一种管材绕弯内压支撑装置及管材绕弯方法

摘要

本发明公开了一种管材绕弯内压支撑装置及管材绕弯方法，包括：中空的圆筒形橡皮囊，在所述橡皮囊的一端开设有通孔，其另一端封闭；顶推机构，顶抵于橡皮囊的封闭端外侧；输液及加压机构，设置在橡皮囊具有所述通孔的一端，输液及加压机构，包括具有活塞杆的增压缸和密封组件，密封组件密封夹持于橡皮囊具有所述通孔的一侧，密封组件的中心设有液流通道，增压缸通过圆筒形连接体与液流通道密封连接，活塞杆经由圆筒形连接体伸入至液流通道内；橡皮囊中的液体介质通过增压缸的活塞杆推动密封塞增压，以驱动橡皮囊沿径向膨胀。本发明了与管材内壁的自适应配合，且接触均匀，避免管材内腔划伤和起皱，并可大幅降低制造和使用成本。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种使用充液内压支撑的管材绕弯内压支撑装置及 管材绕弯方法。

背景技术

众所周知，管材的绕弯成形需要多模具的协同作用和严格配合。在弯曲成形过程中，夹 块带动管材与弯曲模同步转动，管材在夹块拉力的作用下，滑过弯曲切点，并在弯曲平面的 弯矩作用下发生弯曲变形并与弯曲模接触，从而形成管件预定的弯曲半径，管材的弯曲力矩 将由夹块对管材的拉力和管模间摩擦力的合力产生。在弯管过程中，为了防止管材出现起皱 和横截面过度扃化的缺陷，需要在管腔内置入带若干球头的金属芯模，以实现管材内腔的支 撑(内支撑)功能。然而，在实际生产中，现有的金属芯模尚存在有以下一些不足之处：

1、随着管件弯曲半径的减小，金属芯模的球头需要转动更大的范围，以适应小弯曲半 径弯管的变形协调。但是现有金属芯模球头的最大转动范围，仅能保证实现大于1.2倍管径 的弯曲半径。此外，管件弯曲半径的减小将导致管材的起皱可能性越来越大，因此需要减小 金属芯模与管材的间隙，提高配合精度，以减小管材的起皱可能性，但这也增加了模具加工 制造的成本。

2、在弯管过程中，芯模与管材内壁的不均匀接触的现象凸显，管材内腔划伤严重，且 难以控制管材的起皱，成形质量难以控制。

3、由于管材几何尺寸的差异，需要根据管材的内径配做芯模，且同规格不同批次管材 的尺寸会发生变化，因此，需订制多套芯模，模具的设计制造成本高，增加了芯模的制造和 使用成本。

有鉴于上述现有的金属芯模内支撑结构存在的缺点，本发明人基于多年研究及现场经验 和专业知识，结合实际使用情况和机械弯管技术需求，积极加以改进和创新，以期实现一种 芯模与管材内壁的自适应配合，且接触均匀，避免管材内腔划伤和起皱，并可大幅降低制造 和使用成本的管材绕弯内压支撑装置及管材绕弯方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种芯模与管材内壁的自适应配合，且接触均匀，避免管材内腔划 伤和起皱，并可大幅降低制造和使用成本的管材绕弯内压支撑装置。

本发明的另一目的是提供一种芯模与管材内壁的自适应配合，且接触均匀，避免管材内 腔划伤和起皱，并可大幅降低制造和使用成本的管材绕弯方法。

为达到上述目的，本发明提出了一种管材绕弯内压支撑装置，包括：中空的圆筒形橡皮 囊，在所述橡皮囊的一端开设有通孔，其另一端封闭；顶推机构，顶抵于所述橡皮囊的封闭 端外侧；输液及加压机构，包括具有活塞杆的增压缸和密封组件，所述密封组件密封夹持于 所述橡皮囊具有所述通孔的一侧，所述密封组件的中心设有轴向贯通至所述橡皮囊内腔的液 流通道，所述增压缸通过圆筒形连接体与所述液流通道密封连接，所述活塞杆经由所述圆筒 形连接体伸入至所述液流通道内；当所述活塞杆回缩时，所述增压缸经由所述液流通道向所 述橡皮囊的内腔输送液体介质；当所述橡皮囊及所述液流通道充满所述液体介质时，所述活 塞杆前伸，通过所述活塞杆推挤所述液流通道内的液体介质，使得所述橡皮囊中的液体介质 增压，以驱动所述橡皮囊沿径向膨胀。

