一种用于薄壁弯头冷成型的支撑工装及成型方法与流程

本发明属于管件加工技术领域，涉及弯头加工成型，尤其是一种用于薄壁弯头冷成型的支撑工装及成型方法。

背景技术：

有色金属例如钛、锆、钽、镍等，由于这些材料在石油、化工、制药等行业中较为苛刻的工况条件下，能够表现出很好的耐蚀，耐高温强度，良好的导热性等特点而被广泛的应用。但是这些材料对于空气中的气体成分较为敏感，除了锆材在常温下就会出现吸氢现象外，其余几种金属在200℃以上均会出现不同程度的吸氢、吸氧、吸氮的现象，并且随着温度的升高该现象越强烈，从而导致材料变脆，性能劣化。虽然在有色金属弯头日常生产中常常会用到热成型工艺，但同时总会不可避免的用到一些保护措施，这样不但增加了成本，还使成型工艺过程变得更加繁琐，生产效率低。因此，有色金属弯头的制备最好采用适当的冷成型方法来实现。

目前，现有技术的弯头成型设备和方法大都是针对碳钢和不锈钢材料设计和制定的，而对于有色金属则不是很适用。例如，有色金属材料对表面划痕的敏感性，而表面划痕会提高金属发生缝隙腐蚀的机率，使其耐蚀性降低，所以最好不要使用设备或模具与材料之间会发生较大摩擦的成型方法。但是如果采用直接弯曲成型的方法，则极易出现在“r”区内弧侧产生褶皱，甚至在该区管坯直接被压扁等问题。因此，为了防止弯头成型过程中表面被过渡划伤，以及管坯局部出现褶皱，甚至被压扁等问题的出现，保证弯头质量，降低制造成本，提高生产效率，本发明提出一种新的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于薄壁弯头冷成型的支撑工装及成型方法，该方法采用在管坯内加支撑工装的方法增加管坯刚度，保证其能够很好的成型。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种用于薄壁弯头冷成型的支撑工装，由相互对称的第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣拼装而成，其中第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣拼装后在下端面形成与弯头弯度相适应的弧形面。

进一步，上述第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣各自在拼接的位置设有支撑柱，当第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣拼装后，两个支撑柱拼接形成顶住待加工弯头的直管坯内壁面的实心圆台状支撑台。

进一步，上述第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣的外侧圆弧半径r与所需成型弯头的半径之间的关系为r＝r+d/2-δ；其中，r为所需成型弯头的弯心半径；d为所需成型弯头的直径；δ为所需成型弯头的壁厚；所述第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣的外侧圆弧长度l＝πr/2。

进一步，上述支撑台直径d比所需成型弯头的直管坯内径(d-2δ)小0.5～1mm。

进一步，上述支撑台外侧圆弧长度lˊ＝l/3，圆台高h＝d/3；支撑台两侧圆弧厚w＝d/3。

本发明还提出一种基于上述支撑工装的薄壁弯头冷成型方法：在待加工弯头的直管坯内设置支撑工装，然后用冷压模具对直管坯进行冷压成型，冷压成型后取出支撑工装，得到弯头。具体包括以下步骤：

步骤一、根据所要成型弯头的材质和展开尺寸选择有色金属管并进行切割，得到弯头的直管坯；

步骤二、选择尺寸适合的第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣，并放入直管坯内部中间部位；

步骤三、将放入第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣的直管坯放置到冷压模具的下模上；

步骤四、用压机带动上模下压直管坯使其缓慢弯曲变形；

步骤五、当冷压模具上、下模完全合拢后，保持一段时间然后泄压；

步骤六、将压好的弯头从模具上取下，并取出第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣；

步骤七、对弯头进行去应力退火，表面处理；

步骤八、切除弯头两端多余长度，并加工焊接坡口，得到成品弯头。

进一步，以上步骤四中，压机带动上模以5mm/s的速度下压直管坯。

进一步，以上步骤五中，上、下合拢后保持30s。

进一步，以上步骤三中，所述冷压模具的下模为凹模，并将直管坯中间与第一弧形支撑瓣和第二弧形支撑瓣的中部支撑柱对齐，一起放到下模中间，并对准上模最低点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明能够有效地解决有色金属材料制弯头成型难度大的问题，本发明使用内置支撑工装，即可将有色金属材料制弯头直接冷压成型，具有产品质量高、成品率高达99％的显著特点。

(2)本发明既避免了模具与管坯成型过程中的过渡摩擦损伤弯头表面，又有效控制成品弯头出现内弧起皱，局部被压扁等现象的发生。

(3)本发明技术新颖，可靠实用，操作简单，特别适用于价格较高的有色金属材料制弯头的批量生产，既能大大降低生产成本，又能保持材料本身的耐蚀性，显著提高企业的经济效益。

