薄壁鋼管彎曲成形方法探討及應(yīng)用*

彭陽國(guó)，劉 洪，黃 侖

(中國(guó)嘉陵工業(yè)股份有限公司(集團(tuán))技術(shù)中心，重慶 400032)

薄壁鋼管彎曲成形方法探討及應(yīng)用*

彭陽國(guó)，劉 洪，黃 侖

(中國(guó)嘉陵工業(yè)股份有限公司(集團(tuán))技術(shù)中心，重慶 400032)

通過對(duì)薄壁鋼管在彎曲成形過程中的起皺、扁平變形等普遍質(zhì)量缺陷進(jìn)行彎曲成形工藝分析，找出產(chǎn)生上述質(zhì)量問題的主因，并從彎曲成形工藝及設(shè)備、工裝上進(jìn)行試驗(yàn)改進(jìn)，以有效解決薄壁鋼管彎曲成形中的技術(shù)質(zhì)量難題。

后導(dǎo)模;反變形導(dǎo)模;萬向球珠

1 引言

在生產(chǎn)中，常遇到薄壁、小半徑鋼管的彎曲成形如圖1所示。這類工件的加工，在常規(guī)工藝和設(shè)備條件下，存在諸如彎曲成形變形大、產(chǎn)品起皺、不能達(dá)到產(chǎn)品外觀要求等明顯質(zhì)量缺陷特征?，F(xiàn)將薄壁、小彎曲半徑鋼管的彎曲成形加工難點(diǎn)及改進(jìn)方案進(jìn)行分析。

圖1 常見不同類型的彎曲成形鋼管

2 薄壁管在彎曲成形中的問題和對(duì)策

如圖2所示為某重點(diǎn)項(xiàng)目用彎曲成形鋼管零件，該件為一個(gè)彎曲成形尺寸比較復(fù)雜的產(chǎn)品，其外徑尺寸為 Φ36 mm、壁厚平均值為 1 mm，材料為1Cr18Ni9，彎曲成形半徑為R70 mm，彎曲成形角度138°，兩個(gè)成形工序之間可供夾持直線段較小，僅28 mm，彎曲管總線長(zhǎng)度為756 mm。因此，彎曲成形難度較大，在彎曲成形時(shí)彎曲部位出現(xiàn)內(nèi)側(cè)起皺、外側(cè)收縮變形。如圖3所示。

這類產(chǎn)品質(zhì)量缺陷長(zhǎng)期以來制約著產(chǎn)品加工成本和工作效率，究其質(zhì)量缺陷形成的原因，經(jīng)過初步分析，存在下述原因:

(1)彎曲成形設(shè)備故障而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

圖2 某彎曲成形管件

圖3 管件彎曲變形處缺陷

(2)鋼管在彎曲成形過程中內(nèi)側(cè)材料受擠壓限制，多余材料無法流動(dòng)形成內(nèi)凹皺折現(xiàn)象，而外側(cè)材料受拉伸作用，材料自身延伸率與強(qiáng)度不足，形成外側(cè)收縮變形。

(3)彎曲成形過程中輪模和導(dǎo)模制造精度以及彎曲成形夾持力未能達(dá)到要求。

為解決以上質(zhì)量缺陷，在彎曲成形設(shè)備和彎曲成形輪模上提出改進(jìn)方案:

(1)將彎管機(jī)［1］的液壓送料系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，反復(fù)調(diào)整夾模［1］與輪模［1］的夾持力、以及導(dǎo)模［1］與輪模的夾緊間隙。

(2)將彎曲成形導(dǎo)模設(shè)計(jì)制作成反變形導(dǎo)模，并提高輪模制作精度，重新調(diào)整彎曲成形時(shí)產(chǎn)品的夾緊力。

(3)對(duì)彎曲成形模具進(jìn)行設(shè)計(jì)新增后導(dǎo)模［1］，增加了反變形導(dǎo)模的長(zhǎng)度，改善夾塊［1］的夾緊效果。

