一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置及其成形方法

摘要

本发明提出一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置及其成形方法。该装置主要包括模架、上、下模，上、下齿轮，摇臂，齿条，弯曲推块，橡皮囊，推杆等，要进行推弯成形的空心薄壁管件套在橡皮囊上，利用齿轮机构将小半径推弯的圆周运动转化为齿条的直线运动，并通过齿轮力的传递给齿条，继而通过液压机的推头控制齿条力的平衡，完成薄壁小半径导管弯曲制成小半径弯头。所述方法利用上述装置，利用橡皮囊代替金属芯棒或填料，利用液压油使橡皮囊紧贴模具内壁，通过液压系统施压完成弯管推弯的制作。本发明能在减少或不增加焊缝的基础上增加弯段圆度，相对弯曲半径能达到0.75-1，具有零件整体性好、壁厚均匀、强度与刚度高、无周向焊缝等优点。

权利要求

1.一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置，其特征在于，所述的推弯成形装置包括：模架(1)，下模(2)，上模(3)，下齿轮(4)，上齿轮(5)，摇臂(6)，齿条(7)，弯曲推块(8)，橡皮囊(9)，橡皮垫块(10)，夹紧螺栓(11)，夹紧螺母(12)，以及推杆(13)；所述的模架(1)为上端和前端形成有开口的长方形箱体结构，并且左侧面上端或者右侧面上端凹陷形成有一个半圆形开口(14)；所述的下齿轮(4)以转动的方式设置在模架(1)上前端开口的下部；所述的下模(2)设置在模架(1)的内部上方，下模(2)的前端中部形成有一个矩形开口(15)，下模(2)的表面上凹陷形成有一个半U形槽(16)，半U形槽(16)的纵截面为半圆形，半U形槽(16)的直线部位的外端位于下模(2)的左侧边或者右侧边上，且与模架(1)左侧面上端或者右侧面上端凹陷形成的半圆形开口(14)相连通，半U形槽(16)的弯曲部位的内端与直线部位的内端相连，外端位于下模(2)前端的边上，与下模(2)前端的矩形开口(15)连通；所述的上模(3)与下模(2)的结构相对称，设置在下模(2)的上部；所述的摇臂(6)垂直连接在下齿轮(4)和上齿轮(5)之间，并且位于下模(2)和上模(3)上的矩形开口(15)内；所述的上齿轮(5)位于下齿轮(4)的正上方，且上部位于上模(3)的外部；所述的弯曲推块(8)呈圆弧形，放置在下模(2)表面上的半U形槽(16)的弯曲部位，并且弯曲推块(8)的一端与摇臂(6)的中部相连接；所述的橡皮囊(9)一端形成有一个开孔，内部充油后呈圆柱体形，放置在下模(2)表面上的半U形槽(16)的直线部位，要进行推弯成形的空心薄壁管件(20)套在橡皮囊(9)上；在弯曲推块(8)和橡皮囊(9)之间设置有圆柱形的橡皮垫块(10)；所述的夹紧螺栓(11)部分结构位于橡皮囊(9)上开孔的内部，另一部分结构位于橡皮囊(9)上开孔的外部，并且夹紧螺栓(11)的轴心部位贯通形成有一个注油孔(17)；所述的夹紧螺母(12)套在橡皮囊(9)上具有开孔的一端的外部，并固定住夹紧螺栓(11)位于橡皮囊(9)上开孔的外部；所述的推杆(13)的一端与夹紧螺母(12)的外端相连接，另一端贯穿半U形槽(16)的直线部位的外端开口及模架(1)上的半圆形开口(14)而与液压机的右推头(19)相连接；所述的齿条(7)沿左右方向水平设置在上模(3)的上方，并且与上齿轮(5)相啮合，同时齿条(7)的一端与液压机的左推头(18)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置，其特征在于，所述的弯曲推块(8)的外径与半U形槽(16)的宽度，以及空心薄壁管件(20)的外径相同。

3.根据权利要求1所述的一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置，其特征在于，所述的模架(1)的左、右侧面上对应位置还开有通孔，用于设置一条齿条(7)，该齿条(7)与下齿轮(4)相啮合。

