CN115318899B - 一种弓形管件的弯曲成形模具及弯曲方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种弓形管件的弯曲成形模具及弯曲方法。在三向液压机上使用，所述弯曲成形模具由上模、上模板、下模、下模板、左侧模、右侧模、左侧模板、右侧模板、垫模、压块、导板、顶杆等组成；左、右侧模的内侧装入垫模、压块，前后两侧与下模板之间设置半工字形导板，防止液压机左、右滑块工进时受到弯曲；下模的中部型腔为半圆柱孔，左、右两侧型腔向上翘起形成弯脖，左、右端部型腔向下弯曲，左、右弯脖里端、外端的弯曲圆角的型腔为半椭圆形。弯曲成形方法分为三个阶段：在上模下压的第一阶段、第三阶段，左侧模、右侧模推动管坯端部轴向进给，制得到大落差的弓形管件。本发明具有弯曲圆角外侧壁厚减薄率小、内侧不产生褶皱及横截面不塌陷等优点。

Description

一种弓形管件的弯曲成形模具及弯曲方法

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管塑性成形技术领域，特别是涉及一种弓形管件的弯曲成形模具及其弯曲方法。

背景技术

弓形管件总体呈左右对称结构(见图1)，由横梁、左侧弯脖、右侧弯脖、左端拳部、右端拳部组成。左侧弯脖、右侧弯脖向上弯曲，与横梁之间的夹角分别为B₁，形成管件弯曲圆角I；左端拳部、右端拳部向下弯曲，形成管件弯曲圆角II。横梁、左侧弯脖、右侧弯脖的横截面均为空心圆，外径d₁、壁厚t₁，左端拳部、右端拳部的横截面外径d₂小于外径d₁、壁厚t₂大于t₁；管件弯曲圆角I、管件弯曲圆角II的横截面为空心椭圆，管件弯曲圆角I的内侧半径为R₁、外侧半径R₂，R₁小于横梁的外径d₁；管件弯曲圆角II的内侧半径为R₃、外侧半径R₄，R₃小于端部的外径d₂；左端拳部、右端拳部与横梁的夹角为B₀，高度差H₁＝(1.2～2.0)d₁。

该类弓形管件尺寸较大，横梁外径d₁＝φ(110～180)mm，壁厚t₁＝(12～18)mm，可以直接作为汽车前轴，也可以通过后续的整体压制成形制得大落差空心矩形截面前轴，在保障汽车前轴强度刚度的前提下减轻产品的重量。

该类弓形管件采用传统的绕弯方法或普通冲压弯曲方法制造，弯曲成形难度大，成形质量难于保证，主要在于：

(1)形状较复杂，左侧弯脖、右侧弯脖的里端、外端分别存在内侧半径较小的管件弯曲圆角I、管件弯曲圆角II，成形时内侧容易产生褶皱。

(2)左端拳部、右端拳部的内径小于左侧弯脖、右侧弯脖的内径，无法有效使用芯轴，管件弯曲圆角I、管件弯曲圆角II成形时外侧减薄率大，横截面容易产生塌陷缺陷。

(3)左端拳部、右端拳部与横梁的高度差较大，最大可达横梁外径d₁的2倍。

发明内容

针对弓形管件传统的绕弯方法或普通冲压弯曲方法存在的上述不足，本发明提供一种弓形管件的弯曲成形模具及弯曲方法。该发明可在一道工序中，同时成形左侧弯脖、右侧弯脖里端的两个弯曲圆角以及外端的两个弯曲圆角，生产效率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种弓形管件的弯曲成形模具，所述成形模具包括上模、上模板、下模、下模板、左侧模、右侧模、左侧模板、右侧模板、垫模、压块、导板及顶杆，所述上模与上模板连接，并固定在三向液压机的主滑块上；所述下模底部设置长度L的凸台，嵌入到下模板的键槽a中，凸台左右两侧支撑在下模板上平面上，下模板安装在所述三向液压机的工作台上。左侧弯脖、右侧弯脖向上弯曲，与横梁夹角为B₁；左端拳部、右端拳部向下弯曲，与横梁夹角为B₀；横梁、左侧弯脖、右侧弯脖的横截面外径为φd₁、壁厚为t₁，左端拳部、右端拳部的横截面外径φd₂小于d₁、壁厚t₂大于t₁；左端拳部、右端拳部与横梁的高度差H₁＝(1.2～2.0)d₁。

