厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法技术

本发明专利技术公开一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，包括管坯的设计和模具的设计两方面内容；其中，管坯是一直管，外径有一段阶梯用于装卡，模具分为横梁、连杆、弯曲模、芯棒几部分，连杆、弯曲模、芯棒都各有两个，左、右连杆分别连接在横梁与左右弯曲模在之间，左、右弯曲模下端共同通过一支承销轴枢接旋转；管坯放置在左、右弯曲模的穿管空腔中，左、右芯棒分别自左、右端部穿进管坯。本发明专利技术通过简单的模具将压力机提供的压力转换为弯管的弯曲成形力，所涉工艺适用于厚壁、大管径、小弯径比的大角度弯管道。

【技术实现步骤摘要】
厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法
本专利技术涉及管道成形技术，尤其涉及一种本专利技术应用于大直径、厚壁管道的大弯曲角度小弯曲半径的弯制方法，属于材料加工

技术介绍
高强度、厚壁、大直径钢管是工业设备的重要部件，特别是在石油化工和核电领域有着广泛的应用。现有弯管工艺主要有：压弯、推弯、绕弯等，都需要专用模具或大型专业设备来实现装夹、并提供弯曲成形力。而大型管道在弯曲过程中变形情况复杂，易出现角度回弹、壁厚减薄、椭圆度超标等缺陷，这就导致弯管设备投入大，后续调试周期长，消耗大。而大型弯管又有生产批量小的特点。此外，大型弯管一般需要采用非标管弯制，而大型非标管道一般为锻造管坯加工获得，生产锻造管坯的重型机器厂都有大型压力机。如何在现有大型压力机上采用简单模具或机构，生产大直径、厚壁、小弯曲半径弯管，且内孔表面质量良好、管口定位精度高的大型弯管，成为一个工程技术问题。
技术实现思路
本专利技术涉及一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，解决了在现有大型压力机上实现大直径、厚壁大型管道的小弯曲、大角度弯制的问题，适用于厚壁、大管径、小弯径比的大角度管道的弯曲成形。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法是，取一管坯，置于一模具中；所述模具包括横梁、连杆、弯曲模、芯棒，其中横梁与压力机的活动横梁连接，横梁通过两根连杆分别连接左、右两弯曲模，左、右弯曲模的下端共同通过一支承销轴枢接在一起，使两个弯曲模可以绕支承销轴旋转；左、右弯曲模的内部都具有穿管空腔，所述管坯置于其中，左、右两芯棒分别自左、右弯曲模端部穿进所述管坯；其中一芯棒具有弯曲部，所述弯曲部与成形弯管具有同样的弯曲半径。进一步讲，所述管坯为一直管，所述直管内径与成形弯管内径相同，外径大部分与成形弯管外径相同，只在端部留有一小段阶梯段，所述阶梯段外径比成形弯管外径略大。进一步讲，所述左、右弯曲模的上外部都具有一连接销耳，连接销耳上的上销孔用于穿设连接销轴与所述连杆相连；左、右弯曲模的下外部也都具有一连接销耳，两个连接销耳上的下销孔通过穿设所述支承销轴将两个弯曲模枢接起来。进一步讲，具有弯曲部的所述芯棒，除具有弯曲部外还具有轴肩部、直轴部，所述弯曲部是由直轴部沿上轮廓线自然向下呈圆弧形弯曲，下轮廓线保持不变而成形。进一步讲，具有弯曲部的所述芯棒，弯曲部的弧形角度为θ＝(α/2)+K，其中α为成形弯管的弯曲角度，K＝0～5°。进一步讲，在假设成形弯管的管内径为D0，管外径为D1，弯曲段的弯曲角度为α，弯曲半径为R，一端直管段长度为L0，另一端直管段长度为L1的前提下，所述左弯曲模的尺寸设计如下：设左弯曲模的穿管空腔直径为D5，总长为L5，上、下销孔之间的轴向距离为L4，径向距离为L7；下销孔的中心与穿管空腔中心的径向距离为L6，则同时要求Mmax为弯曲成形过程中最大弯矩，F为压力机施加的压下力，L18是连杆上两个销孔之间的距离；其中△L为长度补偿量，△L1≈D1-D0，△L2＝(0.5～1)*(D1-D0)L6＝RL7：由L4结合强度校核计算获得弯曲模上销孔位置确定D5＝D1+△G1，△G1为装配间隙。所述右弯曲模的尺寸设计如下：设右弯曲模的穿管空腔直径为D6，阶梯空腔直径为D7，空腔总长为L9，阶梯空腔长度为L11，上、下销孔之间的轴向距离为L8，径向距离为L12，下销孔距穿管空腔中心的径向距离为L10，则L8＝L4L9＝L0+1.5(D1-D0)L10＝RL11＝L3＝1.5(D3-D2)L12＝L2-L0-L3+△L2-0.5△L1，D6＝D1+△G2D7＝D4+△G3，D4＝1.5D1-0.5D0△G2、△G3为装配间隙，根据弯管技术要求具体确定。所述具有轴肩部、直轴部和弯曲部的芯棒的尺寸设计如下：设轴肩部直径为D9、厚度为L14，直轴部直径为D8、长度为L13，弯曲部为由直轴部沿上轮廓线自然向下呈圆弧形弯曲，下轮廓线保持不变而成形；其中L14＝0.5(D0-D1)D8＝D1+△G1-△G4D9＝3D1-2D0+△G5其中△L为长度补偿量，△L1≈D1-D0，△L2＝(0.5～1)*(D1-D0)，△G1、△G4、△G5为装配间隙，根据弯管技术要求具体确定。本专利技术有益效果是：本专利技术通过简单的模具将压力机提供的压力转换为弯管的弯曲成形力，在弯曲成形力作用下将内孔装有芯棒的大型管道绕弯曲中心拉拔弯曲成形弯管。所涉弯管工艺适用于成形精密度要求高、厚壁、大管径、小弯径比的大角度管道的弯曲成形。通过本工艺弯曲成形后的管道能保证其中心线的位置度，内部芯棒有利于保证弯管外弧区的轮廓度，同时壁厚变化均匀，椭圆度小。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为弯管示例图；图2为管坯示例图；图3为模具与管坯装夹的初始状态图；图4为模具与管坯装夹，管坯弯曲成形状态图；图5为左弯曲模结构图；图6为右弯曲模结构图；图7为左芯模结构图；图8为右芯棒结构图；图9为横梁结构图；图10为连杆结构图；图11-1为弯管受力分析轴截面图；图11-2为弯管受力分析横截面图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与实施例一起阐释本专利技术。本专利技术所涉及的是厚壁大直径、大弯曲角度小弯曲半径的弯管成形方法，涉及管坯的设计和弯曲模具的设计两方面内容。以图1所示成形后的90°弯管为例，设该弯管的管内径为D0，管外径为D1，弯曲段的弯曲角度为90°，弯曲半径为R，弯曲段一端衔接的直管段长度为L0，另一端衔接的直管段长度为L1。根据这样的弯管，设计制作它所用的管坯，如图2所示，该管坯的设计方法是：取一段直管，外径为阶梯型，端部有一外圆环带，直管总长为L2，内径为D2；第一阶梯段外径为D4、长度为L3，第二阶梯段也就是外圆环带部分外径为D3、长度为L2-L3，L3小于L2，D3小于D4，其中：D2＝D0D3＝D1D4＝D1+0.5(D3-D2)其中△L为长度补偿量，取值可根据数值模拟结果确定；L3＝1.5(D3-D2)。本专利技术设计外圆环带的意义是，因为要将管坯一端卡在弯曲模中，而这一部分要有足够的强度，通过增设长度为L3的管坯外圆环带，可以有足够的强度，在将管坯从弯曲模中被拉出来的过程中，不致使管坯局部变形。管坯设计好后，据此设计弯管模具。管坯4与模具的装配关系见图3、图4所示，图3为初始装配状态，图4为管坯弯曲90°后的状态。模具包括横梁1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，其特征是：取一管坯，置于一模具中；所述模具包括横梁、连杆、弯曲模、芯棒，其中横梁与压力机的活动横梁连接，横梁通过两根连杆分别连接左、右两弯曲模，左、右弯曲模的下端共同通过一支承销轴枢接在一起，使两个弯曲模可以绕支承销轴旋转；左、右弯曲模的内部都具有穿管空腔，所述管坯置于其中，左、右两芯棒分别自左、右弯曲模端部穿进所述管坯；其中一芯棒具有弯曲部，所述弯曲部与成形弯管具有同样的弯曲半径。

