弯管模具的设计及工艺探讨陈小磊
发表时间：2017-12-01T17:31:40.020Z 来源：《建筑科技》2017年第11期作者：陈小磊
[导读] 气辅中空注射成型是注射成型时塑料熔体注入模具型腔的 60%～70% 后，再通过辅助设备将高压惰性气体注入型腔，高压惰性气体在熔体中形成气道，推动熔体充满型腔。
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摘要：金属管材的弯曲在现代工业领域应用十分广泛，主要用于汽车、机械、环保、化工、民用等行业。
笔者从事汽车零部件的制造行业多年，主要研究发动机上的EGR及排气管方面的零件产品制造，多为不锈钢焊管（如AISI304）的弯管、成型产品。
气辅中空注射成型是注射成型时塑料熔体注入模具型腔的 60%～70% 后，再通过辅助设备将高压惰性气体注入型腔，高压惰性气体在熔体中形成气道，推动熔体充满型腔。
关键词：弯管机；模具；参数
引言：弯管工艺广泛用于汽车、轮船、飞机及各种运载器上。
近年来，随着现代技术的发展及新技术的应用，各种运载器上均使用了大量的管件，而为使管件保证足够的强度及较轻的重量，通常均由薄壁金属管制成。
管件在弯曲时由于外侧受拉而变薄，内侧受压而增厚，使其截面发生畸变。
为此必须设计合适的弯管模具及工艺参数。
弯管模具主要包括弯曲模、夹紧钳口、压料滑槽（随动模）和芯轴，本文论述其设计及工艺。
1 模具结构及动作概述
弯管模具的标准结构，主要有轮模、夹模、导模、芯棒、防皱板等五部分组成，工作时其动作过程为：芯棒进芯，夹模夹紧管材随轮模一起转动，导模压紧管材随着管材的弯曲而跟随，而防皱板固定不动，当弯管角度达到设定角度后，芯棒退出，导模、夹模松开、复位，完成整个动作。
2 模具设计
2.1 轮模
轮模是整个弯管模具设计的核心，设计时一般先从它开始。
产品管材外径D，壁厚，弯曲半径R（设计三要素）确定后，在设计轮模弯曲半径时必须考虑管材的反弹，从而确定模具的弯曲半径R，：
式中：
R管件弯曲半径（回弹后弯曲半径）；
σs管件屈服极限，N/mm2；
E管件弹性模数，N/mm2；
Rx相对弯曲半径，
Rx=R/D，D为管件外径；
m=K1+K0/2Rx，K1为管材截面形状系数，K0为钢材的相对强化系数。
R，一般圆整后作为轮模设计参数使用。
通常，为简便起见，当Rx=2一10时，可按经验公式确定：弯曲合金钢管时，R’≈0.94R；弯曲碳钢管时，R≈（O.96一O.98）R。
当Rx≦1.5时，可不考虑回弹因素。
目前，Rx=1为行业技术的最高水平，由于成本高、难度大，一般设计均不考虑。
轮模型腔直径按管材外径D设计，管材壁厚、外径决定了管材的强度，直接影响夹模的夹持长度，轮模夹持长度与夹模配合，在后面的夹模设计将进行论述。
轮模由于频繁受夹模的夹紧冲击及管材的弯曲力，因此要求整体韧性好，有良好的抗冲击能力，且型腔表面耐磨，目前一般采用调质+氮化的热处理工艺，型腔表面硬度可达HRC55一HRC6O。
3 夹模
夹模设计的主要尺寸为长度尺寸，它主要取决于产品两个弯曲之间的直段长度，夹模长尺寸过小，不能夹紧管材，弯管时管材易打滑，操作外观，弯曲部分出坑，不满足产品要求。
反之，尺寸过大，容易将前一个弯夹扁、变形，这在工艺上是不充许的。
因此，长尺寸要选择合适。
通常按（2一3）D设计，如果产品直段长度<（2一3）D，可考虑使用仿形模具结构设计，增加夹持稳定性。
对于只有一个弯曲的产品可考虑在夹紧时增加支撑手柄，提高夹持稳定性。
