提高液壓管路彎制一致性的研究及應用

劉民東 杜剛華

提高液壓管路彎制一致性的研究及應用

劉民東 杜剛華

（山西航天清華裝備有限責任公司，長治 046012）

針對航天特種車批量小、產品結構復雜的特點，介紹了如何將原產品的手工液壓管路轉化為數控彎管程序的方法，以及根據現有數控彎管機的固有特性，計算出在特定條件下液壓管路回彈量，進而精確計算液壓管坯的下料長度，最終提高彎管效率及管路的一致性。

液壓管路；彎制；一致性；批量生產

1 引言

液壓管路的彎制、安裝歷來是廠內產品總裝的重要環節，管路彎制質量不但直接反映在產品外觀上，對產品功能更是起著至關重要的作用。多年來，傳統制管流程完全憑借操作者的工作經驗和制管熟練程度控制管路質量，導致一些管路在彎制時存在管形差異較大、校正量大等問題，其中以大徑管路的彎制過程表現的更為突出，往往產生橢圓度超差、內徑處起皺等現象，使管路成品的一致性比較差，管路安裝后內部應力無法釋放。其影響主要表現在：第一、管路安裝后，很容易在接口處滲油、漏油等；其次，售后部門更換相關管路時，必須將損壞的油管返廠，按照管路原樣彎制，維修工期較長；第三，近年來，產品任務批量大，經驗式彎制管路方法已經不能很好滿足今后相當一段時期的批量生產要求。

為提高液壓管路生產效率和質量，在硬件方面配備了JXW28CNC-63×5數控彎管機，主要解決傳統手工樣管向數控程序轉化以及在該數控彎管機下管路精確成形問題。目前,廠內管路彎制大致分為兩種情況：其一，將原車手工彎制管路向數控程序轉化，然后由數控彎管機批量生產；對新投產產品，根據鋼管回彈特點，合理設計數控程序轉化生產，為滿足管路的一致性要求，本文從手工樣管向數控程序轉化、回彈量控制、精確下料成形等方面進行論述、研究及應用。

2 手工樣管向數控程序轉化

數控彎管過程是先向機床內置計算機輸入管路的成形數據，然后放置管坯，由機床單步或自動控制彎曲成形[1]。為此，首先要測量原管路的管形參數，再把管形參數輸入至數控彎管機的控制軟件中。其次，通過輸入彎管機的樣管參數數控彎制，彎制成形后與樣管進行比對，找出差異點，然后根據管形差異修正數控參數，使彎制的管路與成形要求一致。

圖1 管形示意圖

據分析可知，原手工彎管之所以彎制不精確、批次一致性不好，是因為以上管形參數全部由人工控制，參數的準確性完全依靠彎管人員的經驗及對照樣管的臨時感覺，因此管形差異較大，管路質量難以保證，同種現象在大直徑管路彎制時更為嚴重。

為準確測量以上數控彎管三要素,制作角度測量工裝，如圖2、圖3所示。

圖2 平面角度紙模

圖3 空間角度紙模

2.1 測量彎曲角度Ci

將管路第一個彎曲角度的兩直線段部分放于平面上，用筆在紙上畫出直線段PQ、Q1Q2，然后延長直線段PQ、Q1Q2相交于P1點，用量角器測量并記錄C的角度。

2.2 測量Y軸進給量Hi+1

如圖1所示，測量H1必須知道起弧點Q的準確位置，即H1=PQ。用平面角度紙模工裝畫起弧點時需注意：a.如圖4所示，以直徑=10mm的不銹鋼管進行以下測量，當彎曲角度大于等于90°時可將紙模工裝直接放于彎角處，利用所測角度C使紙模工裝的弧邊緊緊貼合管路,保證紙模工裝上C角度對應的內徑垂直于管路兩端的直線段部分，然后用記號筆畫出角度C在管路上所對應的點Q、Q1；b.當彎曲角度小于90°，要根據所測角度C將紙模工裝進行折疊，然后按上一步測量方法畫出相關點。

當確定管路直徑后，需要根據所選的彎管模具確定平面角度紙模工裝半徑的大小，紙模工裝半徑為所用彎管模具的半徑與管路半徑的差值。當采用2.5倍的彎管模具時，平面角度紙模工裝半徑2，即紙模工裝的半徑為管路直徑的2倍。

圖4 畫起弧點示意圖

2.3 測量空間旋轉角度α

空間旋轉角度為第一個彎所在平面與第二個彎所在平面的夾角，即平面PP1P2與平面P1P2P3的夾角,空間位置如圖5所示。測量方法如圖6所示，將管路其中一個彎角放于平面上，其中管路直線段部分要位于空間角度紙模工裝直線段的正上方。其中，空間角度紙模工裝的點距平面的高度與所要測量管路的半徑值相等。然后從正對于紙模工裝角度顯示的一面讀出與管路兩側邊緣與紙模工裝交點處的角度值，即點所對應的角度1、點處所對應角度2，管路空間旋轉角度的表達式為：

圖6 空間角度測量

3 回彈量控制

數控彎管機以矢量彎管理論[2]為基礎，其主要的加工數據為：軸空間轉動角度、軸的進給量、軸彎曲角度和管坯長度。在設計管路時，為控制管路質量、提高管路一致性，數控彎管機操作人員需要精確計算每道彎的旋轉軸（軸）、進給量軸（軸）、彎曲軸（軸）三軸的參數。但是由于鋼管彎曲加工時的彈性彎曲，彎制某特定角度后由于管材內部應力無法全部釋放，彎制的角度會反向回彈，回彈部分的弧長轉變為直線段，即回彈及延伸問題，致使彎制成形的管路彎曲角度與目的角度有所偏差以及管路角度間的直線段部分長度變長等，導致在生產過程中管路彎制的精確性較差，質量波動明顯，不能滿足產品的使用要求。

