半徑R與管材直徑D之比。傳統(tǒng)拉壓變形機(jī)制下的彎曲工藝相對(duì)彎曲半徑存在極限，這是由于隨著相對(duì)彎曲半徑的減小，管材彎曲件外側(cè)在雙向拉應(yīng)力的作用下過(guò)度減薄甚至開(kāi)裂，彎曲件內(nèi)側(cè)在雙向壓應(yīng)力的作用下增厚甚至失穩(wěn)起皺。當(dāng)相對(duì)彎曲半徑減小到一定程度時(shí)，彎曲內(nèi)外側(cè)難以協(xié)調(diào)，最終導(dǎo)致管材無(wú)法成形。實(shí)際的最小相對(duì)彎曲半徑不僅取決于彎曲工藝(芯模、設(shè)備)，還取決于管材的徑厚比、材料的力學(xué)性能
坐寸o對(duì)于相對(duì)彎曲半徑小于3的管件，無(wú)芯彎曲難以實(shí)現(xiàn)。相較于無(wú)芯彎曲，采用內(nèi)部支撐可以有效減輕管件起皺和截面畸變，提高彎曲成形極限。從填充物種類(lèi)角度，可以分為剛性芯模支撐有芯彎曲和柔性介質(zhì)支撐有芯彎曲。目前常用的有數(shù)控彎曲(CNC彎曲)剛性芯模支撐有芯彎曲和內(nèi)壓推彎、充液剪切彎曲等柔性介質(zhì)支撐有芯彎曲。數(shù)控彎曲數(shù)控彎曲是傳統(tǒng)繞彎工藝結(jié)合機(jī)床工業(yè)和數(shù)控技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)管材塑性加工技術(shù)，是目前航空、航天和汽車(chē)等領(lǐng)域薄壁彎管構(gòu)件最常用的塑性彎曲工藝之一。數(shù)控彎曲成形包含了多組模具約束協(xié)同控制管件變形行為，可以較好控制截面畸變和起皺等缺陷，增加管材彎曲成形極限，適合于薄壁管小彎曲半徑成形。影響薄壁彎管數(shù)控繞彎成形的因素較多，芯棒尺寸及伸出量、芯頭形式及個(gè)數(shù)、助推速度、模具間隙、彎曲速度、夾緊力以及各部分之間的潤(rùn)滑條件均對(duì)薄壁彎管的成形質(zhì)量具有重要影響。一般情況下帶芯模的數(shù)控彎曲其相對(duì)彎曲半徑能達(dá)到1. 5，采用多球芯模、防皺塊等特殊的模具結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到1. 2。內(nèi)壓推彎推彎成形可以成形小彎曲半徑的管件，相對(duì)彎曲半徑通?？梢赃_(dá)到I 2。為了防止管件斷面形狀的畸變，在彎管內(nèi)部可以采用聚氨酯棒進(jìn)行支撐，外部推力通過(guò)芯棒壓縮彈性芯棒，聚胺脂棒和薄壁管在凸模推動(dòng)作用下向下滑動(dòng)產(chǎn)生彎曲成形。薄壁管被聚氨酯棒產(chǎn)生的脹力緊緊貼靠與凹模型腔，減小起皺趨勢(shì)和截面畸變。這種彎曲工藝適用于彎曲半徑較小、沒(méi)有直線段的短小彎管的加工，相對(duì)彎曲半徑最小可達(dá)到1. O。充液剪彎哈爾濱工業(yè)大學(xué)液力成形工程中心提出的充液剪切彎曲方法，依靠剪切變形產(chǎn)生材料流動(dòng)實(shí)現(xiàn)彎曲，能夠成形相對(duì)彎曲半徑小于0. 5的鋁合金和鈦合金管接頭。但是利用液體介質(zhì)提供內(nèi)壓，需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，實(shí)施困難，設(shè)備投資大。成形的圓角大小主要取決于內(nèi)壓力，難以實(shí)現(xiàn)精確的定量控制。此外，內(nèi)壓的提高增加了管壁的法向壓應(yīng)力，會(huì)造成管材和模具之間摩擦力的增大。