专利名称：小弯曲半径管成形装置及成形方法
技术领域：
本发明涉及一种管成形装置及成形方法。
背景技术：
采用管材弯曲制造的零件，作为气体液体输送管路，大量应用于航空航天，汽车等领域。无人机和小型航空发动机技术的发展，对于铝合金、钛合金和高温合金弯曲管件的空间方面提出了更高的要求。采用整体成形的小弯曲半径管，既可以节约空间，又保证结构的可靠性和实现构件的减重。相对弯曲半径是管材弯曲变形程度的重要指标之一，相对弯曲半径为管件弯曲中性层的半径R与管材直径D之比。传统拉压变形机制下的弯曲工艺相对弯曲半径存在极限，这是由于随着相对弯曲半径的减小，管材弯曲件外侧在双向拉应力的作用下过度减薄甚至开裂，弯曲件内侧在双向压应力的作用下增厚甚至失稳起皱。当相对弯曲半径减小到一定程度时，弯曲内外侧难以协调，最终导致管材无法成形。实际的最小相对弯曲半径不仅取决于弯曲工艺(芯模、设备)，还取决于管材的径厚比、材料的力学性能
坐寸o对于相对弯曲半径小于3的管件，无芯弯曲难以实现。相较于无芯弯曲，采用内部支撑可以有效减轻管件起皱和截面畸变，提高弯曲成形极限。从填充物种类角度，可以分为刚性芯模支撑有芯弯曲和柔性介质支撑有芯弯曲。目前常用的有数控弯曲(CNC弯曲)刚性芯模支撑有芯弯曲和内压推弯、充液剪切弯曲等柔性介质支撑有芯弯曲。数控弯曲数控弯曲是传统绕弯工艺结合机床工业和数控技术发展起来的一种先进管材塑性加工技术，是目前航空、航天和汽车等领域薄壁弯管构件最常用的塑性弯曲工艺之一。数控弯曲成形包含了多组模具约束协同控制管件变形行为，可以较好控制截面畸变和起皱等缺陷，增加管材弯曲成形极限，适合于薄壁管小弯曲半径成形。影响薄壁弯管数控绕弯成形的因素较多，芯棒尺寸及伸出量、芯头形式及个数、助推速度、模具间隙、弯曲速度、夹紧力以及各部分之间的润滑条件均对薄壁弯管的成形质量具有重要影响。一般情况下带芯模的数控弯曲其相对弯曲半径能达到1. 5，采用多球芯模、防皱块等特殊的模具结构，可以达到1. 2。内压推弯推弯成形可以成形小弯曲半径的管件，相对弯曲半径通常可以达到I 2。为了防止管件断面形状的畸变，在弯管内部可以采用聚氨酯棒进行支撑，外部推力通过芯棒压缩弹性芯棒，聚胺脂棒和薄壁管在凸模推动作用下向下滑动产生弯曲成形。薄壁管被聚氨酯棒产生的胀力紧紧贴靠与凹模型腔，减小起皱趋势和截面畸变。这种弯曲工艺适用于弯曲半径较小、没有直线段的短小弯管的加工，相对弯曲半径最小可达到1. O。充液剪弯哈尔滨工业大学液力成形工程中心提出的充液剪切弯曲方法，依靠剪切变形产生材料流动实现弯曲，能够成形相对弯曲半径小于0. 5的铝合金和钛合金管接头。但是利用液体介质提供内压，需要专门的设备，实施困难，设备投资大。成形的圆角大小主要取决于内压力，难以实现精确的定量控制。此外，内压的提高增加了管壁的法向压应力，会造成管材和模具之间摩擦力的增大。当成形圆角很小时，所需成形内压很大，摩擦对成形精度的不利影响会更加突出。采用对称芯轴取代液体支撑可以有效解决上述问题的同时，仍然利用剪切变形的机制成形小弯曲半径管，精确控制弯曲成形圆角大小，降低技术应用难度，提高生产效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种小弯曲半径管成形装置及成形方法，以克服现有小弯曲半径管成形技术的不足。