φ114鋼管彎曲工藝分析及模具設(shè)計(jì)

1、114鋼管彎曲工藝分析及模具設(shè)計(jì)梁玉星（廣西百色美聯(lián)煤礦裝備制造有限責(zé)任公司 田東新州 531501）摘要 通過(guò)對(duì)114鋼管進(jìn)行彎曲，運(yùn)用有限元原理對(duì)鋼管進(jìn)行受力變形分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)合理模具，保證彎曲制件達(dá)到符合用戶(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求， 提出了一種模具設(shè)計(jì)的思路。關(guān)鍵詞 鋼管彎曲 滾壓 模具設(shè)計(jì)0. 引言我國(guó)有著豐富的煤炭資源，而近年來(lái)，隨著煤礦采掘技術(shù)的提高，現(xiàn)代化采煤裝備技術(shù)的應(yīng)用，使得采煤向縱深、機(jī)械化方向發(fā)展。我公司作為專(zhuān)門(mén)為南方軟巖碦斯特地貌礦井設(shè)計(jì)制造煤礦機(jī)械化裝備的生產(chǎn)廠(chǎng)家，經(jīng)常接到各種急、難繁重的機(jī)械加工任務(wù)。最近，114鋼管彎拱的制作加工，便是其中的任務(wù)之一。1、主要難點(diǎn)該鋼管為普通

2、鋼管，材質(zhì)為Q235-A，壁厚5mm，直徑114mm，彎拱要求彎曲部分成形后，受擠壓變形不得超過(guò)20%，且外形尺寸必須符合用戶(hù)提供的圖紙要求，加工數(shù)量：400條。為了能夠完成用戶(hù)的加工要求，筆者翻閱了大量有關(guān)沖壓模具的設(shè)計(jì)資料，通過(guò)對(duì)鋼管制件進(jìn)行工藝以及受力分析，最終設(shè)計(jì)出了較為理想的彎曲模具，圓滿(mǎn)的完成了加工任務(wù)，贏得了用戶(hù)的信賴(lài)。下面就這壓彎模具作一簡(jiǎn)要介紹。2、鋼管制件彎曲工藝分析如圖1所示，鋼管壓彎受力后，主要的變形區(qū)域集中在受壓和受彎部分，因此對(duì)這一部分的受力分析及防止變形措施是整個(gè)模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)之一，而滾壓成形工藝不單單是模具的滾制工序，主要還是由模具的設(shè)計(jì)成功率起決定作用。圖1

3、鋼管制件彎曲后受擠壓處點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)可參照應(yīng)力分析過(guò)程，通過(guò)在變形區(qū)某點(diǎn)處取單元體，然后研究該單元體的變形，在其變形過(guò)程中，各質(zhì)點(diǎn)都離開(kāi)初始位置產(chǎn)生位移。一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)可通過(guò)微元體的變形來(lái)表示，當(dāng)采用主軸坐標(biāo)系時(shí)，微元體就只有三個(gè)主應(yīng)變分量1、2和3，而沒(méi)有切應(yīng)變分量（見(jiàn)圖2），一種應(yīng)變狀態(tài)只有一組主變應(yīng)。一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)也可分解成兩部分，如圖3所示。第一部分是以平均應(yīng)變m為各向應(yīng)變的三向等應(yīng)變狀態(tài)2 m=(123)/3,表示了微元體體積的變化；第二部分是以各向主變應(yīng)與變應(yīng)值構(gòu)成的應(yīng)變狀態(tài)，表示了微元體形狀的變化。m的差值為圖2 圖3經(jīng)過(guò)以上受力分析及結(jié)合屈雷斯卡塑性屈服條件，表達(dá)式為： max=

4、(12)= 1212s特制訂鋼管壓彎采用冷滾壓成形的方法較好，設(shè)備選用三輥式卷板機(jī)。3、滾壓成形模具設(shè)計(jì)3.1 對(duì)模具工作零件材料的基本要求根據(jù)工作部分對(duì)模具硬度的要求，HRC要達(dá)到5864以上，具有高耐磨性和足夠的韌度，以及足夠的使用性能和良好的工藝性能，故該彎管壓模選用ZG310570材質(zhì)，工作部分局部熱處理即可滿(mǎn)足基本性能要求。3.2 鋼管壓模彎曲力的計(jì)算彎曲力計(jì)算是設(shè)計(jì)彎曲模和選擇壓力設(shè)備噸位的重要依據(jù)。根據(jù)彎曲力計(jì)算公式：式中： 3F自-沖壓行程結(jié)束的自由彎曲力，N；K-安全系數(shù)，一般取K=1.3；b-彎曲件的寬度，mm；t-彎曲材料的厚度，mm；R-彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，mm；b-材

