彎管力矩計(jì)算公式.doc

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第二節(jié) 管 材 彎 曲 一、材彎曲變形及最小彎曲半徑 二、管材截面形狀畸變及其防止 三、彎曲力矩的計(jì)算 管材彎曲工藝是隨著汽車(chē)、摩托車(chē)、自行車(chē)、石油化工等行業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的，管材彎曲常用的方法按彎曲方式可分為繞彎、推彎、壓彎和滾彎；按彎曲加熱與否可分為冷彎和熱彎；按彎曲時(shí)有無(wú)填料(或芯棒)又可分為有芯彎管和無(wú)芯彎管。 圖6—19、圖6—20、圖6—21和圖6—22分別為繞彎、推彎、壓彎及滾彎裝置的模具示意圖。 圖6—19 在彎管機(jī)上有芯彎管 1—壓塊 2—芯棒 3—夾持塊 4—彎曲模胎 5—防皺塊 6—管坯 圖6—20 型模式冷推彎管裝置 圖6—21 V形管件壓彎模 1—壓柱 2—導(dǎo)向套 3—管坯 4—彎曲型模 1—凸模2—管坯3—擺動(dòng)凹模 圖6—22 三輥彎管原理 1—軸 2、4、6—輥輪 3—主動(dòng)軸 5—鋼管 一、材彎曲變形及最小彎曲半徑 管材彎曲時(shí)，變形區(qū)的外側(cè)材料受切向拉伸而伸長(zhǎng)，內(nèi)側(cè)材料受到切向壓縮而縮短，由于切向應(yīng)力及應(yīng)變沿著管材斷面的分布是連續(xù)的，可設(shè)想為與板材彎曲相似，外側(cè)的拉伸區(qū)過(guò)渡到內(nèi)側(cè)的壓縮區(qū)，在其交界處存在著中性層，為簡(jiǎn)化分析和計(jì)算，通常認(rèn)為中性層與管材斷面的中心層重合，它在斷面中的位置可用曲率半徑表示(圖6—23)。 管材的彎曲變形程度，取決于相對(duì)彎曲半徑和相對(duì)厚度(為管材斷面中心層曲率半徑，為管材外徑，為管材壁厚)的數(shù)值大小，和值越小，表示彎曲變形程度越大(即和過(guò)小)，彎曲中性層的外側(cè)管壁會(huì)產(chǎn)生過(guò)度變薄，甚至導(dǎo)致破裂；最內(nèi)側(cè)管壁將增厚，甚至失穩(wěn)起皺。同時(shí)，隨著變形程度的增加，斷面畸變(扁化)也愈加嚴(yán)重。因此，為保證管材的成形質(zhì)量，必須控制變形程度在許可的范圍內(nèi)。管材彎曲的允許變形程度，稱為彎曲成形極限。管材的彎曲成形極限不僅取決于材料的力學(xué)性能及彎曲方法，而且還應(yīng)考慮管件的使用要求。 對(duì)于一般用途的彎曲件，只要求管材彎曲變形區(qū)外側(cè)斷面上離中性層最遠(yuǎn)的位置所產(chǎn)生的最大伸長(zhǎng)應(yīng)變不致超過(guò)材料塑性所允許的極限值作為定義成形極限的條件。即以管件彎曲變形區(qū)外側(cè)的外表層保證不裂的情況下，能彎成零件的內(nèi)側(cè)的極限彎曲半徑，作為管件彎曲的成形極限。與材料力學(xué)性能、管件結(jié)構(gòu)尺寸、彎曲加工方法等因素有關(guān)。 圖6—23 管材彎曲受力及其應(yīng)力應(yīng)變狀況 a受力狀態(tài) b應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 不同彎曲加工方式的最小彎曲半徑見(jiàn)表6—2。 表6—2 管材彎曲時(shí)的最小彎曲半徑(單位：mm) 彎曲方法 最小彎曲半徑 壓彎 (3～5)D 繞彎 (2～2.5)D 滾彎 6D 推彎 (2.5～3)D 注：D為管材外徑。 