[發明專利]一種小口徑厚壁管繞彎成形的勺形芯棒設計方法

在審

• 申請號: 201710367299.8
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN108927432A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 李光俊;劉躍文
• 申請（專利權）人: 成都飛機工業（集團）有限責任公司
• 主分類號: B21D9/04
• 分類號: B21D9/04;G06F17/50
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 梁義東

本發明公開了一種小口徑厚壁管繞彎成形的勺形芯棒設計方法，包括勺形芯棒總長度L、勺形芯棒與管材內壁單邊間隙δ、芯棒直徑d、勺形曲面中心與芯棒前端距離L1、勺形曲面中心與芯棒軸線距離L2、及勺形曲面圓角半徑r的確定方法。該方法可以快速而精確地對不同規格管材彎曲勺形芯棒的尺寸進行設計，推廣了勺形芯棒的應用。采用上述方法設計的勺形芯棒，不但結構簡單，加工方便，可以適應不同規格管材的彎曲成形，在截面扁化率滿足要求的情況下避免外側“鵝頭”現象的產生，這對保證彎管件截面質量、實現小口徑厚壁管數控彎曲高質量穩定成形具有重要意義。

技術領域

本發明涉及機械加工領域，具體是一種小口徑厚壁管繞彎成形的勺形芯棒設計方法。

背景技術

彎管零件由于容易滿足對產品輕量化、高強度和低消耗等方面的要求，在航空和航天等高技術領域中得到了廣泛應用，除大量應用于氣體、液體的輸送管路外，也廣泛用作金屬結構件。數控彎管技術不僅能夠使管材塑性彎曲實現精確成形，可以快速形成批量生產能力，而且具有高效、節能、質量穩定的特點，并易于實現數字化和高技術化，因此，在航空和航天等高技術領域，管材數控彎曲成形已經發展成為一種先進適用技術。

數控彎管完整模具結構一般包含彎曲模、夾持模(夾塊)、壓力模(壓塊)、防皺模(防皺塊)及芯模(芯棒和芯球)，如圖1所示。其中，芯模在彎管過程中承受較大的摩擦磨損作用，因此常選用耐磨性較好的鋁青銅QAL10-3-1.5(其中含鋁8.5-10.0％，鐵2.0-4.0％，錳1.0-2.0％，余量銅)作為制作芯模的材料，且能保證管材與模具在潤滑條件下較小的摩擦力。然而，一方面由于鋁青銅材料本身成本較高，另一方面，對于小口徑管材(管材外徑D<12mm)彎曲，芯模尺寸較小，芯球加工困難。因此，從節約制造及加工成本考慮，對于小口徑管材數控彎曲，采用不帶芯球、前端為圓角的芯棒作為芯模，如圖2所示。

小口徑厚壁管材數控彎曲后管件容易產生截面過度扁化(航空導管加工的相關規范明確要求工作壓力大于7MPa的導管，截面扁化率應控制在管子外徑D的5％以內)及“鵝頭”現象(芯棒伸出量過長，在彎管外側形成類似鵝頭的隆起)，如圖3及圖4所示。以上兩種現象是影響小口徑厚壁管件質量的主要缺陷。通過增大芯棒伸出量，可以有效的減小截面扁化程度。然而，增大后的芯棒伸出量極易產生“鵝頭”現象。

在1983年公開的美國專利《Tube-bending Machine》(專利號：4380917)中提出了一種勺形芯棒(Spoon Mandrel),該芯棒的上曲面接近理想彎管的內壁形狀，如圖4所示。上海交通大學對管材彎曲中常用的圓頭芯棒、勺形芯棒和帶芯球芯棒進行了仿真對比，結果表明勺形芯棒可以同時減輕截面扁化及壁厚減薄情況(唐鼎,李大永,彭穎紅.芯棒形式對銅管繞彎成形質量影響的仿真研究.中國機械工程,17(2006)80-82)。然而，目前并沒有具體的勺形芯棒幾何尺寸說明及設計方法。

發明內容

為了快速有效的設計并加工制造勺形芯棒，克服小口徑厚壁彎管件截面過度扁化及鵝頭缺陷，本發明提供了一種小口徑厚壁管繞彎成形的勺形芯棒設計方法。

本發明包括勺形芯棒總長度L、勺形芯棒與管材內壁單邊間隙δ、芯棒直徑d、勺形曲面中心與芯棒前端距離L₁、勺形曲面中心與芯棒軸線距離L₂、及勺形曲面圓角半徑r的確定方法。

本發明一種小口徑厚壁管繞彎成形的勺形芯棒設計方法，步驟如下：

步驟1，由于芯棒長度對彎管件截面質量的影響不大，在保證芯棒對管材內壁的有效支撐及本身剛度下，確定勺形芯棒總長度：L＝10D

其中，L為勺形芯棒總長度，D為管材外徑；

步驟2，確定勺形芯棒直徑d：

d＝D-2t-2δ

其中，d為勺形芯棒直徑，t為管材壁厚，δ為勺形芯棒與管材內壁單邊間隙；