CN101972795B - 一种金属弯头的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属管材的加工领域，涉及一种金属弯头的加工工艺，该工艺包括下料-成型-胀形、扩口-割口四个步骤，本发明利用水压胀形原理，先将加工管件完全浸入水中，胀形用模芯在液压机侧缸的推动下前进进入加工管件，再通过单向阀朝加工管件内注水，同时继续将胀形用模芯往加工管件中心推进，当加工管件内压力超过管材的最大工作压力时，管材开始变形，加工管件的内、外R凹陷部分随着加工管件内压力的加大，迫使加工管件的表面和模腔贴在一起，达到产品胀形要求。本发明只需经过四道工序即可完成弯头产品的生产，提高了工作效率，产品内无橡胶填充物，避免了扩口时产品表面的凹陷，不需要后续的表面抛光工序。

Description

一种金属弯头的加工工艺

技术领域

本发明属于金属管材的加工领域，具体涉及一种金属弯头的加工工艺。

背景技术

目前国内生产小半径金属弯头（弯曲半径R小于1D），有以下几种方法：①无填充推弯，只适用于直径为25mm以下小R弯头成型，对于延展性差的产品无法实施，例如不锈钢弯头；②灌铅（或其他固体介质，例如石蜡）推弯，工艺太过复杂，在推弯前需将产品封住一端口，推弯后加热取出填充物，产品内壁被填充物严重刮伤；③直接压弯橡胶胀形法，弯头产品在使用三角头成型模成型过程中产生内弯部和外弯部（以下简称为：内、外R）表面不饱满，通过增加填充物胀形解决了上述问题；⑤按传统的胀形方法是采用比产品内径稍小的橡胶胀形第一次，再使用模芯进行第二次扩口。需要经过下料、成型、塞橡皮、胀形、取橡皮、扩口、割口7道工序，胀形时产品表面会残留胀形时的橡胶粉末，需要增加后续清洗工序，如果在胀形过程中有橡胶残留在模腔内，会造成产品表面小凹陷，需要经过后续抛光工序；填充用的橡胶在使用切割和磨削的方法加工成合适大小的过程中，产生的粉尘对工厂环境也会造成一定影响。这种工艺为了保证内、外R表面饱满，需要在管件内塞入和其体积相当的橡胶，由于需要进行二次扩口，使得产品工序增加，以及需要使用大量橡胶，造成产品制造成本高、效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属弯头的加工工艺，该方法速度快、工序少，耗材少，成本低，加工的产品内、外R表面饱满、无凹陷，产品合格率高、解决了现有技术中存在的工序复杂、填充物耗材多、产品有填充物残留、耗时长的技术问题。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：

一种金属弯头的加工工艺，包括以下步骤：

第一步，下料，用下料机将管材切割成加工产品弯头所需长度的管件，并将两端切割成斜切口的形状；

第二步，成型，先将管件的两端内插入仿形模芯，然后将管件放置在三角头模具下模的两个滚轮上，并使管件的短边朝上长边朝下，管件的中间部分正对着两个滚轮的中间，最后合模，用三角头成型模具的三角头上模将管件的中间部分压下，制成弯管坯；

第三步，胀形、扩口：

（1）、准备阶段，先将扩口模具装入一胀形水箱内，水箱的侧壁上开有两个可供胀形用模芯进出的壁孔，壁孔的周围固定有密封垫，然后将胀形模芯和注水胀型模芯分别插入壁孔内，并将注水胀型模芯通过连杆与注水装置连接，最后往胀形水箱内添加胀形所需的水；

（2）、执行阶段，将弯管坯放入扩口模具的模腔内，合模；待模腔内的压力稳定后，同时推动胀形模芯和注水胀型模芯进入弯管坯的两端管口内，同时启动注水装置通过注水涨形模芯向弯管坯内注水，继续推进胀形模芯和注水胀型模芯使弯管坯内的水的压力急剧增加到超过管材最大工作压力，然后关闭注水装置，从扩口模具中退出涨形用模芯，开模，取出半成品弯头；