如上所述的管材绕弯内压支撑装置，其中，所述密封组件包括：密封塞，设置在所述橡 皮囊的内腔中，所述密封塞包括一体结构的封塞部和圆杆部，所述圆杆部贯穿于所述橡皮囊 的通孔，所述封塞部的外壁与所述橡皮囊端部的内壁相配合；连接螺母，设置在所述橡皮囊 的外侧，所述连接螺母的一端与所述密封塞的圆杆部相连接，其另一端朝向所述活塞杆。

如上所述的管材绕弯内压支撑装置，其中，所述橡皮囊具有所述通孔的端部呈渐缩的圆 台形，所述封塞部也呈圆台形，且所述封塞部的外壁与所述橡皮囊的圆台形端部的内壁相配 合，所述连接螺母的一端套合于所述橡皮囊的圆台形端部上。

如上所述的管材绕弯内压支撑装置，其中，所述液流通道由轴向贯通所述密封塞的中心 孔和轴向贯通所述连接螺母的中心孔连接而成，所述密封塞的圆杆部52插入连接螺母的中 心孔的一端，使得所述密封塞与所述连接螺母连接为一体。

如上所述的管材绕弯内压支撑装置，其中，所述顶推机构包括圆柱形顶推模和顶推件， 所述顶推模的一端顶抵于所述橡皮囊的封闭端，其另一端与所述顶推件相连接。

本发明还提供了一种管材绕弯方法，采用如上所述的管材绕弯内压支撑装置，其中，所 述管材绕弯方法包括：

步骤1：根据管材内径，定制圆柱形橡皮囊，所述橡皮囊外壁与管材内壁之间具有一定 间隙，所述橡皮囊头部为圆台形，其头部端面打孔，形成贯通至所述橡皮囊内腔的通孔；

步骤2：根据所述橡皮囊的几何尺寸定制密封组件的密封塞及连接螺母，所述密封塞具 有外圆台面头部，将所述密封塞置入所述橡皮囊内，所述密封塞的外圆台面与所述橡皮囊内 壁圆台表面配合，所述连接螺母与所述密封塞相连，所述连接螺母具有内圆台面头部，所述 连接螺母的内圆台面与所述橡皮囊外壁的圆台表面配合；将所述橡皮囊和所述密封塞置入管 材内腔，管材通过弯管机的夹块、压块、弯曲模、防皱块夹持在弯管机上；

步骤3：采用圆筒形连接体将所述连接螺母与增压缸相连，设定所述增压缸压力，活塞 杆回缩，所述增压缸内灌入液体介质，所述液体介质在所述增压缸的压力驱动下由所述圆筒 形连接体流入所述橡皮囊内腔，所述活塞杆回缩至限位，所述橡皮囊内腔充满液体介质及液 流通道；接着，所述活塞杆前伸推挤液流通道内的液体介质，并将作用力传递至所述橡皮囊 内的液体介质，同时顶推机构的顶推件推动所述顶推模对所述橡皮囊的封闭端施加压力，使 得橡皮囊受压沿管材径向膨胀，与管材内壁充分接触；

步骤4：设定弯管角度，启动弯管机，开始弯管作业，在弯管过程中，保持增压缸压力， 同时保持弯曲模转动的线速度、压块的助推速度、以及顶推件的进给速度相同，直至达到弯 曲角度；

步骤5：取下连接螺母，将橡皮囊内的液体介质排出，橡皮囊恢复初始形状，并从管材 内腔中抽出，卸载夹块、压块，取出管件。

如上所述的管材绕弯方法，其特征在于，所述橡皮囊的外径比所述管材内径小2mm～ 3mm，所述橡皮囊的圆台形头部的圆锥角为10°～30°，圆台高度20mm～50mm，所述橡皮囊 的圆台形头部的通孔的孔径比所述橡皮囊的圆台形头部端面的直径小5mm～50mm。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明在管材绕弯过程中，将充液橡皮囊代替传统金属芯模，可以实现管腔内部支 撑物与更小弯曲半径间的变形协调，同时，充液内压支撑可以保证橡皮囊与管材不均匀内壁 的自适应接触，有效抑制小弯曲半径管的起皱可能性。

2、与传统金属芯模相比，本发明的充液橡皮囊质地柔软，可以有效减小管材内腔的划 伤。

3、橡皮囊易于更换，使用和维护成本较低。

4、橡皮囊柔性高，在充液内压下，可以自适应多种规格管材的弯曲成形，适用范围广 且制造成本较低。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外， 图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限 定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情 况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明管材绕弯内压支撑装置的分解结构示意图；