夹模型腔直径按管材外径D设计，为保证夹持稳定、不打滑，型腔直径一般按下差设计（与之配合夹持的轮模直段型腔尺寸设计相同），通过设备调整夹模的夹紧程度，达到最佳状态，从而保证弯管稳定夹持，且满足外观要求。
为保证夹模夹紧过程管材外表面不被夹伤，型腔的棱角必须有R角设计。
夹模一般淬火处理到HRC50左右，从而提高耐磨性和使用寿命。
4 压料滑槽（随动模）
压料滑槽见图1，在弯曲厚壁、大弯曲半径管件时，常采用滚轮结构。
该结构由于设计简单，模具费用低而往往被采用。
但它的弯管质量较差，尤其在弯曲薄壁管件时，容易出现内壁起皱，上壁凹陷等弯管缺陷，为改善这一状态，一般要使用压料滑槽。
图1 压料滑槽（随动模）
目前，比较理想的结构是带随动油缸的压料滑槽。
根据所弯管件规格的不同，随动模速度可自行调节，比如，随动模速度大于弯曲模
速度；随动模速度等于弯曲模速度；随动模速度小于弯曲模速度，直至能弯制出最理想的管件。
压料滑槽压紧力的大小一般由经验确定，该力过小，易引起管件内壁起皱，反之，该力过大，则管件外壁减薄明显，均影响弯管质量，一般经试弯管件后，必须将其调至适当状态。
5 芯棒
芯棒的形状是多种多样的，主要是起支撑作用，从而控制弯曲部分管材的变形及质量，使用何种形状的芯棒，主要取决于产品的设计及管材规格及设计结构。
图2为芯棒的常用结构形状。
直芯棒结构简单，加工、使用方便，主要用于管材壁厚较厚，弯曲半径较大，弯曲变形要求不高的产品。
球头直芯棒在上料操作时更加方便。
弧形直芯棒在加工方面较球头直芯棒要复杂一些，但由于其弧形在弯曲过程中起到了一定的支撑作用，因此弯曲部分变形较小，在弯管质量方面有所提高。
联接式芯棒主要是多个球形珠子联接在一起，在管材弯曲过程中，可保持对材料的支撑作用，因此弯曲变形较小，弯管较为饱满，质量很高。
而硬联接芯棒主要是用几个钢性连接片和销将珠子连接起来，结构较为简单，加工难度适中，使用寿命较长，目前被广泛应用于弯管的批量生产中。
软联接芯棒虽然加工较为简单，但联接结构稳定性及强度均较差，极少使用。
万向联接芯棒，使用效果最好，但加工难度高，使用成本也较高，目前，国内很少使用，而国外使用较为普遍。
联接式芯棒中，珠子个数的多少，取决于管材的弯曲角度和弯曲半径，目的是获得理想的弯曲饱满程度。
珠子数量过多，阻力大，弯曲过程中容易断裂，影响生产效率。
珠子数量过少，弯曲变形大，饱满程度不好，质量不满足要求。
6 弯曲力矩
理论上讲，在进行任何一套弯管模具设计时，首先应该计算产品的弯曲力矩，从而确定弯管机的能力是否满足要求。
而实际上，管材弯曲时的弯矩、不仅取决于管材的性能、断面形状及尺寸、弯曲半径等参数，同时还与弯曲方法、使用的模具结构等有很大的关系。
因此，目前还不可能将诸多因素都用计算公式表示出来，在生产实践中，目前主要还是依靠经验做出估算。
由于弯管机设备能力一定，有最大弯曲力矩、最大弯管规格的限制，只需了解设备能力，在设计模具前加以考虑，防止因设备能力不足而导致模具设计的浪费，而不需要进行弯曲力矩的详细计算。
弯管机的弯管能力一般说明书中都有说明，在设计中必须考虑。
结束语：总之，弯管机的弯管质量与弯管模具的正确设计及其工艺选择有着密切的联系，如何设计出高质量的弯管模具及对弯管工艺的进一步探讨以弯制出高质量的管件仍是我们今后的努力方向。
参考文献：
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