【经典回顾】薄壁弯管成形夹具设计和应用

发动机上的主滑油泵回油级出油管中的支管和空气分离器进油管中的支管均系两个半圆片组焊而成，如图1、2所示。其加工工艺是落料、弯曲、机械加工，最后组合焊接，总共需13道工序，该工艺不但生产周期长，而且还需配备四套落料模、四套弯曲模、两套铣床夹具、两套焊接夹具。因为种种原因，产品质量（包括尺寸、形状和外观）有时还得不到保证。为什么要采用这种复杂、繁琐、生产效率不高的工艺方案？能否采用管坯直接弯曲成形，使工艺过程得以简化？为此，我们经过多次实践，采取某些工艺措施，在解决外侧壁厚严重变薄的问题后，创造条件使管坯直接弯曲成形。

弯管夹具

我们详细分析了原来工艺存在的问题，经过多次方案修订，设计了如图3所示的直管弯曲夹具，使管子平稳地顺利通过如图4所示的活动压块11、防皱块5、碗形体心棒3，沿着弯曲型胎4进行弯曲。

图1 主滑油泵回油级出油管中的支管形状

图2  空气分离器进油管中的支管形状

图3  导管弯曲夹具

1-导管  2-心棒  3-弯曲型胎  4-弯管机心轴  5-螺母  6-行程开关  7-活动型块  8-盖板

9-支承板  10-支板  11-压紧螺杆  12-底板  13-压块  14-防皱块  15-凸块  16-弯管机转盘

图4  导管弯曲时工作情况

1-型块  2-钢球  3-碗形体心棒  4-弯曲型胎  5-防皱块  6-管子

7-套筒  8-钢丝绳  9-固定接头  10-丝杆  11-活动压块

工艺措施

除设计弯管夹具外，为保证管子坯料弯曲一次成形，达到尺寸精度，还采取了下列工艺措施。

⑴首先是按图5要求将管子切断、翻边，制作便于装夹弯曲的工艺接头。

图5  弯曲前管子形状

⑵由于弯曲加工过程中所施加的压力，使紧挨切点后边的管子内侧壁形成皱纹，因此，必须配备一紧密贴合弯曲型胎和管子外表面的防皱块。特别是对外径较大（一般为30mm以上）、弯曲半径又较小（一般≤2）的管子更有必要使用防皱块。防皱块的结构形式如图3、4所示。 其前端制造圆弧刃口形，插入弯曲型胎和管子之间，其顶点应紧靠弯曲切点，有效地填满了弯曲型胎和管子内侧之间的间隙，使管子内侧有很大的接触面受到支持，起着支撑管壁，保证管子弯曲时均匀“塑流”的作用。而另一凹槽弧面侧靠来自压块的压紧力将管子压紧，对管子起引导和拉直作用。保证管子顺利地进入弯曲区，防皱块和压块压紧管子的力的大小对防皱来说是一个很重要的因素。压力太大，就会增加管子弯曲过程中的阻力，甚至产生断裂。若压力太小，金属“塑流”活动范围大，起不到防皱作用，因此，压紧力的大小必须在实践中合理的定出。

在弯曲过程中，防皱块与管子接触产生滑动摩擦，因此，既须保证与管子表面接触良好，又须不损伤其表面，并且使接触部位应保持一定硬度和表面光洁度，否则由于刃口的部分损坏，而使管子和弯曲型胎的工作面受损。能否正确使用防皱块，关键在于能否正确地安装，只有型胎、夹块和防皱块三者之间正确地安装好，才能取得预期的效果。

防皱块一般应由工具钢制成，淬火后硬度为50～55HRC，表面粗糙度Ra为1.6mm以上。轴承青铜是制作防皱块的良好材料，能减少阻力和啃咬现象，但不宜用于有色金属的管子弯曲，铬钼钢的防皱块比碳钢的耐用。

⑶采用以钢索将各个碗形体连接而成的多球心棒，如图4中件3。它用于导管直径较大（Φ 40mm以上）和小弯曲半径（弯曲半径≤2 D0）的弯曲。其特点是碗形体重叠后转动自如，它们之间的距离大大缩小，使空隙减少，这与用钢索将各个圆球体连接起来的心棒相比较，更有它独特的优点，保证管子在弯曲变形时能够很好地与碗形体表面接触，起到支撑管壁作用，防止起皱。其缺点是，钢索被拉长影响心棒的安装位置，必须随时调整，并且，钢索末端的结节连接强度不高，经常被拉开拉断，同时碗形球体制造也比较困难。

图6 碗形体

碗形体心棒在通过管子内壁时，其外径从小到大排列，外径差为0.05～0.1mm，目的是使金属逐渐变形而防止破裂。碗形体的材料为CrWMn，硬度HRC为50～55。

⑷弯曲时必须使管子退火软化，提高延伸性能。

⑸在心棒与防皱块、管子内壁以及防皱块紧贴的管子上均匀涂上润滑剂。

结束语

由于采用了上述工艺措施，在TJ 25～60电动机械式弯管机上弯曲，一次性整体弯曲成形。保证了弯曲半径R为65mm和R为81mm等尺寸和技术条件要求，其弯曲圆度在0.5mm以下，弯曲处没有波纹，表面光滑平整。

弯曲后，弯曲半径为65mm的支管，外侧壁厚最薄处为0.65mm，减薄35%；弯曲半径为毫米的支管，外侧壁厚最薄处为0.75mm，减薄25%；实际变薄量与理论计算是基本一致的。弯管截面圆度在0.5mm以下；弯曲处没有波纹，表面光滑平整，完全满足产品的技术要求。

文章来源：《钣金与制作》2010年第4期