本发明涉及弯头加工技术领域，更具体地说，涉及一种带直段弯头的加工模具、加工设备及加工方法。
背景技术：
弯头可以改变管道方向，是用量较大的管件，其广泛应用于船舶、航空航天、电力、锅炉与轻工业等行业。无直段弯头通常采用冲压-对焊、推制、热揻、绕弯和挤压等方法成形。无直段弯头在管道系统中易产生应力集中，无直段弯头起弧点对由支吊架等所导致的附加外载荷很敏感，这种载荷很容易造成管道破坏。而且管道长期的经历起、停过程，这个过程使弯头承受着交变载荷，经过较长的一段时间作用后很容易疲劳，导致焊接处出现裂纹和损坏。为解决上述问题，采用带直段弯头代替无直段弯头已经成为一种趋势。带直段弯头包括弧段和直段，其中直段与弧段的端部连接。
然而，目前带直段弯头的加工制造技术较复杂，还不能满足当前的实际需求。
综上所述，如何有效地解决带直段弯头的加工制造技术较复杂的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种带直段弯头的加工模具，该带直段弯头的加工模具的结构设计可以有效地解决带直段弯头的加工制造技术较复杂的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述加工模具的加工设备以及一种使用上述加工设备加工带直段弯头的方法。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种带直段弯头的加工模具，包括：
上模具，所述上模具的下侧具有第一成形凹槽；
下模具，所述下模具的上侧具有第二成形凹槽，所述上模具和下模具合模后，所述第一成形凹槽和第二成形凹槽共同约束待成形的带直段弯头的外表面；
圆柱状芯棒，用于插入合模后的所述上模具和下模具之间的待成形的带直段弯头的内部，以形成待成形的带直段弯头的直段的内表面。
优选地，上述带直段弯头的加工模具中，所述圆柱状芯棒的柱面与其一端的端面之间通过过渡曲面连接。
优选地，上述带直段弯头的加工模具中，用于将合模后的所述上模具和下模具固定连接的连接部件。
优选地，上述带直段弯头的加工模具中，所述连接部件为通过螺栓与所述上模具和下模具均固定连接的连接板。
优选地，上述带直段弯头的加工模具中，还包括用于封堵合模后的所述上模具和下模具之间的待成形的带直段弯头的一端的楔形堵块。
一种带直段弯头的加工设备，包括上模座、下模座、驱动装置和如上述中任一项所述的加工模具，所述上模座能够与所述上模具固定连接，所述下模座能够与所述下模具固定连接，所述驱动装置能够带动所述上模座和/或下模座移动。
一种使用如上述的加工设备加工带直段弯头的加工方法，包括：
1)将无直段弯头作为管坯，置于所述上模具和下模具之间；
2)使所述上模具和下模具合模；
3)将所述上模具和下模具固定连接；
4)在所述上模具和下模具之间的待成形的带直段弯头的一端或两段插入芯棒，得到带直段弯头。
优选地，上述带直段弯头的加工方法中，所述管坯为热推制形成的无直段弯头。
优选地，上述带直段弯头的加工方法中，在所述步骤1)之前还包括步骤：对管坯的内壁和外壁进行润滑处理。
优选地，上述带直段弯头的加工方法中，所述步骤4)中：在所述上模具和下模具之间的待成形的带直段弯头的一端插入弯头时，所述待成形的带直段弯头的另一端插有楔形堵块。
应用本发明提供的带直段弯头的加工模具时，可以使用无直段弯头作为管坯，首先将管坯置于上模具和下模具之间，上模具和下模具合模，第一成形凹槽和第二成形凹槽共同与管坯的外表面接触并使待成形的带直段弯头的外表面成形，形成待成形的带直段弯头。然后将上模具和下模具固定在一起，再将圆柱状芯棒插入待成形的带直段弯头的端部，形成直段。需要说明的是，加工两端带直段弯头时，可以同时在待成形的带直段弯头的两个端部插入圆柱状芯棒或者依次在待成形的带直段弯头的两个端部插入圆柱状芯棒。当需要加工一端带直段弯头时，仅在待成形的带直段弯头的一个端部插入圆柱状芯棒即可。综上可知，使用本发明提供的加工模具生产带直段弯头时，工艺简单，生产效率高，便于工人操作以及实现自动化，并且不需整形即可达到产品要求的尺寸，材料利用率高，降低了产品成本。
