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小弯曲半径管件的弯制设计
高山
摘要：本文详细介绍了新近设计的用来加工小弯曲半径管件的弯管模具，包括设计原理、设计过程、模具结构及设计特点。该模具在实际使用过程中，取得了良好的实用效果，在小弯曲半径弯管方面取得新的突破。
关键字：弯管薄壁铜管小弯曲半径液压
1引言
随着科技的进步和新型产业的不断发展，我公司也在不断地前进和拓展新业务。在为研制某型装置时，因其中换热器部件薄壁铜管弯件较多，全部外协成本大，而且加工周期长，严重制约了批任务的顺利完成。为降低成本，按时完成任务，根据技术要求和多年经验积累自行研发设计了该型弯管模具，用于壁厚为2mm的薄壁紫铜管180°角度弯管。
2设计过程及设计原理
经调研，市场上的弯管设备弯管范围为Φ25-Φ720，我们需要的为Φ16小管径，没有非常合适的机械和工具，而且该类设备费用较高而且笨重，不符合目前的小批量生产需要。在国内小管径弯管一般采用手工作业弯管，我们也进行了相应尝试。
先对铜管进行退火处理，目的是降低硬度，细化晶粒，改善图一弯件设计图
组织，消除组织缺陷。因弯管半径为R=20mm小于1.5D（D=Φ16），应在铜管内插入芯棒或灌沙，我们采用灌沙方式，来保证弯管时管件的圆度。将铜管一端用木楔子堵实，朝下立起，把砂子（颗粒度不能太大，也不能太小，筛好的建筑用砂最合适）用漏斗慢慢灌进去，一边灌，一边用手锤敲打管壁，使砂子充分填实后，紧紧地打入另一个同样的木楔子，直到砂子在管中没有任何松动的可能为止。将工件卡在压紧块和胎盘间，如图二图二手工弯管示意图
手握木楔缓慢沿胎盘弯折，在弯到100°左右时，铜管在上图1处，即圆弧外侧开裂，多次试验皆出现开裂现象，冷挤压弯管方法失败。我们尝试采用热挤压方式弯管，同样方法退火、灌沙（砂子上火炒过，除去里面的水份，防止加热时爆炸），装卡工件，边加热边沿胎盘缓慢弯折，在弯折到130°左右时，铜管同样在1处开裂。观察冷热两次开裂端口，发现1处即圆弧外侧减薄量非常大，2mm壁厚已经减到0.2-0.3mm，上图2处即内侧有堆积和皱纹，厚度3-4mm，可见在弯管时管件在1处发生了剧烈变形，管壁又很薄因而开裂。
分析原因是因为：在弯折过程中由于压紧模的阻力作用将使圆弧外侧的拉应力增大，应力中性层内移，管件圆弧外侧因此减薄。越弯到最后，人越费劲，越用力，压力就越大，阻力也就越大，减薄也越严重直至开裂，尤其我们这种相对弯曲半径及相对壁厚很小，弯折角度大的情况，减薄量和开裂愈发明显。圆弧外侧减薄是由弯曲工艺的特性决定的，是不可避免的，但可以通过采取措施减少阻力来克服减薄量过大的情况。克服阻力可采用多种办法，如加润滑油，工作时增加推力或拉力等，抵消管子弯制的部分阻力，改善管子剖面上的应力分布状态，使应力中性层外移，从而达到减少圆弧外侧减薄量的目的。
按上述分析我们改进了弯折方式，如图三所示：给胎盘增加心轴，由固焊改为能绕心轴自由转动，压紧模块也换位同样的能绕心轴自由转动的胎盘，在缓慢折弯时，人手的力产生压力和向前的拉力，工件在拉力作用下向前，1和2胎盘随向前力旋转，增加推力，这样就减少了摩擦
力和阻力。经试验该方案较为成功。图三带心轴模具弯管示意图
3模具原理及结构特点
图三所述方案具有可行性和实操性，但手工作业，劳动强度大，工作效率很低，且因弯头较短，弯折预留量较多，成型后截取，浪费大，费时费力。根据上述工作原理我们设计了新型液压推弯模具，如图四所示:与图三相比较，增加了一个压紧导向旋转胎盘，中间胎盘不在固定，改为与液压动力装置连接提供推力。
模具结构及操作方法：模具由上下两模组成，上模主要起顶压定位作用，中间有半圆弧凹槽，防止管件挤压变形，图四成形弯管模具示意图
下模由带U型缺口竖板、底板和两件可以转动带半圆弧凹槽的滚轮及转轴组成，主要起控制尺寸，产生形变作用。工作时，将上下两模对位校准，固定在液压机上，将工件置于下模两轮圆弧凹槽内，启动液压机缓慢下压，上模顶住工件下压，工件随上模在下模两轮间滑动下行变形，工件行至下模底部时，上模停滞在下模设计的竖板U型缺口底部，有一工件直径的间距，是为防止压力过大，造成管件压扁压裂而设计的。在该设计方案中，因是由上模提供推力，工件随滚轮下滑，阻力变小，变形扩大到整个工件，而不是只在顶压部分剧烈形变，这是该设计的成功的突破点。弯管两头间距由两滚轮间间距确定，制成品间距统一精确。

4结束语
该模具简单易用，相对手工作业快捷方便，弯折其他管径时只需更换滚轮即可，经尝试还能加工钢管、不锈钢管等，该设计针对现有市场在小弯曲半径管件弯制上也是一个新的突破。而且模具制造成本低，可以节省大量人力物力，加工时间缩短为1件3~4分钟，与原先外协一两个月成天壤之别，提高效率卓有成效。