一种提高1D及以下小弯曲半径管弯头直端长度的方法与流程

本发明涉及管材弯曲成形技术领域，特别是涉及一种提高1d及以下小弯曲半径管弯头直端长度的方法。

背景技术：

现代航空、航天、汽车工业等中，为了达到减轻重量和节省有效空间的目的，大量采用1d及以下的小弯曲半径管(d:管材的外径)。1d小弯曲半径管即弯曲半径(r)等于管材外径(d)的弯管。1d及以下小弯曲半径管主要采用推弯的方法来成形，推弯成形的弯管如图1所示，弯管弯曲外侧受到的推力抵消了外侧弯曲的拉应力，避免了外侧受拉力而产生严重减薄或破裂；弯曲内侧受到挤压，容易导致弯曲内侧的材料堆积而起皱，所以推弯成形的90°小弯头前方的直线端a很短。经大量的实验可知，如果采用目前的推弯方法，通过加大管坯的一次推入行程来增加弯头直线端a的长度，弯头内侧前端口容易破裂。因此，目前推弯的方法中为了避免弯头内侧端口的破裂，在成形出90°弯管后未再考虑把管坯继续往前推来增加弯头的直线端长度。但是在实际应用中前直线端越长越有利于焊接及与其他零件的直接连接。

本申请所应用的管材推弯成形设备参见专利申请号为cn201710024648.6，专利名称为一种带小曲率弯曲半径l型薄壁铝合金弯管推弯成形方法的中国专利。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提高1d及以下小弯曲半径管弯头直端长度的方法，以解决上述现有技术存在的问题，扩展了弯头的焊接余量，提升了焊接的精度和强度，扩大了小弯曲半径管的应用范围。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种提高1d及以下小弯曲半径管弯头直端长度的方法，包括以下步骤，

s1：设计管坯的形状

切割管坯，并在管坯两端对称的切除管角，使管坯端口的一端呈三角形状，管坯端口的另一端呈梯形状，打磨管坯两端消除毛刺，洗净管坯内外壁的油渍；

s2：进行第一次推弯成形

将管坯安装在管材推弯成形设备上，将凹模固定在工作台上，冲头与主推缸连接，芯轴与反推缸连接，将上下对称的凹模的型腔及管坯的表面进行润滑处理，将装有弹性填块的管坯关于合模界面对称放置于凹模的型腔中，启动管材推弯成形设备，冲头推着管坯前进至成形的初始位置，然后芯轴前进至凹模的型腔弯曲段，合模后冲头按设置的推入行程前进至停止，保压一段时间，冲头和芯轴均后退一段距离，开模取出第一次推弯成形的弯管；

s3：对第一次推弯成形的弯管进行优化

将第一次推弯成形的弯管切去与冲头接触的管端的管角，恢复成呈梯形状的弯管端口，再将弯管弯出直线尖端切除；

s4：将第一次推弯成形的弯管放入加热炉中进行退火处理；

s5：进行第二次推弯成形

对第一次推弯成形的弯管的管端进行切割并进行退火处理，把处理完毕的第一次推弯成形的弯管填满弹性填块并放回第一次推弯成形的位置，芯轴与弯头处的弹性填块直接接触，合模后冲头前进至设置的行程，保压一段时间，冲头和芯轴均后退一段距离，开模取出第二次推弯成形的弯管。

优选地，若第二次推弯成形的弯管的弯头前直端长度不能满足需求，重复第二次推弯成形的操作，进行多次推弯成形，直到满足需求为止。

优选地，步骤s1中管坯的直径为d，壁厚为t，管坯外弧长l≥6d。

优选地，步骤s1中管坯切除的管角为45°-60°。

优选地，步骤s2中呈梯形状的管坯端口与冲头之间间隙配合。

优选地，步骤s2中芯轴的弯曲角度为45°-60°。

优选地，步骤s2和s5中的保压时间为4-6秒。

优选地，步骤s2和s5中冲头和芯轴后退的距离均为15-25mm。

优选地，步骤s4和s5中的退火处理的温度为360-400℃，保温时间为80-100min。

优选地，所述管坯为薄壁铝合金管坯。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、通过两次推弯成形或多次推弯成形的方法，解决了一次推弯成形1d及以下小弯曲半径管弯头前直端长度短的问题，克服了在一次成形过程中弯头前直端内侧管壁容易产生破裂的问题，有利于扩大推弯成形1d及以下小弯曲半径管弯头的应用范围。

2、对每次推弯前进行管坯形状的优化设计，改善了弯管内弧面区域材料在推弯过程中的的堆积，提高材料流动性能，有利于弯头前直端长度的增加。

3、对第一次以后的推弯成形弯管管件进行退火处理，有利于降低弯管管件的硬度以及消除残余应力，提高了材料的塑性，增加材料延展性和韧性，降低材料的变形抗力材料，提高后续的推弯成形能力。

