弯管标准化.docx

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弯管标准化

弯管标准化

一：

模具设计选型简介

1.一管一模

对于一根管子来说，无论有几个弯，不管弯曲角度如何（不应大于180°），其弯曲半径最好统一。

既然一管一模，那么，对于不同直径规格的管子，应该选取多大的弯曲半径才适宜呢？

最小弯曲半径取决于材料特性、弯曲角度、弯曲后的管壁外侧的变薄允许量和内侧起皱的大小、以及弯曲处的椭圆度的大小。

一般说来，最小弯曲半径不应小于管子外径的2—2.5倍，最短直线段不应小于管子外径的1.5—2倍，特殊情况除外。

2.一管二模（复合模或多层模）

对于不能实现一管一模的情况，譬如客户的装配界面空间狭小，管路走向布局有限，导致一管多半径或直线段较短的情况出现，这时，在设计弯管模时，考虑双层模或多层模（目前我司的弯管设备最多支持3层模的设计），甚至是多层复合模。

双层或多层模：

一管出现双半径或者三半径的情况，如下实例：

双层或多层复合模：

直线段短，不利于夹持的情况，如下实例：

3.多管一模

我司所用的多管一模，就是同一直径规格的管子应尽量采用同一种弯曲半径。

也就是使用同一套模具弯制不同形状的管件。

这样，才能有利于最大限度地压缩专用工艺设备，减少弯模的制造量，从而降低生产成本。

在一般情况下，同一直径规格的管子只采用一种弯曲半径不一定能够满足实际位置的装配需要。

因此，相同直径规格的管子可以选取2—4种弯曲半径，以适应实际的需要。

如果弯曲半径取2D（这里D为管子外径），那么2D、2.5D、3D、4D即可。

当然，这种弯曲半径的比例不是固定不变的，应按发动机空间布局的实际情况选定，但是半径不宜选取过大。

而弯曲半径的规格也不宜过多，否则会失去多管一模所带来的利益。

一根管子上采用同一个弯曲半径（即一管一模）和同规格管子的弯曲半径标准化（多管一模），这是当前国外弯管设计造型的特点和总的趋势，是机械化和自动化代替手工劳动的必然结果，也是设计适应先进的加工工艺和先进的加工工艺促进设计的两者的结合。

二：

弯管椭圆度计算

弯管机在进行工作运行时，在内压应力作用下，（内压应力状态参考配管力学）将使圆形的横截面趋于椭圆，产生短轴及长轴。

在长轴处产生附加应力，此应力属于局部应力。

椭圆度愈大，此附加应力也愈大，甚至形成高应力区，出现局部塑性变形，达到一定值后，将导致弯管承载能力减低而破坏。

所以，目前在技术规范中对弯管的椭圆度都有严格的规定。

规定如下：

本规范适用于弯管工段，用于指导弯管工艺检验弯管质量

1.弯管调整弯管模时，对有造型尺寸的弯管端必须予以保护，不允许破坏造型尺寸。

首件检验时必须检测造型尺寸完好。

2.弯管时适度控制速率，以防止硬管破裂、起皱及严重变形。

（目视检测）

3.弯曲变形量测量。

3.1在弯曲后，挑选变形最大的位置，用游标卡尺测量短轴尺寸，以下为计算公式：

变形量=（管径-短轴m）/管径×100%

3.2对于壁厚≥1.0的硬管，变形量≤10%

对于壁厚＜1.0的硬管，变形量≤15%

4.弯后的硬管应能轻松放入弯管检具，不得使用硬力压入弯管检具定位槽。

三：

弯管模设计简介

1.

模具结构形式

弯管机标准模具包括：

弯管模、夹紧块、导板（或滚轮）。

多节活芯、防皱块为选件

D（管件外径），t（管件壁厚），R（弯曲半径）

管件外径D仅反映管件大小，管件弯曲加工的易难程度取决于管件的壁厚和弯曲半径，管件壁厚越小，半径越小加工难度越大。

一般我们用相对壁厚，相对弯曲半径作为弯管的工艺参数相对壁厚tx=t/D，相对弯曲半径Rx=R/D弯管机对于Rx>3D，tx>0.04的管件使用标准模具即可,对于Rx<3D，tx<0.04D的管件，弯管机可加上防皱块,多节芯棒等工艺措施来保证管件弯曲质量

弯管机主要采用缠绕弯管工艺，即夹紧管件直线段，通过弯曲模的旋转使管件塑性变形的加工工艺，缠绕弯管工艺可以比较容易在弯管模具加上各种措施以得到较好的管件质量。

另外一种弯管工艺为滚弯，原理是弯曲模保持静止状态，通过弯曲轮沿弯曲模的中心做圆周运动使管件塑性变形，这种弯管工艺对于管件规格的选择有局限性，适用于小口径管件，且材料的要求比较高，一般不采用。

还有一种动力弯管工艺，即俗称的“顶弯工艺”，由于它是属于专机，材料规格限定，管材长度也是限定的，同时，弯曲角度、弯曲半径、旋转角度等一些参数都是固定的，所以，相对于其它弯管工艺，它比较稳定，效率也非常高，这类的弯管工艺比较适合小口径管件大批量的制造。

