薄壁管数控弯曲及操作方式分析

薄壁管数控弯曲及操作方式分析

陈琳

（沈阳飞机工业集团有限公司，辽宁沈阳１１００００）

从薄壁管数控弯曲成形过摘要：在飞机制造中，需要使用薄壁管，由此对薄壁管的弯曲质量提出了较高的要求。基于此点，

程的分析入手，阐述了薄壁管数控弯曲的常见缺陷问题，在此基础上提出薄壁管数控弯曲的操作方式。期望通过本文的研究能够对薄壁管数控弯曲成形质量的提升有所帮助。

关键词：薄壁管；数控弯曲；操作方式中图分类号：TG306文献标识码：A文章编号：2096-4390（2019）20-0033-02１薄壁管数控弯曲成形过程分析

薄壁管的数控弯曲成形是一个相对比较复杂的管件变形过程，处于弯曲变形区内的材料应力以及应变状态均呈现出复杂性的特点，材料应变中性层通常会随着薄壁管弯曲变形的进行而不断内移。通过对薄壁管数控弯曲成形过程进行分析，对于改进弯曲成形工艺、提高弯曲形成质量具有重要的现实意义。

１．１切向应力

薄壁管在数控弯曲变形的过程中，管件的外侧会受到切向拉应力的作用，而内侧则会受到切向压应力的作用。当数控弯曲成形时，无论尾部是否有顶推装置，管件均会呈现出塑性变形状态，主要集中在弯曲切点附近。随着数控弯曲的不断进行，管件塑性变形区的面积并不会出现较大的变化，但是变形区却会沿着管件逐步后移。通过对尾部有、无顶推装置的加工过程进行对比后发现，有顶推装置的管件在数控弯曲成形时，塑性变形区的面积相对较小，由此证明，随着顶推装置的加入，能够使弯曲成形时的切向应力分布发生一定改变，从而使管件外侧的切

向拉应力有所降低，这样一来，管件外壁的减薄量也会随之降

低，有助于管件弯曲成形质量的提升。

１．２等效应变

通过数控弯曲将薄壁管弯至为９０度，在这一前提下，对弯曲过程的等效应变进行分析。随着数控弯曲变形的进行，等效应变值会逐步增大，最大值出现在弯曲切点的附近。管件上等效应变值较大的变形区会不断向弯曲加工的方向移动，尾部有顶推装置的等效应变值要比无顶推装置的等效应变值小很多，并且应变的分布也更加均匀。当薄壁管弯曲结束以后，管外侧为拉应变，管内侧为压应变，有顶推装置的切向拉应变值明显小于无顶推装置，并且内侧压应变的绝对值要比外侧拉应变的值大。由此表明，薄壁管数控弯曲过程中，管件的中性层最外侧的变形最大，在该位置处的减薄是整个薄壁管上最为严重的区域。

２薄壁管数控弯曲的常见缺陷问题薄壁管数控弯曲加工成形的过程中，受到一些因素的影响，常常会出现各种缺陷问题，比较普遍且具有典型性的（转下页）

３冰雹的卫星云图特征赉特旗新林镇只出现小冰雹，科右中旗好腰苏木最大冰雹直径超

应用ＦＹ－２Ｃ红外云图产品，对每次冰雹过程云团进行分析可过４０ｍｍ。４．２．２反射率因子垂直剖面如２０１６年６月１０日在科右中知：冰雹天气一般出现在云团西南方向的上风一侧，可见光云图上旗好腰苏木发生冰雹时，沿最强反射率因子中心作剖面，强回波出现穿透性云顶区，红外云图上有一个伴有下风方增暖的冷Ｖ型。（＞）高度扩展到１０公里，回波顶高超过１５公里。４．２．３径向＝５０ｄＢｚ

冰雹云团通常呈圆形或椭圆形的块状，边缘梯度很大云顶温度速度特征冰雹云回波的径向速度分布尺度小，在对流单体中表现

为存在着正负速度对，在比较大的单体中出现正、负径向速度中极低，温度变率大，移动速快，周期短，具有较高的反照率。

４兴安盟冰雹的雷达回波监测通过本地７１３雷达和周边盟心。另外强风暴顶辐散也是判断强冰雹的辅助指标。４．２．４垂直累积市多普勒雷达监测冰雹发生发展液态水含量（ＶＩＬ）是反射率因子的垂直积累，代表了风暴的综合

