[发明专利]芯棒、弯管及其制造方法和制造装置

说明书

用于在使弯曲外侧处的破裂、弯曲内侧处的褶皱和压曲均不产生的前提下利用旋转拉伸弯曲加工制造具有高强度、小曲率半径的弯曲部的薄壁的弯管的芯棒(10)包括杆(14)、连接机构(15)以及芯棒球(16)。在芯棒球(16)的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球(16)具有通过芯棒球中心(17)的第1直线(m)与芯棒球外周面(21)相交的第1位置(19)和第2位置(20)。并且，从芯棒球中心(17)到第1位置(19)的尺寸L₁与从芯棒球中心(17)到第2位置(20)的尺寸L₂之比(L₁/L₂)为0.915～0.976。

技术领域

本发明涉及芯棒、弯管及其制造方法和制造装置。

背景技术

至今为止，已知几种对作为钢制、铝制或铝合金制这样的金属制的直管的管坯进行弯曲加工而制造弯管的方法。其中，旋转拉伸弯曲加工(Rotary Draw Bending)虽然使弯管产生较大的局部应变，但加工速度较快，因此作为用于高效地制造弯管的弯曲加工法被广泛使用。

图5的(a)和图5的(b)是示意且按时序地表示利用旋转拉伸弯曲加工制造弯管6的状况的说明图。另外，在以下的说明中，以金属管为钢管的情况为例。

如图5的(a)和图5的(b)所示，旋转拉伸弯曲加工使用弯曲模具(bending die)2、紧固模具(cramping die)3、刮板(wiper)4以及压力模具(pressure die)5来进行。在旋转拉伸弯曲加工中，通过利用弯曲模具2和紧固模具3夹持管坯1的轴线方向上的端部，将管坯1按压于旋转的弯曲模具2，从而在沿着管坯1的轴线方向施加拉伸载荷的同时进行弯曲加工。

弯曲模具2具有用于引导管坯1的弯曲内侧预定部1a的槽2a。弯曲模具2配置为绕旋转中心轴2b二维旋转自如。紧固模具3通过按压管坯1的弯曲外侧端部1b而将管坯1的弯曲内侧端部1c按压于弯曲模具2。

紧固模具3配置为与弯曲模具2一起绕旋转中心轴2b二维旋转自如。刮板4用于支承管坯1的弯曲内侧预定部1a。并且，压力模具5通过按压管坯1的弯曲外侧预定部1d而将管坯1的弯曲内侧预定部1a按压于刮板4。

加工时的管坯1主要产生沿着轴线方向的拉伸应变。弯曲外侧预定部1d的拉伸应变量比弯曲内侧预定部1a的拉伸应变量大。因此，若弯曲速度、拉伸力这样的弯曲条件不当，则弯曲外侧预定部1d的拉伸应变量超过管坯1的断裂极限，管坯1断裂。通过适当地选定弯曲条件而尽可能减小弯曲外侧预定部1d的拉伸应变量在旋转拉伸弯曲加工中是重要的。

作为减小管坯1的弯曲外侧预定部1d的拉伸应变量的方法，已知(a)通过利用背侧助推器(back booster)7沿着轴线方向按压管坯1，或者(b)通过使压力模具5以比弯曲模具2的旋转速度高的速度向管坯进给方向移动，从而对管坯1施加沿着轴线方向的压缩力。

有时对利用旋转拉伸弯曲加工制造的弯管6进一步进行例如管材液压成型(tubehydroforming)这样的后加工。通过管材液压成型对弯管6连续地施加比较大的载荷。

即使管坯1在旋转拉伸弯曲加工中不断裂，若因旋转拉伸弯曲加工而已经存在于弯管6的拉伸应变量和因管材液压成型而新产生的应变量的合计量超过断裂极限，则弯管6断裂。该合计量不是应变量的单纯的合计量，而是基于塑性力学原理的合计量。为了防止弯管6的断裂，减少因旋转拉伸弯曲加工而产生于管坯1的拉伸应变量是有效的。

至今为止，利用旋转拉伸弯曲加工制造弯管6并将其作为最终制品的情况、因旋转拉伸弯曲加工后的管材液压成型而施加于弯管6的应变量不大的情况较多。

因此，至今为止，在利用旋转拉伸弯曲加工制造弯管6时，对如下事项进行了关注：在管坯1的弯曲外侧预定部1d不断裂的条件下，尽可能抑制弯曲部9的扁平化。作为实现该目的的有效的工具，使用了芯棒(也称为芯杆或芯子)8。