4、多次推弯成形在同一套模具上进行，大大地节约了模具制造与生产成本。

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1d小弯曲半径管的结构示意图；

图2为本发明管坯的结构示意图；

图3为本发明进行第一次推弯成形前的推弯成形原理图；

图4为本发明进行第一次推弯成形后的推弯成形原理图；

图5为本发明第一次推弯成形后的弯管的结构示意图；

图6为本发明对第一次成形的弯管进行优化后的结构示意图；

图7为本发明进行第二次推弯成形前的推弯成形原理图；

图8为本发明进行第二次推弯成形后的推弯成形原理图；

图9为本发明第二次推弯成形后的弯管的结构示意图；

其中：1-冲头，2-前导套，3-弹性填块，4-管坯，5-凹模，6-芯轴，7-后导套。

具体实施方式

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付出创造性劳动的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”、“左”和“右”指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了方便描述的结构和操作方式，而不是指示或者暗示所指的部分必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种提高1d及以下小弯曲半径管弯头直端长度的方法，以解决现有技术存在的问题，扩展了弯头的焊接余量，提升了焊接的精度和强度，扩大了小弯曲半径管的应用范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图2-图9所示：本实施例提供了一种提高1d及以下小弯曲半径管弯头直端长度的方法，包括以下步骤，

s1：设计管坯的形状

使用切割机切割直径为d，壁厚为t的管坯4，管坯4优选为薄壁铝合金管坯，并在管坯4两端对称的切除45-60°的管角，管角更优选为55°，使管坯4端口的一端呈三角形状，管坯4端口的另一端呈梯形状，管坯4外壁下端与呈梯形状的管坯4端口的下部切口的垂直距离为h，切成后的管坯4剖视图如图2所示，最后获得的管坯4外弧长为l≥6d，打磨管坯4两端消除毛刺，以防止在成形过程中刮伤模具型腔，洗净管坯4内外壁的油渍。

s2：进行第一次推弯成形

将管坯4安装在管材推弯成形设备上，将凹模5固定在工作台上，冲头1与主推缸连接，芯轴6与反推缸连接，将上下对称的凹模5的型腔及管坯4的表面进行润滑处理，将装有弹性填块3的管坯4关于合模界面对称放置于凹模5的型腔中，弹性填块3优选为聚氨酯圆柱块，呈梯形状的管坯4端口与冲头1之间间隙配合，启动管材推弯成形设备，冲头1推着管坯4前进至成形的初始位置，然后芯轴6前进至凹模5的型腔弯曲段，芯轴6的弯曲角度优选为45°-60°，更优选为55°，管坯4与芯轴6的位置如图3所示，合模后冲头1按设置的推入行程前进至停止，保压5秒后，将冲头1和芯轴6各后退约20mm，开模取出第一次推弯成形的弯管；

s3：对第一次推弯成形的弯管进行优化

将如图5所示的第一次推弯成形的弯管切去与冲头1接触的管端的管角，恢复成呈梯形状的弯管端口，再将弯管弯出直线尖端切除，如图6所示；呈梯形状的弯管端口可以避免弯管内侧直接与冲头1接触，有利于在再次推弯过程中弯管内侧材料的流动，防止管壁内侧材料的堆积起皱以及管壁外侧受到拉应力减薄而出现破裂，切除弯管弯出直线尖端可以避免弯头外侧与芯轴6直接作用使弯头变形。

s4：将第一次推弯成形的弯管放入加热炉中进行退火处理，以铝合金为例，温度优选为360-400℃，更优选为380℃，保温时间优选为80-100min，更优选为90min；通过退火处理来降低管件的硬度以及消除残余应力，提高了材料的塑性，增加材料延展性和韧性，降低材料的变形抗力，避免了管材在进行二次成形及多次成形过程中弯头内侧破裂等缺陷的发生。

s5：进行第二次推弯成形

对第一次推弯成形的弯管管端按照图6的尺寸要求进行切割并进行退火处理，退火处理的条件参见步骤s4中的退火处理条件，把处理完毕的第一次推弯成形的弯管填满弹性填块3并放回第一次推弯成形的位置，如图7所示，使冲头1与呈梯形状的弯管端口间隙配合，芯轴6与弯头处的弹性填块3直接接触，使弹性填块3之间相互贴合，合模后冲头1前进至设置的行程，保压5秒后将冲头1和芯轴6各后退约20mm，开模取出第二次推弯成形的弯管，如图9所示。

若第二次推弯成形的弯管的弯头前直端长度不能满足需求，重复第二次推弯成形的操作，进行多次推弯成形，直到满足需求为止。

本实施例中的提高1d及以下小弯曲半径管弯头直端长度的方法所应用的管材推弯成形设备包括冲头1、前导套2、弹性填块3、管坯4、凹模5、芯轴6、后导套7，其结构和推弯成形原理如图3和图4所示。弹性填块3在冲头1和芯轴6的相对作用力下提供给管坯4内壁支撑力。冲头1提供推力促使管坯4在凹模5型腔内发生弯曲，并通过弹性填块3推动芯轴6向后运动。

本实施例中的提高1d及以下小弯曲半径管弯头直端长度的方法在实验过程中，由于第一次推弯成形的弯管的管端提前切除了管角并进行了热处理，这样处理可以避免第二次推弯成形时弯管内侧直接与冲头1接触，有利于在推弯过程中弯管内侧材料的流动，提高了材料的塑性，增加材料延展性和韧性，降低材料的变形抗力材料，提高后续的推弯成形能力，通过二次推弯成形或再次成形的方法实现了1d及以下小弯曲半径弯管的弯头前直线端a的增加且弯头端口内侧无破裂；对每次推弯前进行管坯形状的优化设计，改善了弯管内弧面区域材料在推弯过程中的的堆积，提高材料流动性能，解决了一次推弯成形1d及以下小弯曲半径管弯头前直端长度短的问题，有利于扩大推弯成形1d及以下小弯曲半径管弯头的应用范围；切除弯管弯出直线尖端可以避免弯头外侧与芯轴6直接作用使弯头变形；多次推弯成形在同一套模具上进行，大大地节约了模具制造与生产成本。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。