鋼材和鋁管在最小彎曲半徑見(jiàn)表6—3。 表6—3鋼管和鋁管的最小彎曲半徑 (單位：mm) 管材外徑 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 最小彎曲半徑 8 12 16 20 28 32 40 45 50 56 管材外徑 24 28 30 32 35 38 40 44 48 50 最小彎曲半徑 68 84 90 96 105 114 120 132 144 150 二、管材截面形狀畸變及其防止 管材彎曲時(shí)，難免產(chǎn)生截面形狀的畸變，在中性層外側(cè)的材料受切向拉伸應(yīng)力，使管壁減?。恢行詫觾?nèi)側(cè)的材料受切向壓縮應(yīng)力，使管壁增厚。因位于彎曲變形區(qū)最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的材料受切向應(yīng)力最大，故其管壁厚度的變化也最大（圖6—24）。在有填充物或芯棒的彎曲中，截面基本上能保持圓形，但壁厚產(chǎn)生了變化，在無(wú)支撐的自由彎曲中，不論是內(nèi)沿還是外側(cè)圓管截面變 成了橢圓(圓6—24a，b)，且當(dāng)彎曲變形程度變大(即彎曲半徑減小)時(shí)，內(nèi)沿由于失穩(wěn)起皺；方管在有支撐的彎曲(圖6—24c，d)中，截面變成梯形。 圖6—24 管材彎曲后的截面形狀 關(guān)于圓管截面的變化情況，在生產(chǎn)中常用橢圓率來(lái)衡量。 橢圓率 (6—21) 式中 ——彎曲后管材同一橫截面的任意方向測(cè)得的最大外徑尺寸， ——彎曲后管材同一橫截面的任意方向測(cè)得的最小外徑尺寸。 圖6—25是橢圓率線圖，這是把橢圓率對(duì)應(yīng)于無(wú)量綱曲率(為管外半徑，為彎曲斷面中心層曲率半徑)的變化表示在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，以比值。作為參變量的直線族來(lái)表示的。由圖可知，彎曲程度越大，截面橢圓率亦越大，因此，生產(chǎn)中常用橢圓率作為檢驗(yàn)彎管質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，根據(jù)管材彎曲件的使用性能不同，對(duì)其橢圓率的要求也不相同。例如用于工業(yè)管道工程中的彎管件，高壓管不超過(guò)5%；中、低壓管為8%；鋁管為9%；銅合金、鋁合金管為8%。 圖6—25 橢圓率 截面形狀的畸變可能引起斷面面積的減小，增大流體流動(dòng)的阻力，也會(huì)影響管件在結(jié)構(gòu)中的功能效果。因此，在管件的彎曲加工中，必須采取措施將畸變量控制在要求的范圍內(nèi)。 防止截面形狀畸變的有效辦法是： 1)在彎曲變形區(qū)用芯棒支撐斷面，以防止斷面畸變。對(duì)于不同的彎曲工藝，應(yīng)采用不同類(lèi)型的芯棒。壓彎和繞彎時(shí)，多采用剛性芯棒，芯棒的頭部呈半球形或其他曲面形狀。彎曲時(shí)是否需要芯棒，用何種芯棒，可由圖6—26、圖6—27確定。 圖6—26 芯棒的結(jié)構(gòu)形式 圖6—27 選用芯棒線圖 2)在彎曲管坯內(nèi)充填顆粒狀的介質(zhì)、流體介質(zhì)、彈性介質(zhì)或熔點(diǎn)低的合金等，也可以代替芯棒，防止斷面形狀畸變的作用。這種方法應(yīng)用較為容易，也比較廣泛，多用于中小批量的生產(chǎn)。 