專利名稱：利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料技術(shù)領(lǐng)域的塑性加工方法，具體是一種利用數(shù)控彎管機(jī) 進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法。
背景技術(shù)：
金屬管材由于具有重量輕、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車等領(lǐng)域中 結(jié)構(gòu)件的制造，同時(shí)也可作為各種流體介質(zhì)傳輸?shù)妮d體。管材的供貨狀態(tài)多為直 管，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，很多場(chǎng)合都需要預(yù)先進(jìn)行彎曲加工，可根據(jù)使用要求選擇不 同的加工方法，其中數(shù)控彎管機(jī)可以按照要求準(zhǔn)確、平穩(wěn)地進(jìn)行管材的彎曲加工， 成形精度高、工藝穩(wěn)定性好，適合于各種管材的精密彎曲成形。目前常見的數(shù)控 彎管機(jī)是應(yīng)用旋轉(zhuǎn)拉伸彎管法在常溫下對(duì)金屬管材進(jìn)行繞彎，由于管材的彎曲加 工是一種材料的塑性變形過(guò)程，材料的塑性變形能力決定了管材彎曲變形可進(jìn)行 的程度。由于一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的緊湊性要求，管材的彎曲部分要有足夠小的曲率半 徑，這就需要材料具有足夠的塑性變形能力，另外， 一些常溫下塑性變形能力差 的材料如鎂合金也難以進(jìn)行常規(guī)的彎曲成形。 一般隨著溫度的升高，金屬材料的 塑性變形能力顯著增強(qiáng)，因此，如果數(shù)控彎管機(jī)能在加熱狀態(tài)下進(jìn)行彎管，就能 滿足具有特殊要求的管材彎曲成形，同樣也能使室溫塑性差的材料在加熱狀態(tài)下 進(jìn)行彎曲成形。
經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利 一種鎂合金管熱彎方法及
設(shè)備，公開號(hào)CN 1709607A，該方法是利用管材自身的內(nèi)阻在通電后加熱待彎 區(qū)段，然后在預(yù)熱過(guò)的手動(dòng)繞彎?rùn)C(jī)上彎曲成形的工藝方法，此方法彎曲時(shí)溫度不 易控制，批量作業(yè)時(shí)模具需要反復(fù)預(yù)熱，依靠管內(nèi)的填充物保證彎曲截面的形狀 要求，彎后需要進(jìn)行填充物的清理，彎曲過(guò)程手動(dòng)進(jìn)行，成形精度不高，生產(chǎn)效 率低，因此該方法不適合管材的大批量自動(dòng)化精密熱彎成形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管 的方法，使其在現(xiàn)有數(shù)控彎管設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)數(shù)控彎管機(jī)的模具進(jìn)行改進(jìn)，
利用發(fā)熱介質(zhì)從內(nèi)部加熱彎管模具，通過(guò)溫度控制系統(tǒng)保持彎管模具處于恒溫狀 態(tài)，待彎管材裝卡后，通過(guò)與模具的接觸傳導(dǎo)，短時(shí)間內(nèi)就可達(dá)到模具的溫度， 在彎管過(guò)程中，由于管材彎曲部分始終與模具保持接觸，因此管材的溫度并不降 低，由此實(shí)現(xiàn)利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行管材的熱彎成形。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟
第一步，彎管模具的改進(jìn)對(duì)彎管模具中的圓模、導(dǎo)模、防皺模和芯棒進(jìn)行 改進(jìn)，在圓模內(nèi)部的高度方向開孔，在導(dǎo)模、防皺模和芯棒內(nèi)部沿長(zhǎng)度方向開孔， 孔內(nèi)部布置加熱介質(zhì)與溫度傳感器。加熱介質(zhì)均勻充分布置，即加熱介質(zhì)的布置 應(yīng)能使模具得到均勻充分的加熱，同時(shí)不影響模具的運(yùn)動(dòng)及模具材料的使用強(qiáng) 度，溫度傳感器的位置處于模具內(nèi)部靠近模具工作表面的區(qū)域。
第二步，模具與彎管機(jī)的隔熱處理為減少工作時(shí)模具的熱量損失，降低能 源消耗，需要在加熱的模具與床身之間進(jìn)行隔熱處理，在圓模的下表面與床身接 觸的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)，在導(dǎo)模的背面與滑塊貼合的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)，在防皺 模與其支架接觸的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)，隔熱介質(zhì)的布置應(yīng)不影響機(jī)床對(duì)模具的連
