动车组司机室铜管优化操作法

赵子义

摘要：动车组司机室空调管路为紫铜管，连接方式为车上焊接，然而司机室铜管并不外露，焊口部位在隐蔽处，焊接难度高，这种焊接要求极严，焊接人员需要有欧洲认证的操作证，而且焊接过程操作复杂，不能有一丝一毫的差错，否则很容易造成泄露。在不改变设计图纸的前提下，为了解决这个难题，我发明动车组司机室铜管优化操作法，将司机室里面相邻的两根管材变为一根管材，用数控弯管机整体弯制出来。

Abstract： The air-conditioning pipe of the driver's cab of the EMU is a copper tube， and the connection method is welding on the car. However， the copper tube of the driver's cab is not exposed， the welding joint is in a hidden place， and the welding is difficult. The welding requirements are extremely strict. Welding personnel need to have a European-certified operating certificate， and the welding process is complicated， and there must be no mistakes， otherwise it is easy to cause leakage. Without changing the design drawings， in order to solve this problem， the author invented the optimized operation method of the copper tube in the driver's cab of the EMU. The two adjacent pipes in the driver's cab are turned into one pipe， and the whole pipe is bent out by a CNC pipe bender.

關键词：坐标;数控弯管机回弹分析;计算;动车组司机室铜管;优化操作法

Key words： coordinates;springback analysis of NC pipe bender;calculation;copper tubes in the cab of the EMU;optimized operation method

中图分类号：TG335.7                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）04-0288-02小时，并且抽真空实验压力非常高，非常容易产生泄漏导致焊接失败。焊接过程中，由于是车上明火作业，还必须进行消防处理，生产工艺复杂，可操作性差，为此我发明了动车组司机室铜管优化操作法。

1  坐标的计算

坐标的计算需要以下几个步骤：

①旋转角度的计算：因为焊接完毕的两根管并不在一个平面上，假设第一根管不动，第二根管是要转一定角度与第一根管焊接在一起的，要把这个旋转角度计算出来，这需要用到三角函数。

②数控弯管机的可操作性：编制出来的程序能够不与机床和地面干涉，有可操作性。

经过一系列的计算和测量，只用10根管材可以被改造成为二合一的管材，其它管材不具有可操作性。由于数控弯管机只认识坐标数值，所以改造的第一步就是把二合一管材坐标计算出来。因为各个单管图坐标零点是不同的，各个管路的装车位置也是不同的，所以二合一的管材坐标与各个单管图的坐标是不同的（见表1）。

首先打开AutoCAD软件，将需要组合的两根管材的坐标输入AutoCAD中，绘制出两根管材的图形，然后执行：视图——三维视图3——西南等轴测S，视图转变为三维视图，便于下一步工作。然后在命令行输入：rotate3d命令，对第二根管旋转所计算出来的角度，下一步在命令行输入move命令将两根管材粘接在一起，用三维动态观察器观察效果图，如果效果满足生产要求，然后将坐标原点移动到第一根管起始点，最后用ID命令再将坐标得出，按下F2，出现AutoCAD文本窗口，复制坐标到EXCEL文档，再打印出来，得出一个新的坐标。新坐标如表2。

管路坐标计算出来后，下一步就是进行数控弯制，数控弯制的难点是回弹角度的控制，我们库存的管路目前只有几种材质，经过对比分析，研究铜管的弯曲性能，最终选择了SF-Cu F22这种材质的铜管。

2  材料的分析

由于紫铜管可弯性能好，我们选其材质为SF-Cu F22的铜管进行实验，该铜管有良好的抗蠕变性，热膨胀系数低，成型效果良好，具有优秀的冷加工性，有高达40%伸长率，布氏硬度为55HB。

3  管材回弹分析与计算

3.1 铜管回弹的分析

铜管的弯制是一道关键工序，因为弯管是属于弹—塑性变形，材料的弹性模量越小，屈服极限和抗拉强度等与变形有关的性能数值越大，回弹就越大，管材弯曲完工后，必然要回弹，管材一旦回弹，就不能符合要求，满足不了生产需要。为了保证铜管弯制工艺质量，需对铜管的回弹量进行研究，准确预计回弹量。这就出现了一个问题，回弹补偿角度的问题，我们现在面临的管径规格有2种，为Φ10×1.5，Φ22×1.5，弯曲的角度为5°-90°，可以说是如果回弹角度没有很好的控制，那么生产就无法正常进行。

3.2 铜管的回弹计算

在铜管的弯制过程中，当外载荷卸去后，管子产生回弹，使曲率半径变大，弯曲角变小。

经过查询回弹角公式[1]，

其中，公式中的：Δθ为回弹角，θ为弯曲角度，d0/D0=α其中，D0为管子外径，d0为管子内径;r为弯曲半径;r0=r/D0，E为材料弹性模量，σs是管材的屈服强度，F为应变刚模量。

从式（1）看出，当材料特性及弯曲半径确定后，回弹角与弯曲角度呈线性比例关系，但实际上，以上计算公式所计算的回弹曲率和回弹角等公式只是大体的，影响它们的因素还有很多，如弯管机的参数，操作者，管材的批次，管子的机械性能，尺寸误差等对回弹较大影响等，需在实践中对公式进行校正。

3.3 铜管的弯曲回弹计算

有了回弹公式，我们可以进行回弹计算：

以上是根据回弹公式（1）得出的回弹值，但这只是理论计算，实际中，60°产生的回弹量不可能是30°产生的回弹量的两倍，这是因为弯管是属于弹—塑性变形，铜管在被弯曲一定角度后（通常角度小于0.5°，这与管材的材质，管径的规格有关），弹性变形逐渐变小，塑性变形逐渐增大，弯曲角度越大，塑性变形就越大，回弹角度只能缓慢的增加，而不是成倍的增长。

4  实际测试

我们此次使用的数控机床为颖霖数控弯管机，管径为RO22的铜管弯曲半径为R50，夹模尺寸为35mm，导模长度为240mm。管径为RO10的铜管弯曲半径R30，夹模尺寸为30mm，导模长度为150mm。试弯的角度为同为30°，60°和90°，每种角度弯曲三次，取平均值。为了测量了准确性，每组数据测量完毕后，重新拆装胎具。经过实际测量，所得数据如表3。

根据实验数据和计算结果，开始编制程序，将所弯制的管材的坐标和回弹数值输入到数控弯管机中，下料并进行试弯，最终弯制成功。

5  结论

实践证明，通过理论计算出铜管弯曲成形加工中的回弹量，再从实践中对其进行校核，为弯管生产提供依据，从而提高铜管的弯曲成形加工工艺质量。改造后的二合一銅管，经过装车实践，完全能满足生产要求，并且通过了质检部门的验收，至此，动车组司机室铜管优化操作法获得圆满成功。

参考文献：

[1]梁炳文.板金冲压成形工艺手册[M].北京：国防工业出版社，1989.

[2]胡忆沩，等.实用管工手册[M].北京;化学工业出版社，2017，4.

[3]张金和.压力管道施工[M].上海：上海科学技术出版社，2015，5.