三向加載彎制彎管裝置及三向加載彎制彎管方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三向加載彎制彎管裝置及一種使用該種裝置對(duì)管道進(jìn)行彎制的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大口徑厚壁彎管制造一般采用機(jī)械加工成形、中頻彎、熱彎和冷彎制造。其 中采用機(jī)械切削加工成形時(shí)，彎管的形狀好，彎曲半徑均勻，彎曲角度精準(zhǔn)，不存在壁厚減 薄和彎管中心線伸長(zhǎng)現(xiàn)象。但需要專(zhuān)用機(jī)加工設(shè)備，機(jī)加工難度大，加工時(shí)間長(zhǎng)，尤其是奧 氏體不銹鋼彎管機(jī)械切削加工難度極大；采用中頻彎管時(shí)，彎管的彎曲半徑均勻，彎管成形 速度快。但彎管壁厚減薄量不易控制，需要專(zhuān)用的中頻彎設(shè)備，無(wú)法對(duì)帶接管的管道進(jìn)行彎 制；采用熱彎技術(shù)制造彎管時(shí)，彎管的彎曲半徑和角度能基本保證。但彎管的形狀和彎管的 壁厚減薄量難于控制，容易造成材料晶粒度長(zhǎng)大，對(duì)模具精度要求極高，并且需要專(zhuān)用熱彎 管技術(shù)，進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的整形工藝。
[0003]目前國(guó)內(nèi)大部分機(jī)械廠對(duì)于大口徑厚壁彎管制造采用設(shè)備要求簡(jiǎn)單，易于實(shí)施的 冷彎方法，圖1為管道冷彎示意圖。但由于管道冷彎時(shí)需要的壓力大，彎管的回彈力大，彎 曲角度和彎曲半徑難于控制，特別是極易造成彎管外弧側(cè)壁厚減薄超標(biāo)和彎管中心線伸長(zhǎng) 超標(biāo)而導(dǎo)致彎管報(bào)廢。
[0004] 造成彎管外弧側(cè)壁厚減薄超標(biāo)和彎管中心線伸長(zhǎng)超標(biāo)的原因主要有兩個(gè)方面。
[0005] 如圖2所示，為彎管受力示意圖。管道彎制時(shí)，由于彎管模具對(duì)管道具有摩擦力f\， 摩擦力對(duì)管道產(chǎn)生拉伸作用，因而造成彎管中心線伸長(zhǎng)。
[0006] 管道彎曲時(shí)，彎管內(nèi)弧材料側(cè)受到壓縮，外弧側(cè)材料受到拉伸。根據(jù)材料變形原 理，材料受到壓縮會(huì)橫向變厚，而受到拉伸會(huì)橫向變薄，最終導(dǎo)致內(nèi)弧側(cè)壁厚T1大于外弧 偵_厚T2,如圖3所示。假設(shè)材料在壓縮和拉伸應(yīng)變應(yīng)力相等的情況下，由于彎管外弧側(cè)的 材料變薄和內(nèi)弧側(cè)材料變厚，造成彎管內(nèi)力矩不平衡，即彎管中位面上方力矩Ml大于中位 面下方力矩M2，M1和M2力矩表達(dá)見(jiàn)公式1和2。使得受壓部位材料不易壓縮，而受拉部位 易拉伸，直到受拉部位的材料拉伸強(qiáng)度強(qiáng)化到拉伸強(qiáng)度與面積和離中位面距離的積分值等 于壓縮強(qiáng)度與面積和離中位面距離的積分值一致時(shí)，即M2 = Ml時(shí)，拉伸變形量才會(huì)等同于 壓縮變形量，在這之前拉伸變形量永遠(yuǎn)大于壓縮變形量。因此，在在彎管彎制變形過(guò)程中， 由于彎管外弧側(cè)被拉長(zhǎng)量大于內(nèi)弧側(cè)未被壓縮，造成彎管中心被拉長(zhǎng)。同時(shí)，彎管外弧側(cè)在 被拉長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)一步減小壁厚，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起壁厚超標(biāo)。

[0011] 因此，研發(fā)一種可以有效控制彎管壁厚減薄量和彎管中心線伸長(zhǎng)量的裝置和方法 成為了亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可以有效控制彎管壁厚減薄量和彎管中心 線伸長(zhǎng)量的三向加載彎制彎管裝置。
[0013] 本發(fā)明提供一種三向加載彎制彎管裝置，包括：
[0014] 基架；
[0015] 左下模和右下模；所述左下模和所述右下模設(shè)置在所述基架上，呈同一水平面設(shè) 置，用于支撐待彎制管；所述左下模和所述右下模均可轉(zhuǎn)動(dòng)；所述左下模和所述右下模轉(zhuǎn) 動(dòng)后，呈V型設(shè)置；