所述左侧模、右侧模的结构相同，连接在左侧模板、右侧模板上，并且安装在三向液压机的左滑块、右滑块上。左侧模为上部窄下部宽的块状体，内侧中部装入垫模、压块，用于夹持管坯端部；左侧模的下部前后两侧设置凸缘，凸缘与下模板之间设置半工字形导板，导板的下臂嵌入到下模板的键槽b中，导板的上臂通过滑板c压在左侧模的凸缘上，保证左侧模工进时导向，防止液压机左滑块受到弯矩作用；左侧模在下模板上左右滑动，两者之间设置滑板a、滑板b。

所述下模为条形块状结构，底部设置凸台，上侧设置型腔，中部型腔为半圆柱孔或阶梯形半圆柱孔，半径为R₅、长度为L₁；中部型腔左右两侧向上翘起形成弯脖，左侧弯脖型腔、右侧弯脖型腔的半圆孔半径为R₅，与中部型腔形成下模弯曲圆角I；左端型腔、右端型腔向下弯曲，与左右两侧的弯脖形成下模弯曲圆角II。下模弯曲圆角I、下模弯曲圆角II的型腔为半椭圆，前后方向的长轴b₁＝(2.10-2.20)R₅，高度方向的短半轴a₁＝(0.84-0.94)R₅。左端型腔、右端型腔与中部型腔的高度差H₂＝(2.4～4.0)R₅。

下模底部设置的凸台长度L、高度H直接影响下模的强度，长度L应为中部型腔长度L₁的(1.40-1.60)倍，高度H不小于50mm。

所述下模板为块体，上平面中部设置长L、深H的键槽a，用于容纳下模底部的凸台，上平面左右两端中部设置安装滑板b的键槽c。下模板左右两端的前后两侧下部设置键槽b用于容纳导板的下臂，并通过螺钉将导板固定在下模板上。下模板下部设置顶杆孔、螺钉孔。

所述下模板安装在三向液压机的工作台上，在下模板的下面中心设置直径d₃的定位孔，在液压机的工作台上表面中心设置直径d₃的圆柱孔，通过安装中心键保证模具在工作台上的准确定位，同时防止模具在工作时左右窜动。

一种弓形管件弯曲成形方法的工艺步骤如下：

步骤1：

管坯上料。顶杆向上顶出，上料机械手将管坯放置在顶杆上，保证管坯轴线与左侧模、右侧模中心孔的轴线等高。

步骤2：

管坯左右定位，三向液压机左滑块、右滑块分别带动左侧模、右侧模工进，使管坯端部滑入压块内腔，并顶在垫模的前平面上。

步骤3：

第一阶段弯曲，三向液压机主滑块带动上模向下压缩管坯中部，压下量s₁，s₁为总压下量s的0.20～0.30倍，顶杆托着管坯中部同步向下运动，同时液压机左滑块、右滑块带动左侧模、右侧模由两侧向内工进，单侧进给量s₂，s₂＝(0.40～0.60)s₁。

步骤4：

第二阶段弯曲，三向液压机主滑块带动上模继续压下，压下量s₃为总压下量s的0.45～0.55倍，顶杆托着管坯同步向下运动，左侧模、右侧模不进给。

步骤5：

第三阶段弯曲，三向液压机主滑块带动上模继续压下s₄，直至上模、下模的分模面合模，顶杆托着管坯同步向下运动；同时液压机左滑块、右滑块带动左侧模、右侧模向内工进，单侧进给量s₅＝(0.40～0.60)s₄。

步骤6：

三向液压机左滑块、右滑块分别带动左侧模、右侧模回程，三向液压机主滑块带动上模回程；

步骤7：

顶杆将弓形管件顶出，取件机械手取件。

本发明的有益效果是：该发明可以制造大落差的弓形管件，左、右拳部与横梁之间的落差可达横梁外径的2倍；成形质量好，弯曲圆角的外侧壁厚减薄率小、内侧不产生起皱，横截面不产生塌陷；在一道工序中，同时成形左侧弯脖、右侧弯脖里端的两个弯曲圆角以及外端的两个弯曲圆角，生产效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对弓形管件弯曲成形模具及弯曲方法作进一步说明。