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是装置方案装置包括第一冲头、第一圆柱体、第二圆柱体、第三圆柱体、第一剪切成形芯头、第三剪切成形芯头和两个第二剪切成形芯头，第二冲头、活动模块，上固模和下固模构成了固定模块，固定模块为长方体形状，活动模块的横截面为T形，固定模块沿厚度方向开有与活动模块相匹配的第一通孔，固定模块沿长度方向开有第二通孔，活动模块的竖直段底部开有第三通孔，活动模块设在第一通孔内且第二通孔和第三通孔构成了模具型腔，第三通孔的侧壁沿开有环槽，第一剪切成形芯头、第二剪切成形芯头和第三剪切成形芯头均为半圆柱体且半圆柱体的一端倒圆角，第一圆柱体的一端与第一剪切成形芯头的另一端连接制成第一心轴，第一剪切成形芯头位于第一圆柱体的上半部且第一剪切成形芯头的平面与第一圆柱体的中心轴面在同一平面上，第二圆柱体的两端分别与第二剪切成形芯头的一端连接制成第二心轴，两个第二剪切成形芯头位于第二圆柱体的下半部且两个第二剪切成形芯头的平面与第二圆柱体的中心轴面在同一平面上，第二圆柱体上设有定位凸起，第三圆柱体的一端与第三剪切成形芯头的一端连接制成第三心轴，第三剪切成形芯头位于第三圆柱体的上半部且第三剪切成形芯头的平面与第三圆柱体的中心轴面在同一平面上；第二心轴的一端装在第一管坯内，第二心轴的另一端装在第二管坯内，第一心轴的一端装在第一管坯内且第一剪切成形芯头和第二剪切成形芯头相对设置，第三心轴的一端装在第二管坯内且第三剪切成形芯头和第二剪切成形芯头相对设置，第一心轴的另一端装在第一冲头内，第三心轴的另一端装在第二冲头内；第一管坯和第二管坯、第一冲头及第二冲头均设在模具型腔中，第二心轴定位凸起设在相对应的环槽中；方法方案小弯曲半径管成形方法步骤一、装填阶段将第一芯轴、第二芯轴和第三芯轴组合后，在第一芯轴和第三芯轴外侧套上第一管坯和第二管坯中，放入由固定模块和活动模块组成的模具型腔中，通过第二芯轴上的定位凸起与活动模块定位，在第一管坯和第二管坯两端分别安装第一冲头和第二冲头，第一冲头和第二冲头沿轴向向内推进，第一冲头与第一管坯接触，第二冲头和第二管坯接触；步骤二、成形阶段使活动模块相对于固定模块沿第二芯轴作切向运动，切向位移为S2,同时第一冲头和第二冲头分别沿轴向向内进给,轴向位移为S1,使第一管还和第二管坯发生变形，制备出相对弯曲半径Rb < 0. 5的小弯曲半径管件。
图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的A-A剖面图(初始状态)，图3是管坯成形后的结构示意图，图4是图3的B点放大图，图5是第一芯轴示意图，图6是第二芯轴的示意图，图7是第三芯轴的示意图。本发明具有以下有益效果本发明在利用剪切变形机制实现管材弯曲成形的同时利用对称芯轴作为内支撑，不但利用对称控制的方法有效降低轴向补料和切向位移同时运动的实施难度，而且实现弯曲圆角大小的精确控制。成形管件具有相对弯曲半径小、表面质量好、成形精度高、整体性能优良等特点，可以加工钢、铝、铜、钛等金属及合金材料，也可加工部分非金属材料，特别适合于相对弯曲半径0. 5以下的管件的整体成形。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式的装置包括第一冲头3、第一圆柱体4-1、第二圆柱体5-1、第三圆柱体6-1、第一剪切成形芯头4-2、第三剪切成形芯头6-2和两个第二剪切成形芯头5-2，第二冲头8、活动模块9，上固模和下固模构成了固定模块1，固定模块I为长方体形状，活动模块9的横截面为T形，固定模块I沿厚度方向开有与活动模块9相匹配的第一通孔1-1，固定模块I沿长度方向开有第二通孔1-2，活动模块9的竖直段底部开有第三通孔9-1，活动模块9设在第一通孔1-1内且第二通孔1-2和第三通孔9-1构成了模具型腔，第三通