當(dāng)成形圓角很小時(shí)，所需成形內(nèi)壓很大，摩擦對(duì)成形精度的不利影響會(huì)更加突出。采用對(duì)稱芯軸取代液體支撐可以有效解決上述問(wèn)題的同時(shí)，仍然利用剪切變形的機(jī)制成形小彎曲半徑管，精確控制彎曲成形圓角大小，降低技術(shù)應(yīng)用難度，提高生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種小彎曲半徑管成形裝置及成形方法，以克服現(xiàn)有小彎曲半徑管成形技術(shù)的不足。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是裝置方案裝置包括第一沖頭、第一圓柱體、第二圓柱體、第三圓柱體、第一剪切成形芯頭、第三剪切成形芯頭和兩個(gè)第二剪切成形芯頭，第二沖頭、活動(dòng)模塊，上固模和下固模構(gòu)成了固定模塊，固定模塊為長(zhǎng)方體形狀，活動(dòng)模塊的橫截面為T(mén)形，固定模塊沿厚度方向開(kāi)有與活動(dòng)模塊相匹配的第一通孔，固定模塊沿長(zhǎng)度方向開(kāi)有第二通孔，活動(dòng)模塊的豎直段底部開(kāi)有第三通孔，活動(dòng)模塊設(shè)在第一通孔內(nèi)且第二通孔和第三通孔構(gòu)成了模具型腔，第三通孔的側(cè)壁沿開(kāi)有環(huán)槽，第一剪切成形芯頭、第二剪切成形芯頭和第三剪切成形芯頭均為半圓柱體且半圓柱體的一端倒圓角，第一圓柱體的一端與第一剪切成形芯頭的另一端連接制成第一心軸，第一剪切成形芯頭位于第一圓柱體的上半部且第一剪切成形芯頭的平面與第一圓柱體的中心軸面在同一平面上，第二圓柱體的兩端分別與第二剪切成形芯頭的一端連接制成第二心軸，兩個(gè)第二剪切成形芯頭位于第二圓柱體的下半部且兩個(gè)第二剪切成形芯頭的平面與第二圓柱體的中心軸面在同一平面上，第二圓柱體上設(shè)有定位凸起，第三圓柱體的一端與第三剪切成形芯頭的一端連接制成第三心軸，第三剪切成形芯頭位于第三圓柱體的上半部且第三剪切成形芯頭的平面與第三圓柱體的中心軸面在同一平面上；第二心軸的一端裝在第一管坯內(nèi)，第二心軸的另一端裝在第二管坯內(nèi)，第一心軸的一端裝在第一管坯內(nèi)且第一剪切成形芯頭和第二剪切成形芯頭相對(duì)設(shè)置，第三心軸的一端裝在第二管坯內(nèi)且第三剪切成形芯頭和第二剪切成形芯頭相對(duì)設(shè)置，第一心軸的另一端裝在第一沖頭內(nèi)，第三心軸的另一端裝在第二沖頭內(nèi)；第一管坯和第二管坯、第一沖頭及第二沖頭均設(shè)在模具型腔中，第二心軸定位凸起設(shè)在相對(duì)應(yīng)的環(huán)槽中；方法方案小彎曲半徑管成形方法步驟一、裝填階段將第一芯軸、第二芯軸和第三芯軸組合后，在第一芯軸和第三芯軸外側(cè)套上第一管坯和第二管坯中，放入由固定模塊和活動(dòng)模塊組成的模具型腔中，通過(guò)第二芯軸上的定位凸起與活動(dòng)模塊定位，在第一管坯和第二管坯兩端分別安裝第一沖頭和第二沖頭，第一沖頭和第二沖頭沿軸向向內(nèi)推進(jìn)，第一沖頭與第一管坯接觸，第二沖頭和第二管坯接觸；步驟二、成形階段使活動(dòng)模塊相對(duì)于固定模塊沿第二芯軸作切向運(yùn)動(dòng)，切向位移為S2,同時(shí)第一沖頭和第二沖頭分別沿軸向向內(nèi)進(jìn)給,軸向位移為S1,使第一管還和第二管坯發(fā)生變形，制備出相對(duì)彎曲半徑Rb < 0. 5的小彎曲半徑管件。