3)在與管材接觸的模具表面，按管材的截面形狀，做成與之吻合的溝槽減小接觸面上的壓力，阻礙斷面的歪扭，是一個(gè)相當(dāng)有效的防止斷面形狀畸變的措施。 4)利用反變形法控制管材截面變化(圖6—28)，這種方法常用于在彎管機(jī)上的無(wú)芯彎管工藝，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以應(yīng)用廣泛。 采用反變形法進(jìn)行無(wú)芯彎管，即是管坯在預(yù)先給定以一定量的反向變形，則在彎曲后，由于不同方向變形的相互抵消，使管坯截面基本上保持圓形，以滿足橢圓度的要求，從而保證彎管質(zhì)量。 圖6—28 無(wú)芯彎管示意圖 1—彎曲模胎 2—夾持塊 3—輥輪 4—導(dǎo)向輪 5—管坯 反變形槽斷面形狀如圖6—29，反變形槽尺寸與相對(duì)彎曲半徑(為中心層曲率半徑，為管材外徑)有關(guān)。見(jiàn)表6—4。 表6—4 反變形槽的尺寸 相對(duì)彎曲半徑R/D R1 R2 R3 H 1.5～2 0.5D 0.95D 0.37D 0.56D >2～3.5 0.5D 1.0D 0.4D 0.545D ≥3.5 0.5D — 0.5D 0.5D 圖6—29 反變形槽 1—彎曲模胎 2—反變形輥輪 管材厚度的變化，主要取決于管材的相對(duì)彎曲半徑和相對(duì)厚度。在生產(chǎn)中，彎曲外側(cè)的最小壁厚和內(nèi)側(cè)的最大壁厚，通?？捎孟率阶鞴浪悖? 式中 —管材原始厚度 (mm)； —管材外徑 (mm)； —中心層彎曲半徑 (mm)。 管材厚度變薄，降低了管件的機(jī)械強(qiáng)度和使用性能，因此，生產(chǎn)上常用壁厚減薄率作為衡量壁厚變化大小的技術(shù)指標(biāo)，以滿足管件的使用性能。 管壁的減薄率 式中 —管材原始厚度 (mm)； —管材彎曲后最小壁厚 (mm)。 管材的使用性能不同，對(duì)壁厚減薄率也有不同的要求。如用于工業(yè)管道工程的管件，對(duì)高壓管不超過(guò)10%；對(duì)中、低壓管不超過(guò)15%，且不小于設(shè)計(jì)計(jì)算壁厚。 減小管材厚度變薄的措施有： 1) 降低中性層外側(cè)產(chǎn)生拉伸變形部位拉應(yīng)力的數(shù)值。例如采取電阻局部加熱的方法，降低中性層內(nèi)側(cè)金屬材料的變形抗力，使變形更多地集中在受壓部分，達(dá)到降低受拉部分應(yīng)力水平的目的。 2) 改變變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，增加壓應(yīng)力的成分。例如改繞彎為推彎，可以大幅度地從根本上克服管壁過(guò)渡變薄的缺陷。 三、彎曲力矩的計(jì)算 管材彎曲力矩的計(jì)算是確定彎管機(jī)力能參數(shù)的基礎(chǔ)。根據(jù)塑性力學(xué)理論分析，推導(dǎo)出管材均勻彎曲時(shí)的彎矩理論表達(dá)式如下： 管材彎曲力矩： 式中 —屈服應(yīng)力； —管壁厚度； —管材彎曲半徑； —應(yīng)變剛模數(shù)； —彎曲中性層曲率半徑。 實(shí)際管材彎曲時(shí)的彎矩、不僅取決于管材的性能、斷面形狀及尺寸、彎曲半徑等參數(shù)，同時(shí)還與彎曲方法、使用的模具結(jié)構(gòu)等有很大的關(guān)系。因此，目前還不可能將諸多因素都用計(jì)算公式表示出來(lái)，在生產(chǎn)中只能做出估算。 