第四步，割口，将半成品弯头两端多余部分割除，使成品弯头的承口长度满足标准要求。

作为优选，所述的三角头成型模具由三角头上模和具有一对平行滚轮4的下模组成，三角头上模的三角头的端面上开有半圆槽，下模的滚轮的径向上相对应地也开有半圆槽，半园槽的半径等于管件外壁的半径，所述的三角头正对着两个滚轮的中间。

作为优选，所述的扩口模具由两块钢模板拼合而成，扩口模具内设有成品弯头形的模腔，模腔的内弯部和外弯部的弯曲半径R同产品的相同，扩口模具的相邻的两侧边上分别开有与模腔相通的腔口。

作为优选，所述的仿形模芯，整体呈圆柱体，头部的一侧设有与成型后的管件弯曲部相配合的曲面，头部的端面为平面，端面上与曲面相对的一侧设有倒角。

作为优选，所述的注水装置由单向阀、高压溢流阀、管道、电磁阀、储水箱及柱塞泵组成，单向阀通过管道分别与连杆和储水箱相连通，管道位于储水箱内的一端与电磁阀连接，管道还与高压溢流阀连接，高压溢流阀通过回水管与储水箱连通；柱塞泵的出水口与电磁阀的进水口相连接。

作为优选，所述的胀形模芯由锥形头、收缩部、棒体和结合部构成，所述的锥形头约呈圆锥型，锥形头的轴向投影为圆形，锥形头由第一曲面和第二曲面围成，第二曲面为工作面，第二曲面与模腔的外弯部相配合，收缩部位于锥形头与棒体之间，收缩部为45°的倒角，结合部上设有螺纹。

作为优选，在所述的第一步步骤中，如果所采用的管材不属于软态管材，还要将割成斜切口形状的所述管件作退火处理，使所述管件退到软态。

作为优选，所述的模腔和胀形用模芯的表面粗糙度在0.8以上。

本发明的金属弯头的加工工艺适用于铜质、铁质和不锈钢等材料的弯头制造。本发明采用水压胀形原理；由于在成型工序中产品内、外R表面不饱满，产品在扩口工序时可以将胀形和扩口工序合成1道工序，通过胀水方法进行扩口后，管件内、外R表面饱满、无凹陷，不需要经过后续的产品清洗以及表面的抛光工序；本方法制造产品速度快、合格率高，而且整个工艺简单容易操作。

因此，本发明的一种金属弯头的加工工艺具有下述特色：1、利用水压胀形原理，先将加工管件完全浸入水中，然后胀形用模芯在液压机侧缸的推动下前进进入加工管件，使加工管件内腔处于密封状态。再通过单向阀朝加工管件内注水，同时继续将胀形用模芯往加工管件中心推进，模腔内的压力就会不断增大，当加工管件内压力超过管材的最大工作压力时（例如，GB/T18033无缝铜水管和铜气管中对最大工作压力的计算为P=2S·t/（D-0.8t），其中P=最大工作压力，S=材料允许应力，做弯头所用软态铜管S=41.2MPa，t为材料壁厚，D为管材外径），管材开始变形，加工管件的内、外R凹陷部分随着加工管件内压力的加大，迫使加工管件的表面和模腔贴在一起，加工管件完全与模腔贴在一起之后，加工管件内腔压力超过设定值时，多余的水会从高压溢流阀中溢出。2、产品只需要经过下料、成型、扩口、割口4道工序，即可完成产品的生产，3、产品内无橡胶填充物，避免了扩口时产品表面的凹陷，不需要后续的表面抛光工序；4、产品不需要塞、取橡胶，又将胀形和扩口合成一道工序，这样就节省了产品的加工时间。本发明的工艺可加工R=0.6-1.0D的金属弯头。