4.根据权利要求1所述的一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置，其特征在于，所述的弯曲推块(8)放置在半U形槽(16)内的弯曲部位时，在弯曲推块(8)圆弧长度较长的一侧垫有与该圆弧贴合的圆弧状的铜片(22)。

5.根据权利要求1所述的一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置，其特征在于，所述的空心薄壁管件(20)的纵向剖面呈现的形状为：具有同一条底边的两个梯形，其中具有最长底边的梯形为一直角梯形。

说明书

一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置及其成形方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属压力加工技术领域，特别是涉及一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置及其成形方法。

背景技术

[0002] 管件的弯曲成形经过多年的发展已形成多种加工方法。根据不同的标准进行划分，弯管成形方法可分为以下几种：根据管坯在弯曲时是否加热可分为热弯加工与冷弯加工；根据弯曲方式的不同可分为拉弯、压弯、绕弯、推弯、滚弯和挤弯；根据弯曲时管材的受限方式不同可分为管件内部受限、管件外部受限和管件内外受限；根据弯曲时有无芯料填充可分为有芯弯曲与无芯弯曲。此外，在一些特殊管材的弯曲成形过程中，需要根据具体情况增加一些特殊的设计，以满足管件特定的成形要求。具体应用中，弯管成形工艺的选取要依据实际的零件结构性能要求和实现条件而定。因此在对管材进行弯曲加工时，必须根据管件的材料种类、精度要求及相对弯曲半径R/D、相对厚度t/D而选用合适的弯曲加工方法，其中，D为管材外径，t为管材壁厚，R为管件中心层弯曲半径。

[0003] 目前，国内外学者针对将薄壁小半径导管弯曲制成小半径弯头的成形方法已开展了广泛的研究，并取得了显著的进步。其中小半径弯头是指相对弯曲半径较小，相对弯曲半径接近或小于1的弯头，其中相对弯曲半径是指弯曲半径R与管材外径D的比值，比如小半径弯头的弯曲半径R＝15mm，管材外径D＝20.16mm，其相对弯曲半径为0.75。现有的小半径弯头成形方法主要包括焊接、铸造、数控绕弯、推弯、压弯、剪切弯曲、内中压推弯、先推弯再内高压胀形等。但上述这些方法存在下列问题：

[0004] (1)采用最为常用的焊接和铸造方法制成的小半径弯头相对于塑性成形来说其重量大、强度低；

[0005] (2)采用数控绕弯方法制成的小半径弯头即使在最佳工艺参数下导管的相对弯曲半径也不能小于1.2，即相对弯曲半径过大；

[0006] (3)虽然采用剪切弯曲方法制成的小半径弯头可以达到很小的相对弯曲半径，但中间直段和弯段的材料流动分布不好，因此很容易出现拉裂；

[0007] (4)虽然内压推弯方法能成形较小弯曲半径的弯头，但加工效率相对较低，而且当填料出现缩松或流动性不好时易导致内壁起皱；

[0008] (5)有芯棒支撑的推弯方法最难避免的问题是大变形区受刚性支撑点的影响，因此导管的内壁不光滑，所以仅停留在有限元模拟阶段，而无样机试制成功；

[0009] (6)压弯方法所采用的设备极易造成导管外壁过度减薄，甚至拉裂，因此很难成形小半径弯头；

[0010] (7)虽然羊角芯棒加热推弯方法的自动化程度较高，但不适用于导管的等截面弯曲。

[0011] 综上，现有的薄壁小半径导管的弯曲方法普遍存在强度低、成形性能不好等缺陷。

发明内容

[0012] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种产品成形性能好，能够增加弯段圆度，并且相对弯曲半径达到0.75-1的内高压橡皮囊管件推弯成形装置及其成形方法。