管材彎曲力矩可用下式估算： 式中 —管材外徑； —材料抗彎強(qiáng)度； —抗彎斷面系數(shù)； —考慮因摩擦而使彎矩增大的系數(shù)。 系數(shù)不是摩擦系數(shù)，其值取決于管材的表面狀態(tài)，彎曲方式，尤其是取決于是否采用芯棒、芯棒的類(lèi)型及形狀，甚至有關(guān)芯棒的位置等多種因素。一般來(lái)說(shuō)，采用剛性芯棒、不用潤(rùn)滑時(shí)，可取=5～8；若用剛性的鉸鏈?zhǔn)叫景魰r(shí)，可取=3。 　 圖6—28 無(wú)芯彎管示意圖 1—彎曲模胎 2—夾持塊 3—輥輪 4—導(dǎo)向輪 5—管坯 反變形槽斷面形狀如圖6—29，反變形槽尺寸與相對(duì)彎曲半徑(為中心層曲率半徑，為管材外徑)有關(guān)。見(jiàn)表6—4。 表6—4 反變形槽的尺寸 相對(duì)彎曲半徑R/D R1 R2 R3 H 1.5～2 0.5D 0.95D 0.37D 0.56D >2～3.5 0.5D 1.0D 0.4D 0.545D ≥3.5 0.5D — 0.5D 0.5D 圖6—29 反變形槽 1—彎曲模胎 2—反變形輥輪 管材厚度的變化，主要取決于管材的相對(duì)彎曲半徑和相對(duì)厚度。在生產(chǎn)中，彎曲外側(cè)的最小壁厚和內(nèi)側(cè)的最大壁厚，通?？捎孟率阶鞴浪悖? 式中 —管材原始厚度 (mm)； —管材外徑 (mm)； —中心層彎曲半徑 (mm)。 管材厚度變薄，降低了管件的機(jī)械強(qiáng)度和使用性能，因此，生產(chǎn)上常用壁厚減薄率作為衡量壁厚變化大小的技術(shù)指標(biāo)，以滿足管件的使用性能。 管壁的減薄率 式中 —管材原始厚度 (mm)； —管材彎曲后最小壁厚 (mm)。 管材的使用性能不同，對(duì)壁厚減薄率也有不同的要求。如用于工業(yè)管道工程的管件，對(duì)高壓管不超過(guò)10%；對(duì)中、低壓管不超過(guò)15%，且不小于設(shè)計(jì)計(jì)算壁厚。 減小管材厚度變薄的措施有： 1) 降低中性層外側(cè)產(chǎn)生拉伸變形部位拉應(yīng)力的數(shù)值。例如采取電阻局部加熱的方法，降低中性層內(nèi)側(cè)金屬材料的變形抗力，使變形更多地集中在受壓部分，達(dá)到降低受拉部分應(yīng)力水平的目的。 2) 改變變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，增加壓應(yīng)力的成分。例如改繞彎為推彎，可以大幅度地從根本上克服管壁過(guò)渡變薄的缺陷。 三、彎曲力矩的計(jì)算 管材彎曲力矩的計(jì)算是確定彎管機(jī)力能參數(shù)的基礎(chǔ)。根據(jù)塑性力學(xué)理論分析，推導(dǎo)出管材均勻彎曲時(shí)的彎矩理論表達(dá)式如下： 管材彎曲力矩： 式中 —屈服應(yīng)力； —管壁厚度； —管材彎曲半徑； —應(yīng)變剛模數(shù)； —彎曲中性層曲率半徑。 實(shí)際管材彎曲時(shí)的彎矩、不僅取決于管材的性能、斷面形狀及尺寸、彎曲半徑等參數(shù)，同時(shí)還與彎曲方法、使用的模具結(jié)構(gòu)等有很大的關(guān)系。因此，目前還不可能將諸多因素都用計(jì)算公式表示出來(lái)，在生產(chǎn)中只能做出估算。 管材彎曲力矩可用下式估算： 式中 —管材外徑； —材料抗彎強(qiáng)度； —抗彎斷面系數(shù)； —考慮因摩擦而使彎矩增大的系數(shù)。 