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1的A-A剖面圖(初始狀態(tài))，圖3是管坯成形后的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3的B點(diǎn)放大圖，圖5是第一芯軸示意圖，圖6是第二芯軸的示意圖，圖7是第三芯軸的示意圖。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明在利用剪切變形機(jī)制實(shí)現(xiàn)管材彎曲成形的同時(shí)利用對(duì)稱芯軸作為內(nèi)支撐，不但利用對(duì)稱控制的方法有效降低軸向補(bǔ)料和切向位移同時(shí)運(yùn)動(dòng)的實(shí)施難度，而且實(shí)現(xiàn)彎曲圓角大小的精確控制。成形管件具有相對(duì)彎曲半徑小、表面質(zhì)量好、成形精度高、整體性能優(yōu)良等特點(diǎn)，可以加工鋼、鋁、銅、鈦等金屬及合金材料，也可加工部分非金屬材料，特別適合于相對(duì)彎曲半徑0. 5以下的管件的整體成形。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1-圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的裝置包括第一沖頭3、第一圓柱體4-1、第二圓柱體5-1、第三圓柱體6-1、第一剪切成形芯頭4-2、第三剪切成形芯頭6-2和兩個(gè)第二剪切成形芯頭5-2，第二沖頭8、活動(dòng)模塊9，上固模和下固模構(gòu)成了固定模塊1，固定模塊I為長(zhǎng)方體形狀，活動(dòng)模塊9的橫截面為T(mén)形，固定模塊I沿厚度方向開(kāi)有與活動(dòng)模塊9相匹配的第一通孔1-1，固定模塊I沿長(zhǎng)度方向開(kāi)有第二通孔1-2，活動(dòng)模塊9的豎直段底部開(kāi)有第三通孔9-1，活動(dòng)模塊9設(shè)在第一通孔1-1內(nèi)且第二通孔1-2和第三通孔9-1構(gòu)成了模具型腔，第三通孔9-1的側(cè)壁沿開(kāi)有環(huán)槽9-2，第一剪切成形芯頭4-2、第二剪切成形芯頭5-2和第三剪切成形芯頭6-2均為半圓柱體且半圓柱體的一端倒圓角，第一圓柱體4-1的一端與第一剪切成形芯頭4-2的另一端連接制成第一心軸4，第一剪切成形芯頭4-2位于第一圓柱體4-1的上半部且第一剪切成形芯頭4-2的平面與第一圓柱體4-1的中心軸面在同一平面上，第二圓柱體5-1的兩端分別與第二剪切成形芯頭5-2的一端連接制成第二心軸5，兩個(gè)第二剪切成形芯頭4-2位于第二圓柱體5-1的下半部且兩個(gè)第二剪切成形芯頭4-2的平面與第二圓柱體5-1的中心軸面在同一平面上，第二圓柱體5-1上設(shè)有定位凸起5-3，第三圓柱體6-1的一端與第三剪切成形芯頭6-2的一端連接制成第三心軸6，第三剪切成形芯頭6-2位于第三圓柱體6-1的上半部且第三剪切成形芯頭6-2的平面與第三圓柱體6-1的中心軸面在同一平面上；第二心軸5的一端裝在第一管坯2內(nèi)，第二心軸5的另一端裝在第二管坯8內(nèi)，第一心軸4的一端裝在第一管還2內(nèi)且第一剪切成形芯頭4-2和第二剪切成形芯頭5-2相對(duì)設(shè)置，第三心軸6的一端裝在第二管坯8內(nèi)且第三剪切成形芯頭6-2和第二剪切成形芯頭5-2相對(duì)設(shè)置，第一心軸4的另一端裝在第一沖頭3內(nèi)，第三心軸6的另一端裝在第二沖頭7內(nèi)；第一管坯2和第二管坯8、第一沖頭3及第二沖頭7均設(shè)在模具型腔中，第二心軸5定位凸起5-3設(shè)在相對(duì)應(yīng)的環(huán)槽9-3中。