小口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒幾何尺寸設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】為解決現(xiàn)有技術(shù)小口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒技術(shù)存在的幾何尺寸難于確定，沒有針對不同規(guī)格管材需要彎曲成設(shè)計(jì)形狀時(shí)勺形芯棒的設(shè)計(jì)方法等問題，本發(fā)明提出一種小口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒幾何尺寸設(shè)計(jì)方法，定義的勺形芯棒的幾何尺寸參數(shù)包括：芯棒總長度L、芯棒與管材內(nèi)壁的單邊間隙δ、芯棒直徑d、勺形曲面中心與芯棒前端的距離L1、勺形曲面中心與芯棒軸線的距離L2和勺形曲面圓角半徑r。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是能快速而精確地對不同規(guī)格管材彎曲成形為設(shè)計(jì)形狀式所需的勺形芯棒的幾何尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，勺形芯棒結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，能夠有效避免截面扁化超標(biāo)和“鵝頭”缺陷的產(chǎn)生，保證了彎管件的質(zhì)量。
【專利說明】小口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒幾何尺寸設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種小口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形技術(shù)，特別涉及到一種小口徑厚壁 管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒幾何尺寸設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 彎管零件由于能夠滿足輕量化、高強(qiáng)度和低消耗等方面的要求，已被廣泛應(yīng)用于 航空和航天等高【技術(shù)領(lǐng)域】。并且，除應(yīng)用于氣體、液體的輸送管路外，也廣泛用作金屬結(jié)構(gòu) 件。數(shù)控彎管技術(shù)不僅能夠使管材塑性彎曲實(shí)現(xiàn)精確成形，而且可以快速形成批量生產(chǎn)能 力，且具有高效、節(jié)能和質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，因而常用于金屬彎管的塑性成形。
[0003] 數(shù)控彎管的模具通常包含彎曲模、夾持模（又稱夾塊）、壓力模（又稱壓塊）、防皺 模（又稱防皺塊）及芯模（又稱芯棒和芯球），芯模在管材彎曲過程中承受較大的摩擦力， 并對彎曲成形的彎管質(zhì)量具有重要的作用。通常，對于直徑小于12mm管材的彎曲，芯模尺 寸較小，處于制造及加工成本的考慮，常采用不帶芯球、前端為圓角的芯棒作為芯模。但是， 采用這種芯模彎曲成形的彎管，常常會(huì)出現(xiàn)截面扁化超標(biāo)和俗稱"鵝頭"的缺陷。所謂截面 扁化超標(biāo)是指彎曲成型后彎曲段直徑和原管材直徑的差值與原管材直徑地比率，即截面扁 化率大于5% ;所謂"鵝頭"是指彎曲成型后在彎管彎曲段外側(cè)形成的類似鵝頭的隆起。這 兩種缺陷均屬于重大質(zhì)量缺陷，有這兩種缺陷的彎管均屬于報(bào)廢品，不能投入使用。為避 免彎曲成形過程中出現(xiàn)上述兩種缺陷，美國專利USP4380917提出了一種勺形芯棒（Spoon Mandrel)，其芯棒端頭的上曲面接近理想的彎管內(nèi)壁形狀，采用該芯棒可以有效防止在彎 曲成型過程中出現(xiàn)上述兩種缺陷。上海交通大學(xué)相關(guān)科技人員對管材彎曲中常用的圓頭 芯棒、勺形芯棒和帶芯球芯棒進(jìn)行了仿真對比，結(jié)果表明勺形芯棒可以同時(shí)減輕截面扁化 及壁厚減薄情況（唐鼎，李大永，彭穎紅.芯棒形式對銅管繞彎成形質(zhì)量影響的仿真研 宄.中國機(jī)械工程，17 (2006) 80-82)。然而，上述技術(shù)文獻(xiàn)均沒有針對勺形芯棒具體幾何尺 寸的設(shè)計(jì)方法的介紹，更沒有針對不同規(guī)格管材在需要彎曲成設(shè)計(jì)形狀時(shí)，如何確定勺形 芯棒幾何尺寸的設(shè)計(jì)方法的介紹。這對勺形芯棒的推廣應(yīng)用造成障礙。顯然，現(xiàn)有技術(shù)小 口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒技術(shù)存在著幾何尺寸難于確定，沒有針對不同規(guī)格管 材需要彎曲成設(shè)計(jì)形狀時(shí)勺形芯棒的設(shè)計(jì)方法等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)小口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒技術(shù)存在的幾何尺寸難 于確定，沒有針對不同規(guī)格管材需要彎曲成設(shè)計(jì)形狀時(shí)勺形芯棒的設(shè)計(jì)方法等問題，本發(fā) 明提出一種小口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒幾何尺寸設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明小口徑厚壁 管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒幾何尺寸設(shè)計(jì)方法定義的勺形芯棒的幾何尺寸參數(shù)包括：芯棒 總長度L、芯棒與管材內(nèi)壁的單邊間隙δ、芯棒直徑d、勺形曲面中心與芯棒前端的距離Lp 勺形曲面中心與芯棒軸線的距離L2和勺形曲面圓角半徑r ;各個(gè)參數(shù)確定方法包括：
[0005] 芯棒總長度L按下式（1)確定，
[0006] L = IOD (I)
[0007] 芯棒與管材內(nèi)壁的單邊間隙δ按下式（2)確定，

【權(quán)利要求】
1. 一種小口徑厚壁管數(shù)控彎曲成形用勺形芯棒幾何尺寸設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方 法定義的勺形芯棒的幾何尺寸參數(shù)包括：芯棒總長度L、芯棒與管材內(nèi)壁的單邊間隙δ、芯 棒直徑d、勺形曲面中心與芯棒前端的距離L1、勺形曲面中心與芯棒軸線的距離LdP勺形曲 面圓角半徑r;各個(gè)參數(shù)確定方法包括： 芯棒總長度L按下式（1)確定， L=IOD(1) 芯棒與管材內(nèi)壁的單邊間隙δ按下式（2)確定，
(2) 芯棒直徑d按下式（3)確定， d=D-2t-2δ(3) 勺形曲面中心與芯棒前端的距離L1按下式（4)確定，
(4) 勺形曲面中心與芯棒軸線距離L2按下式（5)確定， L2=R(5) 勺形曲面圓角半徑r按下式（6)確定，
(6) 上述各式中，L為芯棒總長度，D為擬成形管材外徑，δ為芯棒與管材內(nèi)壁單邊間隙，d為芯棒直徑，t為管材壁厚，L1S勺形曲面中心與芯棒前端的距離，R為管材彎曲半徑，L2為 勺形曲面中心與芯棒軸線的距離，r為勺形曲面圓角半徑，并且，所有參數(shù)的單位均為mm; 獲得上述參數(shù)后，采用三維機(jī)械制圖軟件根據(jù)芯棒總長度L及芯棒直徑d畫出一個(gè)圓 柱體，根據(jù)勺形曲面中心與芯棒前端的距離L1和勺形曲面中心與芯棒軸線的距離L2確定掃 掠中心，以L2為掃掠半徑、以直徑為d的圓為掃掠圖形，對上述圓柱體進(jìn)行切除即得到勺形 曲面，以圓角半徑r對勺形曲面與原有圓柱曲面間的交割線進(jìn)行圓角操作，由此，完成勺形 芯棒的幾何尺寸設(shè)計(jì)和造型。
【文檔編號(hào)】B21D9/04GK104462634SQ201410494352
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】李光俊 申請人:成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司