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1、薄壁钢管弯曲模具设计弯管在制冷、机械、化工等行业中的应用十分广泛,薄壁钢管弯管的批量生产,一般是在弯管机上冷弯成形,由于薄壁钢管管壁支撑失稳临界力较低,弯曲部位常出现瘪皱等变形缺陷。这些缺陷不但削弱钢管的强度,降低其承载能力,而且容易造成管内流动介质速度不均、产生涡流和弯曲部位积聚污垢等,影响弯管的正常使用,因此消除弯管缺陷成了弯管过程中最大难点,必须高度重视。 一、薄壁钢管弯曲受力与变形分析 薄壁钢管弯曲时,管子在外力作用下弯曲变形,其弯曲部分的外缘在拉应力作用下管壁变薄,而管子内缘在压应力作用下管壁增厚。由于在管子弯曲过程中,外缘拉应力和内缘压应力的合力都向中部作用,导致管子弯曲部位在水平
2、面上的直径变大,垂直面上的直径减小,出现椭圆形。同时,如果弯曲模具弧槽参数选择不当,不能起到强化弯曲部位管壁的作用,则管子内缘在压应力作用下,因管壁失稳临界力较低而产生波浪形皱褶。由以上分析可知:薄壁钢管弯曲时极易产生瘪皱缺陷。因此设计薄壁钢管弯曲模具时,必须合理确定其结构参数,以便钢管弯曲时,在模具作用下使管子产生一预加反应力,以抵消薄壁钢管弯曲时产生的椭圆变形,对弯曲部位的瘪皱缺陷进行合理控制。 二、薄壁钢管弯曲模具设计 简易薄壁钢管弯管机的结构如图1所示,弯管模具如图2所示,由弯管模块、滚动压轮和导轮组成。 滚动压轮和导轮安装于滚轮座中,并可在转盘的滑槽中上下移动。弯管时,扳动手柄带动转
3、盘绕轴转动,由导轮向管子施加压力,使其发生弯曲变形。同时滚动压轮在钢管弯曲部位施加一定压力,通过轮上弧槽使之产生一反向预压力,以抵消钢管弯曲时产生的椭圆变形,使管子内缘与弯管模块弧槽紧密贴合,以强化弯曲部位管壁,消除内壁皱褶。 1.弯曲模块 钢管弯曲后的半径和形状取决于弯管模块,因此,必须合理确定其结构参数,弯管模块如图3所示: 图3 弯管模块1)弯管模块直径D由于外力取消后,被弯曲的钢管会产生回弹,所以弯管模块直径应小于两倍的弯管曲率半径,数值按下面的经验公式计算 (2)圆弧槽半径r与倒圆半径r1因相对弯曲半径(=R0/d)的不同而有所不同,其目的是为了强化钢管弯曲部分管壁,避免皱褶,数值可
4、按下式计算: r=Kd/2,其中K为按相对弯曲半径大小确定的系数,当3.5时,K=1;当3.5时,K=1-0.1/(103) 倒圆半径r1可取12mm,小时,r1取小值。 当3.5,钢管直径d小时,r1取小值;钢管直径d大时,r1取大值。 (3)材料与表面粗糙度值选择弯管模块可选用45钢或50钢制造,直径较大时,也可选用HT200制造。为了给弯管内缘均匀压缩创造有利条件,弯管模块弧槽面表面粗糙度值取Ra3.2m为好。 2.滚动压轮 滚动压轮如图4所示,为防止弯曲过程中划伤钢管表面,需对弧槽边缘倒圆,一般取倒圆半径r1=0.51 mm,以不划伤钢管表面为宜。 图4 滚动压轮为使滚动压轮在工作过程
5、中对弯制钢管施加一反向预压力以抵消钢管弯曲产生的椭圆变形,需将滚动压轮的弧槽面设计成双圆弧曲线,其形状如图4所示。相关尺寸按下式计算: 滚动压轮的材料一般选用45钢,反变形槽表面淬火硬度4045HRC,为使滚动压轮在工作过程中既对弯管侧壁有一定的拉拔作用,又不致产生较大摩擦阻力,其表面粗糙度值一般取Ra3.2m为好。 3.导向轮 r=d/2,材料与热处理同滚动压轮。 导向轮如图5所示,为减小摩擦阻力,圆弧槽中心离开导轮外缘表面11.5mm,圆弧半径r=d/2,材料与热处理同滚动压轮。 4.滚动压轮与导轮相对位置 导向轮对钢管提前压弯角度也是一个重要参数。为使滚动压轮所处位置恰好是钢管弯曲塑性变形的受力部位,应使等于被弯钢管的回弹角。滚动压轮中心线与弯管模块中心线的距离可取515 mm。(end)