强度。冰雹云的发生发展过程中，垂直累积液态水含量最大值与反４．１兴安盟７１３雷达回波特征

４．１．１ＰＰＩ上的特征回波多呈点状、块状、带状，强烈的冰雹过程射率因子最大值的变化趋势一致，但垂直累积液态水含量最大值

会出现跳跃式增加。如２０１６年６月１０日在科右中还会出现钩状回波、线状回波、弓形回波“、Ｖ”型缺口、指状回波的变化更为剧烈，

及三体散射现象等，结构密实，回波强度大，回波中心强度一般在中旗好腰苏木发生冰雹时，在强对流云移入科右中旗境内前两个４５ｄＢｚ以上。在兴安盟突泉县的冰雹回波呈块状，中心强度最强为体扫时间内，强对流云中的ＶＩＬ最大值从３０ｋｇ／ｍ２突变到５５ｄＢｚ。４．１．２ＲＨＩ上特征由于超级单体风暴中上升气流特别强，在６５ｋｇ／ｍ２，在此后近１ｈ时间内，ＶＩＬ最大值一直维持在６０ｋｇ／ｍ２以其上升运动区出现了相对弱的回波区在降雹区，由于雹块集中降上，表明此冰雹云强度强，持续时间久。４．２．５其他导出产品冰雹指落，形成了垂直方向的特强回波区（墙）；在其前沿，小冰雹循环上升数、风暴追踪信息、回波顶高等导出产品对判断冰雹也有辅助作的区域构成了悬挂回波。中心最大反射率因子可达５５ｄＢｚ以上，强用。通过冰雹指数预估可能出现冰雹的最大直径，通过风暴追踪信回波高度一般在６至１０公里。在兴安盟突泉县的冰雹强回波高度息判断强冰雹云未来的走向等。达为９公里，强回波宽度２０多公里，最大回波值超过６０ｄＢｚ，存在参考文献明显的旁瓣回波特征。[1]俞小鼎.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，

４．２多普勒雷达特征2006.

４．２．１组合反射率因子本地发生冰雹天气时，组合反射率因子[2]孙继松.强对流天气预报的基本原理与技术方法[M].北京：气象出强度一般在５０ｄＢｚ以上。如２０１６年６月３日发生在扎赉特旗新林版社，2014.镇的冰雹，最强回波值达到５５ｄＢｚ，２０１６年６月１０日在科右中旗[3]李林惠，孔文甲等.内蒙古冰雹天气时空分布特征分析[M].北京农好腰苏木的发生冰雹时，最强回波值超过６５ｄＢｚ。根据灾情报告，扎业，2014,2（下旬）：169-173.

－３４－

科学技术创新２０１９．２０

前，应当对防皱块的安装位置进行检查确认，看其间隙是否符

在操作时可以合要求。对于管件弯曲段前端的起皱缺陷问题，

采取如下方法进行处理：先对芯棒的伸出量进行调节，然后进行试弯，根据相关理论通过计算分析，得出芯棒的最佳伸出量，由此能够有效避免弯曲段前端的起皱缺陷。此外，调整防皱块的安装位置也能避免该缺陷问题的产生。管件后端的起皱缺陷，可通过调整模具进行消除，在调整的过程中，应当保证压块与防皱块之间的相对位置，避免因模具安装不当造成起皱。

３．２解决截面畸变缺陷的操作方法在薄壁管数控弯曲成形中，截面畸变缺陷无法彻底消除，但却可以通过如下操作方法来减小截面畸变：可在待加工的薄壁管内充填适量的颗粒状介质，推荐使用细沙或是盐，也可加入弹性介质，这样可以有效防止数控弯曲时，管件截面出现过大的畸变。实践表明，这种操作方法虽然能够对过大的截面畸变产生一定作用，但却会导致工艺过程复杂化，生产成本也会随之增加。而在管件弯曲变形区用芯棒对管壁进行支撑，可以避免截面畸变的产生，这种方法简单易行、效果较好，实际操作中，只需要按照不同的数控弯曲工艺，选用不同类型的芯棒即可。

３．３解决拉裂和夹痕缺陷的操作方法薄壁管数控弯曲成形中，拉裂缺陷的解决比较简单，只需要在操作时，对助推或是弯曲速度进行调整，使二者达到一定的匹配性，进而确保压块的助推作用得以充分发挥，便可消除管件的拉裂缺陷。同时，在操作正式开始前，应当对压块与管件、防皱块与管件的间隙进行检查，看是否合适，并对芯棒的伸出量进行适当调节。对于夹痕缺陷，可以使用管塞的方法进行消除。

３．４保证模具的安装质量薄壁管数控弯曲加工时，对夹持模进行安装时，应当先用清洗剂对模具内侧凹槽进行清洗，将上面的油污去除干净，这样可以有效增加模具与管件外表面之间的摩擦力。同时，可以通过试验的方法，得出夹持模的夹持力，然后使用扭矩扳手进行紧固，确保夹持力在１１０Ｎｍ以上，由此能够提高薄壁管的弯曲成形质量。

４结论

综上所述，在薄壁管数控弯曲成形的过程中，受各种因素的影响，常常会出现一些缺陷，从而导致薄壁管的弯曲成形质量下降。为避免此类问题的发生，可在数控操作时，采取合理可行的方式和方法加以解决处理，最大限度地减少并杜绝缺陷的产生，从而提高薄壁管的弯曲成形质量。

参考文献

[1]靳舜尧,唐振宇,黄重国,郭青苗.5A02铝合金薄壁管绕弯成形数值模拟及试验[J].热加工工艺,2018(11):143-144.

