一种管材弯曲成形系统

1.本实用新型涉及金属材料加工器具领域，特别是指一种管材弯曲成形系统。


背景技术：

2.导管类零件广泛应用于航天器液压、燃油、环控等系统，数控弯曲成形技术由于成形精度高、易于实现自动化等优点，是目前国内外导管类零件成形制造的首选技术，当下对于不锈钢以及钛合金管弯曲工艺的研究，主要集中于两个方面：通过理论解析和实验研究方法对弯管成形规律进行研究；通过数值模拟方法对弯管质量缺陷进行预测并优化弯曲工艺。
3.对于航天用的大口径薄壁管材由于其特殊的几何形状和尺寸，弯曲成形过程中极易产生外侧壁厚过度减薄破裂、内侧失稳起皱、截面扁化严重以及回弹等缺陷，严重制约着其成形质量和成形精度；由于航天用的大口径薄壁钢管，d/t越大，r越小，极易发生内外侧不均匀变形、壁厚减薄、起皱、回弹、截面扁化、破裂以及过程干涉等缺陷。因此，迫切需要开展航天大口径薄壁不锈钢导管数控弯曲精确成形技术研究。然而，目前仍然存在问题是：尚未建立大口径薄壁不锈钢管复杂应力条件下的力学测试与表征方法；尚未建立大口径薄壁不锈钢管数控弯曲成形多缺陷约束下成形精度预测和提高方法；大口径薄壁不锈钢空间连续多弯过程优化设计有待提高。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种管材弯曲成形系统，以实现大口径薄壁管材无过渡直线段的连续多弯，以及弯曲过程中的精度。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
6.一种管材弯曲成形系统，包括：防皱模、夹持模、弯曲模、芯模和压力模；
7.所述夹持模和所述压力模装配于数控机床的一侧；所述防皱模和所述弯曲模装配于所述数控机床的另一侧；所述芯模装配于所述夹持模、所述压力模、所述防皱模以及所述弯曲模形成的间隙处；
8.其中，所述弯曲模包括：第一弯曲模和第二弯曲模，所述第一弯曲模与所述第二弯曲模的形状不同。
9.可选的，所述的管材弯曲成形系统，还包括：与所述第一弯曲模的形状匹配的镶块，所述镶块上开设有容纳待弯曲管材的型面凹槽。
10.可选的，所述第一弯曲模包括：圆柱形柱体；
11.所述圆柱形柱体上开设有贯穿柱体结构的第一通孔；
12.所述圆柱形柱体的圆周上开设有容纳待弯曲管材的第一凹槽。
13.可选的，所述第二弯曲模包括：半圆柱形柱体，以及与所述半圆柱形柱体一体成形的梯台；
14.其中，所述第二弯曲模上开设有贯穿柱体结构的第二通孔；
15.所述第二弯曲模的外周上开设有容纳中间弯曲管材的第二凹槽。
16.可选的，所述夹持模包括：
17.与所述第一弯曲模的形状匹配的第一夹持模；以及与所述第二弯曲模的形状匹配的第二夹持模。
18.可选的，所述芯模包括：芯棒以及；
19.依次排布于所述芯棒的一端，且与所述芯棒的一端固定连接的至少两个芯球。
20.可选的，所述防皱模、所述第一夹持模、所述第二夹持模以及所述压力模上均开设有容纳待弯曲管材的型面凹槽。
21.可选的，所述防皱模的一端开设有弧形凹槽，在装配所述防皱模时，所述弧形凹槽与所述弯曲模的一侧贴合。
22.可选的，所述的管材弯曲成形系统，还包括：
23.顶推装置，所述顶推装置设置于所述芯模的另一端，在管材弯曲成形过程中，所述顶推装置与待弯曲管材的一端接触。
24.本实用新型的上述方案至少包括以下有益效果：
