弯管机组合模具的设计与应用

刘坤，薛刚飞，庞茹，张天余，屈永辉，谭佳

（陕西万方汽车零部件有限公司，陕西 西安 710200）

前言

弯管技术广泛应用于汽车工业、压力容器、空调制造等多种行业，弯管质量及弯曲技术的好坏，将直接影响到这些行业的产品结构合理性，安全性，可靠性等。在广泛的应用中小管径薄壁钢管弯曲的批量生产，一般都是在弯管机上冷弯制成型，因此，为了弯制出高质量的管件，就应掌握管件在不同工艺条件下的加工技巧，对于冷弯制，合理的设计弯曲模具并掌握其正确的使用方法是非常有必要的。

目前，整车设计的管路中存在U型管类产品，在弯制成型后，产品形状导致了设备无法铆接和带接头时无法弯制的问题，一直以来该类产品都在成型后采用风动扳手装套筒加直通接头，与联管螺母套装，利用螺纹旋紧的方式铆接。但该方法易造成产品变形、接头受损，装配中管子存在难以装配和装配后“三漏”隐患；管端胀型和焊接接头后的钢管有U型弯时，设备则无法弯制。

为解决上述背景技术中的技术问题，现就如何设计出一种可以贴合实际需要，实现带接头和端口胀型钢管的弯曲作业的模具进行论述。

1 组合模具的设计原理

①分析弯管机工作原理及运动过程，按图 1，在弯管的过程中除管子加紧过程外。弯曲定轮的动作过程应为轴向旋转，并连续不断的往复这一动作，从而实现管类产品的连续弯曲。

②借鉴凸轮的结构和能够实现各种运动过程的特点，并根据弯管时支撑机构和料夹加紧管子的过程。

③假设弯管机为机架，凸轮和从动件可将弯曲定轮分成两部分来组成，并对从动部分设计单向限位，以保证弯管过程。

2 组合模具的动作过程

将铆接后的管子夹在料夹和支撑机构之间，由动轮和辅推加紧在定轮从动件上，弯曲至要求角度后，动轮和辅推松开。料夹送料，铆接后的管子螺母会将从动件推出。在这个过程中，送料进给和弯曲定轮旋转同时带动从动件旋转及滑动，送料后管子直线段为限位与从动块相对运动，则使从动件按滑槽轨迹重新复位，由此完成往复运动，使得下面的弯管过程顺利完成。

图1

3 组合模具的设计要求

钢管弯曲后的折弯半径和形状，取决于弯管模具的参数，必须根据实际需求，合理的设计其结构参数才能更好的完成弯曲作业：

1）按图2，弯曲模具中的组合定轮直径D由于被弯曲的钢管在弯曲松开后外力取消产生一定的回弹，弯制U型时，弯曲定轮设计弯曲半径时，应小于钢管的弯曲半径，数值按下面的经验公式计算。

2）弯曲轮的槽内半径r与外倒圆角r1因相对弯曲半径ε（ε=R0/d）的不同而有所区别，目的是为了最大限度的减少钢管与弯曲模在弯制过程中产生划伤和提高钢管弯曲部分的管壁，避免褶皱的产生数值可按下公式计算。

r=Ad/2其中A为按相对弯曲半径ε大小确定的系数，当ε≥3.5时，A=1；当ε＜3.5时，A=1-0.1/（10ε3）。

倒圆角半径r1可取0.5-1mm，ε小时，r取小值。

当ε≥3.5，钢管直径d小时，r1取小值；钢管直径d大时，r1取大值。

图2

3）材料与表面粗糙度的选择，组合定轮选取材料经我公司多年加工及试验不断完善，建议选取08F或A3钢制造，其对材料表面能有效防护适合10#、20#带镀锌、涂装，不锈钢、铝管等材料产品的弯制。非组合式定轮可选取08F或紫铜材料制造。为了弯管外壁均匀受理压缩变形创造有利的条件，弯曲定轮的弯曲圆弧面表面粗糙度建议Ra取1.6μm。

4）按图3，由于设备使用环境和每批原材料的细微变化，对钢管弯曲角度回弹，我们利用下角料，试弯产品角度α、α1、...αn，并用数显万能角度尺逐一校验产品弯制；根据校验结果求平均值，调整每个弯的补偿值以保证产品弯制角度符合要求。

图3

5）按图4，组合定轮主体具有一弧形边缘，在该边缘上开设有滑动槽，该滑动槽沿弧形边缘延伸，保证弯管机在弯制盘圈产品的过程中需要小的螺旋间距时，钢管与组合定轮干涉时起到对钢管的保护作用倒角的大小根据定轮高度h而定，一般 r≤ h，则能有效的防止钢管外壁划伤、磕碰又能保证定轮与动轮之间的有效夹紧。在弯曲间距要求过小时，可适当降低高度 h，在保证不影响产品外观的前提下，必要时可取消倒圆角r；

图4

6）设计的组合定轮，定轮从动件设置于定轮主体一侧，其具有弧形边缘及滑动槽，且该弧形边缘及滑动槽与定轮主体相连贯；组合定轮设有滑动槽，用于和定轮从动件的滑轨进行配合，以确保其装配后可滑动，限位块焊接在定轮主体滑动槽的止端，用于限制从动件的行程，该定轮从动件的厚度相较于定轮主体单边小0.15mm， 且该定轮从动件可沿定轮主体一侧自由滑动；所述的组合定轮可以贴合实际需要，实现带接头和端口胀型钢管U型弯的弯曲作业。

4 组合模具的应用

结合图 1，使用时将组合定轮带从动件的部分装在靠近弯管机定轮和辅推块的方向，组合定轮圆面朝机头方向，利用组合定轮的沉头孔和键槽，用螺钉、键紧固在弯管机的定轮底座上，弯管过程需弯管机带有送料加弯管臂复位同步功能，通过限位滑动行程，定轮从动件在定轮主体上滑动往复运动，配合弯管机其余模具（动轮、辅推、夹头、支撑），完成带接头或管端胀型的钢管类零件U型弯的弯管作业。

图5

结合图5，组合定轮中的主体和从动件设有工艺孔，可用螺钉连接，使组合定轮一体化。将定轮主体及其从动件用螺钉紧固后可代替传统定轮进行弯管作业。

5 结论

通过对弯管机模具不断试验、改进，生产验证，最终我们确定了这种弯曲定轮的新型结构，这种弯曲模具,满足了我公司涉及到U型弯的大批量产品和种类繁多零星产品的生产需求，该弯管模具使用便捷，弯曲效果良好，实用性很强，对特殊要求的冷弯工作，具有一定的参考价值。该模具结构在我公司的打气泵管类、油管类、油水分离器总成类产品中被广泛应用，提高了产品加工效率、降低了产品加工难度，降低了产品制造成本。