[2]温彤,张智顺,张梦,胡金.基于磁流变颗粒填充体的薄壁管精密弯曲成形[J].华中科技大学学报(自然科学版),2018(7):87-88.[3]欧阳宇.Z形撑薄壁管桁梁及OSB板组合楼盖试验研究[D].重庆：重庆大学,2016.

[4]林兵兵.薄壁圆管小弯曲半径数控绕弯成形工艺研究[D].南昌：南昌航空大学,2016.

[5]王鹏.薄壁管弯曲成形极限数值模拟及成形参数优化[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学,2016.

[6]巫帅珍,王雅萍,朱目成,罗月迎.绕弯成形工艺参数对薄壁管回弹的影响分析[J].机械设计与制造,2015(11):123-125.

缺陷包括起皱、截面畸变、拉裂、夹痕等。

２．１起皱

在薄壁管弯曲成形中，起皱是最常见的缺陷问题之一。由上文分析可知，对薄壁管进行数控弯曲时，弯曲段的内侧会受到切向压应力的作用，由于薄壁管本身的壁厚方向稳定性并不是很好，因此，当压缩变形区域内所受的切向压应力达到一定值以后，如果在这一过程中出现比较轻微的扰动，那么变形就会从面内向面外转移，由此便可能造成薄壁管弯曲段失稳起皱的现象。薄壁管数控弯曲的过程中，管件会同时受到各个模具的共同作用，如弯曲模、芯模、压块、夹块以及防皱块等，不仅如此，数控弯曲时可以进行调节的工艺参数相对较多，并且起皱本身对参数非常敏感，只要参数稍微出现变化，都可能造成起皱。在薄壁管数控弯曲中，直线段、完全段前端和后端比较容易发生起皱缺陷。

２．２截面畸变

薄壁管数控弯曲时，当管件同时受到来自于上下两个方向力的作用后，薄壁管的截面容易出现畸变现象。对于薄壁管数控弯曲加工过程而言，管件的截面畸变缺陷具有一定的必然性，换言之，这种缺陷并不是因为受到某些因素影响，偶然发生，而是在数控弯曲成形时，便会出现截面畸变。规格相同的薄壁管，其弯曲半径越小，截面畸变产生的可能性就越大；当管件的材质、弯曲半径和弯曲角度全部相同时，截面畸变则会随着Ｄ／ｔ的增大而增大。由于薄壁管数控弯曲的截面畸变具有必然性的特点，所以无法从根本上消除此类缺陷，只能在数控加工时，通过对弯曲成形工艺的优化调整来减小截面畸变，从而使弯曲后的薄壁管满足实际需要。

２．３拉裂

薄壁管弯曲成形的过程中，管件的外壁在受到拉应力的作用下，管壁厚度会随之减薄，在数控弯曲中，对管壁的减薄量有着非常严格的要求，弯管的使用性能不同，管壁的减薄量也有所区别。当管件的减薄量超出允许范围后，会造成管件拉裂，这种情况在弯曲半径较小的薄壁管数控弯曲成形时最为常见。导致此类缺陷问题的原因有以下几个方面：一是弯曲速度小于助推速度；二是压块的压紧力过大；三是润滑效果不佳；四是芯棒的伸出量过大。

２．４夹痕

薄壁管数控弯曲加工成形时，通常需要对模具进行调整，在这一过程中，应当确保弯曲模镶块与压块、夹紧块以及防皱块三者同心，简单来讲，就是不能出现上下错位的现象，如果错位，则会导致薄壁管的夹紧端发生比较严重的变形情况，进而形成压痕。

３薄壁管数控弯曲的操作方式

为有效减少薄壁管数控弯曲成形过程中各类缺陷问题的发生，应当采取合理可行的操作方式，具体的解决方案如下：

３．１解决起皱缺陷的操作方法对于薄壁管直线段的起皱缺陷，在数控弯曲操作中，可以采取如下方法进行解决处理：可将压块的压紧力适当增大，借此来减小压块、防皱块和管件三者之间的间隙，这样能够显著增大防皱块对管件的支撑效果，从而防止起皱缺陷的出现；可在操作时，对防皱块的位置进行调整，使其型腔与弯曲模的型腔保持一定的同心度，由此可以避免弯曲成形时，因防皱块倾斜导致管件间隙过大的情况发生。同时在对新管件进行数控弯曲