本发明属于机械制造技术领域，具体是一种方管弯圆成形工艺及工装。
背景技术：
方管弯圆广泛应用于机械制造行业。风力发电机组配套结构件导流罩固定钢架，其主要结构为40mm×40mm方管弯圆，圈体成形后直径达到3m，要求圆度误差≤±1mm，平面度误差≤1mm。
现有技术中通常用弯管机将方管弯圆，接头焊接后，圈体成形。其缺点是方管弯圆后表面难免划伤，圆弧内侧必然起皱，影响产品的机械性能及外观质量；由于这种方管弯圆的弹性回弹不可避免，再施加外力接头焊接后，圈体圆度及平面度无法达到精度要求。
因此，在大型机械装备制造领域，迫切需要一种能克服上述缺点的低成本、高精度的方管弯圆成形工艺。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，并达到以下技术要求：
(1)方管弯曲成形后的圈体，要具有精确的圆度和平面度；
(2)批量产品具备一致性，装配时可实现100%互换；
(3)产品外观质量好，表面无划伤和圆弧内侧起皱。
发明人通过反复研究和实践，不断探索，终于解决上述技术难题。
本发明提供的技术方案是：
一种低成本、高精度的方管弯圆成形工艺，按如下步骤实施：
(1)工装设计制作：如附图1所示，依据方管弯圆的尺寸要求设计制作专用工装，所述工装由基板(1)、围圆挡板(2)、顶推装置(3)组成；基板(1)作为参考基准平面校准工件平面度，基板为厚度40—50mm的热轧板，其上固定连接有成圆周分部的围圆挡板(2)；所述圆周的外延连线形成的圆与制造工件的内圆重合；沿工件外圆方向设置有顶推装置(3)以提供方管弯曲时所需的外力；同时，改善方管剖面上的应力分布状态，使中性层（注：圆形靠外层受拉升变形，靠内侧受压缩变形，中性层指不变形的层面，是该领域的常用术语）外移，从而达到减少方管外侧管壁减薄量的目的；
(2)工件预弯：使用弯管机将方管进行预弯，获得比规定直径大10—20%的圆弧；
同时，改善方管剖面上的应力分布状态，使中性层外移，从而达到减少方管外侧管壁减薄量的目的；
顶推装置(3)为楔形结构，依据被加工圈体结构成圆周分布，操作方便，结构可靠；工件与圈体接触面积较大，减少局部挤压变形；
(3)工件固定：将预弯的方管圆弧，固定在专用工装上；当工件弯圆直径要求较小时，在预弯好的方管内加入沙粒压实，防止再次弯曲时出现内侧起皱、弯裂等缺陷；
(4)工件热矫正：以所述专用工装的基板(1)作为矫正圈体平面度的基准，围圆挡板(2)作为矫正圈体的胎具，根据圆度要求、平面度要求和圈体平面波浪的变形情况划出矫正范围，配合顶推装置外力，采用火焰将方管圆弧加热膨胀、变形，使圈体逐渐成形，迅速冷却到常温，工件收缩后获得工件弯曲变形量；当工件变形量过大时再同法反向矫正，直至达到圆度要求和平面度要求后撤出工装；
(5)余量切除：方管余量切除，接头焊接后圈体成形，焊缝打磨平整；
(6)抛丸处理：消除工件内残余应力，增加表面强度；
其中步骤(2)可先于步骤(1)进行，也可与其同步进行；
通过重复上述步骤(1)—步骤(5)进行微量调整，能够达到符合要求的精度和强度，批量产品一致性好，装配时可实现100%互换；产品外观质量好，表面无划伤和圆弧内侧起皱。
本发明的还包括的优化或/和改进有：
优选方案之一，所述步骤(4)中工件热矫正中的加热温度控制在500—600℃；
优选方案之二，所述步骤(4)中工件热矫正中的加热方式为氧炔焰加热；
优选方案之三，所述步骤(4)中的变形量较大时，采用喷水冷却方式；
本发明技术方案带来的有益效果：
本发明有效的解决了方管弯圆成形后圈体的圆度、平面度及外观质量等技术要求，并消除了加工过程中内部残余应力，提高了产品的结构强度；
经生产实践证明，完全满足客户要求，仅2015年大型方管弯圆产品供货200余套，实现销售收入24万元。
下面结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。
附图说明