孔9-1的侧壁沿开有环槽9-2，第一剪切成形芯头4-2、第二剪切成形芯头5-2和第三剪切成形芯头6-2均为半圆柱体且半圆柱体的一端倒圆角，第一圆柱体4-1的一端与第一剪切成形芯头4-2的另一端连接制成第一心轴4，第一剪切成形芯头4-2位于第一圆柱体4-1的上半部且第一剪切成形芯头4-2的平面与第一圆柱体4-1的中心轴面在同一平面上，第二圆柱体5-1的两端分别与第二剪切成形芯头5-2的一端连接制成第二心轴5，两个第二剪切成形芯头4-2位于第二圆柱体5-1的下半部且两个第二剪切成形芯头4-2的平面与第二圆柱体5-1的中心轴面在同一平面上，第二圆柱体5-1上设有定位凸起5-3，第三圆柱体6-1的一端与第三剪切成形芯头6-2的一端连接制成第三心轴6，第三剪切成形芯头6-2位于第三圆柱体6-1的上半部且第三剪切成形芯头6-2的平面与第三圆柱体6-1的中心轴面在同一平面上；第二心轴5的一端装在第一管坯2内，第二心轴5的另一端装在第二管坯8内，第一心轴4的一端装在第一管还2内且第一剪切成形芯头4-2和第二剪切成形芯头5-2相对设置，第三心轴6的一端装在第二管坯8内且第三剪切成形芯头6-2和第二剪切成形芯头5-2相对设置，第一心轴4的另一端装在第一冲头3内，第三心轴6的另一端装在第二冲头7内；第一管坯2和第二管坯8、第一冲头3及第二冲头7均设在模具型腔中，第二心轴5定位凸起5-3设在相对应的环槽9-3中。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一剪切成形芯头4-2、第二剪切成形芯头5-2和第三剪切成形芯头6-2倒圆角R ( D/2，其中D为管坯的直径。其它实施方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式的小弯曲半径管成形方法步骤一、装填阶段将第一芯轴4、第二芯轴5和第三芯轴6组合后，在第一芯轴4和第三芯轴6外侧套上第一管坯2和第二管坯8中，放入由固定模块I和活动模块9组成的模具型腔中，通过第二芯轴5上的定位凸起与活动模块9定位，在第一管坯2和第二管坯8两端分别安装第一冲头3和第二冲头7，第一冲头3和第二冲头7沿轴向向内推进，第一冲头3与第一管坯2接触，第二冲头7和第二管坯8接触；步骤二、成形阶段使活动模块9相对于固定模块I沿第二芯轴5作切向运动，切向位移为S2,同时第一冲头3和第二冲头8分别沿轴向向内进给，轴向位移为S1，使第一管坯2和第二管坯8发生变形，制备出相对弯曲半径Rb < 0. 5的小弯曲半径管件。
具体实施方式
四本实施方式的切向位移S2等于轴向位移S1，保证冲头的轴向补料，其它实施方式与具体实施方式
一相同。
权利要求
1.一种小弯曲半径管成形装置，其特征在于所述装置包括第一冲头(3)、第一圆柱体 (4-1)、第二圆柱体(5-1)、第三圆柱体(6-1)、第一剪切成形芯头(4-2)、第三剪切成形芯头 (6-2)、第二冲头(8)、活动模块(9)和两个第二剪切成形芯头(5-2)，上固模和下固模构成了固定模块(1)，固定模块(1)为长方体形状，活动模块(9)的横截面为T形，固定模块(1) 