[0013] 一种内高压橡皮囊管件推弯成形装置包括：模架，下模，上模，下齿轮，上齿轮，摇臂，齿条，弯曲推块，橡皮囊，橡皮垫块，夹紧螺栓，夹紧螺母以及推杆。所述的模架为上端和前端形成有开口的长方形箱体结构，并且左侧面上端或者右侧面上端凹陷形成有一个半圆形开口。所述的下齿轮以转动的方式设置在模架上前端开口的下部。所述的下模设置在模架的内部上方，下模的前端中部形成有一个矩形开口，下模的表面上凹陷形成有一个半U形槽。半U形槽的纵截面为半圆形，半U形槽的直线部位的外端位于下模的左侧边或者右侧边上，且与模架左侧面上端或者右侧面上端凹陷形成的半圆形开口相连通，半U形槽的弯曲部位的内端与直线部位的内端相连，外端位于下模前端的边上，与下模前端的矩形开口连通。所述的上模与下模的结构相对称，设置在下模的上部。所述的摇臂垂直连接在下齿轮和上齿轮之间，并且位于下模和上模上的矩形开口内。所述的上齿轮位于下齿轮的正上方，且上部位于上模的外部。所述的弯曲推块呈圆弧形，放置在下模表面上的半U形槽的弯曲部位，并且弯曲推块的一端与摇臂的中部相连接。所述的橡皮囊一端形成有一个开孔，内部充油后呈圆柱体形，放置在下模表面上的半U形槽的直线部位，要进行推弯成形的空心薄壁管件套在橡皮囊上。在弯曲推块和橡皮囊之间设置有圆柱形的橡皮垫块。所述的夹紧螺栓部分结构位于橡皮囊上开孔的内部，另一部分结构位于橡皮囊上开孔的外部，并且夹紧螺栓的轴心部位贯通形成有一个注油孔。所述的夹紧螺母套在橡皮囊上具有开孔的一端的外部，并固定住夹紧螺栓位于橡皮囊上开孔的外部。所述的推杆的一端与夹紧螺母的外端相连接，另一端贯穿半U形槽的直线部位的外端开口及模架上的半圆形开口而与液压机的右推头相连接。所述的齿条沿左右方向水平设置在上模的上方，并且与上齿轮相啮合，同时齿条的一端与液压机的左推头相连接。

[0014] 一种内高压橡皮囊管件推弯成形的方法，具体包括如下步骤：

[0015] 步骤1、通过注油孔向橡皮囊内注满液压油，然后用夹紧螺母将夹紧螺栓固定住。

[0016] 步骤2、将空心薄壁管件套在橡皮囊外，然后以夹紧螺母朝向半U形槽中直线部位的外端的方式放入半U形槽中直线部位，并使空心薄壁管件的最长处位于半U形槽中直线部位的上端边缘。

[0017] 步骤3、在弯曲推块和橡皮囊之间放入橡皮垫块。

[0018] 步骤4、将夹紧螺母的外端与推杆的一端相连，合上上模。

[0019] 步骤5、将液压机的右推头与推杆的另一端相连，然后利用液压机施压，液压机的右推头施加向左的力F2，以推动空心薄壁管件向左运动，进而推动弯曲推块做逆时针的圆周运动，弯曲推块带动摇臂转动，摇臂带动上齿轮做逆时针转动，上齿轮的逆时针转动带动与上齿轮相啮合的齿条向左运动，对液压机的左推头施加向左的力，同时液压机的左推头施加向右的力F1，当弯曲推块旋转角度大于90度后，空心薄壁管件将在半U形槽中的弯曲部位被弯成弯头坯件，结束弯管过程。

[0020] 步骤6、将液压机泄压。

[0021] 步骤7、打开上模，并取出弯头坯件，同时取出橡皮囊。；

[0022] 步骤8、利用液压机施压，从液压机的左推头施加向右的力F3，以带动齿条向右运动，使上齿轮顺时针转动，再通过摇臂传力，使弯曲推块顺时针方向转动复位；同时液压机的右推头施加向左的力F4，以带动推杆复位。

[0023] 本发明的优点与积极效果在于：

[0024] (1)本发明提供的内高压橡皮囊管件推弯成形装置是利用橡皮囊代替金属芯棒或填料，利用橡皮囊弹性模量较小的特点，消除了金属芯棒中大变形区的刚性支撑点，克服了导管内壁不光滑的缺陷；

[0025] (2)本发明在整个制作过程中利用液压油使橡皮囊紧贴半U形槽的内壁，消除了填料缩松或流动性不好引起的内壁起皱的缺陷；

[0026] (3)本发明利用齿轮机构将小半径推弯的圆周运动转化为齿条的直线运动，并通过齿轮力的传递给齿条，继而通过液压机的推头控制齿条力的平衡，由此完成薄壁小半径导管弯曲制成小半径弯头的成形过程，本发明方法能够在减少或不增加焊缝的基础上增加弯段圆度，弯曲半径能达到0.75-1D，具有零件整体性好、壁厚均匀、强度与刚度高、无周向焊缝等优点。