系數(shù)不是摩擦系數(shù)，其值取決于管材的表面狀態(tài)，彎曲方式，尤其是取決于是否采用芯棒、芯棒的類(lèi)型及形狀，甚至有關(guān)芯棒的位置等多種因素。一般來(lái)說(shuō)，采用剛性芯棒、不用潤(rùn)滑時(shí)，可取=5～8；若用剛性的鉸鏈?zhǔn)叫景魰r(shí)，可取=3。 第三節(jié) 管材翻卷成形 一、管材外翻卷成形 二、管材內(nèi)翻卷成形 管材翻卷成形是從傳統(tǒng)的沖壓翻邊、縮口工藝發(fā)展起來(lái)的特種成形工藝，它是通過(guò)模具對(duì)管件施加軸向壓力使管材口部邊沿產(chǎn)生局部彎曲的變形過(guò)程。利用此項(xiàng)技術(shù)制造零件具有工藝簡(jiǎn)單、工序少、成本低、質(zhì)量好等一系列優(yōu)點(diǎn)，甚至可以生產(chǎn)出用其他沖壓方法難以得到的零件。此工藝已在汽車(chē)、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 管材翻轉(zhuǎn)成形有兩種基本方式，即外翻卷和內(nèi)翻卷（圖6—30）。 圖6—30 管材翻卷成形示意圖 a、b外翻 c、d內(nèi)翻 1—管坯 2—導(dǎo)流環(huán) 3—錐模 4—圓角模 外翻卷 管坯在軸向壓力作用下，從內(nèi)向外翻轉(zhuǎn)，成形后增大其周長(zhǎng)。 內(nèi)翻卷 管坯從外向內(nèi)鄱卷，成形后減小其周長(zhǎng)。 利用翻卷工藝除了能有效地成形多種筒類(lèi)雙壁管或多層管零件外，還可以加工凸底杯形件、階梯管、異形管以及半雙管、環(huán)形雙壁汽筒、空心雙壁螺母、熱交換器、汽車(chē)消聲器、電子工業(yè)中的波導(dǎo)管等。目前上述零件一般采用多工步?jīng)_壓和焊接方法加工，難度大，費(fèi)用高，外觀質(zhì)量差。采用翻卷工藝可保證零件使用可靠性，輕量化，節(jié)省原材料。 圖6—31 翻卷工藝加工成形的制件 a 雙層管 b 階梯管 c 異形管 d 凸底杯 目前，根據(jù)資料，很多金屬材料都可以在模具上以各種不同的翻卷方式成形，如鋁合金、銅及銅合金、低碳鋼、奧氏體不銹鋼等，從到聲規(guī)格的管坯都可以成功地翻卷成雙層管。 一、管材外翻卷成形 翻卷成形，較其他成形工藝而言，其變形過(guò)程更為復(fù)雜，它包括擴(kuò)口、卷曲、翻卷幾種變形過(guò)程及其相互轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)這種成形工藝的模具有多種，其中簡(jiǎn)單、常用的是錐形模和圓角模。 1. 錐形翻管模 錐形翻管模結(jié)構(gòu)如圖6—32所示。這種模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在一套模具上可成形不同規(guī)格的管材，這一點(diǎn)是在其他管材成形模具上很難做到的。另外作為精密管材翻卷成形的預(yù)成形工序，錐形模成形也得到廣泛應(yīng)用。 圖6—32 錐形翻管模 a 翻管模結(jié)構(gòu) b 錐形翻管工藝參數(shù) 1—壓頭 2—管坯 3—錐模 翻管時(shí)，管坯的一端置于錐模上，另一端由壓力機(jī)滑塊施加軸向壓力，以實(shí)現(xiàn)管坯翻卷。設(shè)計(jì)這種模具時(shí)，模具的半錐角是最關(guān)鍵的參數(shù)，的大小除了決定翻管成形的可行性外還影響著翻管的幾何尺寸，即翻管系數(shù)(＝，和分別為管坯外徑與翻管外徑)。