【技术特征摘要】
1.一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，其特征是：取一管坯，置于一模具中；所述模具包括横梁、连杆、弯曲模、芯棒，其中横梁与压力机的活动横梁连接，横梁通过两根连杆分别连接左、右两弯曲模，左、右弯曲模的下端共同通过一支承销轴枢接在一起，使两个弯曲模可以绕支承销轴旋转；左、右弯曲模的内部都具有穿管空腔，所述管坯置于其中，左、右两芯棒分别自左、右弯曲模端部穿进所述管坯；其中一芯棒具有弯曲部，所述弯曲部与成形弯管具有同样的弯曲半径。2.根据权利要求1所述的一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，其特征是：所述管坯为一直管，所述直管内径与成形弯管内径相同，外径大部分与成形弯管外径相同，只在端部留有一小段阶梯段，所述阶梯段外径比成形弯管外径略大。3.根据权利要求1所述的一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，其特征是：所述左、右弯曲模的上外部都具有一连接销耳，连接销耳上的上销孔用于穿设连接销轴与所述连杆相连；左、右弯曲模的下外部也都具有一连接销耳，两个连接销耳上的下销孔通过穿设所述支承销轴将两个弯曲模枢接起来。4.根据权利要求1所述的一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，其特征是：具有弯曲部的所述芯棒，除具有弯曲部外还具有轴肩部、直轴部，所述弯曲部是由直轴部沿上轮廓线自然向下呈圆弧形弯曲，下轮廓线保持不变而成形。5.根据权利要求1或4所述的一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，其特征是：具有弯曲部的所述芯棒，弯曲部的弧形角度为θ＝(α/2)+K，其中α为成形弯管的弯曲角度，K＝0～5°。6.根据权利要求3所述的一种厚壁大直径管道的大弯曲角度小弯曲半径的成形方法，其特征是：在假设成形弯管的管内径为D0，管外径为D1，弯曲段的弯曲角度为α，弯曲半径为R，一端直管段长度为L0，另一端直管段长度为L1的前提下，所述左弯曲模的尺寸设计如下：设左弯曲模的穿管空腔直径为D5，总长为L5，上、下销孔之间的轴向距离为L4，径向距离为L7；下销孔的中心与穿管空腔中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓禹，刘凯泉，刘颖，张文辉，
申请(专利权)人：天津重型装备工程研究有限公司，中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：天津;12