提高液壓管路彎制一致性的研究及應(yīng)用

劉民東 杜剛?cè)A

提高液壓管路彎制一致性的研究及應(yīng)用

劉民東 杜剛?cè)A

（山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，長治 046012）

針對(duì)航天特種車批量小、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，介紹了如何將原產(chǎn)品的手工液壓管路轉(zhuǎn)化為數(shù)控彎管程序的方法，以及根據(jù)現(xiàn)有數(shù)控彎管機(jī)的固有特性，計(jì)算出在特定條件下液壓管路回彈量，進(jìn)而精確計(jì)算液壓管坯的下料長度，最終提高彎管效率及管路的一致性。

液壓管路；彎制；一致性；批量生產(chǎn)

1 引言

液壓管路的彎制、安裝歷來是廠內(nèi)產(chǎn)品總裝的重要環(huán)節(jié)，管路彎制質(zhì)量不但直接反映在產(chǎn)品外觀上，對(duì)產(chǎn)品功能更是起著至關(guān)重要的作用。多年來，傳統(tǒng)制管流程完全憑借操作者的工作經(jīng)驗(yàn)和制管熟練程度控制管路質(zhì)量，導(dǎo)致一些管路在彎制時(shí)存在管形差異較大、校正量大等問題，其中以大徑管路的彎制過程表現(xiàn)的更為突出，往往產(chǎn)生橢圓度超差、內(nèi)徑處起皺等現(xiàn)象，使管路成品的一致性比較差，管路安裝后內(nèi)部應(yīng)力無法釋放。其影響主要表現(xiàn)在：第一、管路安裝后，很容易在接口處滲油、漏油等；其次，售后部門更換相關(guān)管路時(shí)，必須將損壞的油管返廠，按照管路原樣彎制，維修工期較長；第三，近年來，產(chǎn)品任務(wù)批量大，經(jīng)驗(yàn)式彎制管路方法已經(jīng)不能很好滿足今后相當(dāng)一段時(shí)期的批量生產(chǎn)要求。

為提高液壓管路生產(chǎn)效率和質(zhì)量，在硬件方面配備了JXW28CNC-63×5數(shù)控彎管機(jī)，主要解決傳統(tǒng)手工樣管向數(shù)控程序轉(zhuǎn)化以及在該數(shù)控彎管機(jī)下管路精確成形問題。目前,廠內(nèi)管路彎制大致分為兩種情況：其一，將原車手工彎制管路向數(shù)控程序轉(zhuǎn)化，然后由數(shù)控彎管機(jī)批量生產(chǎn)；對(duì)新投產(chǎn)產(chǎn)品，根據(jù)鋼管回彈特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)數(shù)控程序轉(zhuǎn)化生產(chǎn)，為滿足管路的一致性要求，本文從手工樣管向數(shù)控程序轉(zhuǎn)化、回彈量控制、精確下料成形等方面進(jìn)行論述、研究及應(yīng)用。

2 手工樣管向數(shù)控程序轉(zhuǎn)化

數(shù)控彎管過程是先向機(jī)床內(nèi)置計(jì)算機(jī)輸入管路的成形數(shù)據(jù)，然后放置管坯，由機(jī)床單步或自動(dòng)控制彎曲成形[1]。為此，首先要測(cè)量原管路的管形參數(shù)，再把管形參數(shù)輸入至數(shù)控彎管機(jī)的控制軟件中。其次，通過輸入彎管機(jī)的樣管參數(shù)數(shù)控彎制，彎制成形后與樣管進(jìn)行比對(duì)，找出差異點(diǎn)，然后根據(jù)管形差異修正數(shù)控參數(shù)，使彎制的管路與成形要求一致。

圖1 管形示意圖

據(jù)分析可知，原手工彎管之所以彎制不精確、批次一致性不好，是因?yàn)橐陨瞎苄螀?shù)全部由人工控制，參數(shù)的準(zhǔn)確性完全依靠彎管人員的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)照樣管的臨時(shí)感覺，因此管形差異較大，管路質(zhì)量難以保證，同種現(xiàn)象在大直徑管路彎制時(shí)更為嚴(yán)重。

為準(zhǔn)確測(cè)量以上數(shù)控彎管三要素,制作角度測(cè)量工裝，如圖2、圖3所示。

圖2 平面角度紙模

圖3 空間角度紙模

2.1 測(cè)量彎曲角度Ci

將管路第一個(gè)彎曲角度的兩直線段部分放于平面上，用筆在紙上畫出直線段PQ、Q1Q2，然后延長直線段PQ、Q1Q2相交于P1點(diǎn)，用量角器測(cè)量并記錄C的角度。