附图说明：

图1为本发明管件的结构示意图；

图2为本发明第二步三角头部开始将管件压下时状态示意图；

图3为本发明第二步将管件压制成弯管坯时状态示意图；

图4为图3的侧视示意图；

图5为本发明第二步成型后的弯管坯结构示意图；

图6为本发明的第三步涨形、扩口开始时状态示意图；

图7为本发明的第三步胀形、扩口完成时状态示意图；

图8为本发明的半成品弯头结构示意图；

图9为本发明的胀形模芯的结构示意图；

图10为本发明的仿形模芯的结构示意图。

图中：三角头上模1，管件2，仿形模芯3，滚轮4，扩口模具5，胀形模芯6，连杆7，密封圈8，橡胶垫9，胀形水箱10，单向阀11，高压溢流阀12，管道13，电磁阀14，储水箱15，斜切口16，注水胀型模芯17,注水装置18，弯管坯19，半成品弯头20，柱塞泵21，下模22，模腔51，腔口52，内弯部54，外弯部53，锥形头61，第一曲面62，第二曲面63，收缩部64，结合部65，棒体66。

具体实施方式

下面以加工一个两端内孔直径为Φ42mm，厚度为1.5mm的90°的铜弯头为实施例，并结合附图，对本发明作进一步的具体说明。

如图1-10所示，加工工艺步骤如下：

第一步，下料，用下料机将φ42的铜管管材切割成加工产品弯头所需长度的管件2，长度为120/160mm，为了使管件2成型后两边长度保持一致，下料时需将管件2的两端切割成斜切口16的形状（如图1所示）。如果所采用的铜管管材不属于软态管材（国家标准GB/T18033中对软态铜管的定义是硬度为40-75HV/5），则要将管件2再作退火处理，将其退到软态。

第二步，成型，用液压机或冲床，使用三角头模具将管件2压制成弯管坯19。如图2、3、4所示，三角头模具由三角头上模1和具有一对平行滚轮4的下模22组成。三角头上模1的三角头的端面上开有半圆槽，下模22的滚轮4的径向上相对应地也开有半圆槽，半园槽的半径等于管件外壁的半径；三角头正对着两个滚轮4的中间。

成型时，先将管件2的两端内插入仿形模芯3，仿形模芯3如图10所示，整体呈圆柱体，直径略微小于管件2的直径，头部31（插入端）的一侧设有与成型后的管件弯曲部相配合的曲面，曲面的半径等于1.1D，头部31的端面为一平面，端面上与曲面相对的一侧设有倒角。插入仿形模芯3时使两个仿形模芯3的端面相抵，两个仿形模芯3相抵的部位位于管件2的中间，仿形模芯3的曲面一侧正对管件2的短边一侧。

然后将管件2放置在两个滚轮4上，并使管件2的短边朝上长边朝下，管件2中间正对着两个滚轮的中间。启动液压机的主油缸下行，带动三角头上模1三角头部将管件2的中间部分压下，同时带动两滚轮4朝中间方向转动，于是将管件2压制成弯管坯19。通过调整三角头上模1下降的行程，可控制弯管坯19所需要的角度。两个滚轮4相向转动的同时，仿形模芯3也跟着向外退出，当三角头上模1下降到最底部时，管件2压制成所需角度的弯管坯19（如图5所示），同时仿形模芯3被挤出（见图3），最后拔出仿形模芯3，启动液压机的主油缸上行，取出弯管坯19。

第三步，胀形、扩口，

1、准备阶段，先在四柱液压机的工作台上装一个胀形水箱，再将扩口模具5装入胀形水箱10内，如图6、7所示。扩口模具5，如图6所示，由两块钢模板拼合而成，扩口模具5内设有成品弯头形的模腔51，模腔51的内弯部54和外弯部53的弯曲半径R同产品相同，扩口模具5的相邻的两侧边上分别开有与模腔51相通的腔口52。水箱10与扩口模具5的腔口52相对的侧壁上开有两个可供胀形用模芯进出的壁孔，壁孔的周围固定有密封垫9。胀形用模芯分为胀形模芯6和注水胀型模芯17。然后将胀形模芯6和注水胀型模芯17分别插入壁孔内，并将注水胀型模芯17通过连杆7与注水装置连接，注水胀型模芯17和连杆7内设有通孔，最后往胀形水箱10内添加胀形所需的水。

