大弯曲半径薄壁导管推弯成形方法及装置与流程

本发明涉及弯管制造塑性加工技术领域，具体涉及一种大弯曲半径薄壁导管推弯成形方法及装置。

背景技术：

金属管材由于具有重量轻、强度高等优点，广泛应用于机械、汽车等领域中结构件的制造，同时也可以作为各种流体介质传输的载体。管材的供货状态多为直管，在实际应用时，很多场合都需要预先进行弯曲加工，可根据使用要求选择不同的加工方法，其中数控弯管机可以按照要求准确、平稳地进行管材的弯曲加工，成形精度高、工艺稳定性好，适合于各种管材的精密弯曲成形。

近年来，小弯曲半径(相对弯曲半径R/D≤2，R-弯曲半径,D-管材外径)薄壁弯导管和大弯曲半径相对弯曲半径R/D≥8，R-弯曲半径，D-管材外径)薄壁导管(在航空、航天等高技术领域中日益广泛应用。其中大弯曲半径薄壁导管主要用于安装空间小、部件结构紧凑的场合输送液态或气态流体的低压导管中，多用于航空航天飞行器燃油系统和排气系统等领域。随着飞行器轻量化的发展需求，整个飞行器内部电气元件和导管的配合越来越紧密，对发动机的空间尺寸要求越小越好，为了避开电气元部件的干涉，因而连接距离较大的两个成件不能用长直线段直管，只能用大弯曲半径导管绕开成件，因而整个系统中存在一定数量的大弯曲半径导管的需求量。

目前在大管径薄壁弯导管的加工方面因受设备、模具及材料的限制，工艺上一直没有得到太大的突破，所以至今还很难提供完全符合要求的产品，导管外形精度相对较差。对于大弯曲半径的导管，在传统的数控绕弯弯管过程中需要较大直径的轮模，部分大直径轮模甚至超过了弯管机机头成形能力极限。尤其对于相对弯曲半径较大的弯管轮模，模具加工制造难度大，成本高，安装难度大，传统的数控绕弯成形已无法满足大弯曲半径导管的制造生产。因而发展大管径薄壁弯导管的精密成形技术已成为迫切需要解决的关键问题和重要发展方向。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何克服传统的数控绕弯成形方案的缺陷，设计一种新的大弯曲半径薄壁导管弯曲成形方法及装置。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大弯曲半径薄壁导管推弯成形装置，包括第一推弯导轮1、第一心轴2、导轮座3、第二心轴4、第二推弯导轮5、轮座6、第三心轴7、推弯轮8、弯管轮9、中心轴10、芯轴11和推杆12；

第一推弯导轮1通过第一心轴2与导轮座3固定，推弯导轮5通过第二心轴4与导轮座3固定，导轮座3通过燕尾槽与弯管机接口紧固；第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的径向限位环形槽深度均为导管13的半径，第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的半径均为2～4倍导管13的外径，第一推弯导轮1和第二推弯导轮5作为推弯成形过程中的导向模；推弯轮8通过第三心轴7与轮座6固定，推弯轮8通过燕尾槽与弯管机接口紧固；推弯轮8的径向限位环形槽深度为导管13的半径，推弯轮8的半径为2～3倍导管13的外径；弯管轮9通过中心轴10与弯管机机头固定；弯管轮9的径向限位环形槽深度为导管13的半径，弯管轮9的半径为3～5倍导管13的外径；推弯轮8和弯管轮9用于夹紧导管13实现推弯成形；芯轴11套在推杆12的一端，导管13从芯轴11一端套入，套在推杆12和芯轴11上，套有芯轴11的推杆12沿第一推弯导轮1的限位环形槽向第二推弯导轮5方向水平穿入。