25.本实用新型提供管材弯曲成形系统，包括：防皱模、夹持模、弯曲模、芯模和压力模；所述夹持模和所述压力模装配于数控机床的一侧；所述防皱模和所述弯曲模装配于所述数控机床的另一侧；所述芯模装配于所述夹持模、所述压力模、所述防皱模以及所述弯曲模形成的间隙处；其中，所述弯曲模包括：第一弯曲模和第二弯曲模，所述第一弯曲模与所述第二弯曲模的形状不同。通过弯曲成形系统中多种不同模具的协同配合，可以实现大口径薄壁管材无过渡直线段的连续多弯，同时提高弯曲成形的精度。
附图说明
26.图1是本实用新型一可选实施例提供的弯曲成形模具与待弯曲管材装配示意图；
27.图2是本实用新型一可选实施例提供的防皱模的立体图；
28.图3是图2所示防皱模的正向剖视图；
29.图4是图2所示的防皱模的俯视图；
30.图5是图2所示的防皱模的右侧剖视图；
31.图6是本实用新型一可选实施例提供的第一夹持模的立体图；
32.图7是图6所示的第一夹持模的主视图；
33.图8是图6所示的第一夹持模的俯视图；
34.图9是图6所示的第一夹持模的右侧视图；
35.图10是本实用新型一可选实施例提供的第一弯曲模的立体图；
36.图11是图10所示的第一弯曲模另一视角的立体图；
37.图12是图10所示的第一弯曲模的俯视图；
38.图13是图11所示的第一弯曲模的侧向视图；
39.图14是图10所示的第一弯曲模的主视图；
40.图15是本实用新型一可选实施例提供的第二弯曲模的立体图；
41.图16是图15所示的第二弯曲模的俯视图；
42.图17是图15所示的第二弯曲模的侧向视图；
43.图18是图15所示的第二弯曲模的主视图；
44.图19是本实用新型一可选实施例提供的芯模中的芯棒结构的立体图；
45.图20是本实用新型一可选实施例提供的芯模中的芯球结构的立体图；
46.图21是本实用新型一可选实施例提供的压力模的立体图；
47.图22是本实用新型一可选实施例提供的第二夹持模的立体图。
48.附图标号说明：1、第一弯曲模；11、第一通孔；12、第一凹槽；2、镶块；21、第二通孔；22、第二凹槽；3、第一夹持模；4、待弯曲管材；5、芯球；6、压力模；7、防皱模；8、芯棒。
具体实施方式
49.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
50.如图1所示，本实用新型的实施例提出一种管材弯曲成形系统，包括：防皱模7、夹持模、弯曲模、芯模和压力模6；
51.所述夹持模和所述压力模6装配于数控机床的一侧；所述防皱模7和所述弯曲模装配于所述数控机床的另一侧；所述芯模装配于所述夹持模、所述压力模6、所述防皱模7以及所述弯曲模形成的间隙处；
52.其中，所述弯曲模包括：第一弯曲模1和第二弯曲模，所述第一弯曲模1与所述第二弯曲模的形状不同。
53.该实施例中，所述弯曲成形系统包括多种不同形状的模具，多种的模具尺寸与形状可以依据所述待弯曲管材4的尺寸及所述待弯曲管材4的目标弯曲尺寸进行设计；优选的，可以结合有限元仿真深入分析管材在弯曲过程中各种缺陷形成的内部机理，对所述弯曲成形模具的形状及尺寸进行设计，从而可以实现管材弯曲过程中的连续多弯，并消除管材连续多弯过程中直线段的影响，进而提高管材弯曲成形的精度；
