[发明专利]一种用于管材旋压弯曲渐进成形工艺的弯曲机构

说明书

本发明公开了一种用于管材旋压弯曲渐进成形工艺的弯曲机构，弯曲机构包括支座、支撑框、弯曲辊架、弯曲辊和插销，其中所述弯曲辊的型面半径与所加工管材半径一致，不同型面半径的弯曲辊位于弯曲辊架上，弯曲辊架位于支撑框两侧，所述支撑框位于支座上方，插销用于固定弯曲辊架位置。本发明针对管材旋压弯曲渐进成形工艺提出一种既能在成形过程中匹配变管径管材，又能保证弯曲机构作用面与管材弯曲轴线垂直的弯曲机构，消除了现有弯曲机构对管材横向剪切力作用引起的截面畸变，能够有效提高弯曲成形质量和稳定性。

技术领域

本发明涉及金属弯曲构件先进制造工艺领域，具体涉及到一种管材旋压弯曲渐进成形工艺的新型弯曲机构。

背景技术

随着航空、航天、汽车、石化以及核能等领域的发展，对其管路系统的轻量化、功能多样化与可靠性提出了更高的要求。对于承力弯曲管件，根据承载需要对管材的直径与壁厚进行优化布局设计成为满足轻量化要求的重要途径。此外，传输管路系统，尤其是要求控制流量变化的管路系统，对变直径整体弯曲管件同样具有重要需求。因此，迫切需要研究发展具有变管径、变壁厚、多弯曲半径特征的复杂弯曲管件的先进成形技术。而现有管材弯曲成形工艺中，无论是精度高但弯曲曲率固定的模弯成形技术，或是适应多曲率、少直线段管材成形的柔性弯曲技术，都无法满足上述具有变管径、变壁厚、多弯曲半径特征的复杂弯曲管件的整体快速成形。

针对上述复杂弯曲管件成形难题，德国多特蒙德工业大学Hermes等提出了一种将旋压与弯曲复合的成形工艺，并命名为管材旋压弯曲渐进成形工艺(Becker C.，HermesM.，TekkayaA.E.，Incremental Tube Forming[M]，60Excellent Inventions in MetalForming，Springer Berlin Heidelberg，2015；Hermes M.，Kurze B.，Tekkaya E.A.，METHOD AND DEVICE FOR FORMING ABAR STOCK，BAR STOCK:EP 2011)。该复合成形工艺中旋压工步可以实现管材的变直径与变壁厚，弯曲工步采用柔性弯曲形式，可以实现管材的多曲率、多空间维度的弯曲成形。二者结合为实现具有变管径、变壁厚、多弯曲半径特征的复杂弯曲管件的整体快速成形提供了有效途径。

弯曲机构是该复合成形工艺中弯曲工步的关键机构，对管件的弯曲成形质量起着决定性作用。目前，Tekkaya等提出了两种用于上述管材旋压弯曲渐进成形工艺的弯曲机构形式。第一种为公开号为WO2009043500A1的国际专利中报道的圆环形式弯曲机构，该弯曲机构的模具形式简单，运动易于控制，但存在以下问题：(1)无法适用于变管径管材的弯曲成形；(2)弯曲半径较小时，管材弯曲拱背处易出现扁平，导致截面畸变；(3)弯曲机构与管材的接触为滑动摩擦，容易划伤管材表面。此后，Tekkaya等又提出了一种单弯曲辊形式的弯曲机构(Becker C，Isik K，Numerical Investigation ofthe Incremental TubeForming Process[J]，Key Engineering Materials,2013,554-557:7)。该弯曲辊有V形与圆弧形两种型面形式，其中V形型面弯曲辊能够匹配变管径的管材弯曲成形，但与管材为点接触，易于产生较大截面畸变；圆弧形型面弯曲辊与管材为线接触，有效抑制了截面畸变，但无法匹配变管径的管材弯曲成形。此外，采用单弯曲辊机构成形时，无法实时保证弯曲机构作用面与管材弯曲轴线垂直，管材弯段截面会受到附加的横向剪切力作用，导致弯曲段横截面畸变程度增加，截面质量难以保证。综上，现有的两种弯曲机构均无法实现具有变管径、变壁厚、多弯曲半径特征的复杂弯曲管件的整体高质量成形。

因此，本发明提出一种适用于管材旋压弯曲渐进成形的新型弯曲机构，其可以有效解决现有弯曲机构存在的无法适用于变管径管材弯曲、无法保证弯曲机构作用面与管材弯曲轴线实时垂直而导致的截面畸变、弯曲机构与管材间滑动摩擦而导致的表面划伤等问题，实现具有变管径、变壁厚、多弯曲半径特征的复杂弯曲管件的整体高质量成形。

发明内容