一種金屬彎頭的加工工藝的製作方法

2023-05-19 19:53:01 2

專利名稱：一種金屬彎頭的加工工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬管材的加工領域，具體涉及一種金屬彎頭的加工工藝。
背景技術：
目前國內生產小半徑金屬彎頭(彎曲半徑R小於1D)，有以下幾種方法①無填充 推彎，只適用於直徑為25mm以下小R彎頭成型，對於延展性差的產品無法實施，例如不鏽鋼 彎頭；②灌鉛(或其他固體介質，例如石蠟)推彎，工藝太過複雜，在推彎前需將產品封住一 埠，推彎後加熱取出填充物，產品內壁被填充物嚴重刮傷；③直接壓彎橡膠脹形法，彎頭 產品在使用三角頭成型模成型過程中產生內彎部和外彎部(以下簡稱為內、外R)表面不 飽滿，通過增加填充物脹形解決了上述問題；⑤按傳統的脹形方法是採用比產品內徑稍小 的橡膠脹形第一次，再使用模芯進行第二次擴口。需要經過下料、成型、塞橡皮、脹形、取橡 皮、擴口、割口 7道工序，脹形時產品表面會殘留脹形時的橡膠粉末，需要增加後續清洗工 序，如果在脹形過程中有橡膠殘留在模腔內，會造成產品表面小凹陷，需要經過後續拋光工 序；填充用的橡膠在使用切割和磨削的方法加工成合適大小的過程中，產生的粉塵對工廠 環境也會造成一定影響。這種工藝為了保證內、外R表面飽滿，需要在管件內塞入和其體積 相當的橡膠，由於需要進行二次擴口，使得產品工序增加，以及需要使用大量橡膠，造成產 品製造成本高、效率低。

發明內容
本發明的目的在於提供一種金屬彎頭的加工工藝，該方法速度快、工序少，耗材 少，成本低，加工的產品內、外R表面飽滿、無凹陷，產品合格率高、解決了現有技術中存在 的工序複雜、填充物耗材多、產品有填充物殘留、耗時長的技術問題。本發明的上述技術問題是通過下述技術方案解決的 一種金屬彎頭的加工工藝，包括以下步驟
第一步，下料，用下料機將管材切割成加工產品彎頭所需長度的管件，並將兩端切割成 斜切口的形狀；
第二步，成型，先將管件的兩端內插入仿形模芯，然後將管件放置在三角頭模具下模的 兩個滾輪上，並使管件的短邊朝上長邊朝下，管件的中間部分正對著兩個滾輪的中間，最後 合模，用三角頭成型模具的三角頭上模將管件的中間部分壓下，製成彎管坯； 第三步，脹形、擴口
(1)、準備階段，先將擴口模具裝入一脹形水箱內，水箱的側壁上開有兩個可供脹形 用模芯進出的壁孔，壁孔的周圍固定有密封墊，然後將脹形模芯和注水脹型模芯分別插入 壁孔內，並將注水脹型模芯通過連杆與注水裝置連接，最後往脹形水箱內添加脹形所需的 水；
(2)、執行階段，將彎管坯放入擴口模具的模腔內，合模；待模腔內的壓力穩定後，同時 推動脹形模芯和注水脹型模芯進入彎管坯的兩端管口內，同時啟動注水裝置通過注水漲形模芯向彎管坯內注水，繼續推進脹形模芯和注水脹型模芯使彎管坯內的水的壓力急劇增加 到超過管材最大工作壓力，然後關閉注水裝置，從擴口模具中退出漲形用模芯，開模，取出 半成品彎頭；
第四步，割口，將半成品彎頭兩端多餘部分割除，使成品彎頭的承口長度滿足標準要求。作為優選，所述的三角頭成型模具由三角頭上模和具有一對平行滾輪4的下模組 成，三角頭上模的三角頭的端面上開有半圓槽，下模的滾輪的徑向上相對應地也開有半圓 槽，半園槽的半徑等於管件外壁的半徑，所述的三角頭正對著兩個滾輪的中間。作為優選，所述的擴口模具由兩塊鋼模板拼合而成，擴口模具內設有成品彎頭形 的模腔，模腔的內彎部和外彎部的彎曲半徑R同產品的相同，擴口模具的相鄰的兩側邊上 分別開有與模腔相通的腔口。作為優選，所述的仿形模芯，整體呈圓柱體，頭部的一側設有與成型後的管件彎曲 部相配合的曲面，頭部的端面為平面，端面上與曲面相對的一側設有倒角。