2、执行扩口涨形阶段，将弯管坯19放入扩口模具5的模腔51内，启动液压机的主缸下行，合模并用主缸保压，待模腔51内的压力稳定后，再启动液压机的两侧油缸，同时推动胀形模芯6和注水胀型模芯17进入弯管坯19的两端管口内，同时启动注水装置通过注水涨形模芯向弯管坯19内注水，由于胀形模芯6和注水胀型模芯17的直径大于弯管坯19两端的管口直径，弯管坯19两端的管口被强行撑大，同时使胀形模芯6和注水胀型模芯17两者之间的弯管坯19内形成封闭的空间，随着两个胀形模芯继续的推进使弯管坯19内的水的压力急剧增加，迫使弯管坯19凹陷部位往模腔51的内壁贴靠，当管内压力超过铜管的最大工作压力时，凹陷部分在水压下胀形整圆变得饱满，最终与模腔51的内壁形状一致。此时关闭注水装置，从模具退出涨形模芯，启动液压机的主缸上行，开模，取出半成品弯头20（如图8所示）。整个过程8秒内便可完成，整个工序各个步骤可在液压机上利用PLC程序实现自动化。胀形模芯推入的深度可按照产品承口的要求决定。为了减小弯管坯19与模腔51、胀形模芯之间的摩擦，模腔51、胀形模芯6的表面粗糙度应在0.8以上。

     注水装置如图6、7所示，由单向阀11、高压溢流阀12、管道13、电磁阀14、储水箱15及柱塞泵21组成，注水装置通过内设有孔的连杆7与胀形模芯6相连接。连杆7通过管道13、经单向阀11与储水箱15相连通，管道13与连杆7的连接段为软管。管道13位于储水箱15内的一端与电磁阀14连接，管道13还与高压溢流阀12连接，高压溢流阀12溢出的水通过回水管，回流到储水箱内；高压溢流阀12的压力设定应大于管材最大工作压力，通常设置为5MPa左右。柱塞泵21的出水口与电磁阀14的进水口相连接。注水装置的工作原理是：电磁阀14开启储水箱15内的水依次通过单向阀11、管道13、连杆7及胀形模芯6进入弯管坯19内；当弯管坯19腔内的压力超过注水的压力时单向阀11停止注水，当弯管坯19内的压力超过高压溢流阀12所设定的压力时，高压溢流阀12便溢流排水；当胀形模芯6进到扩口模具5的最大弯部时，高压溢流阀12停止排水，此时弯管坯19的承口尺寸以及内、外R尺寸都已经达到标准要求。

胀形模芯6如图9所示由锥形头61、收缩部64、棒体66和结合部65构成，锥形头约呈圆锥型，其轴向投影为圆形，锥形头61由第一曲面62和第二曲面63围成，第二曲面63为工作面，在胀形时对弯管坯19进行挤压，第二曲面63与模腔51的外弯部53相配合（如图7所示），锥形头61与棒体66之间为收缩部64，收缩部64用于对弯管坯19进行承口处的成型处理，为45°的倒角，棒体66的直径为承口大小Φ42.2，结合部65与连杆7螺纹连接。注水胀型模芯17与胀形模芯6的不同点是模芯的轴向钻有通孔。

第四步，割口，用仪表车床将半成品弯头20两端多余部分割除制成成品弯头，使成品弯头的承口长度满足产品标准要求。

经过发明人反复试验并对比发现，采用传统的橡胶胀形方法，每10000件产品需要使用20Kg左右橡胶，这样既增加了填充物成本，橡胶粉末也会对工厂环境造成一定的影响；橡胶胀形工序每个班能生产670件产品，胀形时管件表面有残留橡胶粉末，需要经过清洗表面残留；如模腔内有残留粉末就会造成产品表面凹陷，需要经过后续的抛光处理，整体合格率不足95%。然而通过本发明的加工工艺，每个班能生产2400件产品，而且产品内、外R饱满、无凹陷，整体合格率达到98%以上；不仅节约了填充物的使用，还使生产工序减少一步，大大提高了产品的生产效率。从而验证了本工艺胀形工序简单、生产效率高、产品美观、产品合格率高、制造过程环保的优点。