接與驅(qū)動(dòng)。
所述隔熱介質(zhì)為石棉墊片。
第三步，彎管模具的加熱及控溫圓模、防皺模、芯棒及導(dǎo)模內(nèi)部放置的加 熱介質(zhì)和溫度傳感器分別連接到控溫系統(tǒng)，控溫系統(tǒng)由數(shù)顯控溫儀與固態(tài)繼電器 組成，控溫儀通過(guò)對(duì)溫度傳感器的采集值與自身的設(shè)定值進(jìn)行比較，控制固態(tài)繼 電器的打開與閉合，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具溫度的控制。
本發(fā)明中，彎管模具的加熱介質(zhì)采用電阻加熱管，置于模具內(nèi)部，其外壁與 模具緊密貼合，溫度傳感器使用熱電偶，通過(guò)數(shù)顯控溫儀及固態(tài)繼電器連成閉合 反饋回路進(jìn)行控溫，根據(jù)需要設(shè)定加熱溫度，電阻加熱管通電后開始加熱彎管模 具，模具內(nèi)部的溫度傳感器對(duì)模具的實(shí)際溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)模具的溫度達(dá)到 控溫儀設(shè)定的溫度值時(shí)，固態(tài)繼電器斷開，使電阻加熱管停止發(fā)熱，由于模具熱 量的自然散失，當(dāng)熱電偶檢測(cè)到模具的溫度低于控溫儀設(shè)定的溫度時(shí)，固態(tài)繼電器重新閉合，電阻加熱管開始發(fā)熱，直到模具的溫度再次達(dá)到控溫儀設(shè)定的溫度 為止，由此實(shí)現(xiàn)彎管模具的加熱及控溫。
第四步，管材的熱彎成形管材的熱彎成形通電加熱模具，待模具溫度達(dá) 到設(shè)定值時(shí)，起動(dòng)彎管機(jī)主電機(jī)，裝卡待彎管材，管材的溫度達(dá)到模具的溫度時(shí)， 按下彎曲啟動(dòng)開關(guān)，模具按照設(shè)定的程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，管材在模具的作用下形成所 需要的形狀。
所述模具，其加熱溫度上限為40(rc，控溫精度為士rc。
根據(jù)待彎管材的材料性能特點(diǎn)設(shè)定彎曲變形溫度和彎曲速度，根據(jù)制品使用
要求設(shè)定彎曲角度，本發(fā)明中，管材彎曲速度范圍為0r/min 5r/min,彎曲角 度范圍為O。 200° 。管材彎曲后最大壁厚減薄率小于13%，截面最大橢圓度 小于2. 5%。管材最大彎曲半徑小于等于3倍的該管材外徑。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)加熱彎管模具，利用模具與管材的接觸傳導(dǎo)間 接加熱待彎管材，模具的溫度通過(guò)控溫系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，管材在裝卡后短時(shí)間
內(nèi)就可達(dá)到模具的溫度，并且在彎曲過(guò)程中溫度保持不變，實(shí)現(xiàn)了難變形管材的 加熱恒溫彎管，本發(fā)明成形精度高，可連續(xù)批量生產(chǎn)。本發(fā)明中模具的加熱溫度
上限為4cxrc，彎曲過(guò)程中模具溫度保持不變，控溫精度為土rc，管材裝卡后
在3分鐘之內(nèi)就可達(dá)到模具的溫度，彎曲過(guò)程中由于管材與模具保持接觸，因此 溫度并不降低，彎曲速度范圍為0 5r/min，彎曲角度范圍為0 200° ，管材彎 曲成形后表面無(wú)滑傷，外側(cè)不破裂，內(nèi)側(cè)不起皺，最大壁厚減薄率小于13%, 截面最大橢圓度小于2. 5%，最大彎曲半徑小于等于3倍的該管材外徑。


圖1是彎管模具的加熱控溫俯視圖
其中1.圓模鑲塊，2.圓模，3.防皺模隔熱墊片，4.控溫箱，5.夾緊模，6. 導(dǎo)模隔熱墊片，7.防皺模，8.芯棒，9.導(dǎo)模。
圖2是彎管模具的加熱控溫原理圖
其中IO.數(shù)顯控溫儀，11.固態(tài)繼電器，12.溫度傳感器，13.電阻加熱管。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案
為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖l、 2所示，以下實(shí)施例所采用的流程
(1) 在圓模2、防皺模7、芯棒8和導(dǎo)模9的內(nèi)部開孔，用于放置電阻加熱
管和溫度傳感器，孔的位置靠近模具的半圓形凹槽，圓模2的電阻加熱孔與溫度
采集孔位于圓模2的圓周方向，孔的中心軸平行于圓模2的高度方向，防皺模7
和導(dǎo)模9的電阻加熱孔沿模具的縱向分布，溫度采集孔位于模具前端，且垂直于
電阻加熱孔，芯棒8的電阻加熱孔位于芯棒8的中心，其軸線與芯棒8的軸線重 合。
(2) 分別在圓模2、防鈹模7和導(dǎo)模9與機(jī)床接觸的一側(cè)加裝隔熱墊片，圓 模2的隔熱墊片位于其底部，防皺模7的隔熱墊片3位于防皺模7的背部與機(jī)床 支架配合的區(qū)域，導(dǎo)模9的隔熱墊片6位于導(dǎo)模9背部與機(jī)床滑塊接觸的區(qū)域。
