一種彎管、彎管加工設(shè)備及加工方法以及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械加工領(lǐng)域，尤其涉及一種彎管以及彎管的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在進(jìn)行液體、氣體等介質(zhì)的管道輸送中，彎管是不可或缺的連接件，以改變管道的 走向，方便輸送。很多場所都對彎管有著極大的需求，且對彎管的要求各異，一些對安裝空 間有特殊要求，比如對空間尺寸要求越小越好，從而要求彎管安裝更加緊湊，且需求更大。
[0003] 小R彎管彎曲處半徑R與工件外徑OD之比值為W = R/Φ?，現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的小R 彎管基本其W多0. 8,幾乎無法生產(chǎn)W < 0. 8的彎管，更多因數(shù)是受設(shè)備、模具及產(chǎn)品材料等 的限制，加工設(shè)備和工藝上一直沒有得到突破，從而還很難提供完全符合要求的產(chǎn)品。下面 以管材彎曲的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)分析如下：
[0004] a、中性層，如圖1所示，管件在彎曲時(shí)，外側(cè)材料受到切向拉伸變長，內(nèi)側(cè)材料受 到切向壓縮而縮短，由于切向應(yīng)力和應(yīng)變是沿材料剖面連續(xù)分布，當(dāng)彎管結(jié)束后，外側(cè)拉伸 區(qū)和內(nèi)側(cè)壓縮區(qū)域之間的交界處有一層長度不變組織層，稱為中性層；
[0005] b、彎曲變形區(qū)的應(yīng)力和應(yīng)變分布：變形區(qū)的主要應(yīng)力和應(yīng)變是在彎管外形的切 向、厚度方向和圓周方向，由于管材彎曲時(shí)主要是依靠中性層內(nèi)、外組織纖維的縮短與伸 長，故切向應(yīng)變即為最大的主要應(yīng)變，假定彎曲后變形區(qū)的橫剖面仍保持為平剖面，如圖2 所示，則當(dāng)中性層曲率半徑P，彎曲角度為a時(shí)，距中性層y處的切向應(yīng)變?yōu)?br>[0007] 因此，變形區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的切和應(yīng)變與該點(diǎn)到中性層的距離y成正比，在管內(nèi)、外表面 達(dá)到最大值，如圖3所示；圖4所示為管材彎曲變形區(qū)的應(yīng)力分布，彎曲的初期，管內(nèi)切向應(yīng) 力小于屈服極限，管材處于彈性彎曲階段，切向應(yīng)力的分布是線性的，附著彎管力矩M的加 大，管件外表面的材料開始發(fā)生彈塑性變形，當(dāng)M增大到管件的切應(yīng)力大于屈服極限時(shí)，管 材生生純塑性變形，由于管件是在冷態(tài)下進(jìn)行彎曲，必須產(chǎn)生加工硬化，塑性硬化狀態(tài)切應(yīng) 力如圖4所示。
[0008] 因此，彎管過程中常出現(xiàn)兩種加工缺陷，一是拉伸側(cè)的肉厚變薄，拉斷出現(xiàn)裂紋， 另一種是壓縮側(cè)的肉厚增加起皺。假設(shè)塑性材料的最大延伸率Q，為了保證彎管質(zhì)量要求材 料拉伸一側(cè)的最大應(yīng)變ε max = R/P〈Q。如中國專利號為200710040527. 7的專利公開了 一種小R彎管的加工方法及其裝置，該加工方法存在如下的不足：（1)該加工方法直接一次 加工到位進(jìn)行彎曲，假設(shè)加工的管件尺寸為
R12. 5碳鋼管產(chǎn)品R :D = 0. 658,完 全超過材料的最大拉伸率，一次性加工到位必然導(dǎo)致外側(cè)破裂和內(nèi)側(cè)的起皺，因此，該加工 方法存在局限性，無法加工R/ P > Q的彎管，從而無法滿足市場需求；（2)靠模通過氣缸控 制進(jìn)給，無法與彎管在彎曲過程中隨著角度等進(jìn)行同步，從而無法控制靠模的進(jìn)給速度和 位移，來保證加工精度和加工范圍。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)中，對R彎管的加工還采用鑄造或者壓鑄方法來實(shí)現(xiàn)，該加工工藝復(fù)雜， 生產(chǎn)效率低下，能源消耗大成本高，成品率低。如某A公司的汽車空調(diào)管路上使用的小R彎 管產(chǎn)品，由于現(xiàn)有加工工藝的局限，無法生產(chǎn)符合要求的產(chǎn)品，只能通過高成本的方式去滿 足需求，如通過進(jìn)口的方式，大大增加了成本。如某B公司現(xiàn)在對小R鋁管的生產(chǎn)是采用壓 鑄的工藝方法，其成本如下：一個(gè)熔化爐45KW，配兩臺18KW的壓鑄機(jī)，熔化24小時(shí)不停機(jī)， 一天消耗的電能為（45+18 * 2) * 80%* 24 = 1555KWH/兩臺，平均一臺設(shè)備每天要消耗 777. 5度電，成本極高，同時(shí)工人的勞動強(qiáng)度過大，且鍛造工藝帶了環(huán)境污染，嚴(yán)重影響到工 人的身心健康。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種彎管的加工方法，本發(fā)明加工彎管時(shí)通 過分段進(jìn)行彎管，即單一角度分多次彎曲，且輔推通過伺服電機(jī)控制，保證與彎管軸同步， 加工范圍廣，能生產(chǎn)W < 0. 8的彎管，且加工得到的彎管精度高。