优选地，所述芯轴11为球形芯轴。

本发明还提供了一种利用所述的装置进行大弯曲半径薄壁导管推弯成形的方法，包括以下步骤：

S1、计算导管13理论模型的中心线理论长度，并完成原材料导管13的锯切下料；所述导管13为直管；

S2、调整芯轴11端头的位置，使芯轴11端头不超过水平线与弯管轮9的切点，将导管13内壁套在芯轴11上；

S3、根据导管13理论模型确定弯曲半径值，编辑数控弯管程序，弯曲半径按理论弯曲半径值输入，利用推弯轮8和弯管轮9夹紧导管13进行第一次推弯成形，推弯轮8和弯管轮9的推弯成形速度为2mm/s～4mm/s；

S4、在导管13推弯的同时，利用第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的限位环形槽贴紧导管13进行辅助推弯，辅助推弯速度比推弯轮8和弯管轮9的推弯成形速度大0.8～1.5mm/s；在弯曲过程达到理论弯曲角度之前20°～30°时，将第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅助推弯速度调至与推弯轮8和弯管轮9的推弯成形速度一致，直至完成第一次推弯成形；

S5、用半径规测量出导管13推弯成形后的弯管14实际推弯成形的弯曲半径；

S6、对测量完实际弯曲半径后的弯管14进行退火，退火温度在再结晶退火温度值加15℃，保温时间为1h～2h，随炉子冷却；

S7、进行第二次数控推弯弯曲成形，第二次推弯弯曲半径值＝理论弯曲半径-(实际测量弯曲半径-理论弯曲半径)，其中实际测量弯曲半径减去理论弯曲半径值为半径补偿值，推弯轮8和弯管轮9的弯曲成形速度1～3mm/s，第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅助推弯速度比推弯轮8和弯管轮9的弯曲速度大0.5～1.0mm/s；在弯曲过程达到理论弯曲角度之前10°～15°时，将第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅助推弯速度调至与推弯轮8和弯管轮9的速度一致，直至完成第二次推弯成形；

S8、用半径规量出第二次数控推弯弯管14实际推弯成形的弯曲半径，若实际测量值符合理论弯曲半径值，则推弯成形结束，若不符合理论弯曲半径值，则执行步骤S9；

S9、重复步骤S6-S8，直至最终的推弯半径测量值符合理论弯曲半径值。

(三)有益效果

本发明提供了一种实现大弯曲半径薄壁导管精密推弯成形的装置及方法，节省了传统的数控绕弯弯管过程中需要较大直径轮模的制造成本，大大提高了弯管机设备成形大弯曲半径导管的能力。整个成形方法和装置结构合理且科学、方法可行且可靠、操作方便且能确保弯管质量，大大提高了生产的效率。成形的导管能够满足航空航天飞行器要求，有较为广阔的市场应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例的大弯曲半径薄壁导管推弯成形装置总体结构示意图；

图2为原材料导管(直管)示意图；

图3为原材料导管成形后的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明实施例中，设成形后的铝合金导管为5A06管材，规格为Φ26mm×1mm(管材外径×壁厚)，弯曲半径为R520mm，相对弯曲半径R/D＝20>8(属于大弯曲半径，其中R-弯曲半径，D-管材外径)。

如图1所示，本发明实施例的装置包括第一推弯导轮1、第一心轴2、导轮座3、第二心轴4、第二推弯导轮5、轮座6、第三心轴7、推弯轮8、弯管轮9、中心轴10、芯轴11和推杆12。所用到的推杆12、球形的芯轴11均可以采用公知的标准弯管模具进行设计，仅对大弯曲半径薄壁导管模具进行特殊设计。其中：为了推弯过程中导管能顺利向前滑动，推弯导模采用第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的导向模式取代传统的绕弯整体导向模，第一推弯导轮1和第二推弯导轮5分别通过第一心轴2和第二心轴4与导轮座3固定配合，导轮座3通过两个燕尾槽与弯管机设备接口紧固；第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的径向限位环形槽深度为导管13的外径，第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的半径为2～4倍导管13外径；推弯轮8通过第三心轴7与轮座6固定配合，推弯轮8通过一个燕尾槽与弯管机设备接口紧固；推弯轮8径向限位环形槽深度为导管13外径，推弯轮8半径为2～3倍导管13外径；弯管轮9通过中心轴10与弯管机设备机头固定配合；弯管轮9径向限位环形槽深度为导管13外径，弯管轮9半径为3～5倍导管13外径。