附图说明

图1为本发明弯头成型示意图；

图2为本发明弯头成型用支撑工装示意图，(a)弯头与支撑工装，(b)为支撑工装正视图，(c)为支撑工装侧视图；

图3为本发明最终所需要的有色金属材料制成品弯头示意图。

其中：1为弯头；2为第一弧形支撑瓣；3为第二弧形支撑瓣；4为支撑柱；1-1为下模；1-2为直管坯；1-3为支撑工装；1-4为上模。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-3：本发明的薄壁弯头冷成型方法是在待加工弯头1的直管坯内设置支撑工装，然后用冷压模具对直管坯进行冷压成型，冷压成型后取出支撑工装，得到弯头1。本发明采用的支撑工装具体结构如下：

参见图2：本发明首先提出的用于薄壁弯头冷成型的支撑工装，由相互对称的第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3拼装而成，其中第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3拼装后在下端面形成与弯头1弯度相适应的弧形面。

上述第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3各自在拼接的位置设有支撑柱4，当第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3拼装后，两个支撑柱4拼接形成顶住待加工弯头1的直管坯内壁面的实心圆台状支撑台。第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3的外侧圆弧半径r与所需成型弯头1的半径之间的关系为r＝r+d/2-δ；其中，r为所需成型弯头1的弯心半径；d为所需成型弯头1的直径；δ为所需成型弯头1的壁厚；所述第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3的外侧圆弧长度l＝πr/2。所述支撑台直径d比所需成型弯头1的直管坯内径(d-2δ)小0.5～1mm。所述支撑台外侧圆弧长度lˊ＝l/3，圆台高h＝d/3；支撑台两侧圆弧厚w＝d/3。

基于以上所述用于薄壁弯头冷成型的支撑工装，本发明的薄壁弯头冷成型方法具体包括以下步骤：

步骤一、根据所要成型弯头的材质和展开尺寸选择有色金属管并进行切割，得到弯头1的直管坯；

步骤二、选择尺寸适合的第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3，并放入直管坯内部中间部位；

步骤三、将放入第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3的直管坯放置到冷压模具的下模上；

步骤四、用压机带动上模下压直管坯使其缓慢弯曲变形；

步骤五、当冷压模具上、下模完全合拢后，保持一段时间然后泄压；

步骤六、将压好的弯头1从模具上取下，并取出第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3；

步骤七、对弯头1进行去应力退火，表面处理；

步骤八、切除弯头1两端多余长度，并加工焊接坡口，得到成品弯头1。

在本发明的最佳实施例中：以上步骤三中，所述冷压模具的下模为凹模，并将直管坯中间与第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3中部的支撑台中间对齐，一起放到下模中间，并对准上模最低点。步骤四中，压机带动上模以5mm/s的速度下压直管坯。步骤五中，上、下合拢后保持30s。

以下结合具体实施例对本发明进一步说明：

本实施例的弯头的材质为纯钛，规格为dn50ⅰ-2-ta290e(l)。

本实施例的弯头的成型方法包括以下步骤：

步骤一、根据要求选择ta2材质φ57×2mm无缝管并进行切割，得到弯头的直管坯长度为165mm；

步骤二、选择内支撑工装

r＝r+d/2-δ＝102mm

l＝πr/2＝160mm

d＝52mm

lˊ＝l/3＝53mm

h＝d/3＝17mm

w＝d/3＝17mm

并将两片对称的第一弧形支撑瓣2和第二弧形支撑瓣3合在一起放入直管坯内部中间部位；

步骤三、将直管坯中间放置在支撑工装中部两支撑台4的中间，并放到下模(凹模)中间，同时对准上模(凸模)最低点；

步骤四、用有压机带动上模以5mm/s的速度下压直管坯使其缓慢弯曲变形；

步骤五、当冷压模具上、下模完全合拢后，保持30s；

步骤六、将压好的弯头从模具上取下，并取出内支撑工装；

步骤七、对弯头进行去应力退火，表面处理；

步骤八、切除弯头两端多余长度，并加工焊接坡口，得到成品弯头。

本实施例能够有效解决有色金属材料制弯头成型难度大的问题；本发明使用内置支撑工装，即可将有色金属材料制弯头直接冷压成型；本发明既避免了模具与管坯成型过程中的过渡摩擦损伤弯头表面，又有效控制成品弯头出现内弧起皱，局部被压扁等现象的发生；该方法技术新颖，可靠实用，操作简单，特别适用于价格较高的有色金属材料制弯头的批量生产，既能大大降低生产成本，又能保持材料本身的耐蚀性，显著提高企业的经济效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。