[0016] 上模；所述上模設(shè)置在所述基架上，可上升或下降；所述上模下降后，向支撐于所 述左下模和所述右下模上的待彎制管施加向下的壓力，使待彎制管變彎；
[0017] 軸向加載裝置；所述軸向加載裝置設(shè)置在所述基架上，沿待彎制管的軸向向待彎 制管加載。
[0018] 優(yōu)選地，所述軸向加載裝置包括加載墊塊；所述加載墊塊設(shè)置在待彎制管的端部， 可在外力驅(qū)動(dòng)下沿待彎制管的軸向向待彎制管施壓；所述軸向加載裝置還包括傳動(dòng)裝置； 所述傳動(dòng)裝置用于將外力傳動(dòng)至所述加載墊塊。
[0019] 優(yōu)選地，所述傳動(dòng)裝置包括絲桿拉桿和絲杠螺母；所述絲桿螺母套設(shè)在所述絲桿 拉桿上，與所述絲桿拉桿螺紋配合；絲桿拉桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述基架上，并與所述加載墊 塊連接；所述絲桿螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述絲桿拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)所述加載墊塊沿待彎制管的 軸向向待彎制管施壓；或者，所述絲桿螺母抵靠在所述加載墊塊上，所述絲桿螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，推 動(dòng)所述加載墊塊沿待彎制管的軸向向待彎制管施壓。
[0020] 優(yōu)選地，還包括驅(qū)動(dòng)裝置；所述驅(qū)動(dòng)裝置為所述絲桿螺母轉(zhuǎn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力。
[0021] 優(yōu)選地，所述傳動(dòng)裝置包括液壓裝置，所述液壓裝置與所述加載墊塊連接；所述液 壓裝置拉伸或頂撐后，帶動(dòng)所述加載墊塊沿待彎制管的軸向向待彎制管施壓。
[0022] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可以有效控制彎管壁厚減薄量和彎管中心 線伸長(zhǎng)量的三向加載彎制彎管方法。
[0023] 本發(fā)明提供一種三向加載彎制彎管方法，采用上述三向加載彎制彎管裝置對(duì)管道 進(jìn)行彎制處理，具體步驟包括：采用上模向支撐于所述左下模和所述右下模上的待彎制管 施加向下的壓力，使待彎制管變彎；同時(shí)采用所述軸向加載裝置沿待彎制管的軸向向待彎 制管加載，用于抵消所述左下模和所述右下模對(duì)管道的摩擦力，以及用于平衡管道外弧側(cè) 和內(nèi)弧側(cè)的變形抗力。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0025] 1)在傳統(tǒng)壓彎制造彎管的基礎(chǔ)上增加簡(jiǎn)單設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)三向加載。
[0026] 2)實(shí)現(xiàn)方法多樣，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇加載機(jī)構(gòu)。
[0027] 3)根據(jù)需要選擇人工手動(dòng)加載或自動(dòng)加載。
[0028] 4)對(duì)彎管加載位置多樣，可以根據(jù)彎管實(shí)際結(jié)構(gòu)實(shí)施加載。
[0029] 5)彎管兩端直段等長(zhǎng)和不等長(zhǎng)均能實(shí)現(xiàn)三向加載法彎制。
[0030] 6)抵消彎管時(shí)模具摩擦力和補(bǔ)償彎管拉伸變形力與壓縮變形力之差，因而消除彎 管中心線伸長(zhǎng)和彎管壁厚減薄超差。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為管道冷彎示意圖。
[0032] 圖2為管道受力示意圖。
[0033] 圖3為管道冷彎后的截面圖。
[0034] 圖4為實(shí)施例1的三向加載彎制彎管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖5為實(shí)施例1的三向加載彎制彎管裝置的使用示意圖。
