弯管工艺中回弹、伸长和成形半径的确定方法

摘要　根据弯管加工理论、实验研究和大量实践,总结出了对管材弯曲加工成形精度有重要影响的回弹、伸长和成形半径等参数的确定方法,并可用智能弯管测量仪测取上述数据,以用于指导生产。

To deter m i ne spr i ngback ,elonga tion and bend i ng rad ius i n tube bend i ng process

B y the bending theo ry ,exp eri m en tal research and lo ts of exam p les ,determ ine the m ethod to choo se sp ringback ,elongati on and shap e radiu s w h ich are effective to the bending accu racy ,and u se in telluctu ral tester of ben t tube to get the above data to in struct the real p roducti on .

叙词　钢管　弯曲　研究

　　众所周知,管子弯曲加工是弹塑性弯曲,弯曲回

弹后必然会产生弯曲角变小、管件轴线变长和弯曲半径变大的现象。现代船舶管系零件加工正日益朝着生产流水线发展,而流水线生产必须采用无余量弯管和先焊法兰后弯曲加工的生产工艺。在采用上述工艺技术时,特别是使用数控弯管机后,如何处理好回弹、伸长和成形半径的问题显得更为重要和突出。但长期以来这个难题一直没有解决好,为此,我们通过大量的工作,总结出了对管材弯曲加工成形精度有重要影响的回弹、伸长和成形半径的确定方法。

1　管材弯曲回弹问题的处理方法

在此之前,解决回弹的方法有:

①根据经验列出回弹数据表。如最近国内几家船厂从美国W ALLA CE COA ST 公司购进的数控弯管机即是在控制系统中设置经验数据供回弹补偿使用。但因该方法误差较大,故数控弯管机的弯管成形精度并不理想。

②用理论计算方法。由于弯管时受力情况非常复杂,计算时需作假设和简化,且材料性质和实际工况难以预计,所以,目前尚未发现有关回弹理论计算公式在实际使用中成功的先例,尚有待进一步探讨。

③在飞机、汽车制造业中,多年来一直采用以美国EA TON L EONA RD 公司为代表使用的方法〔1〕。该方法认为,虽然影响弯管回弹的因素很多,但是机床调整好后工艺参数(弯曲半径、弯曲速度、夹紧力等)已经确定,而且此时又是在弯制某批材料管子的

情况下测定弯曲角度与回弹后的成形角关系,因而可以把弯管机臂的转角和管子的成形角看成线性关系。其办法是在弯管机上按125°、22°弯曲管子,管子弯好后放在数控管形测量机上测出其实际成形角为120°、20°,建立过两点的直线方程便可获得弯管机臂的转角与管子所需成形角之间的关系。该方法使用效果较好。

为解决好管材弯曲的回弹问题,我们做了以下工作〔2〕:

111　进行了大量回弹实验。为了提高管子角度测量的准确性,实验中使用了“弯管测量仪”。通过在五个船厂的多台弯管机上进行多种规格的无芯和有芯弯管实验,并对测取的数据进行回归分析计算可知,其弯曲角Η与成形角Η′之间呈不过原点的直线关系。即:

　Η=K 1Η′+C 1(1)式中　K 1——直线斜率

　C 1——直线截距

经对测取的数据进行回归分析计算其相关系数Χ均在019999以上,可见其直线性很高。故可得出以下结论:同批材料弯出的管子,在工程弯曲角度范围内,其弯曲角Η与成形角Η′之间均呈不过原点的直线关系。

112　对有关船厂的经验回弹数据表进行了数据回归验算。例如对大连造船厂等的“管子弯曲回弹角表”的经验回弹数据进行回归验算表明,其弯曲角Η与成形角Η′之间也是呈不过原点的直线关系,其相关系数

Χ均在01999以上,可见其直线性也很高,这也再一次证明了回弹实验结论的正确性。113　弯管回弹实验的理论分析。为了分析回弹实验

结论的正确性,我们针对弯管机的工况进行了受力

分析,在作了一些假设与简化后进行了大量计算。计算结果表明,在较小的弯曲角范围内,弯曲角Η与成形角Η′之间呈曲线关系;在弯曲角度大于1°以后,弯曲角Η与成形角Η′之间均呈线性关系,并与实验时的直线关系规律趋势相同,由此说明了回弹实验结论的正确性。应当指出的是,两者之间的数值相差较大,这是由于理论计算的假设与简化以及实际弯管工况比计算情况复杂得多等原因造成的。