沿厚度方向开有与活动模块(9)相匹配的第一通孔(1-1)，固定模块(1)沿长度方向开有第二通孔(1-2)，活动模块(9)的竖直段底部开有第三通孔(9-1)，活动模块(9)设在第一通孔(1-1)内且第二通孔(1-2)和第三通孔(9-1)构成了模具型腔，第三通孔(9-1)的侧壁沿开有环槽(9-2)，环槽(9-2)为方形凹槽，第一剪切成形芯头(4-2)、第二剪切成形芯头(5-2)和第三剪切成形芯头(6-2)均为半圆柱体且半圆柱体的一端倒圆角，第一圆柱体(4-1)的一端与第一剪切成形芯头(4-2)的另一端连接制成第一芯轴(4)，第一剪切成形芯头(4-2)位于第一圆柱体(4-1)的上半部且第一剪切成形芯头(4-2)的平面与第一圆柱体(4-1)的中芯轴面在同一平面上，第二圆柱体(5-1)的两端分别与第二剪切成形芯头(5-2)的一端连接制成第二芯轴(5)，两个第二剪切成形芯头(5-2)位于第二圆柱体(5-1)的下半部且两个第二剪切成形芯头(5-2)的平面与第二圆柱体(5-1)的中芯轴面在同一平面上，第二圆柱体(5-1)上设有定位凸起(5-3)， 第三圆柱体(6-1)的一端与第三剪切成形芯头(6-2)的一端连接制成第三芯轴￠)，第三剪切成形芯头(6-2)位于第三圆柱体(6-1)的上半部且第三剪切成形芯头(6-2)的平面与第三圆柱体(6-1)的中芯轴面在同一平面上；第二芯轴(5)的一端装在第一管坯(2)内，第二芯轴(5)的另一端装在第二管坯(8) 内，第一芯轴(4)的一端装在第一管还(2)内且第一剪切成形芯头(4-2)和第二剪切成形芯头(5-2)相对设置，第三芯轴(6)的一端装在第二管坯(8)内且第三剪切成形芯头(6-2) 和第二剪切成形芯头(5-2)相对设置，第一芯轴(4)的另一端装在第一冲头(3)内，第三芯轴(6)的另一端装在第二冲头(7)内；第一管坯(2)和第二管坯(8)、第一冲头(3)及第二冲头(7)均设在模具型腔中，第二芯轴(5)的定位凸起(5-3)设在相对应的环槽(9-2)中。
2.根据权利要求1所述小弯曲半径管成形装置，其特征在于第一剪切成形芯头(4-2)、 第二剪切成形芯头(5-2)和第三剪切成形芯头(6-2)倒圆角(R) SD/2，其中D为管坯的直径。
3.一种利用权利要求1所述装置的小弯曲半径管成形方法步骤一、装填阶段将第一芯轴(4)、第二芯轴(5)和第三芯轴(6)组合后，在第一芯轴(4)和第三芯轴(6)外侧套上第一管坯(2)和第二管坯(8)中，放入由固定模块(I)和活动模块(9)组成的模具型腔中， 通过第二芯轴(5)上的定位凸起与活动模块(9)定位，在第一管坯(2)和第二管坯(8)两端分别安装第一冲头(3)和第二冲头(7)，第一冲头(3)和第二冲头(7)沿轴向向内推进， 第一冲头(3)与第一管坯(2)接触，第二冲头(7)和第二管坯(8)接触；步骤二、成形阶段使活动模块(9)相对于固定模块(I)沿第二芯轴(5)作切向运动， 切向位移为S2，同时第一冲头(3)和第二冲头(8)分别沿轴向向内进给，轴向位移为S1，使第一管坯(2)和第二管坯(8)发生变形，制备出相对弯曲半径(Rb) ( O. 5的小弯曲半径管件。
4.根据权利要求3所述小弯曲半径管成形方法，其特征在于切向位移(S2)等于轴向位移(S1)。
全文摘要
小弯曲半径管成形装置及成形方法，它涉及一种管成形装置及成形方法。本发明为克服现有小弯曲半径管成形技术的不足。装置方案第二芯轴的一端装在第一管坯内，第二芯轴的另一端装在第二管坯内，第一芯轴的一端装在第一管坯内，第三芯轴的一端装在第二管坯内，第一芯轴的另一端装在第一冲头内，第三芯轴的另一端装在第二冲头内；第一管坯和第二管坯、第一冲头及第二冲头均设在模具型腔中，第二芯轴定位凸起设在相对应的环槽中，方法方案装填阶段和成形阶段。本发明用于管成形。
文档编号B21D9/00GK103008419SQ20121053533
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者韩聪, 王勇, 苑世剑, 臧超 申请人:哈尔滨工业大学