一种大管径小弯曲半径薄壁导管成形方法及其装置与流程

本发明涉及弯管制造塑性加工技术领域，具体涉及一种大管径小弯曲半径薄壁导管成形方法及其装置。

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)薄壁弯管件在航空、航天等高技术领域中日益广泛应用。大管径小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管路中，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，因而整个系统中的小弯曲半径导管的需求量也越来也大。

目前在大管径小弯曲弯管的加工方面因受设备、模具及钢管材料的限制，工艺上一直没有得到大的突破，所以至今还很难提供完全符合要求的产品。因为在薄壁数控弯管过程中，减小弯曲半径将增加管件的起皱趋势、壁厚减薄和截面畸变程度，加剧了薄壁弯管件的成形难度，从而制约和降低弯管件的整体制造水平。为了获得小弯曲半径管件，有时不得不采用传统的铸件管路代替部分管材管路、采用两个半管或者两个以上半管拼焊方式，或采用椭圆度严重超标的弯管。但由于在导管上增加了多道焊缝，容易发生断裂和渗漏情况，因而工作可靠性均较差，导致管件的使用性能降低；由于铸件产品存在体积大且笨重、工作面粗糙且还容易有砂孔；椭圆度严重超标的弯管容易导致流量达不到设计要求；而2.0D以上的弯曲半径弯管会导致发动机体积庞大。因而发展大管径小弯曲半径薄壁管材弯曲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：如何设计一种大管径小弯曲半径薄壁导管成形方法及其装置，以解决以往采用传统的铸件管路代替部分管材管路、采用两个半管或者两个以上半管拼焊方式，或采用椭圆度严重超标的弯管所带来的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大管径小弯曲半径薄壁导管成形装置，束管夹1、导模块2、芯棒3、夹块4、轮模5，防皱块6和轮夹7；

所述导模块2、轮夹7和夹块4与导管相接触的内圆弧面均设置一定的粗超度，或通过划痕线，或者设置螺纹来增加绕弯过程中的夹持摩擦力；所述轮夹7和夹块4内圆弧面的圆弧半径比导管理论半径小0.02～0.05mm，所述导模块2内圆弧面的圆弧半径比导管理论半径小0.05～0.1mm，导模块2的长度至少比导管直径大10～14倍；所述轮模5通过中心孔与弯管机定位轴定位；所述轮夹7、夹块4和导模块2通过燕尾槽的方式与弯管机定位；所述束管夹1通过紧固螺钉螺接的方式与弯管机定位；所述芯棒3与弯管机上的芯轴螺接定位；所述防皱块6的外圆弧面与轮模5的内圆弧面贴合，并通过防皱块6上的燕尾槽与弯管机上的定位块定位。

优选地，所述导模块2、轮夹7和夹块4与导管相接触的内圆弧面均设置6.3以上的粗超度。

优选地，所述痕线深度不超过0.15mm。

优选地，所述螺纹深度不超过0.1mm。

优选地，所述芯棒3包括位于前端的芯球3-1和位于后端的圆形棒体3-2。

优选地，所述芯球3-1和圆形棒体3-2链接。

本发明还提供了一种利用所述装置实现大管径小弯曲半径薄壁导管成形的方法，对于弯曲角度大于120°的导管，分为两个成形阶段，第一个阶段以90°作为理论弯曲角度，进行步骤S1～S5，当弯曲角度达到90°时，退开夹块4和导模块2，取下导管进行中间退火，退火温度值为再结晶退火温度加20℃，保温时间0.5～1.0h，随炉子冷却；第二阶段，以弯曲角度为90°时的轮模5为基准，夹紧夹块4和导模块2，以最终大于120°的弯曲角度作为理论弯曲角度，进行步骤S4～S5，直至达到理论弯曲角度；对于弯曲角度大于120°的导管，直接执行步骤S1～S5：

S1、计算导管的理论下料长度，并进行锯切下料；

S2、对已完成下料的导管进行退火，退火温度在再结晶退火温度值加10℃，保温时间1.0～1.5h，随炉子冷却；

S3、在芯棒3与导管的接触面施加润滑油，调整带芯球的芯棒3的轴向位置，以使得芯棒3的圆形棒体3-2向前伸出轮模5与芯棒3的切点0.7～1.5mm，并将步骤S2再结晶退火后的导管通过束管夹1进行装夹送料，将夹紧块4和轮夹7调至合适位置，以使得夹紧块4、轮夹7、导模块2、芯棒3和防皱块6五者的内弧面轴向中心线重合；