图1是弓形管件的结构示意图；

图2是弓形管件弯曲圆角I的横截面的结构示意图；

图3是弓形管件的弯曲成形模具的主视(剖视)图；

图4是弓形管件的弯曲成形模具主视图的A-A剖视图；

图5是弓形管件的弯曲成形模具下模的结构示意图；

图6是弓形管件的弯曲成形模具下模中部型腔B-B剖面图；

图7是弓形管件的弯曲成形模具下模弯曲圆角I型腔的C-C剖面图；

图8是弓形管件的弯曲成形模具的左侧模的结构示意；

图9是弓形管件的弯曲成形模具左侧模的P向视图；

图10是弓形管件的弯曲成形模具下模板的结构示意图；

图11是弓形管件的弯曲成形模具下模板的B-B剖视图。

在上述附图中，1-弓形管件，1a-左端拳部，1a'-右端拳部，1b-左侧弯脖，1b'-右侧弯脖，1c-横梁，1d-管件弯曲圆角I，1e-管件弯曲圆角II，2-左侧模板，2a-右侧模板，3-左侧模，3a-右侧模，3b-凸缘，4-垫模，5-压块，6-上模板，7-上模，8-导板，9-下模板，9a-键槽a，9b-键槽b，9c-键槽c，9d-顶杆孔，9e-螺钉孔，9f-定位孔，10-顶杆，11-下模，11a-左端型腔，11a'-右端型腔，11b-左侧弯脖型腔，11b'-右侧弯脖型腔，11c-中部型腔，11d-下模弯曲圆角I，11e-下模弯曲圆角II，11f-凸台，12.滑板a，13-滑板b，14-滑板c。

具体实施方式

实施例

一种弓形管件的弯曲成形模具，在三向液压机上使用。所述成形模具由上模7、上模板6、下模11、下模板9、左侧模3、右侧模3a、左侧模板2、右侧模板2a、垫模4、压块5、导板8及顶杆10等组成。所述上模7通过螺钉连接在上模板6，并固定在三向液压机的主滑块上；下模11通过底部设置的长度L的凸台11f嵌入到下模板9的键槽a(9a)中，下模11底部凸台两侧支撑在下模板9上平面上，下模板9安装在三向液压机的工作台上。

所述左侧模3、右侧模3a的结构相同，连接在左侧模板2、右侧模板2a上，并且安装在三向液压机的左滑块、右滑块上。左侧模3为上部窄下部宽的块状体，内侧中部装入垫模4、压块5，用于夹持管坯端部；左侧模3的下部前后两侧设置凸缘3b，凸缘3b与下模板9之间设置半工字形导板8，导板8的下臂嵌入到下模板9的键槽b(9b)中，导板8的上臂通过滑板c(14)压在左侧模3的凸缘3b上，保证左侧模3工进时导向，防止液压机左滑块受到弯矩作用；左侧模3在下模板9上左右滑动，两者之间设置滑板a(12)、滑板b(13)。

所述下模11为条形块状结构，底部设置长度为L的凸台11f，上侧设置型腔，中部型腔11c为半圆柱孔或阶梯形半圆柱孔，长度L₁＝980mm，半径R₅＝61.5mm，型腔与上平面过渡圆弧半径R₆＝15mm；中部型腔11c左右两侧向上翘起形成弯脖，左侧弯脖型腔11b、右侧弯脖型腔11b'为半径R₅＝61.5mm的半圆孔，与中部型腔11c形成下模弯曲圆角I(11d)；左端型腔11a、右端型腔11a'向下弯曲，与左侧、右侧的弯脖形成下模弯曲圆角II(11e)。下模弯曲圆角I(11d)、下模弯曲圆角II(11e)的型腔为半椭圆，前后方向的长轴b₁＝134mm，高度方向的短半轴a₁＝53mm，型腔与上平面过渡圆弧半径R₇＝15mm。左端型腔(11a)、右端型腔(11a')与中部型腔11c的高度差H₂＝200mm，为半径R₅的3.25倍。

下模底部设置的凸台11f的长度L、高度H直接影响下模的强度，长度L＝1520mm，高度H＝90mm。

所述下模板9为块体，上平面中部设置长L、深H的键槽a(9a)，用于容纳下模11底部的凸台11f，上平面左右两端中部设置安装滑板b(13)的键槽c(9c)。下模板9左右两端的前后两侧下部设置键槽b(9b)用于容纳导板8的下臂，并通过螺钉将导板8固定在下模板9上。下模板9下部设置顶杆孔9d、螺钉孔9e。

所述下模板9安装在三向液压机的工作台上，在下模板9的下面中心设置直径d₃＝φ120mm的定位孔9f，在液压机的工作台上表面中心设置直径d₃的圆柱孔，通过安装中心键保证模具在工作台上的准确定位，同时防止模具在工作时左右窜动。