顯然，存在一臨界半錐角，當(dāng)模具的半錐角≥時(shí)，翻卷才能正常進(jìn)行。 、戈?duì)柌贾Z夫根據(jù)主應(yīng)力法導(dǎo)出： 考慮材料強(qiáng)化和擴(kuò)口剛性端的影響，可將上式修改為： 式中 L——擴(kuò)口平直端長(zhǎng)度； ——管坯平均直徑； ——管坯壁厚； ——材料硬化指數(shù)； ——材料強(qiáng)化系數(shù)， ——材料屈服強(qiáng)度。 對(duì)于=42mm的3A21鋁管，由上式算出，＝55～60。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)≥60(≈68)時(shí)，翻管能順利進(jìn)行，這時(shí)，軸向壓力為最?。划?dāng)＝55～60時(shí)，管坯端部卷曲而不進(jìn)入翻卷階段；當(dāng)<55時(shí)，管端在錐模上只擴(kuò)口而不卷曲。 錐模翻卷時(shí)，管端容易滑動(dòng)，造成翻管部分與原始管坯不同軸和翻卷發(fā)生軸向彎曲，很難得到滿足裝配要求質(zhì)量的雙層翻管零件。于是在錐?；A(chǔ)上又發(fā)展了圓角翻管模。 2. 圓角翻管模 圓角翻管模是利用模具工作部分為半徑的圓環(huán)強(qiáng)迫軸向受壓的管端沿其圓弧變形來(lái)得到翻管。圖6—33是厚度為，平均直徑為的管坯在半徑為的圓角模上翻卷的示意圖，管坯在軸向載荷作用下，管端沿模具的圓弧卷曲而向上翻卷得到直徑為的翻卷管件。 圖6—33 圓角模翻管示意圖 設(shè)計(jì)圓角翻管模最重要的參數(shù)是模具的圓角半徑,它既決定翻管件的幾何尺寸，也影響翻管力的大小。 對(duì)于的3A21退火鋁管，由理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，翻管失穩(wěn)的臨界模具圓角半徑(最小圓角半徑)約為2mm；最佳圓角半徑約為3mm；最大圓角半徑約為4mm。 由此表明，軸向載荷作用下的翻管的穩(wěn)定性及翻管質(zhì)量取決于模具圓角半徑，小于某一臨界值時(shí)，管端不沿模具圓弧而卷曲；當(dāng)過(guò)大時(shí)，則管端發(fā)生破裂而無(wú)法順利翻管。只有在適當(dāng)范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)翻管成形。 二、管材內(nèi)翻卷成形 同管材的外翻卷成形一樣，管材內(nèi)翻卷也可在錐形模和圓角模上進(jìn)行(圖6—34)，與其他性成形工藝相比，容易出現(xiàn)失穩(wěn)。由于內(nèi)翻卷時(shí)，變形后管徑變小，管壁增厚，翻管力變大，對(duì)翻卷成形帶來(lái)困難。 根據(jù)理論計(jì)算與實(shí)踐，翻管錐模的臨界半錐角≥120時(shí)，翻卷過(guò)程能順利進(jìn)行，在生產(chǎn)中通常取值為≥120～125。≈4mm。 管材翻卷工藝只有在翻卷所需載荷小于軸向失穩(wěn)極限時(shí)才能發(fā)生，由于翻卷成形載荷很大程度上取決于模具的幾何參數(shù)，就圓角模而論，取決于圓角半徑，故可確定一個(gè)翻卷成形的可行性區(qū)域(圖6—35)。 圖6—34 管材內(nèi)翻卷模結(jié)構(gòu)示意圖 a 錐形模 b圓角模 圖6—35 管材外翻卷與內(nèi)翻卷可行性區(qū)域 由圖6—35可以看出，內(nèi)翻卷的區(qū)域很小，而翻卷載荷比外翻卷的載荷在數(shù)值上要高，幾乎達(dá)到50%。