一种简易弯管模具的设计及制造

汶军科，张峰峰，李国睿，李阳，魏国荣，王刚

（陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司岐山分公司，陕西 宝鸡 722406）

一种简易弯管模具的设计及制造

汶军科，张峰峰，李国睿，李阳，魏国荣，王刚

（陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司岐山分公司，陕西 宝鸡 722406）

为解决小批量多品种小直径管件产品的弯曲问题，设计者进行一种简易弯管模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定弯曲工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计、计算，确定模具结构及尺寸以及加工工艺方法。

简易弯管模具；弯曲件；导轮；芯棒

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.017

CLC NO.: U463.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-49-03

引言

管件弯曲在日常生活中应用广泛，与板料弯曲一样，其外壁受拉应力，内壁受压应力，弯曲时会出现外壁变薄而开裂、内壁受压打折起皱，径向压应力使管子变扁等缺陷， 故弯曲时常采用充填填料或芯子，加热等弯曲方法。

1、管件

1.1管件常见弯曲方法

常见的管件弯曲方法是：机械冷态弯管与机械热态弯管。

1.2常见弯管设备

按弯管机的传动方式可分为：

(1)手动弯管机：设备简单，靠人力弯管，可弯制D 25mm的管件。

(2)气动弯管机：采用气压传动，可弯制Dw≤32mm的管件。

(3)机械传动弯管机：靠电动机与蜗轮副等机械传动，结构简单。制造方便，通用性大，可弯制Dw≤159mm的管件。

(4)液压传动弯管机：传动平稳可靠，噪音小，结构紧凑，易于实现自动化。

(5)程序控制液压传动弯管机。

2、弯曲零件分析

2.1结构与尺寸

弯曲零件材料为钢管20-φ24×2，小批量生产，结构尺寸如图1。

2.2工艺分析

技术条件要求内壁不起皱，外壁无裂纹，椭圆度不得超过管子外径的10%。

计算其相对壁厚S/D为: S/D=2/24=0.083式中：S一管子壁厚

D一管子外径由文献可知，当相对壁厚为0.083时，其最小弯曲半径为R=3.6D=86.4mm。上述弯管弯曲半径为R40，可见弯曲难度较大，只有在模具上附加夹紧块起防皱作用，在合理选用芯棒就可解决问题。

2.3材料分析

20#钢，属于碳素结构钢，查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知屈服强度σs =245MPa。此材料具有良好的塑性，其弯曲成型加工性能良好。根据以上分析，该零件的工艺性较好，可以进行弯曲加工。

2.4精度分析

零件尺寸公差分别为：

从零件外形和材料公差分析，零件精度要求不高，利用简易弯管模方式可以达到零件图纸要求。

3、确定弯曲工艺方案

该零件包括下料、弯曲两个基本工序，零件结构简单，用量少，故该零件适合采用简易人工弯管模工艺方案。

4、确定模具总体结构方案

4.1模具类型

根据零件的弯曲工艺方案，采用简易人工弯管模。其模具主要结构特点是：人工利用杠杆原理使动导轮R槽压紧管子于定导轮R槽并绕其旋转一定角度，达到制件所需角度。

4.2操作与定位方式

零件的生产批量较小，定位考虑在弯管芯棒上设计可活动调节的套式定位方式，弯曲到需要角度时松开动导轮，因管子与芯棒是间隙配合，故很容易使制件取出，掉头再定位弯曲即可。另外因弯曲回弹问题，弯曲角度定位暂不设计，调试模具时可现场配做。

4.3弯管力矩计算

弯管力矩的计算方法引自“机械工程手册第42篇金属制作”。Mw =(K+K0/4RX)Wσs

式中：

Mw——弯管力矩 kgfmm

K——截面形状系数（K=1.275（DW-2S）/DW-3S）

DW——管子外径mm

S——管子壁厚mm

K0——相对强化系数（20#钢K0=10）

RX——相对弯曲半径 RX=R/DW

R——管子中心弯曲半径 mm

σs——材料屈服极限（σs =245Mpa）

5、模具主要部件设计

5.1导轮设计

当所弯管件规格(管件外径D、壁厚D、弯曲半径、屈服极限 Rs 四项简称四要素) 确定以后，一般要考虑管材的回弹因素，以确定模具的弯曲半径R′：R′= R/（1+2mσs R x/ E）。

