王 敏，趙崗平，武增榮，李長(zhǎng)宇，馮然然

(山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046012)

隨著彎管零件在航空航天、動(dòng)力機(jī)械等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為了滿足設(shè)計(jì)性能、安裝空間及整體化等要求，彎管零件向著輕量化、高強(qiáng)度、高精度和復(fù)雜化的趨勢(shì)發(fā)展，空間形狀日趨復(fù)雜，加工難度日益增大[1]。

大直徑薄壁金屬液壓導(dǎo)管內(nèi)徑大、管壁薄，因而剛度差，彎形時(shí)易出現(xiàn)皺紋、凹陷、裂紋和擦傷等缺陷[2]。本文以某彎管零件為例，針對(duì)高強(qiáng)度鋼30CrMnSiA大直徑變曲率薄壁管彎形的現(xiàn)有方法及技術(shù)難點(diǎn)，提出了解決這些難點(diǎn)的工藝措施、加工工藝，并成功應(yīng)用于產(chǎn)品加工中。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)

彎管零件圖如圖1所示，其材質(zhì)為高強(qiáng)度鋼30CrMnSiA，規(guī)格為鋼管φ33 mm×2.5 mm。根據(jù)產(chǎn)品裝配空間需求，設(shè)計(jì)為變曲率彎管，3處彎曲半徑分別為36、113和55 mm，空間尺寸及角度均要求嚴(yán)格。通常，在管子彎曲半徑R≥3D時(shí)，能獲得較好的彎制質(zhì)量；當(dāng)彎曲半徑R<2D，尤其是彎曲半徑小、管子直徑大、管壁厚度薄時(shí)，容易產(chǎn)生皺紋、凹陷等缺陷。

圖1 彎管

2 現(xiàn)有工藝方法及技術(shù)難點(diǎn)

管子彎曲方法有冷彎和熱彎兩大類(lèi)，具體包括手工冷彎曲、裝砂冷彎曲、裝砂熱彎曲、在彎管夾具上彎曲和在彎管機(jī)上彎曲等[3]。彎管原工藝方法為裝砂壓膜彎曲，即裝砂→夯實(shí)→封堵→壓模壓制→除砂→校形。其在生產(chǎn)過(guò)程中存在如下難點(diǎn)。

1)裝砂工作環(huán)境惡劣、效率緩慢。為保證砂清潔無(wú)雜質(zhì)，裝砂前用水清洗并干燥、過(guò)篩，除去塵土和過(guò)細(xì)砂末，大大影響了彎形效率。在過(guò)篩、裝砂和出砂工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的粉塵，環(huán)境比較惡劣。

2)成形精度難保證，易產(chǎn)生缺陷。壓模如圖2所示，壓制時(shí)，彎管內(nèi)的填充砂在擠壓力的作用下產(chǎn)生了流動(dòng)現(xiàn)象，使其空間出現(xiàn)了局部空隙，尤其降低了R36 mm處管壁的支承失穩(wěn)，出現(xiàn)了皺紋和凹陷等缺陷。由于30CrMnSiA彎曲回彈量大，彎管壓制后回彈變形大，實(shí)際幾何尺寸偏離技術(shù)要求，需進(jìn)行校形保證裝配需求。彎管在彎形工序工作效率緩慢，成品率低。研制生產(chǎn)過(guò)程中彎制校形的彎管如圖3所示，由圖3可明顯看出，R36 mm處較其他部位圓度較差。

圖2 壓模

圖3 壓模壓制彎管

3)檢測(cè)難度大。該件為變曲率彎形件，對(duì)空間尺寸要求高，壓制后各彎曲半徑及角度難以檢測(cè)，極大地影響了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。

綜上所述，需對(duì)彎管加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，避免缺陷產(chǎn)生，控制彎曲回彈，彎形后便于檢測(cè)，以改善工作環(huán)境，提高工作效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

3 采取的工藝措施

3.1 總體思路

綜合分析彎管產(chǎn)品特點(diǎn)、公司設(shè)備實(shí)際情況及生產(chǎn)成本，確定在上海國(guó)青機(jī)械有限公司生產(chǎn)的W27YPC-63微電腦控制液壓彎管機(jī)上進(jìn)行彎形，設(shè)計(jì)專(zhuān)用于彎管的彎形模具，通過(guò)試驗(yàn)摸索回彈量對(duì)彎形模具進(jìn)行修正，并設(shè)計(jì)專(zhuān)用檢測(cè)工裝對(duì)彎制后的彎管進(jìn)行檢測(cè)。

在彎形方式上不再采用原先裝砂彎曲方法，選擇在彎管機(jī)上彎曲。此方法不再進(jìn)行篩砂、裝砂和出砂，極大地改善了工作環(huán)境，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。

3.2 彎形工藝過(guò)程

對(duì)彎管機(jī)實(shí)施了技術(shù)改造，在原設(shè)備上增加了芯棒裝置及專(zhuān)用彎制模具。改造后的彎管機(jī)芯棒及模具如圖4所示。

圖4 彎形模具

機(jī)器帶動(dòng)彎模轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，彎管也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，彎管纏繞在模具上彎曲成形。通過(guò)多次進(jìn)行彎管彎制試驗(yàn)，對(duì)芯棒和壓緊模壓力進(jìn)行摸索并進(jìn)行了固化，保證彎制后的彎管能夠達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求。

彎制彎管時(shí)，首先使用模具1(見(jiàn)圖5)將彎管裝配至彎管機(jī)上彎制R36 mm段；然后使用模具2(見(jiàn)圖6)彎制R113 mm段；再使用模具3(見(jiàn)圖7)彎制R55 mm段。

圖5 模具1彎制R36 mm段

圖6 模具2彎制R113 mm段

圖7 模具3

采用W27YPC-63微電腦控制液壓彎管機(jī)彎制的彎管如圖8所示，由圖8可以看出，彎管彎形質(zhì)量良好。

圖8 彎管機(jī)彎制的彎管

3.3 檢測(cè)過(guò)程工藝措施

設(shè)計(jì)生產(chǎn)了彎管彎形檢測(cè)工裝，在彎管彎形后能夠簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地對(duì)彎管進(jìn)行檢測(cè)。彎管檢測(cè)圖如圖9所示。

圖9 彎管檢測(cè)圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)W27YPC-63微電腦控制液壓彎管機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，增加芯棒及專(zhuān)用模具，有效地解決了高強(qiáng)度鋼30CrMnSiA大直徑變曲率薄壁管彎形后存在的皺紋、凹陷等缺陷，提高了工作效率，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。主要改進(jìn)點(diǎn)如下。

1)改變以往采用壓模進(jìn)行彎管彎形的落后生產(chǎn)方式，對(duì)W27YPC-63微電腦控制液壓彎管機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了彎管彎形，改善了工作環(huán)境，節(jié)約了新設(shè)備投入成本。

2)采用芯棒及專(zhuān)用模具并通過(guò)試驗(yàn)摸索彎形回彈量，有效解決了彎管彎形后存在的回彈變形、皺紋和凹陷等缺陷。

3)針對(duì)彎管彎形后變曲率難以檢測(cè)的問(wèn)題，采用專(zhuān)用彎管檢測(cè)工裝進(jìn)行檢測(cè)，提高了工作效率。