为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种带直段弯头的加工设备，该带直段弯头的加工设备包括上述任一种加工模具。由于上述的加工模具具有上述技术效果，具有该加工模具的带直段弯头的加工设备也应具有相应的技术效果。本发明还提供了一种使用上述加工设备加工带直段弯头的加工方法，因此该带直段弯头的加工方法也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的带直段弯头的加工设备的主视图；
图2为本发明实施例提供的带直段弯头的加工设备的侧视图；
图3为本发明实施例提供的芯棒的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的带直段弯头加工过程的示意图。
在图1-4中：
1-圆柱状芯棒、1a-过渡曲面、2-上模具、3-上模座、4-下模具、5-下模座、6-连接板、7-楔形堵块、8-封口板。
具体实施方式
本发明的第一个目的在于提供一种带直段弯头的加工模具，该带直段弯头的加工模具的结构设计可以有效地解决带直段弯头的加工制造技术较复杂的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述加工模具的加工设备以及一种使用上述加工设备加工带直段弯头的方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1-图4，本发明实施例提供的带直段弯头的加工模具包括上模具2、下模具4和圆柱状芯棒1。其中，上模具2的下侧设置有第一成形凹槽，下模具4的上侧具有第二成形凹槽。上模具2和下模具4合模后，第一成形凹槽和第二成形凹槽共同约束待成形的带直段弯头的外表面。即第一成形凹槽和第二成形凹槽共同与管坯的外表面接触并使待成形的带直段弯头的外表面成形。圆柱状芯棒1用于插入合模后的上模具2和下模具4之间的待成形的带直段弯头的内部，以形成待成形的带直段弯头的直段的内表面。即上模具2和下模具4合模后，上模具2和下模具4之间的管坯形成待成形的带直段弯头，将圆柱状芯棒1插入待成形的带直段弯头的端部，以使圆柱状芯棒1与待成形的带直段弯头端部内壁接触，最终形成带直段弯头的直段。
应用本发明实施例提供的带直段弯头的加工模具时，可以使用无直段弯头作为管坯，首先将管坯置于上模具2和下模具4之间，上模具2和下模具4合模，第一成形凹槽和第二成形凹槽共同与管坯的外表面接触并使待成形的带直段弯头的外表面成形，形成待成形的带直段弯头。然后将上模具2和下模具4固定在一起，再将圆柱状芯棒1插入待成形的带直段弯头的端部，形成直段。需要说明的是，加工两端带直段弯头时，可以同时在待成形的带直段弯头的两个端部插入圆柱状芯棒1或者依次在待成形的带直段弯头的两个端部插入圆柱状芯棒1。当需要加工一端带直段弯头时，仅在待成形的带直段弯头的一个端部插入圆柱状芯棒1即可。综上可知，使用本发明提供的加工模具生产带直段弯头时，工艺简单，生产效率高，便于工人操作以及实现自动化，并且不需整形即可达到产品要求的尺寸，材料利用率高，降低了产品成本。
为了保证圆柱状芯棒1插入待成形的带直段弯头端部时始终保持与带直段弯头端部内壁相贴合，则圆柱状芯棒1的柱面与其一端的端面之间可以通过过渡曲面1a连接，圆柱状芯棒1的具有过渡曲面1a的一端插入待成形的带直段弯头端部。过渡曲面1a可以为弧面，弧面的半径要等于带直段弯头的弯曲半径与弯头的内半径之和。如图3所示，弧面与芯棒的端面相交位置的切线与端面之间的夹角α可以为45°。