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第一剪切成形芯頭4-2、第二剪切成形芯頭5-2和第三剪切成形芯頭6-2倒圓角R ( D/2，其中D為管坯的直徑。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式的小彎曲半徑管成形方法步驟一、裝填階段將第一芯軸4、第二芯軸5和第三芯軸6組合后，在第一芯軸4和第三芯軸6外側(cè)套上第一管坯2和第二管坯8中，放入由固定模塊I和活動(dòng)模塊9組成的模具型腔中，通過(guò)第二芯軸5上的定位凸起與活動(dòng)模塊9定位，在第一管坯2和第二管坯8兩端分別安裝第一沖頭3和第二沖頭7，第一沖頭3和第二沖頭7沿軸向向內(nèi)推進(jìn)，第一沖頭3與第一管坯2接觸，第二沖頭7和第二管坯8接觸；步驟二、成形階段使活動(dòng)模塊9相對(duì)于固定模塊I沿第二芯軸5作切向運(yùn)動(dòng)，切向位移為S2,同時(shí)第一沖頭3和第二沖頭8分別沿軸向向內(nèi)進(jìn)給，軸向位移為S1，使第一管坯2和第二管坯8發(fā)生變形，制備出相對(duì)彎曲半徑Rb < 0. 5的小彎曲半徑管件。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的切向位移S2等于軸向位移S1，保證沖頭的軸向補(bǔ)料，其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種小彎曲半徑管成形裝置，其特征在于所述裝置包括第一沖頭(3)、第一圓柱體 (4-1)、第二圓柱體(5-1)、第三圓柱體(6-1)、第一剪切成形芯頭(4-2)、第三剪切成形芯頭 (6-2)、第二沖頭(8)、活動(dòng)模塊(9)和兩個(gè)第二剪切成形芯頭(5-2)，上固模和下固模構(gòu)成了固定模塊(1)，固定模塊(1)為長(zhǎng)方體形狀，活動(dòng)模塊(9)的橫截面為T(mén)形，固定模塊(1) 沿厚度方向開(kāi)有與活動(dòng)模塊(9)相匹配的第一通孔(1-1)，固定模塊(1)沿長(zhǎng)度方向開(kāi)有第二通孔(1-2)，活動(dòng)模塊(9)的豎直段底部開(kāi)有第三通孔(9-1)，活動(dòng)模塊(9)設(shè)在第一通孔(1-1)內(nèi)且第二通孔(1-2)和第三通孔(9-1)構(gòu)成了模具型腔，第三通孔(9-1)的側(cè)壁沿開(kāi)有環(huán)槽(9-2)，環(huán)槽(9-2)為方形凹槽，第一剪切成形芯頭(4-2)、第二剪切成形芯頭(5-2)和第三剪切成形芯頭(6-2)均為半圓柱體且半圓柱體的一端倒圓角，第一圓柱體(4-1)的一端與第一剪切成形芯頭(4-2)的另一端連接制成第一芯軸(4)，第一剪切成形芯頭(4-2)位于第一圓柱體(4-1)的上半部且第一剪切成形芯頭(4-2)的平面與第一圓柱體(4-1)的中芯軸面在同一平面上，第二圓柱體(5-1)的兩端分別與第二剪切成形芯頭(5-2)的一端連接制成第二芯軸(5)，兩個(gè)第二剪切成形芯頭(5-2)位于第二圓柱體(5-1)的下半部且兩個(gè)第二剪切成形芯頭(5-2)的平面與第二圓柱體(5-1)的中芯軸面在同一平面上，第二圓柱體(5-1)上設(shè)有定位凸起(5-3)， 