2.2 測(cè)量Y軸進(jìn)給量Hi+1

如圖1所示，測(cè)量H1必須知道起弧點(diǎn)Q的準(zhǔn)確位置，即H1=PQ。用平面角度紙模工裝畫起弧點(diǎn)時(shí)需注意：a.如圖4所示，以直徑=10mm的不銹鋼管進(jìn)行以下測(cè)量，當(dāng)彎曲角度大于等于90°時(shí)可將紙模工裝直接放于彎角處，利用所測(cè)角度C使紙模工裝的弧邊緊緊貼合管路,保證紙模工裝上C角度對(duì)應(yīng)的內(nèi)徑垂直于管路兩端的直線段部分，然后用記號(hào)筆畫出角度C在管路上所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)Q、Q1；b.當(dāng)彎曲角度小于90°，要根據(jù)所測(cè)角度C將紙模工裝進(jìn)行折疊，然后按上一步測(cè)量方法畫出相關(guān)點(diǎn)。

當(dāng)確定管路直徑后，需要根據(jù)所選的彎管模具確定平面角度紙模工裝半徑的大小，紙模工裝半徑為所用彎管模具的半徑與管路半徑的差值。當(dāng)采用2.5倍的彎管模具時(shí)，平面角度紙模工裝半徑2，即紙模工裝的半徑為管路直徑的2倍。

圖4 畫起弧點(diǎn)示意圖

2.3 測(cè)量空間旋轉(zhuǎn)角度α

空間旋轉(zhuǎn)角度為第一個(gè)彎所在平面與第二個(gè)彎所在平面的夾角，即平面PP1P2與平面P1P2P3的夾角,空間位置如圖5所示。測(cè)量方法如圖6所示，將管路其中一個(gè)彎角放于平面上，其中管路直線段部分要位于空間角度紙模工裝直線段的正上方。其中，空間角度紙模工裝的點(diǎn)距平面的高度與所要測(cè)量管路的半徑值相等。然后從正對(duì)于紙模工裝角度顯示的一面讀出與管路兩側(cè)邊緣與紙模工裝交點(diǎn)處的角度值，即點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角度1、點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)角度2，管路空間旋轉(zhuǎn)角度的表達(dá)式為：

圖6 空間角度測(cè)量

3 回彈量控制

數(shù)控彎管機(jī)以矢量彎管理論[2]為基礎(chǔ)，其主要的加工數(shù)據(jù)為：軸空間轉(zhuǎn)動(dòng)角度、軸的進(jìn)給量、軸彎曲角度和管坯長度。在設(shè)計(jì)管路時(shí)，為控制管路質(zhì)量、提高管路一致性，數(shù)控彎管機(jī)操作人員需要精確計(jì)算每道彎的旋轉(zhuǎn)軸（軸）、進(jìn)給量軸（軸）、彎曲軸（軸）三軸的參數(shù)。但是由于鋼管彎曲加工時(shí)的彈性彎曲，彎制某特定角度后由于管材內(nèi)部應(yīng)力無法全部釋放，彎制的角度會(huì)反向回彈，回彈部分的弧長轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€段，即回彈及延伸問題，致使彎制成形的管路彎曲角度與目的角度有所偏差以及管路角度間的直線段部分長度變長等，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中管路彎制的精確性較差，質(zhì)量波動(dòng)明顯，不能滿足產(chǎn)品的使用要求。

據(jù)長陽縣宣傳部常務(wù)副部長杜強(qiáng)介紹，2014年開始，長陽縣在清江流域縣市中發(fā)起“清江保護(hù)日”活動(dòng)，吹響了清江保護(hù)整治的號(hào)角。2017年初，該縣成立清江庫區(qū)養(yǎng)殖網(wǎng)箱清理取締工作指揮部，對(duì)隔河巖和高壩洲庫區(qū)的養(yǎng)殖網(wǎng)箱進(jìn)行徹底清理。

為解決上述管路回彈問題,需研究管路回彈所遵循的規(guī)律。在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)的角度回彈試驗(yàn)及結(jié)合數(shù)控彎管機(jī)矢量彎管原理[2]，得出以下結(jié)論，彎管機(jī)的彎曲角度C與管路的成形角度′呈不過原點(diǎn)的直線關(guān)系[3],即：

式中：為比例回彈系數(shù)；為固定回彈系數(shù)。

和一般通過某批次同規(guī)格、同材質(zhì)鋼管的彎制角度及成形角度來確定,首先在數(shù)控彎管機(jī)上按單步或自動(dòng)狀態(tài)預(yù)先彎制2個(gè)不同的角度,記錄數(shù)控彎管機(jī)控制軟件的設(shè)置參數(shù)1和2,并測(cè)量對(duì)應(yīng)鋼管的成形角度′1和′2，那么系數(shù)和分別為：

因此，根據(jù)式（3）、式（4）計(jì)算出參數(shù)和后，就可以根據(jù)式（2）由目的成形角度推算出需要輸入數(shù)控彎管機(jī)的彎曲角度C。

