可調(diào)式手動繞彎模具制作與應(yīng)用

中石化華東油氣分公司采油氣工程服務(wù)中心 江蘇泰州 225300

1 序言

隨著頁巖氣開發(fā)規(guī)模擴(kuò)大，地面集輸場站建設(shè)不斷增多。由于地面輸氣生產(chǎn)管線具有壓力較高、易燃易爆的特點(diǎn)，需對地面工藝管線進(jìn)行安全有效的固定。采用管墩＋管卡安裝固定，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化安裝。管卡加工質(zhì)量直接影響工藝管線的安裝質(zhì)量。受現(xiàn)場條件限制，采用自制繞彎模具，可以解決管卡加工難的問題。

2 零件材料、結(jié)構(gòu)工藝分析

彎曲件毛坯材料為60mm×6mm鍍鋅扁鋼，材質(zhì)為Q235B。Q235B有一定的伸長率、良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛應(yīng)用于一般機(jī)械零件的制造。

根據(jù)圖樣技術(shù)要求，計(jì)算出彎曲件毛坯展開尺寸。當(dāng)彎曲變形程度不大時(shí)（R/δ＞3時(shí)），可以認(rèn)為應(yīng)變中性層處于板料厚度的中心位置，即彎曲變形區(qū)的應(yīng)變中性層長度就是彎曲件的展開長度。對不同規(guī)格的PK-3型管卡分別計(jì)算出毛坯展開長度，見表1和圖1。

表1 PK-3型管卡尺寸 （單位：mm）

圖1 PK-3型管卡

3 繞彎模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具設(shè)計(jì)制作的彎曲工藝是材料產(chǎn)生塑性變形并形成具有一定曲率和角度的零件的沖壓工藝。彎曲成形工藝包括壓彎、折彎、拉彎、滾彎和輥壓等。零件具有結(jié)構(gòu)簡單、非封閉橫截面的結(jié)構(gòu)特征，彎曲應(yīng)力較小時(shí)可以實(shí)現(xiàn)手動彎曲，彎曲半徑較大時(shí)可以一次彎曲成形。綜合分析比較，決定采用繞彎工藝加工。彎曲過程中，壓緊輪在自轉(zhuǎn)的同時(shí)繞彎曲模軸心公轉(zhuǎn)，處于壓輪和彎曲模中心連線的板材受碾壓變形，壓輪迫使板材繞彎曲模成形。

彎曲力計(jì)算公式為：

式中，P是折彎所需力，單位為k g f（1 k g f ＝9.8N）；σb是材料抗拉強(qiáng)度，單位為k g f/m m2（1kgf/mm2=9.8Pa）；B是彎曲工件的寬度，單位為mm；δ是材料厚度，單位為mm；0.25是系數(shù)。

帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：

壓彎力估算數(shù)值結(jié)果表明可以實(shí)現(xiàn)手工彎曲加工。

根據(jù)加工零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)模具參數(shù)及制作方法。具體加工步驟為底座焊接加工→手柄制作→轉(zhuǎn)動支座加工→固定輪軸加工→整體安裝→調(diào)試。

模具結(jié)構(gòu)如圖2所示，在固定底座1上設(shè)有2個(gè)旋轉(zhuǎn)銷軸，手柄2上焊接限位檔板12，手柄2和調(diào)節(jié)絲桿10分別繞各種銷軸旋轉(zhuǎn)，零件置于固定輪與壓緊輪、固定螺栓之間，分別產(chǎn)生2個(gè)彎曲變形。手動彎曲模彎曲運(yùn)動軌跡為水平圓周運(yùn)動，便于手工操作。考慮到零件彎曲后會由于彈性變形產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，固定輪和固定螺桿半徑應(yīng)略小于零件彎曲半徑3～5mm。固定螺栓與底座根據(jù)零件規(guī)格不同在不同位置采用螺紋聯(lián)接。底座、轉(zhuǎn)動支座、固定輪和蓋板通過堅(jiān)固螺栓聯(lián)接，固定輪通過蓋板上的螺母實(shí)現(xiàn)壓緊。滾輪采用4個(gè)小型向心軸承，軸承表面與毛坯表面形成滾動摩擦，極大地減少了摩擦阻力，避免工件表面產(chǎn)生劃痕，防止彎曲過程中零件起皺現(xiàn)象。考慮到自由彎曲回彈大，限位塊位置應(yīng)充分考慮材料彎曲的彈性回彈量，彎曲毛坯應(yīng)定位準(zhǔn)確可靠，多次彎曲均采用同一邊作為定位基準(zhǔn)。毛坯在彎曲變形過程中需防止位移及扭曲，保證限位牢固準(zhǔn)確。

圖2 模具結(jié)構(gòu)示意

該繞彎模具設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡單，能在施工現(xiàn)場加工制作完成。只需更換不同規(guī)格的固定輪，便可滿足不同規(guī)格的管卡加工。模具操作簡單，工件取放方便快捷。圖3、圖4分別為模具實(shí)物和加工成品零件。

圖3 繞彎模具實(shí)物

圖4 加工成品零件

4 彎曲加工過程

根據(jù)計(jì)算出的毛坯長度下料，將鍍鋅扁鐵從固定螺栓3和固定輪6之間插入，以限位擋板12進(jìn)行限位，旋轉(zhuǎn)扳動與限位擋板12相連的手柄，手工扳至90°彎曲成形。取出零件后重新放置，以擋板開口處進(jìn)行重新定位，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲桿壓緊扁鐵，手工扳轉(zhuǎn)絲桿至極限位置。調(diào)頭重復(fù)上述步驟，實(shí)現(xiàn)另一端90°彎曲成形。根據(jù)現(xiàn)場要求，常用管子固定卡子規(guī)格有DN50、DN65、DN80、DN100及DN150。只需擰開螺母卸下蓋板，更換固定滾輪，即可實(shí)現(xiàn)其他規(guī)格管卡的加工。

5 結(jié)束語

手工繞彎適合小批量生產(chǎn)，操作不需要專業(yè)設(shè)備，彎曲模具裝置簡單實(shí)用，加工成本相對較低。通過更換固定輪可以實(shí)現(xiàn)在一套彎曲模具中加工多種規(guī)格的管卡，既能保證產(chǎn)品尺寸要求，又能提高零件的外觀質(zhì)量。對于無專用機(jī)械加工設(shè)備的施工，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。