S4、在芯棒3在弯曲过程达到理论弯曲角度之前5°～8°时，提前进行芯棒3的抽芯后退，退芯速度在1～2.5mm/s之间，以保证在达到理论弯曲角度的同时，完成芯棒3最前端芯球3-1后退到轮模5与芯棒3的切点位置；

S5、在导管弯曲的同时，利用导模块2进行辅推推弯，夹紧块4和轮夹7的弯曲成形速度2～4mm/s，辅推速度比夹紧块4和轮夹7的弯曲速度大0.5～1mm/s；导模块2的辅推工作在弯曲过程达到理论弯曲角度之前6°～10°时，将导模块2的辅推速度调至与紧块4和轮夹7的速度一致。

(三)有益效果

本发明提供的一种大管径小弯曲半径薄壁导管成形方法及其装置，能够在一次装夹中弯曲成型，解决了以往采用传统的铸件管路代替部分管材管路、采用两个半管或者两个以上半管拼焊方式，或采用椭圆度严重超标的弯管所带来的问题。整个成形方法和装置结构合理、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。

附图说明

图1为本发明实施例的成形装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中芯棒的结构示意图。

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。

实施例1：

如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种大管径小弯曲半径薄壁导管成形装置，其中所用到的束管夹1、带芯球的芯棒3、防皱块6和轮模5均可以采用公知的标准弯管模具进行设计，仅对轮夹7、夹紧块4和导模块2进行新的“补偿”设计。其中：导模块2、轮夹7和夹块4与导管相接触的内圆弧面均设置较大的粗超度(粗糙度在6.3以上)或通过划痕线(划痕深度不超过0.15mm)或者设置螺纹(螺纹深度不超过0.1mm)来增加绕弯过程中的夹持摩擦力；轮夹7和夹块4内圆弧面的圆弧半径比导管理论半径小0.02～0.05mm，导模块2内圆弧面的圆弧半径比导管理论半径小0.05～0.1mm，导模块2的长度至少要比导管直径大10～14倍。轮模5通过中心孔与弯管机定位轴定位，轮夹7、夹块4和导模块2通过燕尾槽的方式与弯管机定位，束管夹1通过紧固螺钉螺接的方式与弯管机定位，芯球的芯棒3与弯管机上的芯轴螺接定位，防皱块6的外圆弧面与轮模5的内圆弧面贴合，并通过防皱块6上的燕尾槽与弯管机上的定位块定位。

实施例2：

本实施例选用的铝合金管件为5A03管材，规格为Φ38mm×1.5mm(管材外径×壁厚)，弯曲半径为R60,即相对弯曲半径(弯曲半径/管材外径)约为1.6，弯曲角度为80°。

如图1、图2所示，本实施例所采用的大管径小弯曲半径薄壁导管成形工艺流程如下，包括如下步骤：

1)计算导管的理论下料长度，并完成锯切下料。

2)对已完成下料的导管进行退火，退火温度在再结晶退火温度值加10℃，退火温度为375℃，保温时间1.0h，随炉子冷却。

3)在带芯球的芯棒3与导管的接触面施加润滑油，减少摩擦阻力。调整芯棒3的轴向位置，保证芯棒3圆形棒体3-2部分伸出轮模5与芯棒3切点0.8mm。并将步骤2)再结晶退火后的导管通过束管夹1进行装夹送料。将夹紧块4和轮夹7调至合适位置，以使得夹紧块4、轮夹7、导模块2、芯棒3和防皱块6五者的内弧面轴向中心线重合。

4)为了防止导管在弯曲过程中出现内部刮伤或者出现凹陷，设置带芯球的芯棒3在弯曲过程达到理论弯曲角度之前6°时，即弯曲角度达到74°时，提前进行芯棒3的抽芯后退，退芯速度为1.5mm/s，保证在达到理论弯曲角度的同时，完成芯棒3最前端芯球3-1后退到轮模5与芯棒3的切点位置。

