一种超薄管材小半径弯曲成形的方法

一种超薄管材小半径弯曲成形的方法
【专利摘要】本发明涉及金属材料塑性加工成形方法。一种超薄管材小半径弯曲成形的方法，其特征是包括如下步骤：1）采用钢丝将管材的待弯曲部位进行紧密缠绕包裹，钢丝的直径为管材壁厚的1-3倍，钢丝包裹的厚度根据需要可为管材壁厚的1-4倍；2）将包裹钢丝后的管材内部放入芯棒，然后采用常规的数控弯曲设备对包裹钢丝后的管材进行数控弯曲成形；3）弯曲成形结束后，将包裹的钢丝利用缠绕机取下，即可得到小弯曲半径的超薄管件。该方法通过对管材的包裹实现弯曲变形时对管材引入一个附加拉应力，使管材的中心层移向管材外侧,从而降低管材外侧的拉应力，以减少管材外侧壁厚的减薄量，同时也有效缓解弯曲时管材内层的失稳起皱缺陷。
【专利说明】一种超薄管材小半径弯曲成形的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料塑性加工成形方法，具体涉及一种超薄管材小半径弯曲成形的新方法，属于材料塑性加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着航空航天及汽车交通领域轻量化，高性能，低成本的发展趋势，对弯管件的要求也越来越高，需要径厚比(直径D和壁厚t的比值)更大，弯曲半径(管件弯曲中性层的半径R0与管材直径D的比值)更小和成形精度更高。采用超薄小曲率半径管件，不仅可以减重，实现轻量化，还可使管道系统布置结构紧凑，节约成本。但随着管材径厚比的提高以及弯曲半径的减小，金属的变形增大，采用常规的弯管成形工艺，将使小半径弯管外侧的壁厚减薄率和横截面的椭圆度超差，内侧产生波浪折皱，严重影响弯管质量。目前，此类小半径弯曲管件传统的成形方法一般是采用冲压钣件焊接制备小弯曲半径的弯头，然后再和直管进行焊接装配。但大量焊缝的存在，不仅导致生产效率低，成本高，而且弯管件工作时要承受内部流动介质的压力和冲击作用，焊缝增加了安全隐患，可靠性差。
[0003]采用无缝管整体成形超薄小弯曲半径管件，既节约了空间，又保证了结构的可靠性和构件的减重。但为了保证管材的弯曲质量，常规的管材弯曲工艺必须将管材的径厚比和相对弯曲半径控制在一定范围内。例如，采用压弯、滚弯和填料弯曲方法时，管件的极限径厚比一般都小于30，而最小弯曲半径也大于2d，远远未达到成形超薄管材弯管的要求。推弯工艺适用于弯制直径为20mm?120mm,壁厚0.8mm?2mm,弯曲角度15°?120° ,弯曲半径I?2d的陡弯短管。由于管件全部通过弯曲凹模，因此也不适用于两端直线段较长的单弯管件。同时外部轴向推力加剧了弯管内侧轴向压应力，对于径厚比较大的薄壁管件，管材弯曲过程中容易产生失稳，研究表明推弯工艺弯制不锈钢1.2d管件径厚比一般小于35。
[0004]目前，对于上述超薄小半径弯曲的管材，为了避免或者减少成形缺陷的产生，工程上采用固体填充物或柔性填充物作为内部支撑是常用的方法。常见固体填充物包括冰、砂子、松香或低熔点合金等，但这些填充物不仅装填耗时，并且支撑内压不可控，还容易造成管材内部损伤，弯曲质量较差，且低熔点合金的延伸率有限，弯曲半径不能过小。柔性填充物通常指气体和液体，一般用水或油等液体进行压力填充。由于采用液体作为内部充填介质，成形零件表面质量好，管壁内侧起皱倾向小，弯曲成形精度高，尤其适用于变曲率、径厚比大的管材弯曲。其中比较典型的应用就是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，且成形模具复杂，液体密封困难。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。表I为不同弯曲半径时低碳钢和铝合金薄壁管充液压弯可达到的极限径厚比。从中可见，极限径厚比随弯曲半径减小而逐渐降低。当弯曲半径达到(2?3) d时，低碳钢和铝合金管件的极限径厚比不能超过40。
[0005]表1不同材料和弯曲半径下可达到的极限径厚比
【权利要求】
1.一种超薄管材小半径弯曲成形的方法，其特征是包括如下步骤: 1).采用钢丝(I)将管材(2)的待弯曲部位(C)进行紧密缠绕包裹，钢丝的直径为管材壁厚的1-3倍，钢丝包裹的厚度根据需要可为管材壁厚的1-4倍，包裹的钢丝和管材之间的间隙为0.1mm ； 2).将包裹钢丝后的管材内部放入芯棒(3)，然后采用常规的数控弯曲设备对包裹钢丝后的管材进行数控弯曲成形； 3).弯曲成形结束后，将包裹的钢丝利用缠绕机取下，即可得到小弯曲半径的超薄管件。
2.根据权利要求1所述的一种超薄管材小半径弯曲成形的方法，其特征是:所述的钢丝(I)为方钢丝或圆钢丝。
3.根据权利要求1所述的一种超薄管材小半径弯曲成形的方法，其特征是:所述的管材(2)为大径厚比的管材。
【文档编号】B21D9/16GK103769451SQ201410064046
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】胡志力, 华林, 严勇, 吴超 申请人:武汉理工大学