[0036] 圖6為實(shí)施例2的三向加載彎制彎管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖7為實(shí)施例3的三向加載彎制彎管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖8為實(shí)施例4的三向加載彎制彎管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖9為實(shí)施例5的三向加載彎制彎管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖10為實(shí)施例6的三向加載彎制彎管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0041] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0042] 實(shí)施例1
[0043] 如圖4所示，三向加載彎制彎管裝置包括：
[0044] 基架 1 ;
[0045] 左下模2和右下模3 ;所述左下模2和所述右下模3設(shè)置在所述基架1上，呈同一 水平面設(shè)置，用于支撐待彎制管01 ;所述左下模2和所述右下模3均可轉(zhuǎn)動(dòng)；所述左下模和 所述右下模轉(zhuǎn)動(dòng)后，呈V型設(shè)置（如圖5所示）；
[0046] 上模4 ;所述上模4設(shè)置在所述基架1上，可上升或下降；所述上模下降后，向支撐 于所述左下模2和所述右下模3上的待彎制管01施加向下的壓力F，使待彎制管變彎（如 圖5所示）；
[0047] 軸向加載裝置；所述軸向加載裝置設(shè)置在所述基架上，沿待彎制管的軸向向待彎 制管加載。
[0048] 優(yōu)選地，所述軸向加載裝置包括加載墊塊51 ;所述加載墊塊51設(shè)置在待彎制管01 的端部，可在外力驅(qū)動(dòng)下沿待彎制管的軸向向待彎制管01施壓；所述軸向加載裝置還包括 傳動(dòng)裝置；所述傳動(dòng)裝置用于將外力傳動(dòng)至所述加載墊塊51。
[0049] 優(yōu)選地，所述傳動(dòng)裝置包括絲桿拉桿52和絲杠螺母53 ;所述絲桿螺母53套設(shè)在 所述絲桿拉桿52上，與所述絲桿拉桿52螺紋配合；絲桿拉桿52可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述基架 1上，并與所述加載墊塊51連接；所述絲桿螺母53轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述絲桿拉桿52轉(zhuǎn)動(dòng)，從而 帶動(dòng)所述加載墊塊51沿待彎制管的軸向向待彎制管01施壓。
[0050] 優(yōu)選地，還包括驅(qū)動(dòng)裝置（圖中未示出）；所述驅(qū)動(dòng)裝置為所述絲桿螺母53轉(zhuǎn)動(dòng) 提供驅(qū)動(dòng)力。
[0051] 在管道彎制初始階段，由于管道變形較小，彎管的內(nèi)弧側(cè)和外弧側(cè)壁厚相差無(wú)幾， 需要的彎制主壓載荷相對(duì)較小，模具對(duì)彎管的摩擦力相對(duì)較小。因此，需要絲桿拉桿對(duì)彎管 端部的軸向載荷較小，隨著管道變形增加，彎管的內(nèi)弧側(cè)和外弧側(cè)壁厚相差增大，需要的彎 管彎制主壓載荷相對(duì)較大，模具隊(duì)彎管的摩擦力相對(duì)較大。一般來(lái)說(shuō)，彎管軸向加載力大約 等于彎管主壓力的25% -50%是合適的，具體還要根據(jù)彎管管徑、壁厚和彎管材料力學(xué)性 能確定。
[0052] 應(yīng)當(dāng)注意兩點(diǎn)：1)在管道彎制過(guò)程中由于管道中心線由直線轉(zhuǎn)化為圓弧線，而加 載的絲桿拉桿始終是直線方向，所以在絲桿初始加載下，隨著彎管彎曲程度增加，絲桿的加 載力將不斷下降，也有可能消失。2)由于加載轉(zhuǎn)動(dòng)支座的轉(zhuǎn)動(dòng)中心和左右下模具的轉(zhuǎn)動(dòng)中 心不在一個(gè)位置，因此，隨著彎管彎曲程度增加，絲桿與彎管直管段中心線越來(lái)越不平行。 因此，對(duì)彎管進(jìn)行分步加載、分步調(diào)整絲桿拉桿與彎管端部相對(duì)位置是必須的。具體根據(jù)彎 管的彎曲角度、彎管的管徑、需要的加載力和加載設(shè)備情況確定。一般來(lái)說(shuō)，加載時(shí)彎管角 度依次增加5°較合適。
[0053] 根據(jù)上述情況，當(dāng)采用人工加