图2为本发明管材绕弯内压支撑装置在弯曲前成形模具与管材间的装配剖视图；

图3为本发明管材绕弯内压支撑装置在弯曲过程中成形模具与管材的装配剖视图。

附图标记说明：

10-管材；1-橡皮囊；11-通孔；12-橡皮囊的封闭端；13-橡皮囊具有通孔的一端；2-顶 推机构；21-顶推模；22-顶推件；3-输液及加压机构；31-增压缸；32-活塞杆；4-液体介质； 5-密封塞；51-封塞部；52-圆杆部；53-液流孔；6-连接螺母；61-贯通腔孔；7-圆筒形连接 体；8-弯管机；81-夹块；82-压块；83-弯曲模；84-防皱块；9-液流通道。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在 此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对 本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些 都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1、图2、图3，分别为本发明管材绕弯内压支撑装置的分解结构示意图；本发 明在弯曲前成形模具与管材间的装配剖视图；本发明在弯曲过程中成形模具与管材的装配剖 视图。

如图1至图3所示，本发明提出的管材绕弯内压支撑装置包括：中空的圆筒形橡皮囊1、 顶推机构2、输液及加压机构3，其中：橡皮囊1具有一定弹性，橡皮囊1的内腔用于容装 液体介质4，在液体介质4压力的驱动下，橡皮囊1能够沿径向膨胀。橡皮囊1的一端开设 有通孔11，用于液体介质4的进出，橡皮囊1的另一端封闭，使得液体介质4容置于橡皮囊 1的内腔中。顶推机构2顶抵于橡皮囊1的封闭端12外侧用于向橡皮囊1的一端施加压力。 而在橡皮囊1的另一端，即橡皮囊具有通孔11的一端13外侧，设有输液及加压机构3，用 于向橡皮囊内输送液体介质4，并向橡皮囊1施加压力。该输液及加压机构3包括具有活塞 杆32的增压缸31和密封组件，密封组件密封夹持于橡皮囊1具有通孔11的一侧，密封组 件的中心设有轴向贯通至橡皮囊1内腔的液流通道9，增压缸31通过圆筒形连接体7与液流 通道9密封连接。在本实施例中，圆筒形连接体7的外壁与液流通道9内壁螺纹连接，以保 证圆筒形连接体7与液流通道9之间的密封性。活塞杆32沿圆筒形连接体7的内壁伸缩， 使得活塞杆32经由圆筒形连接体7伸入至液流通道9内。当活塞杆32回缩时，增压缸31 经由液流通道9向橡皮囊1的内腔输送液体介质4，增压缸31的加压输送结构及原理为已有 技术，在此不再详细描述。当橡皮囊1及液流通道9充满液体介质4时，活塞杆32前伸， 通过活塞杆32推挤液流通道9内的液体介质4，将压力传递至橡皮囊1中的液体介质，使得 橡皮囊1中的液体介质增压，从而驱动橡皮囊沿径向膨胀。本发明将充液橡皮囊代替传统金 属芯模，可以实现管腔内部支撑物与更小弯曲半径间的变形协调，同时，充液内压支撑可以 保证橡皮囊可以实现与管材不均匀内壁的自适应接触，有效抑制小弯曲半径管的起皱可能 性。并且，与传统金属芯模相比，充液橡皮囊质地柔软，可以有效减小管材内腔的划伤。而 且，橡皮囊易于更换，使用和维护成本较低。另外，由于橡皮囊柔性高，在充液内压下，可 以自适应多种规格管材的弯曲成形。

在本发明中，密封组件包括密封塞5和连接螺母6。其中，如图1所示，密封塞5包括 一体结构的封塞部51和圆杆部52，圆杆部52贯穿于橡皮囊1的通孔11，封塞部51的外壁 与橡皮囊1端部(具有通孔的端部)的内壁相配合。在本实施例中，橡皮囊1具有通孔11 的端部呈渐缩的圆台形，而封塞部51也呈圆台形，封塞部51恰好配合安装于橡皮囊1圆台 形端部内。连接螺母6设置在橡皮囊1的外侧，连接螺母6的一端与密封塞5的圆杆部52 连接，其另一端朝向活塞杆32。在本实施例中，连接螺母6的前端具有圆台形的内凹腔，并 与橡皮囊1的圆台形端部相套合，在螺纹旋紧力的作用下，橡皮囊1的圆台形头部在连接螺 母6与密封塞5之间夹紧，保证橡皮囊1端部密封。

进一步的，液流通道9由轴向贯通密封塞5的中心孔53和轴向贯通连接螺母6的中心 孔61连接而成，密封塞5的圆杆部52插入连接螺母6的中心孔61的一端，使得密封塞5 与连接螺母6连接为一体。

如图1至图3所示，顶推机构2包括圆柱形顶推模21和顶推件22，顶推模21的一端顶 抵于橡皮囊3的封闭端，其另一端与顶推件22相连接。顶推件22作为外部顶推装置的作用 部件向顶推模21施加轴向压力，使得顶推模21始终顶抵于橡皮囊的一端。

