薄壁不锈钢弯管推弯加工成形工艺研究及应用

  目前我国不锈钢弯管装备占机床行业20%的消费主体，但如此巨大的市场却有80%的设备依靠进口，全球不锈钢弯管装备生产基地主要分布在中国、韩国、日本，三大生成基地的产量几乎是全世界不锈钢弯管装备行业产量的总值，而三大生产基地同时也是三大主力消费市场。中国是弯管装备全球最大的生产国、进口国以及消费国，但现有的设备生产效率不佳，出口比例较低。针对这种情况，国内不锈钢弯管制造行业进行了改革和创新，使弯管装备从单一功能的弯管设备向全自动生产单元方向发展，对管材成形缺陷以及成形工艺展开了全面的研究，通过研究相关影响因素提高管材的成形质量，并且研发全自动生产单元包括管材自动装送料系统、成形系统以及卸料系统等。

  随着我国经济实力的增强，我国管材使用量激增，管材使用市场非常之大，家具行业、体育器材、锅炉行业、汽车行业、排气管行业等均需用到各种管材，在管材规格、品种、数量等方面的需求快速增长。然而由于国内现有技术设备低下，无法满足如此庞大的市场需求，因此急需引进大批的中高端自动不锈钢弯管装备进行生产，以填补国内巨大的高质量不锈钢弯管的需求。可见成形管材应用范围十分广泛，并且成形质量直接影响所装配产品结构的合理性、安全性、可靠性等。各领域越来越重视产品质量的可靠性和稳定性，对管材成形质量也提出更高的要求，而目前国内管材成形方面存在以下缺陷：成形理论分析较弱、工艺参数对成形缺陷影响的研究不足、自动化水平较差、成形管材质量不稳定、工艺设计工作量大且效率低下等。

  由此可见，国内的管材成形装备行业对日益提高的管材成形质量显得力不从心，为了弯制出高质量的管件，就需要对管材加工的工艺及加工设备进行创新或改进，至德钢业研发的管材自动成形系统，将原的分散加工单元串联，提高自动化水平，减少劳动人员，并通过对工艺参数以及成形理论的研究，控制并降低管材成形缺陷，不仅对提高管材成形质量具有重要意义，提高管材弯曲成形的生产效率，满足日益提高的管材成形的质量要求，并且推进了管材制造业的发展，减少了对进口设备的依赖。该课题来源于江苏前瞻性产学研项目，是由江苏科技大学与浙江至德钢业限公司以及江苏科技大学张家港产业技术研究院三方联合申请、研发完成的，该公司是国内研发生产管材加工装备的前沿，先后研发了DW、SW等系列弯管机，并通过校企合作开发了管材成形流水线。

  国外管材弯曲成形技术起步较早，自动弯管技术相对成熟，至德钢业研究了在合理载荷下弯管的阻力系数，对弯曲成形装备中助推机构的设计具有一定的指导意义。在组合压力施加的极限载荷下对弯管装备进行了有限元分析。研究了开始弯管时，管材在极限载荷下崩裂的情况，并提出了相应的解决方法。提出了一种混合方法研究管材在弯曲中的变形。分析了一种90度折弯的弯管装备的周期载荷，发现了循载荷与内部应力之间的关系，并建立了相应数学模型。

 国内吉林大学与徐州工程机械集团设计院共同设计了自动液压数控弯管装备并进行了相应试验，采用工业控制计算机生成弧度渐变的弯管曲线，可以进行大角度弯管，同时，通过计算机全程控制无模化的管材弯曲加工，解决了只有依靠固定模具才能仿形加工的车辆骨架弧度管的缺陷。浙江工业大学与浙江科技学院共同研究开发了三维数控弯管装备，将绕弯工艺与滚弯工艺集成在一台机床上，采用专用的送料和转料装置，通过PC控制弯管过程，实现了三维复杂管件的弯曲成形。西南交通大学将平台并联机构作为智能弯管装备的执行机构，基于遗传算法对平台机构的结构参数而进行的多目标优化设计。通过实验法以及解析法对薄壁不锈钢管材绕弯进行分析，分别得出管材在不同壁厚情况下弯曲时，管壁厚度减薄量、弯曲截面椭圆度的影响规律。浙江至德钢业有限公司利用流体动力学对弯管结构进行研究，得出管材各参数对管材强度的影响。通过对大弯曲半径管材推弯回弹进行有限元分析，得出了相对弯曲半径、相对壁厚、摩擦系数、硬化指数及强度系等工艺参数对回弹角，影响的规律曲线。采用实验研究法，对不锈钢弯管成形过程中弯曲段的壁厚减薄量进行了深入研究，得到弯曲角度、压块与管件摩擦条件、压块速度、相对弯曲半径、材料参数对壁厚减薄的影响规律。我国管材成形系统的研发能力不断提高，不锈钢弯管机的性能也有一定幅度地提高。尤其是在工艺参数灵敏度分析、成形理论、成形缺陷、可编程控制器、多轴控制等相关技术的研究和应用，使管材成形质量得到了一定的提高，同时，管材弯曲成形装备从单台设备弯曲加工向组合模块及自动化水平更高的方向发展。