54.在使用所述弯曲成形系统进行管材弯曲时，先将所述弯曲成形系统中的模具进行装配：将所述夹持模与所述压力模6并列装配于所述数控机床的一侧，所述夹持模的一端与所述压力模6的一端贴合；将所述防皱模7与所述弯曲模并列装配于所述机床的另一侧，对待弯曲管材4起到支撑作用；在安装所述防皱模7与所述弯曲模时，使所述防皱模7与所述弯曲模的型腔保持移动的同心度，避免在弯曲过程中，因所述防皱模7倾斜而造成与所述待弯曲管材4之间的间隙过大，导致所述待弯曲管材4在弯曲成形的过程中失稳起皱；同时，所述防皱模7与所述弯曲模的一端贴合；
55.将所述芯模装配于所述夹持模、所述压力模6、所述防皱模7以及所述弯曲模形成的间隙处，并将所述待弯曲管材4套设于所述芯模的外部，使所述芯模的内侧型腔与所述待弯曲管材4同轴装配，在弯曲成形的过程中所述芯模装配在所述待弯曲管材4的内部，对其起到支撑作用；
56.本实施例中的弯曲模可以包括：标准结构的第一弯曲模1以及异形结构的第二弯曲模；
57.进一步的，所述夹持模可以包括：与所述第一弯曲模1的形状匹配的第一夹持模3；
以及与所述第二弯曲模的形状匹配的第二夹持模；
58.该实施例中，如图6至9所示，所述第一弯曲模1对应标准结构的第一夹持模3，并通过与所述第一夹持模3以及其他模具的配合，可以实现对所述待弯曲管材4进行第一次弯曲处理，并得到中间弯曲管材；如图22所示，所述第二弯曲模对应异形结构的第二夹持模，并通过与所述第二夹持模以及其他模具的配合，可以实现对所述中间弯曲管材进行第二次弯曲处理，并得到目标弯曲管材；通过标准结构的第一弯曲模1以及异形结构的第二弯曲模对所述待弯曲管材4依次进行两次弯曲处理，消除所述待弯曲管材4在连续多弯过程中过渡直线段的影响，提高了控制管材弯曲成形的精度；优选的，所述第二弯曲模的尺寸与形状可以按照所述第一弯曲模1弯曲处理后得到的中间管材的形状及尺寸设计。
59.如图1所示，本实用新型的一可选实施例中，所述的管材弯曲成形系统，还包括：与所述第一弯曲模1的形状匹配的镶块2，所述镶块2上开设有容纳待弯曲管材的型面凹槽。
60.该实施例中，所述镶块2的形状与所述第一弯曲模1的形状匹配，在进行模具装配时，所述镶块2与所述第一夹持模3对称装配与所述待弯曲管材4的两侧，对所述待弯曲管材4提供支撑作用。
61.如图10至14所示，本实用新型的一可选实施例中，所述第一弯曲模1包括：圆柱形柱体；所述圆柱形柱体上开设有贯穿柱体结构的第一通孔11；所述圆柱形柱体的圆周上开设有容纳待弯曲管材4的第一凹槽12。
62.该实施例中，所述第一弯曲模1的圆柱形柱体的轴向中心位置处，开设有贯穿其柱体结构的第一通孔11，所述第一弯曲模1通过转轴穿过所述第一通孔11装配于所述数控机床上，并在第一预设弯曲速度下进行转动；所述第一弯曲模1的圆柱形柱体上开设有容纳所述待弯曲管材的第一凹槽12，所述第一凹槽12的直径与所述待弯曲管材4的直径匹配，在进行弯曲成形的过程中，所述待弯曲管材4的一侧贴合在所述第一凹槽12中，所述第一弯取模1以第一预设弯曲速度进行转动，实现对所述待弯曲管材4的第一次弯曲处理，并获得中间弯曲管材。
63.如图15至18所示，本实用新型的一可选实施例中，所述第二弯曲模包括：半圆柱形柱体，以及与所述半圆柱形柱体一体成形的梯台；其中，所述第二弯曲模上开设有贯穿柱体结构的第二通孔21；所述第二弯曲模的外周上开设有容纳中间弯曲管材的第二凹槽22。