據長陽縣宣傳部常務副部長杜強介紹，2014年開始，長陽縣在清江流域縣市中發起“清江保護日”活動，吹響了清江保護整治的號角。2017年初，該縣成立清江庫區養殖網箱清理取締工作指揮部，對隔河巖和高壩洲庫區的養殖網箱進行徹底清理。

為解決上述管路回彈問題,需研究管路回彈所遵循的規律。在查閱相關資料的基礎上，經過反復的角度回彈試驗及結合數控彎管機矢量彎管原理[2]，得出以下結論，彎管機的彎曲角度C與管路的成形角度′呈不過原點的直線關系[3],即：

式中：為比例回彈系數；為固定回彈系數。

和一般通過某批次同規格、同材質鋼管的彎制角度及成形角度來確定,首先在數控彎管機上按單步或自動狀態預先彎制2個不同的角度,記錄數控彎管機控制軟件的設置參數1和2,并測量對應鋼管的成形角度′1和′2，那么系數和分別為：

因此，根據式（3）、式（4）計算出參數和后，就可以根據式（2）由目的成形角度推算出需要輸入數控彎管機的彎曲角度C。

表1 典型彎制角度與成形角度對比表

將表格中C、′代入式（2）、式（3）求出規格為10mm×2mm鋼管對應的和，然后求出平均值，得到式（2）的表達式如下：

采用10mm×2mm的1Cr18Ni9Ti的不銹鋼管做以下試驗：以數控彎管機的單步或自動狀態分別彎制以下表格中C所對應的角度，彎制成形后，分別記錄實際成形角度′，最終得到表2。

表2 彎制角度與成形角度對比表

分別將C(=1、2……9)與′(=1、2……9)代入式（5），通過計算可得到=0.996,因為||=0.996>0.8,所以以上彎曲角度C與管路的成形角度′的線性關系推斷正確無誤。通過大量試驗，得到部分管路的成形角度公式，見表3。

表3 不同規格鋼管的成形角度公式

4 精確下料保證管路精確成形

精確下料的基本過程為：根據管形參數編制程序，輸入計算機后數控加工。對照彎制好的管路與樣管，并上車試裝，修改管形參數直至滿足裝配要求。對滿足裝配要求的管路重新測量首末端直線段長度，保證除接頭部分的直線段長度滿足使用要求，精確計算出管路彎制所需要管胚的總長。

圖7 管路拉伸示意圖

如圖7所示，管路工件在彎制過程中，管坯在數控彎管機的牽引力作用下會產生彎曲部分弧長較原直線部分變長的現象，結合彎管機的實際情況，可以近似認為發生拉伸現象的部位主要為管路背離彎曲中心的一側，管路貼合模具導軌面一側的微弱拉伸現象可忽略不計，即QQ+1段長度不變，則管路拉伸量Δ與管路的成形角度′之間的關系為：

其中，為管路直徑。

因為管路拉伸后，其拉伸量積累到彎曲角度后端的直線段部分，所以管路拉伸對彎管過程中的直線段參數沒有影響，只影響管路的末段長度。因此，通過精確計算可得到數控彎管機所需要的精確管坯長度。

針對情況一：各直線段長度與各彎曲管路中心弧長之和與Δ的差。其中，=1、2……。

針對情況二：′Δ，為設計管路總長。

根據以上所算出的精確下料長度′修改彎管程序就可以精確控制管路首末兩端的長度，減少了裁管所帶來的誤差，提高了管路的精確度及一致性，具體成形效果見圖8。

圖8 精確成形

5 結束語

本文從管路彎制三要素入手，通過對彎曲角度、直線段長度以及空間旋轉角度的精確復測，實現手工樣管向數控程序的轉化；同時，通過對鋼管及數控彎管機回彈量的試驗及計算，求出彎制角度與成形角度的轉化公式，有效解決了管路成形角度與設計值不符的問題。經生產驗證，現有管路批次一致性大幅提升，管路互換性差等瓶頸問題得以解決。本文所得的數控彎管機的性能參數及相關工藝文件緊貼生產實際，具有較強的生產指導作用。

1 盧險峰，鄒華杰. 數控彎管機的應用與技術要點[J]. 機械工人（熱加工），2005(9)：80～81

2 王立新. 矢量彎管[M]. 北京：國防工業出版社，1984

3 張吉輝，丁國富，許明恒. 數控彎管精確下料長度的確定和下料方案優化[J]. 機械設計與制造，2009(2)：50～52

Research and Application of Improving Bending Consistency of Hydraulic Pipeline

Liu Mindong Du Ganghua

(Shanxi Aerospace Qinghua equipment Co., Ltd., Changzhi 046012)

According to the characteristics of small batch and complex product structure of aerospace special vehicle, this paper introduces how to convert the manual hydraulic pipeline of the original product into NC pipe bending program. According to the inherent characteristics of the existing NC pipe bending machine, calculate the rebound amount of hydraulic pipeline under specific conditions, accurately calculate the blanking length of hydraulic pipe blank. Finally improve the pipe bending efficiency and pipeline consistency.

hydraulic pipeline；bending；consistency；mass production

V

B

航天科技集團公司重大工藝專項研究項目（GYGJ18-519-49）。

劉民東（1982），高級工程師，材料學專業；研究方向：工藝技術研究及科研生產管理。

2021-11-16