淺談薄壁管數控彎曲的操作方法

蘇健+付陽陽

摘要：薄壁彎管的批量生產，一般是在數控彎管機上冷彎成型的，無論是有芯彎曲還是無芯彎曲，由于薄壁彎管管壁失穩臨界力較低，彎曲部位常出現癟皺等變形缺陷，這種缺陷產生不但會削弱管子的強度，降低承載能力，而且容易造成管內介質流動速度不均勻，產生渦流和彎曲部位積聚污垢等影響管路的正常使用。文章講述了薄壁管數控彎曲的操作方法。

關鍵詞：薄壁管；數控彎管機；有芯彎曲；褶皺；冷彎成型 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG386 文章編號：1009-2374（2016）36-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.044

1 技術問題的產生

在目前使用的設備是數控彎管機，而在彎曲薄壁管時注意選用合適的模具，模具結構其主要工作部分由彎曲模、導向模、夾持模、防皺板、芯棒、束頭等組成。

對于動車組等使用的不銹鋼管和銅管通常采用冷彎法，冷彎法是在常溫下使管子彎曲成型，冷彎的彎曲半徑應不小于管子直徑的1.5倍，由于管子具有很大的彈性，此時施加的外力彎曲時消除后，管子會回彈一個角度，所以一定的過彎量一定要有。

數控彎管機冷彎法的工作原理：彎管模具裝在數控彎管機上，具體工藝方法是：彎曲模裝在數控彎管機的主軸上，夾持模裝在數控彎管機夾鉗上，當數控彎管機啟動時夾持模把管子固定在彎曲模的槽內，同時導向模與彎曲模及防皺板夾緊管子，芯棒插入管子內部，當彎曲模主軸回轉時，管子就隨之轉動纏繞在其周向，得到所需要的彎曲半徑。

2 薄壁管彎制的缺陷機理

（1）管材內表面出現癟皺；（2）管材彎曲位置外壁變??；（3）管材截面形狀畸變。

3 缺陷機理分析

3.1 管子彎曲外側變薄、內側褶皺分析

管子在彎曲時，其圓角區外側管壁受拉應力δ1而變薄，內側管壁受壓應力δ2而增厚，離中心層越遠變化量越大，由于管壁太薄導致薄壁管材在承受彎曲時，產生內側管壁起皺現象，沿縱向壓縮變形的需要產生橫向變形，受到壓力作用的管壁的材料已滿足不了，當變形量過大時，外側管壁會拉裂，內側管壁會出現褶皺，使工件報廢。

3.1.1 彎曲半徑、芯棒伸出量、彎曲速度以及采用的彎管方法等導致了管子彎曲處管壁減薄，彎曲半徑的大小對彎管的影響可以用下式表示：

由上式可見，當管徑D一定時，彎曲半徑R越大，越接近于T2，外側管壁減薄的越小，在彎曲中管壁上所受的拉力越小，而斷面的橢圓變形和內側管壁的褶皺變形也就越小。

3.1.2 彎曲速度對管壁減薄、內側褶皺也有重要的影響，壁厚變薄趨向于減小，是由于彎曲速度在較小范圍內增加時，當彎曲速度增加到一定值時，壁厚變薄率達到最小值，如繼續增加彎曲速度，壁厚變薄率將增加；對于彎曲內側褶皺，速度越小，對于管材受擠壓變形量越慢，越不容易產生褶皺。

3.1.3 夾持力對內側褶皺的影響也非常大，當夾持力與芯棒伸出量配合調整時，如果夾持力不夠，就會造成管子在彎曲時回縮，形成倒彎曲情況，在彎曲內側就會出現死褶，在夾持模位置形成磨損，甚至會造成損壞芯棒的影響。

3.2 管子斷面成橢圓分析

由于管子彎曲過程中，向中部作用力由外緣拉應力和內緣壓應力的合力，導致管子彎曲部位在水平面上的直徑變化，垂直面上的直徑增加，水平面上的直徑減小，出現橢圓形，橢圓變形程度稱為橢圓度。