5)为了防止弯曲半径小塑性变形过大出现的拉裂缺陷，增大导管成形过程中的供料，减少弯管成形阻力。在导管弯曲的同时，利用导模块2进行辅推推弯，夹紧块4和轮夹7的弯曲成形速度2.5mm/s，辅推速度应比夹紧块4和轮夹7弯曲速度大0.6mm/s，即辅推速度为3.1mm/s；导模块2的辅推工作在弯曲过程达到理论弯曲角度之前8°时，即弯曲角度达到72°时，将导模块2的辅推速度调至与紧块4和轮夹7的速度一致，即为2.5mm/s。

6)取下已成形的大管径小弯曲半径薄壁导管，检验外形尺寸符合设计要求则交产品。

实施例3：

本实施例选用的铝合金管件为5A03管材，规格为Φ38mm×1.5mm(管材外径×壁厚)，弯曲半径为R60,即相对弯曲半径(弯曲半径/管材外径)约为1.6，弯曲角度为150°。

如图1、图2所示，本实施例所采用的大管径小弯曲半径薄壁导管成形工艺流程如下，包括如下步骤：

1)计算导管的理论下料长度，并完成锯切下料。

2)对已完成下料的导管进行退火，退火温度在再结晶退火温度值加10℃，退火温度为375℃，保温时间1.0h，随炉子冷却。

3)在带芯球的芯棒3与导管的接触面施加润滑油，减少摩擦阻力。调整芯棒3的轴向位置，保证芯棒3圆形棒体(3-2)部分伸出轮模5与芯棒3的切点0.8mm。并将步骤2)再结晶退火后的导管通过束管夹1进行装夹送料。将夹紧块4和轮夹7调至合适位置，以使得夹紧块4、轮夹7、导模块2、芯棒3和防皱块6五者的内弧面轴向中心线重合。

4)为了防止导管在弯曲过程中出现内部刮伤或者出现凹陷，设置带芯球的芯棒3在弯曲过程达到理论弯曲角度之前6°时，即弯曲角度达到84°时，提前进行芯棒3的抽芯后退，退芯速度为1.5mm/s，保证在达到理论弯曲角度的同时，完成芯棒3最前端芯球3-1后退到轮模5与芯棒3的切点位置。

5)为了防止弯曲半径小塑性变形过大出现的拉裂缺陷，增大导管成形过程中的供料，减少弯管成形阻力。在导管弯曲的同时，利用导模块2进行辅推推弯，夹紧块4和轮夹7的弯曲成形速度2.5mm/s，辅推速度应比夹紧块4和轮夹7弯曲速度大0.6mm/s，即辅推速度为3.1mm/s；导模块2的辅推工作在弯曲过程达到理论弯曲角度之前8°时，即弯曲角度达到82°时，将导模块2的辅推速度调至与紧块4和轮夹7的速度一致，即为2.5mm/s。

6)由于本实施例中是弯曲角度150°的导管，因此当弯曲角度达到90°时，退开夹块4和导模块2，取下导管进行中间退火，退火温度值为再结晶退火温度加20℃，即为385℃，保温时间0.5h，随炉子冷却；接着进入第二阶段，即以弯曲角度为90°时的轮模5为基准，夹紧夹块4和导模块2，以最终150°的弯曲角度作为理论弯曲角度，执行步骤7)-8)，直至达到理论弯曲角度150°。

7)为了防止导管在弯曲过程中出现内部刮伤或者出现凹陷，设置带芯球的芯棒3在弯曲过程达到理论弯曲角度之前6°时，即弯曲角度达到144°时，提前进行芯棒3的抽芯后退，退芯速度为1.5mm/s，保证在达到理论弯曲角度的同时，完成芯棒3最前端芯球(3-1)后退到轮模5中心相切线位置。

8)为了防止弯曲半径小塑性变形过大出现的拉裂缺陷，增大导管成形过程中的供料，减少弯管成形阻力。在导管弯曲的同时，利用导模块2进行辅推推弯，夹紧块4和轮夹7的弯曲成形速度2.5mm/s，辅推速度应比夹紧块4和轮夹7弯曲速度大0.6mm/s，即辅推速度为3.1mm/s；导模块2的辅推工作在弯曲过程达到理论弯曲角度之前8°时，即弯曲角度达到142°时，将导模块2的辅推速度调至与紧块4和轮夹7的速度一致，即为2.5mm/s。

9)取下已成形的大管径小弯曲半径薄壁导管，检验外形尺寸符合设计要求则交产品。

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。