(3) 將電阻加熱管13與溫度傳感器12放入相應(yīng)的模具孔內(nèi)，其連接線接 入控溫箱4，控溫箱4內(nèi)部有四組相同的控溫回路。
如圖2所示，是控溫回路的電路電器圖，電阻加熱管13—端接電源，另一 端接固態(tài)繼電器ll，溫度傳感器12與控溫儀10相接，控溫儀10的另幾個(gè)端口 分別與電源和固態(tài)繼電器ll相接，通電后回路電流使電阻加熱管13發(fā)熱，模具 溫度升高，通過(guò)溫度傳感器12實(shí)時(shí)檢測(cè)模具的瞬時(shí)溫度并與控溫儀10設(shè)定的溫 度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)模具溫度高于設(shè)定值時(shí)，控溫儀10向固態(tài)繼電器11發(fā)出指令， 斷開回路，當(dāng)模具由于自然散熱，溫度低于設(shè)定值時(shí)，回路重新閉合，模具溫度 升高，由此實(shí)現(xiàn)彎管模具加熱溫度的精確控制，共有四組相同的加熱控溫回路分 別對(duì)彎管模具的四個(gè)部分進(jìn)行獨(dú)立加熱獨(dú)立控溫。
(4) 通過(guò)控溫儀10設(shè)定彎曲成形溫度，接通電源加熱模具，待模具溫度達(dá) 到設(shè)定值時(shí)，起動(dòng)彎管機(jī)主電機(jī)，安裝待彎管材，管材置于芯棒8的外部， 一側(cè) 緊靠于圓模鑲塊l、圓模2和防皺模7上，另一側(cè)利用導(dǎo)模9夾緊，當(dāng)管材溫度 達(dá)到模具的溫度時(shí)，用夾緊模5夾緊管材前段，設(shè)定彎曲角度及速度，按下彎曲 鈕，圓模2、圓模鑲塊1和夾緊模5繞彎管機(jī)主軸作圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，導(dǎo)模9沿 管材軸線方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使管材纏繞于圓模2外側(cè)的半圓形凹槽內(nèi)，達(dá)到設(shè)定
的彎曲角度時(shí)，主軸停轉(zhuǎn)，松開夾緊模5與導(dǎo)模9，取下變形后的管材，完成管 材的熱彎加工。 實(shí)施例1
本例采用的是可彎曲直徑為①25mm壁厚為1. 9mm管材的模具，彎曲半徑為 75mm，選用的管材為AZ31鎂合金分流擠壓管，設(shè)定彎曲溫度為150°C，彎曲角 度為90° ，彎曲速度為3r/mim，待模具溫度達(dá)到150'C時(shí)，裝卡管材，3分鐘內(nèi) 管材表面溫度達(dá)到15(TC，起動(dòng)彎管機(jī)完成彎曲加工，彎曲變形后的管材表面無(wú) 滑傷，外弧面不破裂，內(nèi)弧面不起皺，最大壁厚減薄率為13%，截面最大橢圓 度為2.5%，釋放時(shí)回彈率為3.5%，滿足使用要求。
實(shí)施例2
本例采用的是可彎曲直徑為0 42mm壁厚為4mm管材的模具，彎曲半徑為 84mm，選用的管材為AM30鎂合金分流擠壓管，設(shè)定彎曲溫度為20(TC，彎曲角 度為180° ，彎曲速度為5r/mim，模具在5分鐘內(nèi)從室溫加熱到200°C，裝卡管 材后保溫，3分鐘內(nèi)管材表面溫度達(dá)到20(TC，起動(dòng)彎管機(jī)完成彎曲加工，彎曲 變形后的管材內(nèi)外表面無(wú)滑傷，彎曲外側(cè)不破裂，內(nèi)側(cè)不起皺，最大壁厚減薄率 為11.6%，截面最大橢圓度為1.6%，釋放時(shí)的回彈率為2%，滿足使用要求。
實(shí)施例3
本例采用的是可彎曲直徑為①42mm壁厚為2mm管材的模具，彎曲半徑為 84mm，選用的管材為AZ31鎂合金分流擠壓管，設(shè)定彎曲溫度為25(TC，彎曲角 度為45° ，彎曲速度為lr/mim，模具在6分鐘內(nèi)從室溫加熱到了 250°C，裝卡 管材后進(jìn)行保溫，3分鐘內(nèi)管材表面溫度達(dá)到250°C，起動(dòng)彎管機(jī)完成彎曲加工， 彎曲變形后的管材內(nèi)外表面無(wú)滑傷，彎曲外弧面不破裂，內(nèi)弧面不起皺，最大壁 厚減薄率為12.8%，截面最大橢圓度為1%,釋放時(shí)的回彈率為1.2%，滿足使 用要求。
權(quán)利要求
1.一種利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，彎管模具的改進(jìn)在圓模內(nèi)部的高度方向開孔，在導(dǎo)模、防皺模和芯棒內(nèi)部沿長(zhǎng)度方向開孔，在孔內(nèi)部布置加熱介質(zhì)與溫度傳感器，加熱介質(zhì)均勻充分布置，溫度傳感器的位置處于模具內(nèi)部靠近模具工作表面的區(qū)域；第二步，模具與彎管機(jī)的隔熱處理在加熱的模具與床身之間進(jìn)行隔熱處理，在圓模的下表面與床身接觸的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)，在導(dǎo)模的背面與滑塊貼合的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)，在防皺模與其支架接觸的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)；第三步，彎管模具的加熱及控溫圓模、防皺模、芯棒及