(4)加內(nèi)芯棒伸入鋼管內(nèi)，但普通的內(nèi)芯棒對(duì)彎曲成形變形改善雖有一定作用，也不能達(dá)到質(zhì)量要求。將內(nèi)芯棒改為三顆活動(dòng)導(dǎo)向球珠的連接結(jié)構(gòu)，并將鋼管內(nèi)壁進(jìn)行清潔、潤(rùn)滑處理。

經(jīng)過上述4項(xiàng)措施配合使用，產(chǎn)品質(zhì)量可望得到明顯提升，達(dá)到產(chǎn)品圖技術(shù)要求。

3 薄壁彎曲成形管件應(yīng)用改進(jìn)實(shí)例

對(duì)圖2所示產(chǎn)品實(shí)施改進(jìn)方案進(jìn)行彎曲成形分述如下。

3.1 內(nèi)側(cè)用后導(dǎo)模設(shè)計(jì)及制造

由于鋼管在彎曲成形過程中內(nèi)側(cè)材料受內(nèi)應(yīng)力相互擠壓作用，材料自身無法向外延伸，形成內(nèi)凹皺折。為了防止產(chǎn)品內(nèi)凹，需增設(shè)后導(dǎo)模，以限制產(chǎn)品在彎曲成形過程中的自由變形，使鋼管緊帖后導(dǎo)模和輪模，如圖4所示。

圖4 后導(dǎo)模和輪模及鋼管位置示意圖

后導(dǎo)模的裝配及調(diào)試是彎曲成形控制中影響因素最重要的一環(huán)，在彎曲成形時(shí)，一定要將后導(dǎo)模的頂點(diǎn)與輪模中心調(diào)整到一致，并且接觸部位應(yīng)光滑平整。整個(gè)弧形應(yīng)最大限度接觸輪模表面以減小摩擦阻力，達(dá)到最好防皺效果。后導(dǎo)模頂點(diǎn)是最關(guān)鍵也是最易磨損部位，因此應(yīng)經(jīng)常檢查修整或更換。

3.2 反變形導(dǎo)模設(shè)計(jì)及制造

在彎曲成形過程中外側(cè)鋼管受拉伸作用，材料無法及時(shí)補(bǔ)充，形成外側(cè)鋼管收縮變形。為防止產(chǎn)品外側(cè)收縮變形，需增設(shè)反變形導(dǎo)模。先給鋼管一個(gè)反向變形量(圖示中1.98 mm)，以彌補(bǔ)變形過程中產(chǎn)生的變形。另外為防止無法夾緊鋼管的現(xiàn)象，凹槽深度需減小0.5 mm。如圖5所示為反變形導(dǎo)模示意圖。

圖5 反變形導(dǎo)模

3.3 內(nèi)芯導(dǎo)向球珠設(shè)計(jì)及制造

彎曲成形中，由于鋼管內(nèi)孔沒有限制，材料在徑向方向上可自由變形，產(chǎn)生內(nèi)凹及扁平變形。因此，增加三顆內(nèi)芯導(dǎo)向球珠，抑制內(nèi)孔變形。導(dǎo)向球珠設(shè)計(jì)時(shí)須兼顧變形量及產(chǎn)品的工藝要求。根據(jù)GB/T 1801－2009《公差帶與配合的選擇》［2］標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 17395－2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》［3］標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合產(chǎn)品彎曲成形工藝及允許變形量的要求，導(dǎo)向球珠與鋼管的間隙控制在0.3～0.4 mm以內(nèi)，圖6所示為導(dǎo)向球珠布置圖。

圖6 導(dǎo)向球珠布置圖

在整個(gè)彎曲成形過程中，導(dǎo)向球珠的作用如下:

(1)第一顆導(dǎo)向球珠在彎曲成形中要超出模具中心2～3 mm。

(2)活動(dòng)關(guān)節(jié)要靈活。

(3)導(dǎo)向球珠直徑與鋼管內(nèi)孔配合間隙要合適，一般控制在0.3～0.4 mm彎曲成形效果最佳。

(4)該件是易損件，第二、三顆球珠比第一顆球珠直徑要略微小一些(Φ33.6 mm)，以此減少阻力。

(5)導(dǎo)向球珠磨損后應(yīng)常備相應(yīng)零件以實(shí)現(xiàn)快速切換，從而不影響生產(chǎn)和質(zhì)量。

(6)鋼管內(nèi)部應(yīng)保持清潔和適度潤(rùn)滑，不允許有鐵屑及其它異物，否則增加彎曲成形阻力，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向球珠意外磨損，影響產(chǎn)品質(zhì)量和彎曲成形效率。