此外，带直段弯头成形过程中圆柱状芯棒1与管坯内壁直接接触产生摩擦，圆柱状芯棒1容易损耗导致尺寸精度下降，影响带直段弯头的成形质量，因此带直段弯头成形对圆柱状芯棒1的材料性能要求较高。
在另一实施例中，上述加工模具还包括用于将合模后的上模具2和下模具4固定连接的连接部件。如此在上模具2和下模具4合模后再通过链接部件进行固定在一起，防止插入圆柱状芯棒1过程中上模具2和下模具4移动，影响带直段弯头的成形质量。
具体地，连接部件可以为通过螺栓与上模具2和下模具4均固定连接的连接板6。即连接板6的一部分与上模具2通过螺栓固定连接，连接板6的另一部分与下模具4通过螺栓固定连接。当然，连接件还可以为其它部件比如卡接件等，在此不作限定。
优选地，上述加工模具还可以包括用于封堵合模后的上模具2和下模具4之间的待成形的带直段弯头的一端的楔形堵块7。如此当需要加工一端带直段的弯头时，可以将不带直段的一端用楔形堵块7堵住，防止变形。进一步地，还可以包括封口板8，封口板8通过螺栓与上模具2和下模具4均固定连接，即将楔形堵块7堵住待成形的弯头的不带直段的一端后，再用封口板8封住不带直段的一端。
基于上述实施例中提供的带直段弯头的加工模具，本发明还提供了一种带直段弯头的加工设备，该带直段弯头的加工设备包括上模座3、下模座5、驱动装置和上述实施例中任意一种加工模具。上模座3能够与上模具2固定连接，下模座5能够与下模具4固定连接，驱动装置能够带动上模座3和/或下模座5移动以实现合模或开模。由于该带直段弯头的加工设备采用了上述实施例中的加工模具，所以该带直段弯头的加工设备的有益效果请参考上述实施例。
在另一实施例中，还提供了一种使用如上述的加工设备加工带直段弯头的加工方法，包括：
s1)将无直段弯头作为管坯，置于所述上模具2和下模具4之间；
该处可以将热推制形成的无直段弯头作为管坯。具体地，采用140°热推制弯头成形后可得两端直段为20mm的90°带直段弯头，管坯的内径为50mm，外径60mm，弯曲半径76mm，材料为20钢。
s2)使所述上模具2和下模具4合模；
s3)将所述上模具2和下模具4固定连接；
可以使用连接部件将上模具2和下模具4固定连接，在此不作限定。
s4)在所述上模具2和下模具4之间的待成形的带直段弯头的一端或两段插入芯棒，得到带直段弯头。
上述步骤s1)之前还包括对管坯的内壁和外壁进行润滑处理。使热推制弯头内壁和外壁光滑无毛刺，管坯的内表面和外表面若存在毛刺在成形时会严重影响带直段弯头的成形质量，同时会加剧模具的磨损大大降低模具的使用寿命。
另外，步骤s4)中：在上模具2和下模具4之间的待成形的带直段弯头的一端插入弯头时，待成形的带直段弯头的另一端插有楔形堵块7，防止变形。
当没有斜下压装置，仅有垂直下压装置时，可以将上模座3与上模具2固定连接，将下模座5与下模具4固定连接，将无直段弯头作为管坯，置于所述上模具2和下模具4之间。然后，使上模具2和下模具4合模，使上模具2和下模具4固定连接。再使上模具2和下模具4转动设定角度，以使待成形带直段弯头的直段端部朝上，将楔形堵块7堵在待成形带直段弯头的非朝上的端部，然后将圆柱状芯棒1垂直下降插入待成形带直段弯头朝上的端部。具体地，将楔形堵块7堵在待成形带直段弯头的非朝上的端部后，可以使用封口板8通过螺栓与上模具2和下模具4均固定连接且同时封口板8封堵待成形带直段弯头的非朝上的端部。可以将上模座3与上模具2拆卸后与圆柱状芯棒1连接，进而上模座3和圆柱状芯棒1同时垂直下降插入待成形带直段弯头朝上的端部。设定角度可以为45°，在此不作限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。