薄壁鋼管彎曲成形方法探討及應用*

彭陽國，劉 洪，黃 侖

(中國嘉陵工業股份有限公司(集團)技術中心，重慶 400032)

薄壁鋼管彎曲成形方法探討及應用*

彭陽國，劉 洪，黃 侖

(中國嘉陵工業股份有限公司(集團)技術中心，重慶 400032)

通過對薄壁鋼管在彎曲成形過程中的起皺、扁平變形等普遍質量缺陷進行彎曲成形工藝分析，找出產生上述質量問題的主因，并從彎曲成形工藝及設備、工裝上進行試驗改進，以有效解決薄壁鋼管彎曲成形中的技術質量難題。

后導模;反變形導模;萬向球珠

1 引言

在生產中，常遇到薄壁、小半徑鋼管的彎曲成形如圖1所示。這類工件的加工，在常規工藝和設備條件下，存在諸如彎曲成形變形大、產品起皺、不能達到產品外觀要求等明顯質量缺陷特征。現將薄壁、小彎曲半徑鋼管的彎曲成形加工難點及改進方案進行分析。

圖1 常見不同類型的彎曲成形鋼管

2 薄壁管在彎曲成形中的問題和對策

如圖2所示為某重點項目用彎曲成形鋼管零件，該件為一個彎曲成形尺寸比較復雜的產品，其外徑尺寸為 Φ36 mm、壁厚平均值為 1 mm，材料為1Cr18Ni9，彎曲成形半徑為R70 mm，彎曲成形角度138°，兩個成形工序之間可供夾持直線段較小，僅28 mm，彎曲管總線長度為756 mm。因此，彎曲成形難度較大，在彎曲成形時彎曲部位出現內側起皺、外側收縮變形。如圖3所示。

這類產品質量缺陷長期以來制約著產品加工成本和工作效率，究其質量缺陷形成的原因，經過初步分析，存在下述原因:

(1)彎曲成形設備故障而影響產品質量。

圖2 某彎曲成形管件

圖3 管件彎曲變形處缺陷

(2)鋼管在彎曲成形過程中內側材料受擠壓限制，多余材料無法流動形成內凹皺折現象，而外側材料受拉伸作用，材料自身延伸率與強度不足，形成外側收縮變形。

(3)彎曲成形過程中輪模和導模制造精度以及彎曲成形夾持力未能達到要求。

為解決以上質量缺陷，在彎曲成形設備和彎曲成形輪模上提出改進方案:

(1)將彎管機［1］的液壓送料系統進行全面檢查，反復調整夾模［1］與輪模［1］的夾持力、以及導模［1］與輪模的夾緊間隙。

(2)將彎曲成形導模設計制作成反變形導模，并提高輪模制作精度，重新調整彎曲成形時產品的夾緊力。

(3)對彎曲成形模具進行設計新增后導模［1］，增加了反變形導模的長度，改善夾塊［1］的夾緊效果。

(4)加內芯棒伸入鋼管內，但普通的內芯棒對彎曲成形變形改善雖有一定作用，也不能達到質量要求。將內芯棒改為三顆活動導向球珠的連接結構，并將鋼管內壁進行清潔、潤滑處理。

經過上述4項措施配合使用，產品質量可望得到明顯提升，達到產品圖技術要求。

3 薄壁彎曲成形管件應用改進實例

對圖2所示產品實施改進方案進行彎曲成形分述如下。

3.1 內側用后導模設計及制造

由于鋼管在彎曲成形過程中內側材料受內應力相互擠壓作用，材料自身無法向外延伸，形成內凹皺折。為了防止產品內凹，需增設后導模，以限制產品在彎曲成形過程中的自由變形，使鋼管緊帖后導模和輪模，如圖4所示。

圖4 后導模和輪模及鋼管位置示意圖

后導模的裝配及調試是彎曲成形控制中影響因素最重要的一環，在彎曲成形時，一定要將后導模的頂點與輪模中心調整到一致，并且接觸部位應光滑平整。整個弧形應最大限度接觸輪模表面以減小摩擦阻力，達到最好防皺效果。后導模頂點是最關鍵也是最易磨損部位，因此應經常檢查修整或更換。

3.2 反變形導模設計及制造

在彎曲成形過程中外側鋼管受拉伸作用，材料無法及時補充，形成外側鋼管收縮變形。為防止產品外側收縮變形，需增設反變形導模。先給鋼管一個反向變形量(圖示中1.98 mm)，以彌補變形過程中產生的變形。另外為防止無法夾緊鋼管的現象，凹槽深度需減小0.5 mm。如圖5所示為反變形導模示意圖。