5、料的強(qiáng)度極限，mm；將 K=1.3，b=114, t=5, R=343 b=460 代入上式，計(jì)算得F自=3428N，現(xiàn)車(chē)間選用功率為40KW的三輥卷板機(jī)進(jìn)行滾壓生產(chǎn)，完全能滿(mǎn)足所需彎曲力的要求。3.3 彎管滾壓模工作部分尺寸設(shè)計(jì)（1）內(nèi)孔尺寸設(shè)計(jì)如圖4所示，為方便安裝，把滾壓模具設(shè)計(jì)成上下兩半邊對(duì)開(kāi)式，兩半邊用4-M16螺栓聯(lián)接。圖4內(nèi)孔尺寸與三輥卷板機(jī)的輥軸配合，經(jīng)測(cè)量輥軸直徑為290，公差配合選用間隙配合。加工內(nèi)孔時(shí)，必須將上下兩半邊模合起來(lái)整體加 4工，以保證兩半邊的同軸度。同時(shí)，還需在兩半邊模的結(jié)合面處墊上一塊5mm厚的鋼板，以便組裝時(shí)，滾壓模能很好的上緊在卷板機(jī)的輥軸之上，防止模具

6、打滑。（2）工作部分圓角半徑及其深度設(shè)計(jì)為使鋼管彎曲件在滾壓時(shí)不致?lián)p傷變形，工作部分設(shè)計(jì)成下凹圓弧狀，凹模圓角半徑R不能過(guò)小，現(xiàn)取稍微大于鋼管外形尺寸，為R57.5mm。凹模深度需等于下凹圓角半徑，否則易使鋼管沿凹?；M(jìn)時(shí)阻力增大，從而增加彎曲力，并使鋼管表面損傷。另外上下兩半邊滾壓模的凹槽圓角半徑必須一致，以防止?jié)L壓時(shí)鋼管產(chǎn)生偏移變形。（3）壓模最小壁厚及寬度設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)鋼管壁厚及受力分析計(jì)算，并考慮滾壓模的經(jīng)濟(jì)性，最終確定彎管壓模壁厚取10mm，寬度取280mm。4、滾壓工藝規(guī)范如圖5、圖6所示，鋼管在三輥卷板機(jī)上滾壓彎曲，應(yīng)逐步加壓，多次來(lái)回滾動(dòng)，否則會(huì)造成變形區(qū)外層材料破裂，影響使用性能

7、。圖5圖6與此同時(shí)，運(yùn)用靠模進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)鋼管的圓弧度與靠模的圓弧基本吻合時(shí)，再相應(yīng)加壓一些，以防止拆模后鋼管回彈，確保彎好的鋼管制件達(dá)到用戶(hù)要求的30°彎曲角。鋼管滾壓成形后，還需進(jìn)行整形和校平工序，清除滾壓彎曲后制件外表面產(chǎn)生劃傷而留下的痕跡，提高彎曲件的精度和表面質(zhì)量。5、結(jié)束語(yǔ)模具設(shè)計(jì)、制造完成后，一次試滾壓制件合格。該彎管滾壓模適用于滾壓外徑范圍從20200，壁厚58mm的鋼管，滾壓后鋼管彎曲變形小，尺寸精度高，完全符合用戶(hù)要求，達(dá)到了預(yù)期效果，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。滾壓模具設(shè)計(jì)成功表明：滾壓成形具有設(shè)備投入簡(jiǎn)單，節(jié)材、節(jié)能、高效，是一種便捷的金屬成形新工藝，新技術(shù)，值得大力推廣和應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。附現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖片兩張。現(xiàn)場(chǎng)鋼管滾壓（1）現(xiàn)場(chǎng)鋼管滾壓（2）主要參考文獻(xiàn)：1 付宏生 主編 冷沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)制造 北京化學(xué)工業(yè)出版社 20052 陳炎嗣、郭景儀 主編 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 北京 北京出版社 19883劉克科 卷門(mén)導(dǎo)