蔣燕剛　何紹川　楊艷芳

摘 要：管材的冷彎成型，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，而相應(yīng)的彎管質(zhì)量也要求越來(lái)越高，為保證彎管質(zhì)量，必須設(shè)計(jì)合理的彎管模具，文章論述了彎管過程中的模具設(shè)計(jì)及相應(yīng)的工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：彎管；模具結(jié)構(gòu)；輪模；夾模；導(dǎo)模；防皺板

中圖分類號(hào)：TG76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）17-0013-02

金屬管材的彎曲在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，主要用于汽車、機(jī)械、環(huán)保、化工、民用等行業(yè)。筆者從事汽車零部件的制造行業(yè)多年，主要研究發(fā)動(dòng)機(jī)上的EGR及排氣管方面的零件產(chǎn)品制造，多為不銹鋼焊管（如AISI 304）的彎管、成型產(chǎn)品。文章根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，分析彎管模具設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)。

1 模具結(jié)構(gòu)及動(dòng)作概述

如圖1所示，為一套彎管模具的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，主要有輪模、夾模、導(dǎo)模、芯棒、防皺板等五部分組成，工作時(shí)其動(dòng)作過程為：芯棒進(jìn)芯，夾模夾緊管材隨輪模一起轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)模壓緊管材隨著管材的彎曲而跟隨，而防皺板固定不動(dòng)，當(dāng)彎管角度達(dá)到設(shè)定角度后，芯棒退出，導(dǎo)模、夾模松開、復(fù)位，完成整個(gè)動(dòng)作，文章將圍繞這五個(gè)部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。

2 模具設(shè)計(jì)

2.1 輪模

輪模是整個(gè)彎管模具設(shè)計(jì)的核心，設(shè)計(jì)時(shí)一般先從它開始。產(chǎn)品管材外徑D，壁厚δ，彎曲半徑R（設(shè)計(jì)三要素）確定后，在設(shè)計(jì)輪模彎曲半徑時(shí)必須考慮管材的反彈，從而確定模具的彎曲半徑R'：

目前，Rx=1為行業(yè)技術(shù)的最高水平，由于成本高、難度大，一般設(shè)計(jì)均不考慮。

輪模型腔直徑按管材外徑D設(shè)計(jì)，管材壁厚、外徑?jīng)Q定了管材的強(qiáng)度，直接影響夾模的夾持長(zhǎng)度，輪模夾持長(zhǎng)度與夾模配合，在后面的夾模設(shè)計(jì)將進(jìn)行論述。

輪模由于頻繁受夾模的夾緊沖擊及管材的彎曲力，因此要求整體韌性好，有良好的抗沖擊能力，且型腔表面耐磨，目前一般采用調(diào)質(zhì)+氮化的熱處理工藝，型腔表面硬度可達(dá)HRC55～HRC60。

2.2 夾模

夾模設(shè)計(jì)的主要尺寸為長(zhǎng)度尺寸，它主要取決于產(chǎn)品兩個(gè)彎曲之間的直段長(zhǎng)度，夾模長(zhǎng)尺寸過小，不能夾緊管材，彎管時(shí)管材易打滑，操作外觀，彎曲部分出坑，不滿足產(chǎn)品要求。反之，尺寸過大，容易將前一個(gè)彎夾扁、變形，這在工藝上是不充許的。因此，長(zhǎng)尺寸要選擇合適。通常按（2～3）D設(shè)計(jì)，如果產(chǎn)品直段長(zhǎng)度<（2～3）D，可考慮使用仿形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加夾持穩(wěn)定性。對(duì)于只有一個(gè)彎曲的產(chǎn)品可考慮在夾緊時(shí)增加支撐手柄，提高夾持穩(wěn)定性。

夾模型腔直徑按管材外徑D設(shè)計(jì)，為保證夾持穩(wěn)定、不打滑，型腔直徑一般按下差設(shè)計(jì)（與之配合夾持的輪模直段型腔尺寸設(shè)計(jì)相同），通過設(shè)備調(diào)整夾模的夾緊程度，達(dá)到最佳狀態(tài)，從而保證彎管穩(wěn)定夾持，且滿足外觀要求。

為保證夾模夾緊過程管材外表面不被夾傷，型腔的棱角必須有R角設(shè)計(jì)。夾模一般淬火處理到HRC50左右，從而提高耐磨性和使用壽命。

2.3 芯棒

芯棒的形狀是多種多樣的，主要是起支撐作用，從而控制彎曲部分管材的變形及質(zhì)量，使用何種形狀的芯棒，主要取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及管材規(guī)格及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。圖2為芯棒的常用結(jié)構(gòu)形狀。

直芯棒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工、使用方便，主要用于管材壁厚較厚，彎曲半徑較大，彎曲變形要求不高的產(chǎn)品。球頭直芯棒在上料操作時(shí)更加方便，目前已基本取代了圖2（a）直芯棒的結(jié)構(gòu)?；⌒沃毙景粼诩庸し矫孑^球頭直芯棒要復(fù)雜一些，但由于其弧形在彎曲過程中起到了一定的支撐作用，因此彎曲部分變形較小，在彎管質(zhì)量方面有所提高。