式中：

R 管件弯曲半径(回弹后弯曲半径)

s 管件屈服极限，N /mm2

E 管件弹性模数，N /mm2

R x 相对弯曲半径，R x = R/D，D 为管件外径

m = K 1+ K0/2Rx，K1为管材截面形状系数，K0为钢材的相对强化系数

所得R′直径圆整后，可作为设计参数使用。通常为简便起见，当Rx= 2～10 时，还可按下列经验公式确定：

弯曲碳钢管时R1≈ (0196～ 0198) R。当Rx≤1.5时，可不考虑回弹因素。

制件 R=40mm，制件材料为φ24×2，Rx=40/24=1.66，故也不用考虑回弹，定导轮直径应选用R40，R槽选用 12，产品设计如图2。

5.2导轮连接座设计

因两导轮工作时是夹紧管件操作，当弯曲到一定角度时要考虑动导轮要放松管子，以便管件从芯棒上取出，故导论连接座采用铰链式设计，可灵活翻转，另外要考虑动导轮绕定导轮灵活旋转，故要双头螺栓销轴、孔间隙配合，配合面保证光洁度，具体设计如图3。

5.3芯棒设计

为防止管件在弯曲时管壁褶皱或严重椭圆，一般冷态弯管采用芯棒，因圆柱芯棒结构简单，制作简便，故选用圆柱芯棒，同时还要考虑耐磨，容易从管口插入和取出，便于调整插入管内尺寸，芯轴的工艺尺寸。

（1）芯轴的直径d

当管件规格确定以后，芯轴的直径一般由经验确定，原则是应保证芯轴在管子内有一定的自由滑动间隙，该间隙一般为管子壁厚的9-12%，该间隙不能过大，过大会使内壁起皱、椭圆度大，反之，则会造成外壁减薄或断裂等缺陷。

（2）芯轴的超前量e

芯轴的超前量e直接影响弯管质量，应在弯管开始前经调试确定。一般的规律是，弯曲半径越小，超前量越小；反之，则越大。芯轴的超前量e可按下式确定：式中：d0管子内径；

x 管子内壁与芯轴间的间隙，x = d0-d

超前量确定后，一般经微调后即可进行弯管，并能保证弯管质量，故设计如图4。

5.4夹紧设计

管件弯曲时为防止管件随动导轮位移，保证制件尺寸，夹紧设计相当重要，图5.5就是夹紧设计，夹紧杆在夹紧座内旋转推动夹紧块位移，压紧管件于固定夹紧块上，弯曲完成后松开夹紧杆即可取出制件，设计结构简单，操作方便。夹紧钳口的设计主要取决于管件上相连的两个弯头的最小直线距离，即夹紧钳口长度L 的设计。L 尺寸过小，则不能夹紧管件，弯曲时，管件易打滑，损伤外观，影响弯曲角度。反之，L 尺寸过大，当夹持管件时，有可能将已成形的前一弯头夹扁，这在弯管工艺中是不允许的，所以，L 尺寸要选择合适。通常，可按经验公式确定该尺寸，即L = (2～3) D。推算可取100，夹紧钳口夹持管件的松紧度一般由经验确定。夹持太紧，管件外壁压痕，夹持太松，管件易打滑，均影响弯管质量。一般经试弯管件后，必须调整到最佳夹持状态。

6、模具总装图

7、结论

本文简述了一种简易弯管模具的设计与制作，以解决常见多品种小批量小直径管件的弯曲问题。其模具结构简单、制作成本低、周期短、能迅速见效，同时因制作工艺简单，选用常规材料就能快速实现，是日常机械加工中比较实用的一种管件弯曲方法。

[1] 曾霞文,徐政坤主编.冷冲压工艺及模具设计[M].长沙:中南大学出版社,2006.

[2] 王芳.冷冲压模具设计指导[M].北京:机械工业出版社,1999.

[3] 付宏生.冷冲压成形工艺与模具设计制造[M].北京:化学工业出版社,2005.

Design and manufacture of a simple pipe bending die

Wen Junke, Zhang Fengfeng, Li Guorui, Li Yang, Wei Guorong, Wang Gang
（Shaanxi auto parts (Group) Co., Ltd., Qishan branch, Shaanxi Baoji 722406）

A simple pipe bending die design to solve the bending problem of small quantities of many varieties of small diameter pipe products, according to the design of parts of the size, material, mass production requirements. Firstly, it analyzes the parts of the process determined bending process scheme and die structure of the program, and then process design, calculation, to determine the structure and size of the mold and the processing method.

simple pipe mold; bending parts; wheel; mandrel

U463.9

A

1671-7988（2015）09-49-03

汶军科，就职于陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司岐山分公司。