管材的冲压方法

如何对付管材的冲压方法宛强2006年整理管材冲压是指管材的第二次加工，属于管材深加工技术范畴。它是从传统的冲压工艺发展起来的一种新的加工技术。它在航空航天、汽车、摩托车、机械、化工等工业部门得到广泛应用。同时也为管材在工程上的广泛应用展示出诱人的前景。根据管材零件的技术条件及不同使用要求，应选用相应的冲压方法。在实际生产中，管材的冲压加工方法，主要有切断、剖口、弯曲、翻卷成形等。管材的冲压与板材的冲压、尽管都是称之为冲压加工方法，因其管材是空心的，所以其工艺方法、工装结构设计，主要出现的产品质量问题以及防止措施等方面，都存在着较大的不同。本章主要讨论圆管材的冲压加工方法（其他异形管材你可触类旁通喔）。第一节管材剖切加工管材剖切加工适合于摩托车、汽车等行业的大批量生产。剖切加工方法包括管材切断、剖口及冲孔等方面。★管材切断在生产中，对管材的切断通常分为两类。一类是机械切割，如车切、锯切、砂轮切断等，另一类是冲压剪切方法。比较而言，机械切割的质量稳定，但生产率低，而冲压剪切方法则可大大提高生产率，只要采用的工艺合适，就能较好地保证切割断面质量。管材的冲压切断：冲压剪切按有无芯棒支撑又可分为有芯切断和无芯切断两种。（1） 有芯切断；切断时，为防止管壁塌陷而在管内设置芯棒，仅适合于短而直的管材切断。（2） 无芯切断；由于管件结构需要各种长度的直管及弯管，这给采用芯棒带来困难，故无芯切断应用较多。双重冲切法；（图6—2）。其基本思路是先在管顶开一槽孔，然后再进行冲切，冲切时刀尖从开口处进入，其后进行切断，从而获得失圆度小的管件。双冲法可在同一副模具上先在管子侧面冲一槽口，然后转90°置于下一工位进行切断。这样，既保证了管子的断面质量，又使凸模刀片易于制造，增长寿命，目前，在汽车、摩托车生产中采用。b）图6—2双重冲切示意图a）冲槽 b）切断