64.该实施例中，所述第二弯曲模的轴向方向上开设有贯穿其柱体结构的第二通孔21，所述第二弯曲模通过转轴穿过所述第二通孔21装配于所述数控机床上，并在第二预设弯曲速度下进行转动；所述第二弯曲模的外周上开设有容纳所述待弯曲管材的第二凹槽22，所述第二凹槽22的直径与中间弯曲管材的直径匹配，在进行弯曲成形的过程中，所述中间弯曲管材的一侧贴合在所述第二凹槽22中，所述第二弯取模以第二预设弯曲速度进行转动，实现对所述中间弯曲管材的第二次弯曲处理，并得到目标弯曲管材；通过所述第二弯曲模的半圆柱形柱体与梯台的配合，对所述中间弯曲管材进行二次弯曲处理，可以实现所述待弯曲管材4无过渡直线段的连续多弯。
65.如图19-20所示，本实用新型的一可选实施例中，所述芯模包括：芯棒8以及；依次排布于所述芯棒8的一端，且与所述芯棒8的一端固定连接的至少两个芯球5。
66.该实施例中，所述芯模的结构设计为：一个芯棒8并带有至少两个柔性对称芯球5，所述芯棒8与多个柔性对称的芯球5可以一体成形；在弯曲成形过程中，所述芯棒8对所述待
弯曲管材4起到支撑作用，所述至少两个柔性对称芯球5可以避免管材在弯曲成形过程中出现截面扁化及塌陷现象；所述芯模设计的关键尺寸分别为：所述芯棒8的直径、圆角半径、长度，多个芯球中第一个芯球的宽度、直径以及后续芯球的宽度和直径。
67.本实用新型的一可选实施例中，所述防皱模7、所述第一夹持模3、所述第二夹持模以及所述压力模6上均开设有容纳待弯曲管材4的型面凹槽；
68.进一步的，如图2-5所示，所述防皱模7的一端开设有弧形凹槽，在装配所述防皱模7时，所述弧形凹槽与所述弯曲模的一侧贴合。
69.该实施例中，所述防皱模7、所述第一夹持模3、所述第二夹持模以及所述压力模6上开设的型面凹槽的直径与所述待弯曲管材4的直径匹配，所述防皱模7与所述弯曲模贴合的一端设置有弧形凹槽，以便于与所述弯曲模紧密贴合，在管材弯曲过程中，可以避免管材出现起皱以及管壁急剧减薄的现象出现。本实用新型的一可选实施例中，所述的弯曲成形系统，还可以包括：顶推装置，所述顶推装置设置于所述芯模的另一端，在管材弯曲成形过程中，所述顶推装置与待弯曲管材4的一端接触。
70.该实施例中，所述预设顶推装置与所述待弯曲管材4的另一端面相接触，所述预设顶推装置的推动速度与所述第一预设弯管工艺参数以及所述第二预设弯管工艺参数相匹配，在所述预设顶推装置的推动作用下，并配合所述压力模，可以避免所述待弯曲管材4在所述夹持模的牵引作用下管壁减薄。
71.利用上述实施例提供的弯曲成形系统，对管材弯曲成形时，具体步骤如下：
72.步骤11，如图1所示，装配与调试所述弯曲成形系统中的各个模具；
73.步骤111，在所述防皱模7、所述芯棒8及所述芯球5上涂抹润滑油，在模具内腔涂抹润滑脂，用弯管油润滑待弯曲管材4的内壁；
74.步骤112，将所述待弯曲管材4套设于所述芯模的外部，使芯球5、芯棒8位于管材内部；
75.步骤113，使用所述第一夹持模3和所述压力模6对所述待弯曲管材4进行装夹；
76.步骤12，所述第一弯曲模1旋转，对所述待弯曲管材4进行第一次弯曲处理，并获得中间弯曲管材；
77.步骤121，根据所述待弯曲管材4的材料和规格设置所述压力模6的侧推速度、所述芯棒8的伸出量、第一弯曲速度、弯曲角度、所述侧推速度与所述弯曲速度的匹配百分比；
78.步骤122，所述第一弯曲模1按照第一弯曲速度进行旋转，对所述待弯曲管材4进行第一次弯曲处理，并获得中间弯曲管材；