作為優選，所述的注水裝置由單向閥、高壓溢流閥、管道、電磁閥、儲水箱及柱塞泵 組成，單向閥通過管道分別與連杆和儲水箱相連通，管道位於儲水箱內的一端與電磁閥連 接，管道還與高壓溢流閥連接，高壓溢流閥通過回水管與儲水箱連通；柱塞泵的出水口與電 磁閥的進水口相連接。作為優選，所述的脹形模芯由錐形頭、收縮部、棒體和結合部構成，所述的錐形頭 約呈圓錐型，錐形頭的軸向投影為圓形，錐形頭由第一曲面和第二曲面圍成，第二曲面為工 作面，第二曲面與模腔的外彎部相配合，收縮部位於錐形頭與棒體之間，收縮部為45°的倒 角，結合部上設有螺紋。作為優選，在所述的第一步步驟中，如果所採用的管材不屬於軟態管材，還要將割 成斜切口形狀的所述管件作退火處理，使所述管件退到軟態。作為優選，所述的模腔和脹形用模芯的表面粗糙度在0. 8以上。本發明的金屬彎頭的加工工藝適用於銅質、鐵質和不鏽鋼等材料的彎頭製造。本 發明採用水壓脹形原理；由於在成型工序中產品內、外R表面不飽滿，產品在擴口工序時可 以將脹形和擴口工序合成1道工序，通過脹水方法進行擴口後，管件內、外R表面飽滿、無凹 陷，不需要經過後續的產品清洗以及表面的拋光工序；本方法製造產品速度快、合格率高， 而且整個工藝簡單容易操作。因此，本發明的一種金屬彎頭的加工工藝具有下述特色1、利用水壓脹形原理， 先將加工管件完全浸入水中，然後脹形用模芯在液壓機側缸的推動下前進進入加工管件， 使加工管件內腔處於密封狀態。再通過單向閥朝加工管件內注水，同時繼續將脹形用模 芯往加工管件中心推進，模腔內的壓力就會不斷增大，當加工管件內壓力超過管材的最大 工作壓力時(例如，GB/T18033無縫銅水管和銅氣管中對最大工作壓力的計算為P=2S · t/ (D-0.8t)，其中P=最大工作壓力，S=材料允許應力，做彎頭所用軟態銅管S=41.2MPa，t為 材料壁厚，D為管材外徑)，管材開始變形，加工管件的內、外R凹陷部分隨著加工管件內壓 力的加大，迫使加工管件的表面和模腔貼在一起，加工管件完全與模腔貼在一起之後，加工 管件內腔壓力超過設定值時，多餘的水會從高壓溢流閥中溢出。2、產品只需要經過下料、成 型、擴口、割口 4道工序，即可完成產品的生產，3、產品內無橡膠填充物，避免了擴口時產品表面的凹陷，不需要後續的表面拋光工序；4、產品不需要塞、取橡膠，又將脹形和擴口合成 一道工序，這樣就節省了產品的加工時間。本發明的工藝可加工R=O. 6-1. OD的金屬彎頭。


圖1為本發明管件的結構示意圖2為本發明第二步三角頭部開始將管件壓下時狀態示意圖； 圖3為本發明第二步將管件壓製成彎管坯時狀態示意圖； 圖4為圖3的側視示意圖； 圖5為本發明第二步成型後的彎管坯結構示意圖； 圖6為本發明的第三步漲形、擴口開始時狀態示意圖； 圖7為本發明的第三步脹形、擴口完成時狀態示意圖； 圖8為本發明的半成品彎頭結構示意圖； 圖9為本發明的脹形模芯的結構示意圖； 圖10為本發明的仿形模芯的結構示意圖。圖中三角頭上模1，管件2，仿形模芯3，滾輪4，擴口模具5，脹形模芯6，連杆7， 密封圈8，橡膠墊9，脹形水箱10，單向閥11，高壓溢流閥12，管道13，電磁閥14，儲水箱15， 斜切口 16，注水脹型模芯17，注水裝置18，彎管坯19，半成品彎頭20，柱塞泵21，下模22， 模腔51，腔口 52，內彎部54，外彎部53，錐形頭61，第一曲面62，第二曲面63，收縮部64，結 合部65，棒體66。
具體實施例方式下面以加工一個兩端內孔直徑為Φ42πιπι，厚度為1. 5mm的90°的銅彎頭為實施 例，並結合附圖，對本發明作進一步的具體說明。如圖1-10所示，加工工藝步驟如下