弯曲成形得到的弓形管件1，左侧弯脖1b、右侧弯脖1b'向上弯曲，与横梁1c之间的夹角分别为B₁＝47.2°，形成管件弯曲圆角I(1d)；左端拳部1a、右端拳部1a'向下弯曲，形成管件弯曲圆角II(1e)。横梁1c、左侧弯脖1b、右侧弯脖1b'的横截面为空心圆，外径d₁＝φ121mm、壁厚t₁＝15mm；左端拳部1a、右端拳部1a'的横截面外径d₂＝φ115mm、壁厚t₁＝16mm；管件弯曲圆角I(1d)、管件弯曲圆角II(1e)的横截面为空心椭圆，前后方向的长轴b₀＝132mm、高度方向的短轴为a₀＝104mm；管件弯曲圆角I(1d)的内侧半径R₁＝110mm，外侧半径R₂＝230mm；管件弯曲圆角II(1e)的内侧半径为R₃＝105mm、外侧半径R₄＝170mm。横梁1c为阶梯形圆管，两侧较中部高H₀＝25mm。左端拳部1a、右端拳部1a'与横梁1c之间的夹角为B₀＝3°，与横梁1c的高度差H₁＝200mm。

一种根据权利要求1所述的弓形管件弯曲成形模具的成形方法，包括如下步骤：

步骤1：

管坯上料，顶杆10向上顶出，上料机械手将管坯放置在顶杆10上，保证管坯轴线与左侧模3、右侧模3a中心孔的轴线等高。

步骤2：

管坯左右定位，三向液压机的左滑块、右滑块分别带动左侧模3、右侧模3a工进，使管坯的端部滑入压块5内腔，并顶在垫模4的前平面上。

步骤3：

第一阶段弯曲，三向液压机的主滑块带动上模7向下压管坯中部，压下量s₁＝50mm，s₁为总压下量s＝200mm的0.25倍；顶杆10托着管坯中部同步向下运动，同时液压机左滑块、右滑块带动左侧模3、右侧模3a由两侧向内工进，单侧进给量s₂＝25mm。

步骤4：

第二阶段弯曲，三向液压机的主滑块带动上模7继续压下，压下量s₃＝100mm，顶杆10托着管坯同步向下运动，左侧模3、右侧模3a不进给。

步骤5：

第三阶段弯曲，三向液压机的主滑块带动上模7继续压下，压下量s₄＝50mm，顶杆10托着管坯同步向下运动，直至上模7、下模11的分模面合模；同时液压机左滑块、右滑块带动左侧模3右侧模3a由两侧向内工进，单侧进给量s₅＝25mm。

步骤6：

液压机左滑块、右滑块分别带动左侧模3、右侧模3a回程，液压机主滑块带动上模7回程。

步骤7：

顶杆10将弓形管件1顶出，取件机械手取件。

Claims (5)

1.一种弓形管件的弯曲成形模具，所述弓形管件由横梁(1c)、左侧弯脖(1b)、右侧弯脖(1b')、左端拳部(1a)、右端拳部(1a')组成，所述左侧弯脖(1b)、右侧弯脖(1b')向上弯曲，与横梁(1c)夹角为B₁；左端拳部(1a)、右端拳部(1a')向下弯曲，与横梁(1c)夹角为B₀；横梁(1c)、左侧弯脖(1b)、右侧弯脖(1b')的横截面外径为φd₁、壁厚为t₁，左端拳部(1a)、右端拳部(1a')的横截面外径φd₂小于d₁、壁厚t₂大于t₁；左端拳部(1a)、右端拳部(1a')与横梁(1c)的高度差H₁＝(1.2～2.0)d₁；其特征在于：所述弯曲成形模具包括上模(7)、上模板(6)、下模(11)、下模板(9)、左侧模(3)、右侧模(3a)、左侧模板(2)、右侧模板(2a)、垫模(4)、压块(5)、导板(8)及顶杆(10)；所述上模(7)与上模板(6)连接，并固定在三向液压机的主滑块上；所述下模(11)底部设置长度L的凸台(11f)，嵌入到下模板(9)的键槽a(9a)中，凸台(11f)左右两侧支撑在下模板(9)上平面上，下模板(9)安装在液压机的工作台上；

所述左侧模(3)、右侧模(3a)的结构相同，连接在左侧模板(2)、右侧模板(2a)上，并且安装在三向液压机的左滑块、右滑块上；左侧模(3)为上部窄下部宽的块状体，内侧中部装入垫模(4)、压块(5)，用于夹持管坯端部；左侧模(3)的下部前后两侧设置凸缘(3b)，凸缘(3b)与下模板(9)之间设置半工字形导板(8)，导板(8)的下臂嵌入到下模板(9)的键槽b(9b)中，导板(8)的上臂通过滑板c(14)压在左侧模(3)的凸缘(3b)上，保证左侧模(3)工进时导向，防止三向液压机左滑块受到弯曲；左侧模(3)在下模板(9)上左右滑动，两者之间设置滑板a(12)、滑板b(13)；