由此可见,上述工作比以EA TON L EONA RD 公司为代表使用的“把弯管机臂的转角和管子的弯曲角度看成线性关系”的研究成果更加深入。

综上所述可知,目前处理管材弯曲回弹问题的最好方法是:弯曲加工某批管材时,可在给定的弯管

机上做两个不同弯头(例如30°和90°)的实验。实验时记录弯管机臂的两个实际转角Η1、Η2,并测量管子

的两个成形角Η′1、Η′2。然后按下述公式求取方程式(1)的系数:

　K 1=(Η2-Η1) (Η′2-Η′1)

(2)　C 1=Η1-Η′1(Η2-Η1) (Η′2-Η′1)

(3)将式(2)、(3)代入式(1)得到的直线方程式即是该批管材的回弹规律。使用智能弯管测量仪能方便

地得到回弹规律。

2　管材弯曲轴线伸长问题的处理方法

一定长度的管子在弯管机上弯曲后,管子的轴线长度会增大,其增大量称为管子的伸长量。对于这

个问题,过去解决的方法有:

①根据经验列出了伸长数据表供生产使用,但使用该方法时误差较大。

②有关弯管伸长理论的计算方法。与回弹一样,目前尚未发现有理论计算公式在实际中使用成功的先例,尚有待进一步探讨。

③在飞机、汽车制造业中,多年来一直使用一种以EA TON L EONA RD 公司为代表采用的方法,即在用数控管形测量机测量回弹的同时,用计算公式计算出所谓的圆弧常数A R C ,也就是弯曲角度为100°时所用的材料长度,其结果也是认为管子伸长量与成形角度成正比关系。

为解决好管材弯曲的伸长问题,我们做了以下工作〔2〕:211　进行了大量伸长实验。通过在五个船厂的多台

弯管机上进行多种规格的无芯和有芯弯管实验,并对每一批材料取得的数据进行回归分析计算可知,其伸长量∃L 与成形角Η′之间均呈不过原点的直线

关系。即:

　∃L =K 2Η′+C 2

(4)式中　K 2——直线斜率

　C 2——直线截距

经对测取的数据进行回归分析计算其相关系数Χ均在0197

~0199之间,可见其直线关系明显。因此可获得以下结论:同批材料的管子,在工程弯曲角度范围内,其伸长量∃L 与成形角Η′之间均呈不过原点的直线关系。

212　对有关船厂的经验回弹数据表也进行了数据回归验算。经验算可知,其伸长量∃L 与成形角Η′之间也呈直线关系,其相关系数Χ均在0199以上,可见其直线性也很高,但是截距一般较小。213　弯管伸长实验的理论分析。为了分析伸长实验结论的正确性,我们针对弯管机的弯管工况进行了受力分析,在作了一些假设与简化后进行了大量计算。计算结果表明在小弯曲角度范围内,其伸长量

∃L 与成形角Η

′之间呈曲线关系;在弯曲角度大于3°以后,其伸长量∃L 与成形角Η′之间均呈线性关系。理论分析的线性关系部分与实验时的直线关系规律趋势相同,说明了弯管伸长实验结论的正确性。应当指出的是,两者之间的数值相差较大,这是由于理论计算的假设与简化以及实际弯管工况比计算情况复杂得多等原因造成的。

以上研究的同批材料的管子在工程弯曲角度范围内,其伸长量∃L 与成形角Η′之间均呈不过原点的直线关系的结论与历来认为的伸长量与成形角成正比的观点不同,前者更加符合弯管机弯管的实际情况。

综上所述可知,目前管材弯曲伸长问题的最好处理方法应是:弯曲加工某批管材时,可在给定的弯管机上作两个试件长度L 相同、弯头不同(例如30°

和90°

)的弯曲实验,实验后取下管子并测量好管子的两个实际成形角Η′1、Η′2和两个实际管子轴线增加后的长度L ′1、L ′2,则其伸长量为∃L 1=(L ′1-L )、∃L 2=(L ′2-L )。由此即可用下式求出直线方程式(4)的系数:

　K 2=(∃L 2-∃L 1) (Η′2-Η′1)

(5)　C 2=∃L 1-Η′1(∃L 2-∃L 1) (Η′2-Η′1)

(6)将式(5)、(6)代入直线方程式(4)即得该批管材的伸长规律。使用智能弯管测量仪能方便地获得该伸长规律。

3　管子弯曲回弹后成形半径问题的处理方法

管材弯曲回弹后,其成形半径R ′较模具半径R

63锻压机械　1 1997