第一步，下料，用下料機將Φ42的銅管管材切割成加工產品彎頭所需長度的管件2， 長度為120/160mm，為了使管件2成型後兩邊長度保持一致，下料時需將管件2的兩端切割 成斜切口 16的形狀(如圖1所示)。如果所採用的銅管管材不屬於軟態管材(國家標準GB/ T18033中對軟態銅管的定義是硬度為40-75HV/5)，則要將管件2再作退火處理，將其退到 軟態。第二步，成型，用液壓機或衝床，使用三角頭模具將管件2壓製成彎管坯19。如圖 2、3、4所示，三角頭模具由三角頭上模1和具有一對平行滾輪4的下模22組成。三角頭上 模1的三角頭的端面上開有半圓槽，下模22的滾輪4的徑向上相對應地也開有半圓槽，半 園槽的半徑等於管件外壁的半徑；三角頭正對著兩個滾輪4的中間。成型時，先將管件2的兩端內插入仿形模芯3，仿形模芯3如圖10所示，整體呈圓 柱體，直徑略微小於管件2的直徑，頭部31 (插入端)的一側設有與成型後的管件彎曲部相 配合的曲面，曲面的半徑等於1. 1D，頭部31的端面為一平面，端面上與曲面相對的一側設 有倒角。插入仿形模芯3時使兩個仿形模芯3的端面相抵，兩個仿形模芯3相抵的部位位 於管件2的中間，仿形模芯3的曲面一側正對管件2的短邊一側。然後將管件2放置在兩個滾輪4上，並使管件2的短邊朝上長邊朝下，管件2中間 正對著兩個滾輪的中間。啟動液壓機的主油缸下行，帶動三角頭上模1三角頭部將管件2
6的中間部分壓下，同時帶動兩滾輪4朝中間方向轉動，於是將管件2壓製成彎管坯19。通過 調整三角頭上模1下降的行程，可控制彎管坯19所需要的角度。兩個滾輪4相向轉動的同 時，仿形模芯3也跟著向外退出，當三角頭上模1下降到最底部時，管件2壓製成所需角度 的彎管坯19 (如圖5所示)，同時仿形模芯3被擠出(見圖3)，最後拔出仿形模芯3，啟動液 壓機的主油缸上行，取出彎管坯19。第三步，脹形、擴口，
1、準備階段，先在四柱液壓機的工作檯上裝一個脹形水箱，再將擴口模具5裝入脹形 水箱10內，如圖6、7所示。擴口模具5，如圖6所示，由兩塊鋼模板拼合而成，擴口模具5內 設有成品彎頭形的模腔51，模腔51的內彎部54和外彎部53的彎曲半徑R同產品相同，擴 口模具5的相鄰的兩側邊上分別開有與模腔51相通的腔口 52。水箱10與擴口模具5的腔 口 52相對的側壁上開有兩個可供脹形用模芯進出的壁孔，壁孔的周圍固定有密封墊9。脹 形用模芯分為脹形模芯6和注水脹型模芯17。然後將脹形模芯6和注水脹型模芯17分別 插入壁孔內，並將注水脹型模芯17通過連杆7與注水裝置連接，注水脹型模芯17和連杆7 內設有通孔，最後往脹形水箱10內添加脹形所需的水。2、執行擴口漲形階段，將彎管坯19放入擴口模具5的模腔51內，啟動液壓機的主 缸下行，合模並用主缸保壓，待模腔51內的壓力穩定後，再啟動液壓機的兩側油缸，同時推 動脹形模芯6和注水脹型模芯17進入彎管坯19的兩端管口內，同時啟動注水裝置通過注 水漲形模芯向彎管坯19內注水，由於脹形模芯6和注水脹型模芯17的直徑大於彎管坯19 兩端的管口直徑，彎管坯19兩端的管口被強行撐大，同時使脹形模芯6和注水脹型模芯17 兩者之間的彎管坯19內形成封閉的空間，隨著兩個脹形模芯繼續的推進使彎管坯19內的 水的壓力急劇增加，迫使彎管坯19凹陷部位往模腔51的內壁貼靠，當管內壓力超過銅管的 最大工作壓力時，凹陷部分在水壓下脹形整圓變得飽滿，最終與模腔51的內壁形狀一致。 此時關閉注水裝置，從模具退出漲形模芯，啟動液壓機的主缸上行，開模，取出半成品彎頭 20 (如圖8所示)。整個過程8秒內便可完成，整個工序各個步驟可在液壓機上利用PLC程 序實現自動化。脹形模芯推入的深度可按照產品承口的要求決定。為了減小彎管坯19與 模腔51、脹形模芯之間的摩擦，模腔51、脹形模芯6的表面粗糙度應在0. 8以上。注水裝置如圖6、7所示，由單向閥11、高壓溢流閥12、管道13、電磁閥14、儲 水箱15及柱塞泵21組成，注水裝置通過內設有孔的連杆7與脹形模芯6相連接。