現(xiàn)有資料表明，國(guó)內(nèi)外已從理論和實(shí)踐上研究了外翻卷成形的最佳工藝參數(shù)，并發(fā)現(xiàn)了完成翻卷成形所需的軸向壓應(yīng)力最小的管材內(nèi)徑、外徑與壁厚之間的關(guān)系。 管材外翻時(shí)，壁厚的變化不明顯，而內(nèi)翻時(shí)，由于周向的壓應(yīng)力使模具圓角處的壁厚不斷增厚直至達(dá)到一恒定值，可為原始厚度的1.5倍。所以要完成其內(nèi)翻成形，就需要更大的軸向載荷。 在前述的兩種翻卷(傳統(tǒng)翻卷)工藝中，有其不足之處： ①第二層管壁的開(kāi)始卷曲部分并不平行于原來(lái)的管壁，而總是轉(zhuǎn)向雙壁管的內(nèi)腔； ②新管壁與原來(lái)管壁間有一定距離，該距離取決于原管材的相對(duì)直徑()； ⑧對(duì)于內(nèi)翻卷成形，第二層管壁有較大程度增厚，從而導(dǎo)致了翻卷時(shí)軸向壓力增大。 前述工藝中出現(xiàn)的問(wèn)題是成形機(jī)理所致，使其得到的管件在幾何形狀上受到限制，尤其是管材內(nèi)翻卷成形工藝穩(wěn)定性差，難度大，需要進(jìn)行改進(jìn)，于是出現(xiàn)了管材內(nèi)翻卷成形的拉應(yīng)力翻卷成形法。 拉應(yīng)力翻卷成形的特點(diǎn)是在管材內(nèi)翻卷成形的第一階段停止翻卷，并給翻出的邊緣以反向彎曲，使其轉(zhuǎn)向內(nèi)腔外側(cè)，然后通過(guò)凸模作用于內(nèi)壁反彎曲邊緣上的拉力使其管坯內(nèi)翻卷成形，而不是以作用于外壁的軸向壓力而翻卷成形，使其軸向壓應(yīng)力降低，這種工藝能得到更大的內(nèi)壁高度，恒定的壁厚以及更高的產(chǎn)品精度。 拉應(yīng)力翻卷成形法拓寬了內(nèi)翻卷成形工藝應(yīng)用范圍，如生產(chǎn)管接頭、，滾動(dòng)軸承座及其它(圖6—36)。 圖6—36 內(nèi)翻卷成形工藝在生產(chǎn)軸承座上的應(yīng)用 拉應(yīng)力翻卷成形法可分三步進(jìn)行，如圖6—37所示。 第一步(圖6—37a)，傳統(tǒng)的內(nèi)翻卷，在管端邊緣離開(kāi)圓角模的四分之一時(shí)卷邊結(jié)束，這時(shí)管子邊緣與模具內(nèi)壁之間的距離將形成最終產(chǎn)品的徑向支撐，必須等于要求的寬度。 第二步(圖6—37b)，平底凸模下行，迫使管材邊緣翻邊(與板材的孔翻邊相似)，其凸模與內(nèi)翻模的間隙按管材壁厚而定(管材內(nèi)翻卷壁厚略有增厚)。 第三步(圖6—37c、d)，成形凸模上升，使管材邊緣向內(nèi)翻卷，從而在成形凸模推動(dòng)下，生成第二層管壁。由圖可見(jiàn)，成形凸模作用于管邊緣的是拉應(yīng)力，而不是作用于整個(gè)管子上的壓應(yīng)力進(jìn)行翻卷的，模具與變形材料之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，并且成形載荷間保持一段距離，從而減小了管材傳力區(qū)上的軸向壓應(yīng)力，即可避免了失穩(wěn)的出現(xiàn)。 所以，拉應(yīng)力翻卷在選擇翻卷半徑有更大的自由度，而模具半徑在傳統(tǒng)加工工藝中是一個(gè)重要的工藝參數(shù)(圖6—35)。 圖6—37 拉應(yīng)力翻卷成形工藝(改進(jìn)的內(nèi)翻成形工藝) 該工藝能順利進(jìn)行的條件： ≥(6—22) 翻孔力包括三項(xiàng)(圖6—37d符號(hào))：半徑處，使材料發(fā)生塑性變形的載荷；克服凸模圓角處凸模與管子邊緣間的摩擦力所需載荷；使邊緣材料從徑向到軸向位置的彎曲和反彎曲所需載荷。