但是，一旦产品的结构有调整，会导致顶弯设备报废。

所以在选取弯管工艺时，对产品的开发成熟度要求很高。

模具型腔内径选取列表：

管径范围

ΦD

模具型腔粗糙度Ra

R≥4D

2D≤R≤3.5D

R≤2D

Φ4～Φ16

2R×0.96～0.97

2R×0.98～0.99

2R

3.2μm

Φ16～Φ42

2R×0.96～0.97

2R×0.98～0.99

2R

3.2μm

Φ42～Φ78

2R×0.96～0.97

2R×0.98～0.99

2R

3.2μm

Φ80～Φ168

2R×0.96～0.97

2R×0.98～0.99

2R

3.2μm

注：

1、d为公称管件外径，R为公称弯曲半径

2、如果对弯曲半径无精度要求，可不考虑回弹，ΦD取2R

3、表中ΦD值为弯碳钢管时选用的模具型腔值，不锈钢管除外。

2.弯管工艺

管径从DN6～DN32，壁厚1～1.5mm，其弯曲半径一般为1.5～2D。

弯管最难处理的就是内圆弧，弯曲半径小了容易起皱，这时就需要加入防皱块的使用了，防皱块的材料很讲究，太硬了，会磨伤工件，太软了，不起作用。

我们一般选用的是一种铜合金。

在纯弯曲的情况下，外径为D、壁厚为S的管子受外力矩M的作用发生弯曲时，中性层外侧的管壁受拉应力σ1的作用而减薄，内侧管壁受压应力σ2的作用而增厚（见图a）。

同时，合力F1和F2又使管子弯曲处的横截面发生变形而成为近似椭圆形（见1b），内侧管壁在σ2的作用下还可能出现失稳而起皱（见图c），为弯制出理想的管件，就应采取相应的措施来防止上述这些缺陷的产生，其中有芯弯管就是最常用的有效方法之一。

图1管子弯曲时的受力及变形情况

（a）管子弯曲时的受力情况（b）管子弯曲时的截面变形（c）管子弯曲时的内侧失稳起皱所谓有芯棒弯管，就是当被弯制的管子相对弯曲半径R／D或相对壁厚S／D较小时，为了获得高质量的管件，在管子被弯制过程中，在其内部插入一根合适的芯棒，以防止管子弯曲时圆弧处出现变扁及起皱现象的方法（见图2）。

1.弯曲模2.芯棒头3.防皱块4.管子5.芯棒杆6.夹紧块7.助推模

四、弯管方式的选择

一般来说，冷态弯管有两种方式：

一种为无芯弯管，一种为有芯弯管。

对于在什么情况下采用无芯弯管，什么情况下采用有芯弯管以及在有芯弯管时选用何种芯棒，需要对弯制管件的相对弯曲半径R／D及相对壁厚S／D、弯曲角度α数值的大小进行分析之后来确定。

R／D、S／D及α各值与弯管方式及芯棒形状之间的相互关系如表1所示，弯管时参照此表可达到满意的效果。

从表1可以看出，对于相同外径D、壁厚S的管子，在弯制不同的圆弧半径R时，由于其相对弯曲半径R／D、相对壁厚S／D以及弯曲角度α的不同，可分别选用下列方式进行弯管：

①无芯弯管、②使用硬式芯棒弯管、③使用软式芯棒（多节芯棒）弯管等。

当R／D≥3、S／D≥0.05时，采用无芯弯管即可；当R／D≤2.5、S／D≥0.05或R／D≥3、S／D≥0.025时，使用硬式芯棒可达到预期的效果；当R／D与S／D两者都较小而弯曲角度α较大时，弯管过程中必须使用软式芯棒。

注：

1.选择虚线下面的方式进行弯管时，应配防皱块；2.N—表示可以不使用芯棒（即无芯弯管）；3.H—表示可以使用硬式芯棒弯管；4.F—表示需使用软式芯棒弯管，后面的数字为推荐的球节数。

五、芯棒的选用

芯棒的形状是多种多样的，对于具有不同相对弯曲半径或相对壁厚的管件，以及对其加工要求的不同，应选用不同的形状芯棒。

一般情况下，可将芯棒分为两大类：

一种为硬式芯棒（见图3a、b、c），一种为软式芯棒（见图3d、e、f）

（a）圆柱芯棒（b）球头芯棒（c）爪形芯棒（d）链式芯棒（e）软轴芯棒（f）球窝节芯棒

在选用硬式芯棒时，由于圆柱形芯棒（或球头芯棒）形状简单、制造方便、所使用场合比爪形芯棒更普遍；而在选用软式芯棒时，由于球窝节芯棒能够多方挠曲，各球节之间是球面铰接，能适应各种变形，因此，在弯薄壁或相对弯曲半径较小的管件时经常采用，同时，选用球窝节芯棒还要根据不同的相对弯曲半径、相对管壁厚度和弯曲角度考虑选用不同的球节数，球节数目的多少可参考表1选取。

若球节数少，则达不到预期的效果；球节数多，则制造困难且不便于管子穿入。

对于R／D、S／D及α在表1所列各值之间的数值，可参照此表折衷取值来选取芯棒和确定弯管方式。

芯棒形状选定后，还不能保证弯出高质量的管件，芯棒与管子内径之间的间隙大小也是影响弯管质量的重要因素。

如果芯棒的球节直径偏小，管子弯曲时圆弧内侧有可能产生波浪形皱折（见图4A处），而且还可能起不到防止圆弧外侧变扁的作用；直径偏大或者球节外径不够光滑时，会拉伤管壁，管子圆弧外侧还有可能起鼓包甚至破裂。

选择合理的芯棒直径及对其充分润滑是保证弯管质量不可缺少的要素。

图4球节直径偏小时出现内侧起皱、外侧变扁

芯棒直径尺寸d可参照下列经验公式选取：

d≈（0.94～0.98）D

式中d—芯棒直径，mm

D—管子内径名义尺寸，mm

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