薄壁鋼管彎曲模具設(shè)計

　　彎管在制冷、機械、化工等行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛,薄壁鋼管彎管的批量生產(chǎn),一般是在彎管機上冷彎成形,由于薄壁鋼管管壁支撐失穩(wěn)臨界力較低,彎曲部位常出現(xiàn)癟皺等變形缺陷。這些缺陷不但削弱鋼管的強度,降低其承載能力,而且容易造成管內(nèi)流動介質(zhì)速度不均、產(chǎn)生渦流和彎曲部位積聚污垢等,影響彎管的正常使用,因此消除彎管缺陷成了彎管過程中最大難點,必須高度重視。

　　一、薄壁鋼管彎曲受力與變形分析

　　薄壁鋼管彎曲時,管子在外力作用下彎曲變形,其彎曲部分的外緣在拉應(yīng)力作用下管壁變薄,而管子內(nèi)緣在壓應(yīng)力作用下管壁增厚。由于在管子彎曲過程中,外緣拉應(yīng)力和內(nèi)緣壓應(yīng)力的合力都向中部作用,導(dǎo)致管子彎曲部位在水平面上的直徑變大,垂直面上的直徑減小,出現(xiàn)橢圓形。同時,如果彎曲模具弧槽參數(shù)選擇不當(dāng),不能起到強化彎曲部位管壁的作用,則管子內(nèi)緣在壓應(yīng)力作用下,因管壁失穩(wěn)臨界力較低而產(chǎn)生波浪形皺褶。由以上分析可知:薄壁鋼管彎曲時極易產(chǎn)生癟皺缺陷。因此設(shè)計薄壁鋼管彎曲模具時,必須合理確定其結(jié)構(gòu)參數(shù),以便鋼管彎曲時,在模具作用下使管子產(chǎn)生一預(yù)加反應(yīng)力,以抵消薄壁鋼管彎曲時產(chǎn)生的橢圓變形,對彎曲部位的癟皺缺陷進行合理控制。

　　二、薄壁鋼管彎曲模具設(shè)計

　　簡易薄壁鋼管彎管機的結(jié)構(gòu)如圖1所示,彎管模具如圖2所示,由彎管模塊、滾動壓輪和導(dǎo)輪組成。

　　滾動壓輪和導(dǎo)輪安裝于滾輪座中,并可在轉(zhuǎn)盤的滑槽中上下移動。彎管時,扳動手柄帶動轉(zhuǎn)盤繞軸轉(zhuǎn)動,由導(dǎo)輪向管子施加壓力,使其發(fā)生彎曲變形。同時滾動壓輪在鋼管彎曲部位施加一定壓力,通過輪上弧槽使之產(chǎn)生一反向預(yù)壓力,以抵消鋼管彎曲時產(chǎn)生的橢圓變形,使管子內(nèi)緣與彎管模塊弧槽緊密貼合,以強化彎曲部位管壁,消除內(nèi)壁皺褶。

　　1.彎曲模塊

　　鋼管彎曲后的半徑和形狀取決于彎管模塊,因此,必須合理確定其結(jié)構(gòu)參數(shù),彎管模塊如圖3所示:

　　圖3 彎管模塊

[$page]　　1)彎管模塊直徑D由于外力取消后,被彎曲的鋼管會產(chǎn)生回彈,所以彎管模塊直徑應(yīng)小于兩倍的彎管曲率半徑,數(shù)值按下面的經(jīng)驗公式計算

　　(2)圓弧槽半徑r與倒圓半徑r1因相對彎曲半徑ε(ε=R0/d)的不同而有所不同,其目的是為了強化鋼管彎曲部分管壁,避免皺褶,數(shù)值可按下式計算:

　　r=Kd/2,其中K為按相對彎曲半徑ε大小確定的系數(shù),當(dāng)ε≥3.5時,K=1;當(dāng)ε<3.5時,K=1-0.1/(10ε3) 倒圓半徑r1可取1～2mm,ε小時,r1取小值。

　　當(dāng)ε≥3.5,鋼管直徑d小時,r1取小值;鋼管直徑d大時,r1取大值。

　　(3)材料與表面粗糙度值選擇彎管模塊可選用45鋼或50鋼制造,直徑較大時,也可選用HT200制造。為了給彎管內(nèi)緣均勻壓縮創(chuàng)造有利條件,彎管模塊弧槽面表面粗糙度值取Ra≤3.2μm為好。

　　2.滾動壓輪

　　滾動壓輪如圖4所示,為防止彎曲過程中劃傷鋼管表面,需對弧槽邊緣倒圓,一般取倒圓半徑r1=0.5～1 mm,以不劃傷鋼管表面為宜。 

　　圖4 滾動壓輪

　　為使?jié)L動壓輪在工作過程中對彎制鋼管施加一反向預(yù)壓力以抵消鋼管彎曲產(chǎn)生的橢圓變形,需將滾動壓輪的弧槽面設(shè)計成雙圓弧曲線,其形狀如圖4所示。相關(guān)尺寸按下式計算:

　　滾動壓輪的材料一般選用45鋼,反變形槽表面淬火硬度40～45HRC,為使?jié)L動壓輪在工作過程中既對彎管側(cè)壁有一定的拉拔作用,又不致產(chǎn)生較大摩擦阻力,其表面粗糙度值一般取Ra≤3.2μm為好。

　　3.導(dǎo)向輪

　　r=d/2,材料與熱處理同滾動壓輪。