在解析式中，用表示內(nèi)壁變形應(yīng)力。 則(6—23) 翻卷成形包括二項(xiàng)，材料翻卷到不同(曲率)半徑位置所需載荷和變形區(qū)開(kāi)始到結(jié)束處時(shí)彎曲及反彎曲所需載荷。在解析中用表示外壁的變形應(yīng)力，表示變形區(qū)平均塑變應(yīng)力。 則 (6—24) 結(jié)論: 管材拉應(yīng)力內(nèi)翻卷成形方法，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，雖然在翻卷開(kāi)始前需要二個(gè)準(zhǔn)備階段和必要時(shí)進(jìn)行再結(jié)晶退火，但比起傳統(tǒng)翻卷工藝來(lái)有如下優(yōu)點(diǎn)： 1)翻卷邊緣轉(zhuǎn)向型腔的中心，易于與其它零部件配合，如滾珠軸承座； 2)翻卷載荷大大減小， 3)成形極限大大提高，可以得到較小的翻卷半徑的產(chǎn)品； 4)無(wú)摩擦無(wú)需潤(rùn)滑； 5)內(nèi)壁厚近似等于外壁厚，只有載荷作用的邊緣稍有增厚(圖6—38)。 圖6—38所示零件實(shí)驗(yàn)條件； 管材為低碳鋼，90mm，2.4mm，＝150mm 凹模直徑(圖6—37d)，97mm 凸模直徑(圖6—37d)，＝72mm 6)由于無(wú)摩擦以及凸、凹模對(duì)零件壁的雙重約束，故零件具有較高的尺寸精度(圖6—37d)。 圖6—38 產(chǎn)品壁厚測(cè)量 圖6—37 拉應(yīng)力翻卷成形工藝(改進(jìn)的內(nèi)翻成形工藝) 該工藝能順利進(jìn)行的條件： ≥(6—22) 翻孔力包括三項(xiàng)(圖6—37d符號(hào))：半徑處，使材料發(fā)生塑性變形的載荷；克服凸模圓角處凸模與管子邊緣間的摩擦力所需載荷；使邊緣材料從徑向到軸向位置的彎曲和反彎曲所需載荷。在解析式中，用表示內(nèi)壁變形應(yīng)力。 則(6—23) 翻卷成形包括二項(xiàng)，材料翻卷到不同(曲率)半徑位置所需載荷和變形區(qū)開(kāi)始到結(jié)束處時(shí)彎曲及反彎曲所需載荷。在解析中用表示外壁的變形應(yīng)力，表示變形區(qū)平均塑變應(yīng)力。 則 (6—24) 結(jié)論: 管材拉應(yīng)力內(nèi)翻卷成形方法，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，雖然在翻卷開(kāi)始前需要二個(gè)準(zhǔn)備階段和必要時(shí)進(jìn)行再結(jié)晶退火，但比起傳統(tǒng)翻卷工藝來(lái)有如下優(yōu)點(diǎn)： 1)翻卷邊緣轉(zhuǎn)向型腔的中心，易于與其它零部件配合，如滾珠軸承座； 2)翻卷載荷大大減小， 3)成形極限大大提高，可以得到較小的翻卷半徑的產(chǎn)品； 4)無(wú)摩擦無(wú)需潤(rùn)滑； 5)內(nèi)壁厚近似等于外壁厚，只有載荷作用的邊緣稍有增厚(圖6—38)。 圖6—38所示零件實(shí)驗(yàn)條件； 管材為低碳鋼，90mm，2.4mm，＝150mm 凹模直徑(圖6—37d)，97mm 凸模直徑(圖6—37d)，＝72mm 6)由于無(wú)摩擦以及凸、凹模對(duì)零件壁的雙重約束，故零件具有較高的尺寸精度(圖6—37d)。 圖6—38 產(chǎn)品壁厚測(cè)量