Claims (10)

1.一种金属弯头的加工工艺，其特征在于包括以下步骤：

第一步，下料，用下料机将管材切割成加工产品弯头所需长度的管件，并将两端切割成斜切口的形状；

第二步，成型，先将管件的两端内插入仿形模芯，然后将管件放置在三角头模具下模的两个滚轮上，并使管件的短边朝上长边朝下，管件的中间部分正对着两个滚轮的中间，最后合模，用三角头成型模具的三角头上模将管件的中间部分压下，制成弯管坯；

第三步，胀形、扩口：

（1）、准备阶段，先将扩口模具装入一胀形水箱内，水箱的侧壁上开有两个可供胀形用模芯进出的壁孔，胀形用模芯包括胀形模芯和注水胀形模芯，壁孔的周围固定有密封垫，然后将胀形模芯和注水胀形模芯分别插入壁孔内，并将注水胀形模芯通过连杆与注水装置连接，最后往胀形水箱内添加胀形所需的水；

（2）、执行阶段，将弯管坯放入扩口模具的模腔内，合模；待模腔内的压力稳定后，同时推动胀形模芯和注水胀形模芯进入弯管坯的两端管口内，同时启动注水装置通过注水胀形模芯向弯管坯内注水，继续推进胀形模芯和注水胀形模芯使弯管坯内的水的压力急剧增加到超过管材最大工作压力，然后关闭注水装置，从扩口模具中退出胀形用模芯，开模，取出半成品弯头；

第四步，割口，将半成品弯头两端多余部分割除，使成品弯头的承口长度满足标准要求。

2.根据权利要求1所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：所述的三角头成型模具由三角头上模和具有一对平行滚轮的下模组成，三角头上模的三角头的端面上开有半圆槽，下模的滚轮的径向上相对应地也开有半圆槽，半圆槽的半径等于管件外壁的半径，所述的三角头正对着两个滚轮的中间。

3.根据权利要求1所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：所述的扩口模具由两块钢模板拼合而成，扩口模具内设有成品弯头形的模腔，模腔的内弯部和外弯部的弯曲半径同产品的相同，扩口模具的相邻的两侧边上分别开有与模腔相通的腔口。

4.根据权利要求1所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：所述的仿形模芯，整体呈圆柱体，头部的一侧设有与成型后的管件弯曲部相配合的曲面，头部的端面为平面，端面上与曲面相对的一侧设有倒角。

5.根据权利要求1所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：所述的注水装置由单向阀、高压溢流阀、管道、电磁阀、储水箱及柱塞泵组成，单向阀通过管道分别与连杆和储水箱相连通，管道位于储水箱内的一端与电磁阀连接，管道还与高压溢流阀连接，高压溢流阀通过回水管与储水箱连通，柱塞泵的出水口与电磁阀的进水口相连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：所述的胀形模芯由锥形头、收缩部、棒体和结合部构成，所述的锥形头约呈圆锥型，锥形头的轴向投影为圆形，锥形头由第一曲面和第二曲面围成，第二曲面为工作面，第二曲面与模腔的外弯部相配合，收缩部位于锥形头与棒体之间，收缩部为45°的倒角，结合部上设有螺纹。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：在所述的第一步步骤中，如果所采用的管材不属于软态管材，还要将割成斜切口形状的所述管件作退火处理，使所述管件退到软态。

8.根据权利要求6所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：在所述的第一步步骤中，如果所采用的管材不属于软态管材，还要将割成斜切口形状的所述管件作退火处理，使所述管件退到软态。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：所述的模腔和胀形用模芯的表面粗糙度在0.8以上。

10.根据权利要求8所述的一种金属弯头的加工工艺，其特征在于：所述的模腔和胀形用模芯的表面粗糙度在0.8以上。

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