图6—4简化后用圆弧作出的切刀刃口轮廓曲线图图6—4简化后用圆弧作出的切刀刃口轮廓曲线图6—6刀片为直线刃口图6—7冲切模具固定安装简图1—切槽刀片2—刀片固定座3—切断刀4—切断刀固定座对于常用的低碳钢管件，直径D=（20〜25）mm,管壁厚度t=（1・5〜2.5）mm，刀片厚度t=4mm,刀片材料：W18Cr4V（高速钢）。二、管材剖口：目前在摩托车、自行车、家俱等行业的管件加工中，大量采用图6—8所示管件端头焊接构件,c/c/图6—8管子焊接构件冲切剖口适合加工直径一般为°5~°60mm相对壁厚t/d（t—管壁厚度，d—管外径）在0.01〜0.15之间的薄壁钢管。由于常用管结构中管材的尺寸规格属于此范围，因此管件的剖口加工方法有很大的实际应用价值。根据剖口凸模轴线与被剖弧口管材轴线的夹角大小（只考虑轴线相交），可将管端剖口分为垂直与斜交两种情况，其剖口工艺特点是不相同的（图6—9）。◎ b）图6—9管件端头剖面示意图a）轴线垂直b）轴线斜交两轴线斜交时，可通过调节管坯在上下夹持凹模中端头伸出量，以保证凸模由端口进人，而不冲塌管材顶端。轴线垂直时，只有通过调节凸模几何形状参数或预先开槽，再冲剖口的方法来提高剖口质量。实际生产中，两类轴线夹角°在（90±10°）之内均可视为垂直情况处理。本节中讨论凸模从管材顶部垂直剖口的情况。管端剖口质量的•好坏主要取决于剖口凸模的几何形状参数（图6—10）图6—10管端剖口凸模图6—10a相当于圆柱体用一平面斜切而成，b、c是a的变化形式。a可看作是b在卩=0°的特例。剖口时管壁的变形剖口凸模从管材顶部切人时管壁的变形情况（图6—11）。图6—11a，b，c为凸模开始将顶部管壁压塌，切出小开口，随着凸模下压切口逐渐扩大，直至管材冲断，得到要求的剖口形状。同一凸模的切口在凸模的不同部位扩展的情况不一样，如图6—11d所示。刃口由凸模的“前切面”和后面切相交形成，其作用是切割管壁材料，以形成所需的剖切弧口。前切面在剪切过程中与管壁材料有摩擦，应尽量降低其粗糙度，以减小冲切力。后切面有推挤废料的作用，并将废料压成内凹形状。冲切进行到某个时刻，凸模头部与管底壁接触，最后上下切口汇合，废料脱离管件。图6—11剖口过程管壁变形三、管材冲孔：生产中，管材壁部上的孔，通常是采用钻、铣等方法加工的，虽然质量稳定，但生产效率低，难以满足大批量生产的要求。随着生产的发展，近年，采用冲压方法冲孔增多起来。用冲压方法进行管材冲孔，不仅能满足管件的使用要求，而且效率提高，模具结构简单，不需特殊设备，在一般压力机上即可冲制，故适用于大批量生产。管材冲孔，按其模具结构特征可分为有凹模冲孔和无凹模冲孔。目前生产中，对管材的有凹模冲孔采用较为广泛，这里主要介绍管材无凹模冲孔。管材无凹模冲孔，即是在管材中无凹模支承的状态下，仅靠凸模对管壁进行冲孔加工。由于凸模在冲制时，管材处于空心状态，凸模对管壁施加的压力超过管壁本身的刚度所能承受的能力时，管材容易被压扁、冲塌，使冲孔加工无法完成。所以进行无凹模冲孔，首要的条件，是尽可能提高管材刚度，同时，在工艺和模具结构方面，还应采取特殊措施，方能收到较好效果。这种方法多用于管件和其它高刚度工件的冲孔。1.冲孔分析管材在无凹模冲孔中，为了防止冲孔力引起的失稳和模具的损坏，对模具有特殊要求。管件在模具中夹持固定方法非常重要。在生产中，模具夹持固定管件的方法有多种，介绍如下（图6—15）：1） 将管件放在平板上（图6—15a）。2） 将管件放置于带半圆凹槽的板上（图6—15b）。3） 将管件放置于带半圆凹槽的板上，其上加一带半椭圆凹槽压紧管件（图6—15c）。带半椭圆凹槽的压料板3使管上部分产生弹性变形，并增加其刚度，这使可冲孔的直径比前两种增大。图6—15管件在模具中的固定理论研究表明：冲孔直径与管材壁厚及材料性能之间有如下关系：当管件放在平板上时（图6-15a）冲孔直径d为:btb • w(6—16)式中：理论研究表明：冲孔直径与管材壁厚及材料性能之间有如下关系：当管件放在平板上时（图6-15a）冲孔直径d为:btb • w(6—16)式中：b――管材变形区的长度或短小工件的长度;t――管件壁厚;R—管件半径;bw 管材的许用弯曲应力（抗弯强度）;管材屈服极限。如果管件放在带半圆凹槽上时（图6—16b）,其冲孔直径d为:btb——w兀(0.46+0.91R)bw(6—17)式中：b――管件支撑在半圆槽板上的长度。如果，采用图6—15c所示的模具时，则冲孔直径刀为:0.5R-0.75tbt1 0.5R-0.75t b(+ )_wdV兀0.46t+0.91R0.25t2+0.85tR+0.72R2bw(6—18)式中:b带半椭圆槽压紧板3的长度。压紧板3加于管件的压紧力Q1为:bt2bbt2b wQ1~0.26t+0.4R(6—19)的作用方向与水平方向的夹角°=45。时，夹紧板3的压紧力Q1与作用于管子的压力Q应满足:=1.41=1.41Q卞迈(6—20)管件变形区在预压状态下，其冲孔的相对直径（dt）会增大（图6—15c）。对于35钢管(STAS8183), 二34°N/mm2，w二13°N/mm2，若外径D=15〜30mm,夹紧长度约为80mm,根据式（6-18）计算，取不同之D值，可得冲孔直径d与35钢管壁厚的对应值（图6-