79.步骤13，所述第二弯曲模旋转，对所述中间弯曲管材进行第二次弯曲处理，并获得目标弯曲管材；
80.步骤131，第一次数控绕弯成形结束后，将所述中间弯曲管材取下，卸下所述第一弯曲模1和所述第一夹持模3，安装第二弯曲模；
81.步骤132，将所述中间弯曲管材装入模具的间隙中间，使所述芯球5、所述芯棒8位于所述中间弯曲管材内部；并使用第二夹持模和所述压力模6对所述中间弯曲管材进行装夹；
82.步骤133，设置弯管工艺参数，所述压力模6的侧推速度、所述芯棒8的伸出量、第二弯曲速度、弯曲角度、所述侧推速度与所述弯曲速度的匹配百分比；所述第二弯曲模按照第
二弯曲速度进行旋转，对所述中间弯曲管材进行第二次数控绕弯成形，并获得目标弯曲管材。
83.本实用新型的上述实施例中，在安装好所有模具后，可以在所述压力模6的上表面、所述防皱模7的上表面、所述弯曲模的上表面以及所述夹持模4的上表面均铺覆上石棉垫，以防止在弯曲成形的过程中损坏模具；同时可以依据所述待弯曲管材4的材质，在所述防皱模7、所述芯模的芯棒8以及芯球5上涂抹润滑油，在各个模具的内腔涂抹润滑脂，并用弯管油润滑所述待弯曲管材4的内壁，以减小在弯曲成形过程中模具对管材的摩擦力；
84.该实施例中，所述弯曲速度为所述第一弯曲模1以及所述第二弯曲模的转速，所述弯曲角度为所述第一弯曲模1与所述第二弯曲模转过的总体角度，所述侧推速度为所述压力模6在侧向推动所述待弯曲管材4时的移动速度；所述目标弯曲半径、所述待弯曲管材4的半径以及所述芯棒8的伸出量适配；
85.该实施例中，所述待弯曲管材4可以是不锈钢管材，其适用的规格为：管径(直径)52mm-93mm，壁厚为1mm-1.5mm，d/t(外径/壁厚)52-62，目标弯曲管材的弯曲半径最低可达1.346d。
86.优选的，在所述待弯曲管材4移动弯曲成形的过程中，为保证所述压力模6能够给予管材足够大的推力，以避免所述待弯曲管材4在所述弯曲模上进行弯曲成形时的管壁减薄急剧恶化，所述压力模6的侧推速度与所述弯曲模的弯曲速度应当满足一定的匹配关系，进而在弯曲成形的过程中，依据二至之间的匹配关系及时调整所述压力模6的侧推速度或者所述弯曲模的弯曲速度，保证两者之间的速度相互匹配，以保证所述压力模6对所述待弯曲管材4起到助推作用的情况下，同时保证所述弯曲速度适宜，避免所述待弯曲管材4的管壁过度减薄和破裂。
87.优选的，所述侧推速度与所述弯曲速度的值满足匹配百分比，所述匹配百分比通过以下公式计算获得：匹配百分比＝[弯曲速度
÷
180
×
π
×
(目标弯曲半径+待弯曲管材半径)]
÷
侧推速度；
[0088]
所述第一预设弯管工艺参数以及所述第二预设弯管工艺参数的部分参数值如下表1所示，其中：52/2为所述目标弯曲半径，r70为所述待弯曲管材的半径，根据上述匹配百分比的计算公式，可以获得如表1中所示的匹配百分比，表1中的弯曲角度一栏中42为第一次弯曲角度，90为第二次弯曲角度；通过上述匹配百分比的计算公式，可以精准合理的调整所述压力模6的侧推速度以及所述弯曲模的弯曲速度，进而提高管材弯曲成形的精度，同时避免所述待弯曲管材4出现破裂及管壁过渡减薄现象。
[0089][0090]
表1、待弯曲管材的部分预设工艺参数及匹配百分比
[0091]
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。