連杆7 通過管道13、經單向閥11與儲水箱15相連通，管道13與連杆7的連接段為軟管。管道13 位於儲水箱15內的一端與電磁閥14連接，管道13還與高壓溢流閥12連接，高壓溢流閥12 溢出的水通過回水管，回流到儲水箱內；高壓溢流閥12的壓力設定應大於管材最大工作壓 力，通常設置為5MPa左右。柱塞泵21的出水口與電磁閥14的進水口相連接。注水裝置的 工作原理是電磁閥14開啟儲水箱15內的水依次通過單向閥11、管道13、連杆7及脹形模 芯6進入彎管坯19內；當彎管坯19腔內的壓力超過注水的壓力時單向閥11停止注水，當 彎管坯19內的壓力超過高壓溢流閥12所設定的壓力時，高壓溢流閥12便溢流排水；當脹 形模芯6進到擴口模具5的最大彎部時，高壓溢流閥12停止排水，此時彎管坯19的承口尺 寸以及內、外R尺寸都已經達到標準要求。脹形模芯6如圖9所示由錐形頭61、收縮部64、棒體66和結合部65構成，錐形頭 約呈圓錐型，其軸向投影為圓形，錐形頭61由第一曲面62和第二曲面63圍成，第二曲面63為工作面，在脹形時對彎管坯19進行擠壓，第二曲面63與模腔51的外彎部53相配合(如 圖7所示)，錐形頭61與棒體66之間為收縮部64，收縮部64用於對彎管坯19進行承口處 的成型處理，為45°的倒角，棒體66的直徑為承口大小Φ42. 2，結合部65與連杆7螺紋連 接。注水脹型模芯17與脹形模芯6的不同點是模芯的軸向鑽有通孔。第四步，割口，用儀表車床將半成品彎頭20兩端多餘部分割除製成成品彎頭，使 成品彎頭的承口長度滿足產品標準要求。經過發明人反覆試驗並對比發現，採用傳統的橡膠脹形方法，每10000件產品需 要使用20Kg左右橡膠，這樣既增加了填充物成本，橡膠粉末也會對工廠環境造成一定的影 響；橡膠脹形工序每個班能生產670件產品，脹形時管件表面有殘留橡膠粉末，需要經過清 洗表面殘留；如模腔內有殘留粉末就會造成產品表面凹陷，需要經過後續的拋光處理，整體 合格率不足95%。然而通過本發明的加工工藝，每個班能生產2400件產品，而且產品內、外 R飽滿、無凹陷，整體合格率達到98%以上；不僅節約了填充物的使用，還使生產工序減少一 步，大大提高了產品的生產效率。從而驗證了本工藝脹形工序簡單、生產效率高、產品美觀、 產品合格率高、製造過程環保的優點。
權利要求
一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於包括以下步驟第一步，下料，用下料機將管材切割成加工產品彎頭所需長度的管件，並將兩端切割成斜切口的形狀；第二步，成型，先將管件的兩端內插入仿形模芯，然後將管件放置在三角頭模具下模的兩個滾輪上，並使管件的短邊朝上長邊朝下，管件的中間部分正對著兩個滾輪的中間，最後合模，用三角頭成型模具的三角頭上模將管件的中間部分壓下，製成彎管坯；第三步，脹形、擴口(1)、準備階段，先將擴口模具裝入一脹形水箱內，水箱的側壁上開有兩個可供脹形用模芯進出的壁孔，壁孔的周圍固定有密封墊，然後將脹形模芯和注水脹型模芯分別插入壁孔內，並將注水脹型模芯通過連杆與注水裝置連接，最後往脹形水箱內添加脹形所需的水；(2)、執行階段，將彎管坯放入擴口模具的模腔內，合模；待模腔內的壓力穩定後，同時推動脹形模芯和注水脹型模芯進入彎管坯的兩端管口內，同時啟動注水裝置通過注水漲形模芯向彎管坯內注水，繼續推進脹形模芯和注水脹型模芯使彎管坯內的水的壓力急劇增加到超過管材最大工作壓力，然後關閉注水裝置，從擴口模具中退出漲形用模芯，開模，取出半成品彎頭；第四步，割口，將半成品彎頭兩端多餘部分割除，使成品彎頭的承口長度滿足標準要求。