附图1为本发明的方管弯圆成形工装结构示意图。
图1中，1—基板、2—围圆挡板、3—顶推装置。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
在实施例中，为了便于描述，各部件相对位置关系的描述是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
实施例1：
制作2.0MW风力发电机组配套结构件导流罩前钢架。
2.0MW风力发电机组配套结构件导流罩前钢架主要结构为40mm×40mm方管弯圆，圈体成形后直径达到3m，要求圆度误差≤±1mm，平面度误差≤1mm。
按如下步骤实施：
(1)工装设计制作：如附图1所示，依据方管弯圆的尺寸要求设计制作专用工装，所述工装由基板(1)、围圆挡板(2)、顶推装置(3)组成；基板(1)作为参考基准平面校准工件平面度，基板为厚度40—50mm的热轧板，其上固定连接有成圆周分部的围圆挡板(2)，围圆挡板(2)间距参考工件直径和操作空间而定；所述圆周的外延连线形成的圆与制造工件的内圆重合；沿工件外圆方向设置有顶推装置(3)以提供方管弯曲时所需的外力；同时，改善方管剖面上的应力分布状态，使中性层外移，从而达到减少方管外侧管壁减薄量的目的；
工件直径大，围圆挡板的间距就可以相对大一些，理论讲间距越小越好，围成圆后更接近真圆；考虑操作方便的问题，顶推装置(3)为楔形结构，依据被加工圈体结构成圆周分布，操作方便，结构可靠；工件与圈体接触面积较大，减少局部挤压变形；
(2)工件预弯：使用弯管机将方管进行预弯，获得比规定直径大10—20%的圆弧；预弯时圆弧直径大一些，方管弯曲阻力就会相对小一些，从而减少表面划伤和圆弧内侧起皱等缺陷；
(3)工件固定：将预弯的方管圆弧，固定在专用工装上；当工件弯圆直径要求较小时，在预弯好的方管内加入沙粒压实，防止再次弯曲时出现内侧起皱、弯裂等缺陷；
(4)工件热矫正：以所述专用工装的基板(1)作为矫正圈体平面度的基准，围圆挡板(2)作为矫正圈体的胎具，根据圆度要求、平面度要求和圈体平面波浪的变形情况划出矫正范围，配合顶推装置外力，采用火焰将方管圆弧加热膨胀、变形，使圈体逐渐成形，迅速冷却到常温，工件收缩后获得工件弯曲变形量；当工件变形量过大时再同法反向矫正，直至达到圆度要求和平面度要求后撤出工装；
(5)余量切除：方管余量切除，接头焊接后圈体成形，焊缝打磨平整；
(6)抛丸处理：消除工件内残余应力，增加表面强度；
其中步骤(2)可先于步骤(1)进行，也可与其同步进行；
重复上述步骤(1)—步骤(5)进行微量调整，能够达到符合要求的精度和强度，批量产品一致性好，装配时可实现100%互换；产品外观质量好，表面无划伤和圆弧内侧起皱。
实施例2：
制作2.0MW风力发电机组配套结构件导流罩后钢架。
2.0MW风力发电机组配套结构件导流罩后钢架由为3个圆弧段组成的圈体，主要材料为40mm×40mm方管，拼接后的圈体直径达到4m，要求整体圆度误差≤±1mm，平面度误差≤1mm。
按照实施例1的步骤操作，不同之处在于：
所述基板(1)与围圆挡板(2)之间的固定连接是焊接；
所述基板(1)与顶推装置(3)之间的固定连接是螺栓连接；
所述顶推装置(3)为楔形结构，方便操作；
所述基板为厚度40—50mm的热轧板；
所述步骤(4)中工件热矫正中的加热温度控制在500—600℃；
所述步骤(4)中工件热矫正中的加热方式为氧炔焰加热；
所述步骤(4)中的变形量较大时，采用喷水冷却方式；
重复上述步骤(1)—步骤(5)进行微量调整，能够达到符合要求的精度和强度，批量产品一致性好，装配时可实现100%互换；产品外观质量好，表面无划伤和圆弧内侧起皱。
可以理解的是，以上实施例仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，增加的这些变型和改进也视为本发明的保护范围。