表1 典型彎制角度與成形角度對(duì)比表

將表格中C、′代入式（2）、式（3）求出規(guī)格為10mm×2mm鋼管對(duì)應(yīng)的和，然后求出平均值，得到式（2）的表達(dá)式如下：

采用10mm×2mm的1Cr18Ni9Ti的不銹鋼管做以下試驗(yàn)：以數(shù)控彎管機(jī)的單步或自動(dòng)狀態(tài)分別彎制以下表格中C所對(duì)應(yīng)的角度，彎制成形后，分別記錄實(shí)際成形角度′，最終得到表2。

表2 彎制角度與成形角度對(duì)比表

分別將C(=1、2……9)與′(=1、2……9)代入式（5），通過計(jì)算可得到=0.996,因?yàn)閨|=0.996>0.8,所以以上彎曲角度C與管路的成形角度′的線性關(guān)系推斷正確無誤。通過大量試驗(yàn)，得到部分管路的成形角度公式，見表3。

表3 不同規(guī)格鋼管的成形角度公式

4 精確下料保證管路精確成形

精確下料的基本過程為：根據(jù)管形參數(shù)編制程序，輸入計(jì)算機(jī)后數(shù)控加工。對(duì)照彎制好的管路與樣管，并上車試裝，修改管形參數(shù)直至滿足裝配要求。對(duì)滿足裝配要求的管路重新測(cè)量首末端直線段長度，保證除接頭部分的直線段長度滿足使用要求，精確計(jì)算出管路彎制所需要管胚的總長。

圖7 管路拉伸示意圖

如圖7所示，管路工件在彎制過程中，管坯在數(shù)控彎管機(jī)的牽引力作用下會(huì)產(chǎn)生彎曲部分弧長較原直線部分變長的現(xiàn)象，結(jié)合彎管機(jī)的實(shí)際情況，可以近似認(rèn)為發(fā)生拉伸現(xiàn)象的部位主要為管路背離彎曲中心的一側(cè)，管路貼合模具導(dǎo)軌面一側(cè)的微弱拉伸現(xiàn)象可忽略不計(jì)，即QQ+1段長度不變，則管路拉伸量Δ與管路的成形角度′之間的關(guān)系為：

其中，為管路直徑。

因?yàn)楣苈防旌?，其拉伸量積累到彎曲角度后端的直線段部分，所以管路拉伸對(duì)彎管過程中的直線段參數(shù)沒有影響，只影響管路的末段長度。因此，通過精確計(jì)算可得到數(shù)控彎管機(jī)所需要的精確管坯長度。

針對(duì)情況一：各直線段長度與各彎曲管路中心弧長之和與Δ的差。其中，=1、2……。

針對(duì)情況二：′Δ，為設(shè)計(jì)管路總長。

根據(jù)以上所算出的精確下料長度′修改彎管程序就可以精確控制管路首末兩端的長度，減少了裁管所帶來的誤差，提高了管路的精確度及一致性，具體成形效果見圖8。

圖8 精確成形

5 結(jié)束語

本文從管路彎制三要素入手，通過對(duì)彎曲角度、直線段長度以及空間旋轉(zhuǎn)角度的精確復(fù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)手工樣管向數(shù)控程序的轉(zhuǎn)化；同時(shí)，通過對(duì)鋼管及數(shù)控彎管機(jī)回彈量的試驗(yàn)及計(jì)算，求出彎制角度與成形角度的轉(zhuǎn)化公式，有效解決了管路成形角度與設(shè)計(jì)值不符的問題。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，現(xiàn)有管路批次一致性大幅提升，管路互換性差等瓶頸問題得以解決。本文所得的數(shù)控彎管機(jī)的性能參數(shù)及相關(guān)工藝文件緊貼生產(chǎn)實(shí)際，具有較強(qiáng)的生產(chǎn)指導(dǎo)作用。

1 盧險(xiǎn)峰，鄒華杰. 數(shù)控彎管機(jī)的應(yīng)用與技術(shù)要點(diǎn)[J]. 機(jī)械工人（熱加工），2005(9)：80～81

2 王立新. 矢量彎管[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1984

3 張吉輝，丁國富，許明恒. 數(shù)控彎管精確下料長度的確定和下料方案優(yōu)化[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009(2)：50～52

Research and Application of Improving Bending Consistency of Hydraulic Pipeline

Liu Mindong Du Ganghua

(Shanxi Aerospace Qinghua equipment Co., Ltd., Changzhi 046012)

According to the characteristics of small batch and complex product structure of aerospace special vehicle, this paper introduces how to convert the manual hydraulic pipeline of the original product into NC pipe bending program. According to the inherent characteristics of the existing NC pipe bending machine, calculate the rebound amount of hydraulic pipeline under specific conditions, accurately calculate the blanking length of hydraulic pipe blank. Finally improve the pipe bending efficiency and pipeline consistency.

hydraulic pipeline；bending；consistency；mass production

V

B

航天科技集團(tuán)公司重大工藝專項(xiàng)研究項(xiàng)目（GYGJ18-519-49）。

劉民東（1982），高級(jí)工程師，材料學(xué)專業(yè)；研究方向：工藝技術(shù)研究及科研生產(chǎn)管理。

2021-11-16