導(dǎo)模內(nèi)部放置的加熱介質(zhì)和溫度傳感器分別連接到控溫系統(tǒng)，控溫系統(tǒng)由數(shù)顯控溫儀與固態(tài)繼電器組成，控溫儀通過(guò)對(duì)溫度傳感器的采集值與自身的設(shè)定值進(jìn)行比較，控制固態(tài)繼電器的打開與閉合，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具溫度的控制；第四步，管材的熱彎成形通電加熱模具，待模具溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，起動(dòng)彎管機(jī)主電機(jī)，裝卡待彎管材，管材的溫度達(dá)到模具的溫度時(shí)，按下彎曲啟動(dòng)開關(guān)，模具按照設(shè)定的程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，管材在模具的作用下形成所需要的形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，其特征 是，所述彎管模具的加熱及控溫，具體為彎管模具的加熱介質(zhì)采用電阻加熱管， 置于模具內(nèi)部，其外壁與模具緊密貼合，溫度傳感器使用熱電偶，通過(guò)數(shù)顯控溫 儀及固態(tài)繼電器連成閉合反饋回路進(jìn)行控溫，設(shè)定加熱溫度，電阻加熱管通電后 開始加熱彎管模具，模具內(nèi)部的溫度傳感器對(duì)模具的實(shí)際溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng) 模具的溫度達(dá)到控溫儀設(shè)定的溫度值時(shí)，固態(tài)繼電器斷開，使電阻加熱管停止發(fā) 熱，當(dāng)熱電偶檢測(cè)到模具的溫度低于控溫儀設(shè)定的溫度時(shí)，固態(tài)繼電器重新閉合， 電阻加熱管開始發(fā)熱，直到模具的溫度再次達(dá)到控溫儀設(shè)定的溫度為止，由此實(shí) 現(xiàn)彎管模具的加熱及控溫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，其特征是，所述模具，其加熱溫度上限為40(rc，控溫精度為士rc。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，其 特征是，所述管材，其彎曲速度范圍為0 r/min 5r/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，其 特征是，所述管材，其彎曲角度范圍為0。 200° 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，其 特征是，所述管材彎曲后最大壁厚減薄率小于13%，截面最大橢圓度小于2.5 %。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，其 特征是，所述管材最大彎曲半徑小于等于3倍的該管材外徑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，其特征 是，所述隔熱介質(zhì)為石棉墊片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種材料技術(shù)領(lǐng)域的利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，具體為在圓模內(nèi)部的高度方向開孔，在導(dǎo)模、防皺模和芯棒內(nèi)部沿長(zhǎng)度方向開孔，在孔內(nèi)部布置加熱介質(zhì)與溫度傳感器；在圓模的下表面與床身接觸的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)，在導(dǎo)模的背面與滑塊貼合的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)，在防皺模與其支架接觸的區(qū)域加裝隔熱介質(zhì)；加熱介質(zhì)和溫度傳感器分別連接到控溫系統(tǒng)，控溫系統(tǒng)由數(shù)顯控溫儀與固態(tài)繼電器組成，控溫儀通過(guò)對(duì)溫度傳感器的采集值與自身的設(shè)定值進(jìn)行比較，控制固態(tài)繼電器的打開與閉合，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具溫度的控制；管材的熱彎成形。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了難變形管材的加熱恒溫彎管，成形精度高，可連續(xù)批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B21D9/00GK101185949SQ20071017258
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者丁文江, 吳文云, 姚壽山, 平 張, 麗 靳 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)