所述下模(11)为条形块状结构，底部设置凸台(11f)，上侧设置型腔，中部型腔(11c)为半圆柱孔或阶梯形半圆柱孔(图6)，长度为L₁、半径为R₅，R₅较横梁(1c)的外半径(即d₁/2)大0.5～1.0mm；中部型腔(11c)左右两侧向上翘起形成弯脖，左侧弯脖型腔(11b)、右侧弯脖型腔(11b')的半圆孔半径为R₅，与中部型腔(11c)形成下模弯曲圆角I(11d)；左端型腔(11a)、右端型腔(11a')向下弯曲，与左右两侧的弯脖形成下模弯曲圆角II(11e)；下模弯曲圆角I(11d)、下模弯曲圆角II(11e)的型腔为半椭圆，长轴在前后方向，短半轴在高度方向；左端型腔(11a)、右端型腔(11a')与中部型腔(11c)的高度差H₁＝(2.4～4.0)R₅；

所述下模板(9)为块体，上平面中部设置长L、深H的键槽a(9a)，用于容纳下模(11)底部的凸台(11f)，上平面左右两端中部设置安装滑板b(13)的键槽c(9c)；下模板(9)左右两端的前后两侧下部设置键槽b(9b)用于容纳导板(8)的下臂，并通过螺钉将导板(8)固定在下模板(9)上；下模板(9)下部设置顶杆孔(9d)、螺钉孔(9e)。

2.根据权利要求1所述的弓形管件的弯曲成形模具，其特征在于：下模弯曲圆角I(11d)、下模弯曲圆角II(11e)的型腔为半椭圆，前后方向的长轴b₁＝(2.10-2.20)R₅，高度方向的短半轴a₁＝(0.84-0.94)R₅。

3.根据权利要求1所述的弓形管件的弯曲成形模具，其特征在于：所述下模(11)底部凸台(11f)的长度L、高度H直接影响下模的强度，凸台长度L应为中部型腔(11c)的长度L₁的(1.40-1.60)倍，高度H不小于50mm。

4.根据权利要求1所述的弓形管件的弯曲成形模具，其特征在于：所述下模板(9)的下表面中心加工直径d₃的定位孔(9f)，在所述三向液压机的工作台上表面中心设置直径d₃的圆柱孔，通过安装中心键保证模具在工作台上的准确定位，同时防止模具在工作时左右窜动。

5.一种根据权利要求1所述的弓形管件弯曲成形模具的成形方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：

管坯上料，顶杆(10)向上顶出，上料机械手将管坯放置在顶杆(10)上，保证管坯轴线与左侧模(3)、右侧模(3a)中心孔的轴线等高；

步骤2：

管坯左右定位，三向液压机的左滑块、右滑块分别带动左侧模(3)、右侧模(3a)工进，使管坯的端部滑入压块(5)内腔，并顶在垫模(4)的前平面上；

步骤3：

第一阶段弯曲，三向液压机的主滑块带动上模(7)向下压管坯中部，压下量s₁为总压下量s的0.20～0.30倍，顶杆(10)托着管坯中部同步向下运动，同时液压机左滑块、右滑块带动左侧模(3)、右侧模(3a)由两侧向内工进，单侧进给量s₂＝(0.40～0.60)s₁；

步骤4：

第二阶段弯曲，三向液压机的主滑块带动上模(7)继续压下，压下量s₃为总压下量s的0.40～0.60倍，顶杆(10)托着管坯同步向下运动，左侧模(3)、右侧模(3a)不进给；

步骤5：

第三阶段弯曲，三向液压机的主滑块带动上模(7)继续压下，压下量s₄，顶杆(10)托着管坯同步向下运动，直至上模(7)、下模(11)的分模面合模；同时液压机左滑块、右滑块带动左侧模(3)、右侧模(3a)由两侧向内工进，单侧进给量s₅＝(0.40～0.60)s₄；

步骤6：

三向液压机左滑块、右滑块分别带动左侧模(3)、右侧模(3a)回程，三向液压机主滑块带动上模(7)回程；

步骤7：

顶杆(10)将弓形管件(1)顶出，取件机械手取件。