聯(lián)接式芯棒主要是多個(gè)球形珠子聯(lián)接在一起，在管材彎曲過程中，可保持對(duì)材料的支撐作用，因此彎曲變形較小，彎管較為飽滿，質(zhì)量很高。而硬聯(lián)接芯棒主要是用幾個(gè)鋼性連接片和銷將珠子連接起來(lái)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加工難度適中，使用壽命較長(zhǎng)，目前被廣泛應(yīng)用于彎管的批量生產(chǎn)中。軟聯(lián)接芯棒雖然加工較為簡(jiǎn)單，但聯(lián)接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及強(qiáng)度均較差，極少使用。萬(wàn)向聯(lián)接芯棒，使用效果最好，但加工難度高，使用成本也較高，目前，國(guó)內(nèi)很少使用，而國(guó)外使用較為普遍。

聯(lián)接式芯棒中，珠子個(gè)數(shù)的多少，取決于管材的彎曲角度和彎曲半徑，目的是獲得理想的彎曲飽滿程度。珠子數(shù)量過多，阻力大，彎曲過程中容易斷裂，影響生產(chǎn)效率。珠子數(shù)量過少，彎曲變形大，飽滿程度不好，質(zhì)量不滿足要求。

一般芯棒大多淬火處理到HRC50左右，來(lái)抵抗管材的彎曲磨損，從而提高使用壽命。如果硬度過高，則會(huì)降低芯棒的韌性，容易發(fā)生斷裂。

芯棒直徑尺寸很關(guān)鍵，一般它要比管材的理論內(nèi)徑小0.1～0.4 mm，以保證管材的順利插入和彎管質(zhì)量。其中，間隙的大小完全取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不同設(shè)計(jì)，不同管材，其設(shè)計(jì)間隙都是不一樣，需要在實(shí)踐中去領(lǐng)悟。

2.4 導(dǎo)模

在彎管過程中，導(dǎo)模主要是壓緊管材，并輔推動(dòng)管材彎曲，導(dǎo)模運(yùn)動(dòng)速度理論上應(yīng)和管材轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度一致，在實(shí)際調(diào)試、生產(chǎn)時(shí)，可通過設(shè)備調(diào)節(jié)而改變導(dǎo)模輔推速度，直到調(diào)試出最理想產(chǎn)品為止。

導(dǎo)模壓緊力大小目前一般由經(jīng)驗(yàn)確定，壓緊力過大管材減薄量明顯，甚至斷裂，壓緊力過小，易起皺。調(diào)試時(shí)通過設(shè)備調(diào)整將導(dǎo)模壓緊力到合適狀態(tài)。

導(dǎo)模長(zhǎng)度尺寸過大，在數(shù)控彎管機(jī)尾料彎管送料時(shí)干涉或浪費(fèi)管材長(zhǎng)度，這在工藝上都是不充許的。通常，長(zhǎng)度尺寸是由展開的弧長(zhǎng)和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出來(lái)的。一般按彎曲弧長(zhǎng)的展開長(zhǎng)度再加上3倍的管材直徑。

型腔棱邊倒角設(shè)計(jì)R角過渡，解決合模夾痕，提高管件外觀質(zhì)量。導(dǎo)模淬火處理到HRC50左右，保證型腔耐磨并提高使用壽命。

2.5 防皺板

管材壁厚和外徑的比值即t/D≤0.055時(shí)，設(shè)計(jì)彎管防皺板，使管子在輪模的切點(diǎn)處建立一個(gè)直線區(qū)，防止管子在彎曲變形時(shí)起皺。

防皺板一方面起著對(duì)管子的支撐、防皺作用，同時(shí)管材相對(duì)防皺板型腔滑動(dòng)，因此要求防皺板耐磨、表面光滑、材料磨擦系數(shù)小。目前常用的材料是鋁青銅（QAl9-4），采用加工中心加工，配合曲面精度高及型腔表面光滑，是防皺板的加工關(guān)鍵點(diǎn)。

2.6 彎曲力矩

理論上講，在進(jìn)行任何一套彎管模具設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該計(jì)算產(chǎn)品的彎曲力矩，從而確定彎管機(jī)的能力是否滿足要求。

而實(shí)際上，管材彎曲時(shí)的彎矩、不僅取決于管材的性能、斷面形狀及尺寸、彎曲半徑等參數(shù)，同時(shí)還與彎曲方法、使用的模具結(jié)構(gòu)等有很大的關(guān)系。因此，目前還不可能將諸多因素都用計(jì)算公式表示出來(lái)，在生產(chǎn)實(shí)踐中，目前主要還是依靠經(jīng)驗(yàn)做出估算。由于彎管機(jī)設(shè)備能力一定，有最大彎曲力矩、最大彎管規(guī)格的限制，只需了解設(shè)備能力，在設(shè)計(jì)模具前加以考慮，防止因設(shè)備能力不足而導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)的浪費(fèi)，而不需要進(jìn)行彎曲力矩的詳細(xì)計(jì)算。

彎管機(jī)的彎管能力一般說明書中都有說明，在設(shè)計(jì)中必須考慮。

3 結(jié) 語(yǔ)

彎管模具設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是以最低的成本、穩(wěn)定的批量生產(chǎn)來(lái)滿足產(chǎn)品要求，滿足客戶交付要求。這需要在工作中持續(xù)研究、不斷改進(jìn)模具設(shè)計(jì)、逐步提高彎管工藝水平，從而制造出高質(zhì)量的彎管產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣怡.鈑金沖壓工藝手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1989.

[2] 章燕謨.鍋爐制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[3] 梁炳文.實(shí)用鈑金工藝圖集[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.