附图说明

[0027] 图1为本发明的推弯成形装置的立体结构示意图；

[0028] 图2为本发明的成形装置的分部件结构示意图；

[0029] 图3为本发明的橡皮囊的纵向结构剖视图；

[0030] 图4为本发明的橡皮囊、夹紧螺栓、夹紧螺母以及推杆的连接的纵向结构剖视图；

[0031] 图5为本发明的摇臂、下齿轮及弯曲推块的连接的结构示意图；

[0032] 图6为本发明的弯曲推块的纵向结构剖视图；

[0033] 图7为采用本发明的推弯成形装置进行推弯成形所使用的空心薄壁管件的纵向结构剖视图；

[0034] 图8为采用本发明的推弯成形装置推弯前的半U形槽位置的水平剖视图；

[0035] 图9为采用本发明的推弯成形装置推弯后的半U形槽位置的水平剖视图；

[0036] 图10为本发明的推弯成形方法的步骤流程图。

[0037] 图中：

[0038] 1-模架；2-下模；3-上模；4-下齿轮；5-上齿轮；6-摇臂；7-齿条；8-弯曲推块；9-橡皮囊；10-橡皮垫块；11-夹紧螺栓；12-夹紧螺母；13-推杆；14-半圆形开口；15-矩形开口；16-半U形槽；17-注油孔；18-液压机的左推头；19-液压机的右推头；20-空心薄壁管件；21-液压油；22-铜片。

具体实施方式

[0039] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0040] 如图1与图2所示，本发明的内高压橡皮囊管件推弯成形装置主要包括：模架1，下模2，上模3，下齿轮4，上齿轮5，摇臂6，齿条7，弯曲推块8，橡皮囊9，橡皮垫块10，夹紧螺栓11，夹紧螺母12，以及推杆13。

[0041] 如图2所示，模架1为上端和前端形成有开口的长方形箱体结构，并且右侧面上端凹陷形成有一个半圆形开口14。半圆形开口14也可以开在模架1的左侧面上端，如图1所示，具体开在左侧面上端还是右侧面上端，可具体根据用户需要来设置。下面本发明实施例以图2所示，半圆形开口开在模架1的右侧面上端来进行说明。

[0042] 如图1所示，下模2设置在模架1的内部上方，下模2的前端中部形成有一个矩形开口15，且下模2的表面上凹陷形成有一个半U形槽16，半U形槽16的纵截面为半圆形，半U形槽16包括直线部位和弯曲部位，直线部位的内端与弯曲部位的内端相连，直线部位的外端位于下模2的左侧边或者右侧边上，与模架1上开的半圆形开口14相连通，本发明实施例如图2所示，半U形槽16的直线段的外端位于下模2的右侧边上，且与模架1上右侧面上的半圆形开口14相连通。半U形槽16弯曲部位的内端与直线部位的内端相连，外端位于下模2前端的边上，与矩形开口15连通。上模3与下模2的结构相对称，设置在下模2的上部。下齿轮4以转动的方式设置在模架1上前端开口的下部；上齿轮5位于下齿轮4的正上方，且上部位于上模3的外部。

[0043] 如图1和图5所示，摇臂6垂直连接在上齿轮5和下齿轮4之间，并且位于下模2和上模3上的矩形开口15内。

[0044] 如图1所示，在上模3的上方沿左右方向水平设置有一个齿条7，齿条7与上齿轮5相啮合，同时其左端与液压机的左推头18相连接。在模架1的左、右侧面上对应位置开有通孔，在该对应的通孔中设置有一个齿条7，该齿条7与下齿轮4相啮合。

[0045] 如图2与图5所示，弯曲推块8呈圆弧形，放置在下模2上的半U形槽16内的弯曲部位，并且弯曲推块8的一端与摇臂6的中部相连接。在弯曲推块8放置在半U形槽16内的弯曲部位时，在弯曲推块8圆弧长度较长的一侧垫有与该圆弧贴合的圆弧状的铜片22，设置铜片22可使弯曲推块8在半U形槽16中运动时更加光滑。在下模2上的半U形槽16的直线部位放置橡皮囊9。

