基本信息
- 项目名称：
- 管材内部加压弯曲新方法及专用装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 建立一种简单易行、适用于大批量生产的管材弯曲方法，从内部拉紧绳实现管端密封。为了避免管端的密封结构被推出，提出一种从内部施加约束以限制密封结构向外移动的方法。
- 详细介绍：
- 当管材的内径较小(小于20mm)或较大时(大于100mm)，若采用图2所述的聚氨酯环密封结构，则密封装置的加工和装配都会比较困难。更为重要的是，当管内压力较大时，聚氨酯环密封并不能保证可靠密封。为了避免管端的密封结构被推出，提出一种从内部施加约束以限制密封结构向外移动的方法，如图4所示。 采用上述方法进行密封，可以保证弯曲过程中管材内部的约束绳处于拉紧状态，不用担心两端密封结构被推出而使密封失效。在此方法的基础上，我们做了很多管材弯曲试验，已经做出了很多成功的样件，并验证了此方法的可行性
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研究目的是建立一种简单易行、适用于大批量生产的管材弯曲方法，从内部拉紧绳实现管端密封。为了避免管端的密封结构被推出，提出一种从内部施加约束以限制密封结构向外移动的方法。其中有两个技术难点：1，设计不同截面管材密封头 2，如何将约束绳拉紧。创新点有：（1）采用全新思路实现管材内压弯曲时的端部密封。（2）建立了简单易行的管材内压弯曲专用装置。（3）该方法易于实施，可以用于大批量生产。
科学性、先进性
- 传统的解决方案有数控弯曲，内置橡胶棒和充入细沙，但是他们都有各自的缺点，数控弯曲的设备比较昂贵，内置橡胶棒则不易取出弹性芯模，而现在仍然在使用的充入细沙则生产效率低，质量不稳定。此方法制成的管件操作简单，设备简单，可以大批量的生产。 采用内部加压弯曲的方法，使用内部施加约束的方式实现管端密封，使用可靠，方便快捷。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年哈尔滨工业大学科技创新中取得校一等奖。 2010年哈尔滨工业大学“祖光杯”科技创新校一等奖
作品所处阶段
- 试验成功，准备生产
技术转让方式
- 采用成套设备引进和转让
作品可展示的形式
- 实物，图片，现场演示，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该方法设备简单，操作方便，安全可靠，在目前的自行车生产上可以使用，对管材弯曲的程度大，质量好。
同类课题研究水平概述
- 日本的Takashi Kuboki等人采用内部加压的方法，实现了具有极小弯曲半径的管材零件的成形。该方法被称为剪弯(shear bending)。图1所示为该方法的示意图和零件。其实质是在管材内部充入一定压力的液体作为支撑，然后使管材发生类似剪切的变形而得到需要的零件。这也是一种借助内部加压防止管材在弯曲过程中出现缺陷的方法。内部压力的大小以及加载路径对成形结果都有很大影响。 (a)充液剪弯示意图 (b)充液剪弯零件 图1 管材充液剪弯成形方法 对于在弯曲过程中管材的端部位置发生变化的情况（不在一条水平线上），则不能用传统的锥形冲头进行密封。此时，需要采用能够随着管端一起移动的独立密封结构。图2所示为一种通过压缩弹性的聚氨酯环进行管端密封的结构。其实质是利用聚氨酯环被压缩后与管材内壁紧密接触实现密封。 图2 管端聚氨酯环密封示意图 这种密封方法的主要问题是机构较复杂、操作繁琐，效率低。另外，该方法是利用聚氨酯环与管材内壁之间的摩擦力来平衡内部的液压反力，当直径较大或压力较大时端部密封结构受到的向外的反力较大，很容易将密封装置推出而使密封失效。当管材直径较大时，整个密封装置比较庞大，其自身重量可能影响管材的变形。当管材直径较小时，密封结构难以加工和装配。 Mathias Liewald等人采用类似的聚氨酯环密封结构进行了管材的充液弯曲研究。为了保证端部密封结构在内压的作用下不被推出，采用了图3中所示的密封装置。该装置采用外置的液压缸拉紧紧固螺杆，使聚氨酯环受到很大的压缩。这一方面增加了聚氨酯环与管壁的摩擦，另一方面使管端发生变形产生了一道环筋，从而增大了阻力。图3中还给出了实验模具和零件。该方法虽然密封可靠，但是机构比较复杂，效率很低，也不适宜大批量生产。 (a) 端部密封结构 (b) 实验模具 (c) 实验结果 图3 管材内部加压弯曲装置及实验结果 可以看出，在管材弯曲过程中在其内部施加一定压力可以有效避免或减小截面扁化、内侧起皱等缺陷。但是，目前还没有一种简单易行、适用于大批量生产的管端密封方法。