2.根據權利要求1所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於所述的三角頭成型 模具由三角頭上模和具有一對平行滾輪4的下模組成，三角頭上模的三角頭的端面上開有 半圓槽，下模的滾輪的徑向上相對應地也開有半圓槽，半園槽的半徑等於管件外壁的半徑， 所述的三角頭正對著兩個滾輪的中間。
3.根據權利要求1所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於所述的擴口模具由 兩塊鋼模板拼合而成，擴口模具內設有成品彎頭形的模腔，模腔的內彎部和外彎部的彎曲 半徑R同產品的相同，擴口模具的相鄰的兩側邊上分別開有與模腔相通的腔口。
4.根據權利要求1所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於所述的仿形模芯，整 體呈圓柱體，頭部的一側設有與成型後的管件彎曲部相配合的曲面，頭部的端面為平面，端 面上與曲面相對的一側設有倒角。
5.根據權利要求1所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於所述的注水裝置由 單向閥、高壓溢流閥、管道、電磁閥、儲水箱及柱塞泵組成，單向閥通過管道分別與連杆和儲 水箱相連通，管道位於儲水箱內的一端與電磁閥連接，管道還與高壓溢流閥12連接，高壓 溢流閥通過回水管與儲水箱連通，柱塞泵的出水口與電磁閥的進水口相連接。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於所述的 脹形模芯由錐形頭、收縮部、棒體和結合部構成，所述的錐形頭約呈圓錐型，錐形頭的軸向 投影為圓形，錐形頭由第一曲面和第二曲面圍成，第二曲面為工作面，第二曲面與模腔的外 彎部相配合，收縮部位於錐形頭與棒體之間，收縮部為45°的倒角，結合部上設有螺紋。
7.根據權利要求1-5中任一項所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於在所述 的第一步步驟中，如果所採用的管材不屬於軟態管材，還要將割成斜切口形狀的所述管件 作退火處理，使所述管件退到軟態。
8.根據權利要求6所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於在所述的第一步步 驟中，如果所採用的管材不屬於軟態管材，還要將割成斜切口形狀的所述管件作退火處理， 使所述管件退到軟態。
9.根據權利要求1-5中任一項所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於所述的 模腔和脹形用模芯的表面粗糙度在0. 8以上。
10.根據權利要求8所述的一種金屬彎頭的加工工藝，其特徵在於所述的模腔和脹形 用模芯的表面粗糙度在0. 8以上。
全文摘要
本發明屬於金屬管材的加工領域，涉及一種金屬彎頭的加工工藝，該工藝包括下料-成型-脹形、擴口-割口四個步驟，本發明利用水壓脹形原理，先將加工管件完全浸入水中，脹形用模芯在液壓機側缸的推動下前進進入加工管件，再通過單向閥朝加工管件內注水，同時繼續將脹形用模芯往加工管件中心推進，當加工管件內壓力超過管材的最大工作壓力時，管材開始變形，加工管件的內、外R凹陷部分隨著加工管件內壓力的加大，迫使加工管件的表面和模腔貼在一起，達到產品脹形要求。本發明只需經過四道工序即可完成彎頭產品的生產，提高了工作效率，產品內無橡膠填充物，避免了擴口時產品表面的凹陷，不需要後續的表面拋光工序。
文檔編號B21C37/28GK101972795SQ20101027839
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月13日 優先權日2010年9月13日
發明者孫杰, 胡萍輝, 鄭溫宇, 阮成福, 黃明輝 申請人:浙江天興管業有限公司