第三圓柱體(6-1)的一端與第三剪切成形芯頭(6-2)的一端連接制成第三芯軸￠)，第三剪切成形芯頭(6-2)位于第三圓柱體(6-1)的上半部且第三剪切成形芯頭(6-2)的平面與第三圓柱體(6-1)的中芯軸面在同一平面上；第二芯軸(5)的一端裝在第一管坯(2)內(nèi)，第二芯軸(5)的另一端裝在第二管坯(8) 內(nèi)，第一芯軸(4)的一端裝在第一管還(2)內(nèi)且第一剪切成形芯頭(4-2)和第二剪切成形芯頭(5-2)相對(duì)設(shè)置，第三芯軸(6)的一端裝在第二管坯(8)內(nèi)且第三剪切成形芯頭(6-2) 和第二剪切成形芯頭(5-2)相對(duì)設(shè)置，第一芯軸(4)的另一端裝在第一沖頭(3)內(nèi)，第三芯軸(6)的另一端裝在第二沖頭(7)內(nèi)；第一管坯(2)和第二管坯(8)、第一沖頭(3)及第二沖頭(7)均設(shè)在模具型腔中，第二芯軸(5)的定位凸起(5-3)設(shè)在相對(duì)應(yīng)的環(huán)槽(9-2)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述小彎曲半徑管成形裝置，其特征在于第一剪切成形芯頭(4-2)、 第二剪切成形芯頭(5-2)和第三剪切成形芯頭(6-2)倒圓角(R) SD/2，其中D為管坯的直徑。
3.一種利用權(quán)利要求1所述裝置的小彎曲半徑管成形方法步驟一、裝填階段將第一芯軸(4)、第二芯軸(5)和第三芯軸(6)組合后，在第一芯軸(4)和第三芯軸(6)外側(cè)套上第一管坯(2)和第二管坯(8)中，放入由固定模塊(I)和活動(dòng)模塊(9)組成的模具型腔中， 通過(guò)第二芯軸(5)上的定位凸起與活動(dòng)模塊(9)定位，在第一管坯(2)和第二管坯(8)兩端分別安裝第一沖頭(3)和第二沖頭(7)，第一沖頭(3)和第二沖頭(7)沿軸向向內(nèi)推進(jìn)， 第一沖頭(3)與第一管坯(2)接觸，第二沖頭(7)和第二管坯(8)接觸；步驟二、成形階段使活動(dòng)模塊(9)相對(duì)于固定模塊(I)沿第二芯軸(5)作切向運(yùn)動(dòng)， 切向位移為S2，同時(shí)第一沖頭(3)和第二沖頭(8)分別沿軸向向內(nèi)進(jìn)給，軸向位移為S1，使第一管坯(2)和第二管坯(8)發(fā)生變形，制備出相對(duì)彎曲半徑(Rb) ( O. 5的小彎曲半徑管件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述小彎曲半徑管成形方法，其特征在于切向位移(S2)等于軸向位移(S1)。
全文摘要
小彎曲半徑管成形裝置及成形方法，它涉及一種管成形裝置及成形方法。本發(fā)明為克服現(xiàn)有小彎曲半徑管成形技術(shù)的不足。裝置方案第二芯軸的一端裝在第一管坯內(nèi)，第二芯軸的另一端裝在第二管坯內(nèi)，第一芯軸的一端裝在第一管坯內(nèi)，第三芯軸的一端裝在第二管坯內(nèi)，第一芯軸的另一端裝在第一沖頭內(nèi)，第三芯軸的另一端裝在第二沖頭內(nèi)；第一管坯和第二管坯、第一沖頭及第二沖頭均設(shè)在模具型腔中，第二芯軸定位凸起設(shè)在相對(duì)應(yīng)的環(huán)槽中，方法方案裝填階段和成形階段。本發(fā)明用于管成形。
文檔編號(hào)B21D9/00GK103008419SQ20121053533
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者韓聰, 王勇, 苑世劍, 臧超 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)