[0046] 如图3所示，橡皮囊9的一端形成有一个开孔，内部充油后呈圆柱体形，放置在半U形槽16内的直线部位。弯曲推块8和橡皮囊9之间设置有圆柱形的橡皮垫块10。夹紧螺栓11部分结构位于橡皮囊9上开孔内部，另一部分结构位于橡皮囊9上开孔外部，并且轴心部位贯通形成有一个注油孔17；夹紧螺母12套在橡皮囊9上具有开孔的一端的外部，并以螺纹连接的方式固定住夹紧螺栓11位于橡皮囊9上开孔外部的外端部。

[0047] 如图4所示，推杆13的一端与夹紧螺母12的外端相连接，另一端贯穿半U形槽16的直线部位的外端开口及模架1上的半圆形开口14而与液压机的右推头19相接。

[0048] 如图6所示，为弯曲推块8的纵向结构剖视图。如图7所示，为应用本发明装置进行推弯成形的空心薄壁管件20的纵向结构剖视图，从图中可看出，空心薄壁管件20的纵向剖面近似为一梯形，具体可以看成为两个梯形组成，其中具有最长底边的梯形为一直角梯形。弯曲推块8的外径、半U形槽16的宽度和空心薄壁管件20的外径相同。在应用本发明装置进行推弯成形时，将空心薄壁管件20套在已注满液压油21的橡皮囊9的上，然后放置在本发明装置中，通过液压机的右推头19施加向左的力，使得弯曲推块8将做逆时针的圆周运动，与左推头18施加力，使得空心薄壁管件20推弯成形为弯头坯件。

[0049] 本发明提供的内高压橡皮囊管件推弯成形方法，如图10所示，包括下列步骤：

[0050] 1)从注油孔17将橡皮囊9内注满液压油21，然后用夹紧螺母12以螺纹连接的方式将夹紧螺栓11的外端部固定住。在注油过程中要边充油边捏住橡皮囊9以通过注油孔17排气，直到橡皮囊9的内部充满液压油21。

[0051] 2)将如图7所示的纵向截面为梯形的空心薄壁管件20套在橡皮囊9外，然后以夹紧螺母12朝向半U形槽16中直线部位的外端的方式放入半U形槽16中直线部位。本发明实施例中以图2所述，将以夹紧螺母12位于右侧的方式放入下模2的半U形槽16中直线部位，同时使空心薄壁管件20的最长处位于半U形槽16中直线部位的上端边缘。

[0052] 3)在弯曲推块8和橡皮囊9之间放入橡皮垫块10。

[0053] 4)将夹紧螺母12的外端与推杆13一端相连，合上上模3。

[0054] 5)将液压机的右推头19与推杆13的另一端相接触，之后利用右推头19施加向左的力F2，以推动空心薄壁管件20向左运动，在空心薄壁管件20传递的推力和橡皮囊9产生的胀形压力作用下，弯曲推块8将做逆时针的圆周运动；弯曲推块8再带动摇臂6做相应的转动，摇臂6将力传递给上齿轮5，带动其做逆时针转动；上齿轮5的逆时针转动将带动与其相啮合的齿条7向左运动，由此对液压机的左推头18施加向左的力，同时液压机的左推头18相应施加向右的力F1，从而利用液压系统实现推弯过程平稳地进行。当弯曲推块8旋转角度大于90度后，空心薄壁管件20将在半U形槽16中的弯曲部位被弯成弯头坯件，在弯管过程中，可通过液压机调节液压油的压力，以使弯头坯件能紧贴在该弯曲部位而不起皱，由此结束弯管过程。

[0055] 6)将液压机泄压。

[0056] 7)打开上模3并取出弯头坯件，同时取出橡皮囊9，以备下一次弯管时使用；

[0057] 8)合上上模3，利用液压机的左推头18施加向右的力F3，以带动齿条7向右运动，使上齿轮5顺时针转动，再通过摇臂6传力，使弯曲推块8顺时针方向转动复位；同时液压机的右推头19施加向左的力F4，以带动推杆13复位，由此完成管件推弯成形过程。

[0058] 最后可将上述脱模后的弯头坯件进行焊接、裁边而制成零件坯件，然后将上述零件坯件进行激光切边后即可制成所需的零件。