[0011] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：
[0012] -種彎管的加工方法，包括如下的步驟：
[0013] (1)上料并定位工件：將工件放入到工件置放腔中，工件的一端管腔內(nèi)插入芯棒， 另一端伸置在彎管模具的型腔中，其中插入芯棒的一端通過主推機(jī)構(gòu)的夾緊件進(jìn)行定位；
[0014] (2)夾緊工件：工件的一端通過主推機(jī)構(gòu)的夾緊件進(jìn)行夾緊，另一端通過夾模與 彎管模具的配合進(jìn)行夾緊，工件中間部位的外側(cè)通過輔推件進(jìn)行靠緊，內(nèi)側(cè)通過起皺模和 圓模進(jìn)行靠緊；
[0015] (3)工件一次彎曲：啟動彎管機(jī)，主推機(jī)構(gòu)和輔推機(jī)構(gòu)同時(shí)助推工件，輔推件進(jìn)給 S1，工件彎曲乂度，然后輔推件松開并后退S 1;
[0016] (4)工件N次彎曲：重復(fù)步驟（3)，輔推件進(jìn)給Sn，工件彎曲^度，然后輔推件松開 并后退Sn，其中，N彡2 ;
[0017] (5)下料：待彎曲角度到位后，主推機(jī)構(gòu)帶動芯棒反向后退，對工件進(jìn)行下料。
[0018] 進(jìn)一步的，在上述步驟（1)之前還包括潤滑工件。
[0019] 進(jìn)一步的，在潤滑工件前，還包括設(shè)定彎管的彎曲角度為M度，其中M = Μ1+···+Μν。
[0020] 進(jìn)一步的
其中R為彎曲半徑，M為彎曲角度，η為拉伸 系數(shù)。
[0021] -種進(jìn)行彎管加工的控制方法，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)接收的運(yùn)動指令參數(shù)計(jì)算彎管機(jī)的 主推機(jī)構(gòu)和輔推機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡，并控制主推機(jī)構(gòu)和輔推機(jī)構(gòu)根據(jù)所述運(yùn)動軌跡運(yùn)動，所 述運(yùn)動指令參數(shù)為所述彎管的初始位置數(shù)據(jù)、目標(biāo)位置數(shù)據(jù)、彎管機(jī)的運(yùn)動速度、加速度以 及等待時(shí)間。
[0022] 進(jìn)一步的，所述位置數(shù)據(jù)包括主推距離數(shù)據(jù)、輔推距離數(shù)據(jù)、彎管彎轉(zhuǎn)角度和彎管 旋轉(zhuǎn)角度。
[0023] 進(jìn)一步的，所述數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)動指令中的初始位置數(shù)據(jù)和目標(biāo)位置數(shù)據(jù)，計(jì)算 運(yùn)動軌跡中的下一位置數(shù)據(jù)，其中下一位置數(shù)據(jù)中的主推距離數(shù)據(jù)Y的值為： CN 105149389 A 說明書 3/6 頁
[0024]
其中M為彎管的目標(biāo)彎轉(zhuǎn)角度，Δ M為彎管的彎轉(zhuǎn)補(bǔ)償 值，N為彎管彎轉(zhuǎn)次數(shù)，R為彎管的彎曲半徑，Ill為主推的拉伸系數(shù)；
[0025] 輔推距離數(shù)據(jù)V的值為：
[0026]
其中M為彎管的目標(biāo)彎轉(zhuǎn)角度，ΔΜ為彎管的彎轉(zhuǎn)補(bǔ) 償值，N為彎管彎轉(zhuǎn)次數(shù)，R為彎管的彎曲半徑，η2為輔推的拉伸系數(shù)。
[0027] -種彎管的加工設(shè)備，包括夾持工件并進(jìn)行彎曲的彎管機(jī)構(gòu)、頂推工件的主推機(jī) 構(gòu)以及輔推工件的輔推機(jī)構(gòu)，所述輔推機(jī)構(gòu)包括與工件緊靠的輔推件、支撐輔推件的輔推 件支撐座和驅(qū)動輔推件送料的第二驅(qū)動裝置，所述第二驅(qū)動裝置包括驅(qū)動輔推件相對移動 的伺服電機(jī)和連接伺服電機(jī)和輔推件支撐座的連接組件。
[0028] 進(jìn)一步的，所述連接組件包括與伺服電機(jī)相連的齒輪和與輔推件支撐座相連且與 齒輪相嚙合的齒條；第二驅(qū)動裝置還包括與伺服電機(jī)相連的減速機(jī)，所述的減速機(jī)一端與 伺服電機(jī)的輸出端相連，另一端與齒輪相連。
[0029] 一種彎管，彎曲處半徑為R，彎管外徑Φ?，其中
定義為W，0.6 < WS 0.8。
[0030] 進(jìn)一步的，其壁厚減薄率為Wt彡12. 5%。
[0031] 本發(fā)明取得如下的有益效果：
[0032] (1)本發(fā)明加工彎管時(shí)采用分段彎管，單一角度分多次彎次，讓材料組織有