在弯曲前，圆筒形连接体7将连接螺母6与增压缸31相连，设定增压缸31压力，活塞 杆32回缩，增压缸31内灌入液体介质，液体介质由圆筒形连接体7流入橡皮囊1内腔，活 塞杆32回缩至限位，液体介质在增压缸31压力驱动下，通过液流通道9向橡皮囊1内腔流 动并充满橡皮囊1内腔。接着，活塞杆32前伸，由于活塞杆32外径与圆筒形连接体7的内 径相适配，活塞杆32前伸过程中推挤液体介质4，向橡皮囊1内的液体介质4施加压力，并 通过液体介质4将压力传递至橡皮囊1，同时顶推件22夹持顶推模21对橡皮囊封闭端12 施加压力，橡皮囊1受内高压后，沿管材径向膨胀，与管材内壁接触，直至达到弯曲角度。 随后，取下连接螺母6，将橡皮囊1内的液体介质排出，橡皮囊1恢复初始形状，并从管材 内腔中抽出。

本发明使用充液橡皮囊代替传统金属芯模，实现管腔内部支撑物与更小弯曲半径间的变 形协调，同时，充液内压支撑可以保证橡皮囊与管材不均匀内壁的自适应接触，有效抑制小 弯曲半径管的起皱可能性。此外，与传统金属芯模相比，本发明充液橡皮囊质地柔软，可以 有效减小管材内腔的划伤。并且，本发明制造和使用成本较低。

本发明还提供了一种管材绕弯方法，采用如上所述的管材绕弯内压支撑装置，下面结合 图例，针对规格为Φ70mm×1mm×105mm(直径×壁厚×弯曲半径)管件，阐述使用充液内压 支撑的管材绕弯方法的实施方式：

步骤1：根据管材10内径(例如内径≥20mm)，定制圆柱形橡皮囊1，所述橡皮囊1外 壁与管材10内壁之间具有一定间隙，橡皮囊1直径比管材10内径小2mm～3mm，橡皮囊1 厚度为3mm～5mm，橡皮囊1头部为圆台形，其头部端面打孔，形成贯通至橡皮囊1内腔的通 孔11；橡皮囊1头部的圆锥角为10°～30°，圆台高度20mm～50mm，头部端面打孔，孔径 比端面直径小5mm～50mm；在本实施例中，根据管材10内径68mm，定制圆柱形橡皮囊1，橡 皮囊1直径为66mm，橡皮囊1厚度为3mm，橡皮囊1头部为圆台形，圆锥角为10°，圆台高 度为20mm，头部端面打孔，孔径30mm；

步骤2：根据橡皮囊1的几何尺寸定制密封组件的密封塞5及连接螺母6，密封塞5具 有外圆台面头部，将密封塞5置入橡皮囊1内，密封塞5的外圆台面与橡皮囊1内壁圆台表 面配合，连接螺母6与密封塞5相连，连接螺母6具有内圆台面头部，连接螺母6的内圆台 面与橡皮囊1外壁的圆台表面配合；将橡皮囊1和密封塞5置入管材10内腔，管材10通过 弯管机8的夹块81、压块82、弯曲模83、防皱块84夹持在弯管机8上；

步骤3：采用圆筒形连接体7将所述连接螺母6与增压缸31相连，设定增压缸31压力， 在本实施例中，设定增压缸31压力F2为10MPa，活塞杆32回缩，增压缸31内灌入液体介 质4，液体介质4在增压缸31的压力驱动下经由圆筒形连接体7和液流通道9流入橡皮囊1 内腔，活塞杆32回缩至限位，橡皮囊1内腔及液流通道9充满液体介质4；接着，活塞杆 32前伸推挤液流通道9内的液体介质4，并将作用力传递至橡皮囊1内的液体介质4，同时 顶推机构2的顶推件22推动顶推模21对橡皮囊的封闭端11施加压力(例如：2MPa～3MPa)， 在本实施例中，顶推机构2的顶推件22推动顶推模21对橡皮囊的封闭端11施加压力2MPa， 使得橡皮囊1受压而沿管材10径向膨胀，并与管材10内壁充分接触；

步骤4：设定弯管角度，启动弯管机8，开始弯管作业，在弯管过程中，保持增压缸31 压力F2，避免液体介质4倒流，维持橡皮囊内液体介质的压力，同时保持弯曲模83转动的 线速度、压块82的助推速度V1、以及顶推件22的进给速度V2相同，直至达到弯曲角度；

步骤5：取下连接螺母6，将橡皮囊1内的液体介质4排出，橡皮囊1恢复初始形状， 并从管材10内腔中抽出，卸载夹块81、压块82，取出管件。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地 理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的 实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反 的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实 施方式。