弯管加工工艺改进

王 敏，赵岗平，武增荣，李长宇，冯然然

(山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046012)

随着弯管零件在航空航天、动力机械等领域的广泛应用，为了满足设计性能、安装空间及整体化等要求，弯管零件向着轻量化、高强度、高精度和复杂化的趋势发展，空间形状日趋复杂，加工难度日益增大[1]。

大直径薄壁金属液压导管内径大、管壁薄，因而刚度差，弯形时易出现皱纹、凹陷、裂纹和擦伤等缺陷[2]。本文以某弯管零件为例，针对高强度钢30CrMnSiA大直径变曲率薄壁管弯形的现有方法及技术难点，提出了解决这些难点的工艺措施、加工工艺，并成功应用于产品加工中。

1 产品特点

弯管零件图如图1所示，其材质为高强度钢30CrMnSiA，规格为钢管φ33 mm×2.5 mm。根据产品装配空间需求，设计为变曲率弯管，3处弯曲半径分别为36、113和55 mm，空间尺寸及角度均要求严格。通常，在管子弯曲半径R≥3D时，能获得较好的弯制质量；当弯曲半径R<2D，尤其是弯曲半径小、管子直径大、管壁厚度薄时，容易产生皱纹、凹陷等缺陷。

图1 弯管

2 现有工艺方法及技术难点

管子弯曲方法有冷弯和热弯两大类，具体包括手工冷弯曲、装砂冷弯曲、装砂热弯曲、在弯管夹具上弯曲和在弯管机上弯曲等[3]。弯管原工艺方法为装砂压膜弯曲，即装砂→夯实→封堵→压模压制→除砂→校形。其在生产过程中存在如下难点。

1)装砂工作环境恶劣、效率缓慢。为保证砂清洁无杂质，装砂前用水清洗并干燥、过筛，除去尘土和过细砂末，大大影响了弯形效率。在过筛、装砂和出砂工作时，会产生较大的粉尘，环境比较恶劣。

2)成形精度难保证，易产生缺陷。压模如图2所示，压制时，弯管内的填充砂在挤压力的作用下产生了流动现象，使其空间出现了局部空隙，尤其降低了R36 mm处管壁的支承失稳，出现了皱纹和凹陷等缺陷。由于30CrMnSiA弯曲回弹量大，弯管压制后回弹变形大，实际几何尺寸偏离技术要求，需进行校形保证装配需求。弯管在弯形工序工作效率缓慢，成品率低。研制生产过程中弯制校形的弯管如图3所示，由图3可明显看出，R36 mm处较其他部位圆度较差。

图2 压模

图3 压模压制弯管

3)检测难度大。该件为变曲率弯形件，对空间尺寸要求高，压制后各弯曲半径及角度难以检测，极大地影响了生产效率以及产品质量。

综上所述，需对弯管加工工艺进行改进，避免缺陷产生，控制弯曲回弹，弯形后便于检测，以改善工作环境，提高工作效率，提升产品质量。

3 采取的工艺措施

3.1 总体思路

综合分析弯管产品特点、公司设备实际情况及生产成本，确定在上海国青机械有限公司生产的W27YPC-63微电脑控制液压弯管机上进行弯形，设计专用于弯管的弯形模具，通过试验摸索回弹量对弯形模具进行修正，并设计专用检测工装对弯制后的弯管进行检测。

在弯形方式上不再采用原先装砂弯曲方法，选择在弯管机上弯曲。此方法不再进行筛砂、装砂和出砂，极大地改善了工作环境，同时也提高了生产效率。

3.2 弯形工艺过程

对弯管机实施了技术改造，在原设备上增加了芯棒装置及专用弯制模具。改造后的弯管机芯棒及模具如图4所示。

图4 弯形模具

机器带动弯模转动时，弯管也随之转动，弯管缠绕在模具上弯曲成形。通过多次进行弯管弯制试验，对芯棒和压紧模压力进行摸索并进行了固化，保证弯制后的弯管能够达到产品技术要求。

弯制弯管时，首先使用模具1(见图5)将弯管装配至弯管机上弯制R36 mm段；然后使用模具2(见图6)弯制R113 mm段；再使用模具3(见图7)弯制R55 mm段。

图5 模具1弯制R36 mm段

图6 模具2弯制R113 mm段

图7 模具3

采用W27YPC-63微电脑控制液压弯管机弯制的弯管如图8所示，由图8可以看出，弯管弯形质量良好。

图8 弯管机弯制的弯管

3.3 检测过程工艺措施

设计生产了弯管弯形检测工装，在弯管弯形后能够简便、准确地对弯管进行检测。弯管检测图如图9所示。

图9 弯管检测图

4 结语

通过对W27YPC-63微电脑控制液压弯管机进行技术改造，增加芯棒及专用模具，有效地解决了高强度钢30CrMnSiA大直径变曲率薄壁管弯形后存在的皱纹、凹陷等缺陷，提高了工作效率，提升了产品质量。主要改进点如下。

1)改变以往采用压模进行弯管弯形的落后生产方式，对W27YPC-63微电脑控制液压弯管机进行技术改造实现了弯管弯形，改善了工作环境，节约了新设备投入成本。

2)采用芯棒及专用模具并通过试验摸索弯形回弹量，有效解决了弯管弯形后存在的回弹变形、皱纹和凹陷等缺陷。

3)针对弯管弯形后变曲率难以检测的问题，采用专用弯管检测工装进行检测，提高了工作效率。