根據要求：管子彎曲好后截面畸變量U≤5%。

4 操作方法解決方案

4.1 模具安裝的操作方法

4.1.1 夾持模安裝。安裝夾持模時，將夾持模內側凹槽的花紋位置用清洗劑清洗干凈，保證沒有油污，增加與管子外表面的摩擦力，同時在調整夾持模夾持力時，通過試驗數據得出，用扭矩扳手進行緊固，保證夾持力≥110Nm，能夠滿足夾持模的夾持力。

4.1.2 導向模安裝。安裝導向模時，由于管子的外徑公差在±0.05mm的公差范圍內，調整模具要保證滿足批量管子的生產，所以在調整導向模的夾緊力時，用0.05mm的塞尺墊于導向模與彎曲模的貼合位置，然后調整頂緊螺栓，保持一定的壓緊力。

4.1.3 芯棒選用及位置調整。芯棒的選用：在彎制薄壁銅管時由于管子較軟，需要管子外側的承載面積大，所以應選用多節球頭芯棒；在彎制不銹鋼管時，為了減小芯棒與管子內壁的摩擦力，應盡量減小芯棒與管材的接觸面積，所以應選用柱塞式芯棒。

安裝芯棒時，應盡最大可能地增大芯棒伸出量，這樣就可以擴大芯棒與芯頭對管子彎曲段內壁支撐的范圍，使之所受到的切向拉應力合力減小，以達到減小端面畸變的目的，而芯棒相對于彎曲點的位置對于管子內側褶皺非常重要，芯棒相對于彎曲點朝前一定位置e（芯棒工作端進入管子彎曲段），通過試驗測的超前量e=6mm，所以在芯棒調整中應保證超前量e，制作工裝確保超前量e，圖示如下：

使用方法：在調整芯棒前端超出量時，將此工裝安裝在彎管機上，彎曲模頂端定位點與彎曲模前端對齊，夾持模夾緊彎管，然后用扳手調整芯棒后端的調整螺栓，使得芯棒前端與工裝的芯棒定點對齊，這樣芯棒位置就調整完成。

4.1.4 防皺板安裝。防皺板是安裝在彎曲模和導向模中間的位置，將防皺板安放到數控彎管機上，然后用萬能角度尺測量防皺板與導向模的夾角應保證在3°～5°之間，因為管子彎曲時會在管子末端有一個向防皺模方向的分力，如果將防皺模與導向板的夾角調整小于3°，則管子末端與防皺模的壓力使得管子不能向前移動造成管子外側減薄率增加，如果將防皺模與導向板的夾角調整大于5°，則管子內壁就會出現與防皺板有間隙，使得管子內側產生褶皺。

4.2 工藝參數的設定

4.2.1 為了改善彎曲成型薄壁管的彎制，在機械冷彎時可采用頂墩力，即在管子的末端增加軸向推力F，這樣在數控彎管機上有一個扭力值，而通過試驗測得頂墩力應保證在6%的扭力值，這樣就會減輕模具的受力狀態，提高薄壁管彎曲的成功率。

4.2.2 通過原理分析彎曲速度的設定也具有非常大的影響，在程序編制過程中使旋轉軸的彎曲速度控制在40%，通過試驗得出此速度是最合理速度。

4.2.3 將模具的規格尺寸正確設置在合理的范圍，并將數據正確輸入數控彎管機。

5 效果評價

（1）調整模具時間由原來的平均3人4小時減少到2人0.5小時，大大縮短了模具調整時間，降低了輔助工作時間；（2）管材質量和管材強度得到了保障，使得試彎合格率由原來的4%提高到20%；（3）提高了原材料管的浪費，由原來的平均25*600mm減少到5*600mm。

參考文獻

[1] 武漢鍋爐廠設計科.彎管計算[M].北京：機械工業 出版社，1973.

[2] 梁炳文.冷沖壓工藝手冊[M].北京：北京航空航天 大學出版社，2004.

[3] 楊立平.模具制造基礎[M].北京：化學工業出版 社，2007.

作者簡介：蘇健（1969-），男，河北唐山人，中車唐山機車車輛有限公司總裝配一廠數控配管高級技師，研究方向：機械制造及自動化；付陽陽（1986-），男，河北滄州人，中車唐山機車車輛有限公司總裝配一廠數控配管高級技師，研究方向：機械制造及自動化。

（責任編輯：蔣建華）