如图2、图3所示，本发明还提供了一种大弯曲半径薄壁导管精密推弯成形方法，包括如下步骤：

1)计算导管理论模型的中心线理论长度，并完成原材料导管13的锯切下料。导管13为直管。

2)调整芯轴11端头的位置，保证芯轴11端头不超过水平线与弯管轮9的切点，导管13内壁套在芯轴11上。

3)根据导管理论模型确定大弯曲半径值，编辑数控弯管程序，弯曲半径按理论半径输入。利用推弯轮8和弯管轮9夹紧导管13进行第一次推弯成形，推弯轮8和弯管轮9的推弯成形速度为2mm/s。

4)在导管13推弯的同时，利用第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的限位环形槽贴紧导管13进行辅助推弯，辅推速度应比推弯轮8和弯管轮9的弯曲速度大0.8mm/s，即推弯导轮1和推弯导轮5的辅推速度为2.8mm/s；在弯曲过程达到理论弯曲角度之前20°时，将第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅推速度调至与推弯轮8和弯管轮9的速度一致，即第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅推速度为2mm/s，直至完成第一次推弯成形。

5)用半径规测量出导管13推弯成形后的弯管14实际推弯成形的弯曲半径，实际推弯成形的弯曲半径值为R600mm，大于理论弯曲半径R520mm。一般情况下，一次推弯成形很难实现大弯曲半径的精密推弯成形，需要多次推弯成形，每次推弯成形需要根据前一次的推弯半径进行半径补偿。

6)对步骤5)测量完弯曲半径后的弯管14进行退火，退火温度在再结晶退火温度值加15℃，即退火温度选择为380℃，保温时间为1.5h，随炉子冷却。

7)进行第二次数控推弯弯曲成形，第二次推弯弯曲半径值＝理论弯曲半径-(实际测量弯曲半径-理论弯曲半径)，其中实际测量弯曲半径减去理论弯曲半径值为半径补偿值，即半径补偿值为80mm，则第二次推弯弯曲半径值为R440mm，推弯轮8和弯管轮9的弯曲成形速度1mm/s，辅推速度应比推弯轮8和弯管轮9的弯曲速度大0.5mm/s，即推弯导轮1和推弯导轮5的辅推速度为1.5mm/s；在弯曲过程达到理论弯曲角度之前10°时，将第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅推速度调至与推弯轮8和弯管轮9的速度一致，即第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅推速度为1mm/s，直至完成第二次推弯成形。

8)用半径规量出第二次数控推弯弯管14实际推弯成形的弯曲半径。实际测量值为R550mm。

9)对步骤8)测量完弯曲半径后的弯管14进行退火，退火温度在再结晶退火温度值加15℃，即退火温度选择为380℃，保温时间为1.5h，随炉子冷却。

10)进行第三次数控推弯弯曲成形，第三次推弯弯曲半径值＝理论弯曲半径-(实际测量弯曲半径-理论弯曲半径)，其中实际测量弯曲半径减去理论弯曲半径值为半径补偿值，即半径补偿值为30mm，则第三次推弯弯曲半径值为490，推弯轮8和弯管轮9的弯曲成形速度1mm/s，辅推速度应比推弯轮8和弯管轮9的弯曲速度大0.5mm/s，即第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅推速度为1.5mm/s；在弯曲过程达到理论弯曲角度之前10°时，将第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅推速度调至与推弯轮8和弯管轮9的速度一致，即第一推弯导轮1和第二推弯导轮5的辅推速度为1mm/s，直至完成第三次推弯成形。

11)用半径规量出第三次数控推弯弯管14实际推弯成形的弯曲半径。实际测量值为R520。最终的推弯半径测量值符合理论值。

12)取下弯管14，去除表面油渍，产品交货。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。