圖5 反變形導模

3.3 內芯導向球珠設計及制造

彎曲成形中，由于鋼管內孔沒有限制，材料在徑向方向上可自由變形，產生內凹及扁平變形。因此，增加三顆內芯導向球珠，抑制內孔變形。導向球珠設計時須兼顧變形量及產品的工藝要求。根據GB/T 1801－2009《公差帶與配合的選擇》［2］標準、GB/T 17395－2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》［3］標準，并結合產品彎曲成形工藝及允許變形量的要求，導向球珠與鋼管的間隙控制在0.3～0.4 mm以內，圖6所示為導向球珠布置圖。

圖6 導向球珠布置圖

在整個彎曲成形過程中，導向球珠的作用如下:

(1)第一顆導向球珠在彎曲成形中要超出模具中心2～3 mm。

(2)活動關節要靈活。

(3)導向球珠直徑與鋼管內孔配合間隙要合適，一般控制在0.3～0.4 mm彎曲成形效果最佳。

(4)該件是易損件，第二、三顆球珠比第一顆球珠直徑要略微小一些(Φ33.6 mm)，以此減少阻力。

(5)導向球珠磨損后應常備相應零件以實現快速切換，從而不影響生產和質量。

(6)鋼管內部應保持清潔和適度潤滑，不允許有鐵屑及其它異物，否則增加彎曲成形阻力，會導致導向球珠意外磨損，影響產品質量和彎曲成形效率。

(7)拉桿通過與基座上的固定桿連接，在彎曲成形過程中保持不動，彎曲完成后固定桿在油缸的牽引下向右退出。

3.4 綜合調整

①后導模安裝時緊帖輪模，調整后導模及輪模間隙為0.02 mm左右，后導模頂點與輪模中心對齊，兩者接觸部位應光滑平整;②后導模與導模夾角為1°，這樣可充分限制內側變形;③第一顆導向球珠中面在輪模中心左側2～3 mm范圍內;④調整夾模壓緊力，使鋼管充分壓緊，防止滑移;⑤彎曲成形鋼管內壁進行清潔潤滑處理，彎曲成形系統綜合調正，如圖7。

3.5 實施后的效果

(1)原方案為分二段彎曲成形(如圖8)，切斷因工藝要求而增加的多余長度后，再焊接組合而成，改進后的新方案為一次連續彎曲而成。改進后既解決了鋼管被焊穿、焊縫成型差，焊接不牢固等諸多質量問題，同時又大大節約了因分段彎曲成形、焊接帶來的材料成本和制造成本。

圖7 彎曲成形系統綜合調正圖

圖8 原分段彎曲成形及焊接示意圖

(2)產品加工效率提高50%，原方案共有十一道工序:第一段鋼管下料、一次彎形、二次彎形及切斷;第二段鋼管下料、一次彎形、二次彎形、三次彎形及切斷;第一段和第二段焊接組合、去飛濺及去毛刺，改進后只有六道工序，分別為:下料、一次彎形、二次彎形、三次彎形、四次彎形、五次彎形及去毛刺。

(3)產品的橢圓度由原來的0.8 mm降低到了現在的0.4 mm以下。

(4)取消焊接后大大提高了產品外觀質量。

(5)降低了原材料消耗，由原方案的840 mm減為756 mm。

(6)由上可知，鋼管彎形的綜合制造成本不到原制造成本的1/3。

4 結語

在薄壁、小半徑彎曲成形過程中經過反復摸索、實踐后篩選確定的最有效的彎曲成形工藝，經多個規格鋼管實驗結果表明:該項工藝實施效果良好，可廣泛運用于各種鋼管彎曲成形的生產過程中。

［1］ 使用手冊編寫組.50TDRE使用手冊［M］.臺灣:喬升機器股份有限公司，2003.

［2］ 李曉沛.公差帶與配合的選擇GB/T 1801－2009［M］.北京:中國標準出版社，2009.

［3］ 晏 如.無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差GB/T 17395－2008［M］.北京:中國標準出版社.

Discussion and Application of the Bending Forming Method for Thin－walled Steel Tube

PENG Yang－guo，LIU Hong，HUANG Lun
(Technology Center，China Jialing Industrial Co.，Ltd，Chongqing 400032，China)

Through analyzing the thin－walled tube bending process in wrinkling，deformation and other common quality defects flat，The main cause of the quality problems are found out，and the improvement is made from the bending process，equipment and tooling.The technical quality problems of thin－walled steel bending are effectively solved.

afterwards guided mold;reverse deformation guided mold;universal ball

TP29

A

1007－4414(2013)05－0107－03

2013－07－24

彭陽國(1963－)，男，重慶人，工程師，主要從事摩托車整車及零部件方面的研究。