外文翻译--管材弯曲工艺研究新进展.doc

附录A管材弯曲工艺研究新进展摘要管材成形由于容易满足塑性成形产品轻量化、强韧化和低耗高效、精确制造等方面的要求,在航空航天、汽车工业等许多行业中得到广泛的应用。管材弯曲成形工艺的研究是其中备受关注并得到迅速发展的重要领域之一。介绍了几种新的弯管工艺,阐述了国内外弯管工艺的最新研究进展和发展趋势。关键词管材；弯曲；弯管工艺管材塑性加工是以管材作毛坯,通过塑性加工手段,制造管材零件的加工技术1。管材塑性加工由于容易满足塑性成形产品轻量化、强韧化和低耗高效、精确制造等方面的要求,已成为先进塑性加工技术面向21世纪研究与发展的一个重要方向2。在航空航天、汽车、石油化工、轻工及交通运输等工业部门中,广泛地采用管材制造零件。例如在汽车工业中,采用中空铝型材作车身结构和保险杠,在保持与钢铁制件具有同等的抗冲击强度条件下,能减轻30%40%车体质量,对汽车的轻量化具有十分重要的意义；当汽车发生碰撞等意外事故时,管材结构还可以吸收因碰撞带来的冲击能,保护乘客的安全3。管塑性弯曲成形是管塑性成形技术的重要组成部分。用管材制造的弯曲零件,无论是平面弯曲件,还是空间弯曲件,除大量应用于气体、液体的输送管路外,在金属结构中的应用也十分广泛。因此管材弯曲成形工艺是备受关注并得到迅速发展的重要领域,开展这方面的研究工作,具有十分重要的意义。文中介绍了管材弯曲的几种新工艺,以及国内外研究进展和发展趋势。1基于成形方式的管材弯曲工艺分类实践中有许多不同的弯管工艺,从不同的角度出发可以有多种不同的分类。工程中通常按弯曲时加热与否可分为冷弯和热弯,根据弯曲时有无填充物可分为有芯弯管和无芯弯管。文献4根据不同的成形方式。无模弯曲成形是指管材弯曲变形区不直接受到模具的作用,最终的形状由工具和工件的相对运动决定,属于高度灵活的柔性加工手段。有模弯曲成形是指通过刚性模具直接作用于弯曲变形区而进行的管材弯曲,要求此刚性模具作用部分尺寸可以补偿制件卸载后发生的弯曲回弹,属于可重复性高而且快速的加工手段。2管材弯曲的几种新工艺2.1热应力弯曲热应力弯曲是一种利用工件内部温度分布不均匀所产生的热应力来驱动工件变形的成形方法。这种方法不需外力作用,因而也不需要专门加工模具,便于现场操作,是一种柔性加工手段,近年来对这种成形方法的研究逐渐增多。加热热源可采用火焰或激光,加热方式包括局部加热及加热炉内整体加热；冷却方式包括空冷、喷水冷却及浸水冷却。具体工艺取决于实际工况和工件特征。激光成形是对局部材料采用激光加热,通过不对称的加热和冷却,一个楔形区域上产生了压缩变形。通过在轴方向不同区域的反复激光照射加热,可以最终确定管材的形状。因为残余应力对制件质量有影响,所以在工艺设计时需要考虑工件的残余应力分布。这种方法由于可以方便地控制激光功率大小和作用轨迹,因此易于成形空间弯曲件。它不仅可以适用于简单的矩形截面管材,而且可以弯曲复杂截面的管材。但是在弯制多型腔型材时有一些限制,且加工时间长,生产效率低文献5提出的管的热应力弯曲方案是:先将管件在加热炉中均匀加热到某一温度,然后以一定速度水平浸入水中,直至管件完全冷却。管件最终凹向后入水一侧,其弯曲规律如下:内外弧的弯曲程度无明显差别；管件截面扁化,其中沿弯曲半径方向的截面尺寸大于垂直弯曲平面方向的截面尺寸,即同压弯法弯管所造成的截面变化趋势相反；管件弯曲程度及截面变化程度随加热温度的提高而增大；长度直径比值较大的管件,其弯曲效果较好。2.2基于工具运动控制的无模弯曲如图1所示可以通过控制管端夹具轨迹来实现无模弯曲。管端夹具的运动产生的弯曲力矩使得管材在局部区域产生弯曲塑性变形并发生图1基于管端夹具运动控制的无模弯曲转移。因此可以实现轴向多曲率半径工件的无模弯曲。通过对轨迹的微分方程进行数值求解,可以得到用于弯曲成形设备上的不同的控制程序。文献6使用这种方法成形得到型的零件。另一种通过控制工具运动实现无模弯曲的方法。管材通过一个导向圆柱轴向送料,在离出口一定距离处有一个移动模,其用球轴承作为支撑点,并且可以在垂直于轴向的平面内移动。根据移动模的位置和偏转方向的不同,管材会产生相应的弯曲。通过轴向的进给运动,可以使管材在包括端部的整个长度上进行弯曲。这种弯曲设备的基本原理是弯曲原理,它可以用来方便地实现管材的空间弯曲,但却必须为各种截面的管材定制不同的模具。图2展示了利用这种成形工艺得到的弯曲管材。2.3叠加法弯曲叠加法的原理3所示当金属材料在塑性区域内变形时,可以利用一个相对于成形力来说很小的侧向作用,实现弯曲。在具体实现过叠加法原理程中,这个很小的作用力可以通过一个偏转轮施加,其产生了一个很小的力矩,影响金属的流动,从而实现了可控制曲率的弯曲加工。由于零件本身是按弯曲要求生产的,因此可以避免产生诸的截面变形、破裂或起皱问题。叠加法最直接的应用就是管材的挤压生产。实际直型材在挤压过程中由于在挤压模中存在不理想的摩擦条件,因而产生了非常小的摩擦力,引起轻微弯曲现象；反过来说,如果在挤压过程中有效控制这个力,利用其使挤压金属的流动速度产生速度梯度,从而实现制件弯曲。另外通过改变摩擦力作用长度也同样可以产生类似的效果。该工艺的优点是可以比较灵活地控制偏转轮而不必改变挤压模具的设计,甚至复杂的多型腔横截面的型材也可以通过这个方法弯曲。目前开展的大多是平面内常曲率弯曲的研究8,对于空间变曲率弯曲从理论的角度上来说是可行的,但是由于需要对偏转轮的实时控制,因此设备方面还需要进行重大改进。另一个类似的弯曲工艺把叠加法原理运用到扩管设备中。2.4数控机床绕弯绕弯是指将管材夹紧在弯曲模上,随弯曲模一起转动,当管材被拉过压块时,压块即将管