(7)拉桿通過與基座上的固定桿連接，在彎曲成形過程中保持不動(dòng)，彎曲完成后固定桿在油缸的牽引下向右退出。

3.4 綜合調(diào)整

①后導(dǎo)模安裝時(shí)緊帖輪模，調(diào)整后導(dǎo)模及輪模間隙為0.02 mm左右，后導(dǎo)模頂點(diǎn)與輪模中心對(duì)齊，兩者接觸部位應(yīng)光滑平整;②后導(dǎo)模與導(dǎo)模夾角為1°，這樣可充分限制內(nèi)側(cè)變形;③第一顆導(dǎo)向球珠中面在輪模中心左側(cè)2～3 mm范圍內(nèi);④調(diào)整夾模壓緊力，使鋼管充分壓緊，防止滑移;⑤彎曲成形鋼管內(nèi)壁進(jìn)行清潔潤(rùn)滑處理，彎曲成形系統(tǒng)綜合調(diào)正，如圖7。

3.5 實(shí)施后的效果

(1)原方案為分二段彎曲成形(如圖8)，切斷因工藝要求而增加的多余長(zhǎng)度后，再焊接組合而成，改進(jìn)后的新方案為一次連續(xù)彎曲而成。改進(jìn)后既解決了鋼管被焊穿、焊縫成型差，焊接不牢固等諸多質(zhì)量問題，同時(shí)又大大節(jié)約了因分段彎曲成形、焊接帶來的材料成本和制造成本。

圖7 彎曲成形系統(tǒng)綜合調(diào)正圖

圖8 原分段彎曲成形及焊接示意圖

(2)產(chǎn)品加工效率提高50%，原方案共有十一道工序:第一段鋼管下料、一次彎形、二次彎形及切斷;第二段鋼管下料、一次彎形、二次彎形、三次彎形及切斷;第一段和第二段焊接組合、去飛濺及去毛刺，改進(jìn)后只有六道工序，分別為:下料、一次彎形、二次彎形、三次彎形、四次彎形、五次彎形及去毛刺。

(3)產(chǎn)品的橢圓度由原來的0.8 mm降低到了現(xiàn)在的0.4 mm以下。

(4)取消焊接后大大提高了產(chǎn)品外觀質(zhì)量。

(5)降低了原材料消耗，由原方案的840 mm減為756 mm。

(6)由上可知，鋼管彎形的綜合制造成本不到原制造成本的1/3。

4 結(jié)語

在薄壁、小半徑彎曲成形過程中經(jīng)過反復(fù)摸索、實(shí)踐后篩選確定的最有效的彎曲成形工藝，經(jīng)多個(gè)規(guī)格鋼管實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該項(xiàng)工藝實(shí)施效果良好，可廣泛運(yùn)用于各種鋼管彎曲成形的生產(chǎn)過程中。

［1］ 使用手冊(cè)編寫組.50TDRE使用手冊(cè)［M］.臺(tái)灣:喬升機(jī)器股份有限公司，2003.

［2］ 李曉沛.公差帶與配合的選擇GB/T 1801－2009［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［3］ 晏 如.無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差GB/T 17395－2008［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

Discussion and Application of the Bending Forming Method for Thin－walled Steel Tube

PENG Yang－guo，LIU Hong，HUANG Lun
(Technology Center，China Jialing Industrial Co.，Ltd，Chongqing 400032，China)

Through analyzing the thin－walled tube bending process in wrinkling，deformation and other common quality defects flat，The main cause of the quality problems are found out，and the improvement is made from the bending process，equipment and tooling.The technical quality problems of thin－walled steel bending are effectively solved.

afterwards guided mold;reverse deformation guided mold;universal ball

TP29

A

1007－4414(2013)05－0107－03

2013－07－24

彭陽國(guó)(1963－)，男，重慶人，工程師，主要從事摩托車整車及零部件方面的研究。