5.0d.iiIS—Z//rZL /r//5.0d.iiIS—Z//rZL /r//x5=15/、■/、、、fD-3G113.0l.c-0 C.52.?工。.X7匚'5.0；6.0呼PJ//mm图6—16冲孔直径及壁厚的关系无凹模冲孔时，因管件内无凹模支承，在冲孔部位有局部的塌陷“凹坑”（图6—17）。“凹坑”的大小与管材的尺寸、管材种类、冲孔尺寸、模具结构、压紧力等因素有关，“凹坑”尺寸见表6—1。表6—1管材冲压成形的“凹坑”尺寸钢管外径X壁厚DXt材料冲孔直径d“凹坑”直径d/“凹坑”深度h"30X2.520*9.5*193.2e30X1.5109.5*247.5e30X2.610*9.5*206.530X2.610*4*123*30X510*9.5*162.5如果用于高速冲孔，无凹模冲孔模的效率非常高。这种方法现已成功用于工程行业及石油工业中的油井管道的爆炸冲孔。模具结构特点举例：如图6—18是用于摩托车车架管加工的无凹模冲孔结构简图。管件外径及壁厚为22.3X2,冲孔直径d=5mm。图6—18中的件号2是冲孔凸模。这种凸模制造、修磨方便，由于凸模的工作状况较一般冲孔条件差,特别是大批量生产中，应合理设计凸模结构型式、固定方法，确定材质及热处理要求等，该凸模采用Crl2MoV—类的耐磨工具钢制造，要求热处理硬度60〜63HRC。该模具的下固定板为半圆槽，压紧装置采用聚氨酯橡胶，同样起到半椭圆槽压紧装置的作用（图6—15c），使用效果良好。图6—18模具简图1—凸模固定板2—凸模3—聚氨酯4-半圆凹模第二节管材弯曲管材弯曲工艺是随着汽车、摩托车、自行车、石油化工等行业的兴起而发展起来的，管材弯曲常用的方法按弯曲方式可分为绕弯、推弯、压弯和滚弯；按弯曲加热与否可分为冷弯和热弯；按弯曲时有无填料（或芯棒）又可分为有芯弯管和无芯弯管。图6—19、图6—20、图6—21和图6—22分别为绕弯、推弯、压弯及滚弯装置的模具示意图。

图6—19在弯管机上有芯弯管1—压块2—芯棒3—夹持块4—弯曲模胎5—防皱块6—管坯图6—20型模式冷推弯管装置 图6—21V形管件压弯模1—压柱2—导向套3—管坯4—弯曲型模1—凸模2—管坯3—摆动凹模最小弯曲半径：（注意生产中应大于最小弯曲半径）表6—2管材弯曲时的最小弯曲半径（单位：mm）弯曲方法最小弯曲半径fmin压弯（3〜5）D绕弯（2〜2.5）D滚弯6D推弯（2.5〜3）D注：D为管材外径。

钢材和铝管在最小弯曲半径见表6—3。表6—3钢管和铝管的最小弯曲半径（单位：mm）管材外径46810121416182022最小弯曲半径厂min8121620283240455056管材外径24283032353840444850最小弯曲半径厂min68849096105114120132144150防止截面形状畸变的有效办法是：1）在弯曲变形区用芯棒支撑断面，以防止断面畸变。对于不同的弯曲工艺，应采用不同类型的芯棒。压弯和绕弯时，多采用刚性芯棒，芯棒的头部呈半球形或其他曲面形状。弯曲时是否需要芯棒，用何种芯棒，可由图6—26、图6—27确定。柱形芯楝成形的◎HHnCAS叠层的◎HHnCAS叠层的带钢缆球状图6—26芯棒的结构形式

管材直壮40-1z0-管材直径与融厚2比D；tHO-qL3D—2七无芯棒柱賂或成形的芯樺一令球《球】药「310—8U--170-管材直壮40-1z0-管材直径与融厚2比D；tHO-qL3D—2七无芯棒柱賂或成形的芯樺一令球《球】药「310—8U--170-60—5040—1剛解A孔一•弯些比.

R/D3-1图解B相当环借

弯曲比图6—27选用芯棒线图2） 要求不高时可在弯曲管坯内充填颗粒状的介质（如粗干砂子）或熔点低的合金等，可以代替芯棒，防止断面形状畸变的作用。这种方法应用较为容易，也比较广泛，多用于中小批量的生产。3） 在与管材接触的模具表面，按管材的截面形状，做成与之吻合的沟槽减小接触面上的压力，阻碍断面的歪扭，是一个相当有效的防止断面形状畸变的措施。4） 利用反变形法控制管材截面变化（图6—28）,这种方法常用于在弯管机上的无芯弯管工艺，其特点是结构简单，所以应用广泛。采用反变形法进行无芯弯管，即是管坯在预先给定以一定量的反向变形，则在弯曲后，由于不同方向变形的相互抵消，使管坯截面基本上保持圆形，以满足椭圆度的要求，从而保证弯管质量。弘、yl］反变老潑轮弯借 反变形滑槽弯營弯曲型胎图6—28反变形法无芯弯管示意图1—弯曲模胎2—夹持块3—辊轮4—导向轮5—管坯反变形槽断面形状如图6—29，反变形槽尺寸与相对弯曲半径RD（R为中心层曲率半径，D为管材外径）有关。见表6—4。表6—4反变形槽的尺寸相对弯曲半径R/DR1R2R3H1.5〜20.5D0.95D0.37D0.56D>2〜3.50.5D1.0D0.4D