一种用于不锈钢钢管加工的新型热弯机构的研究

焦润宇

（山东科技大学，山东 泰安 271019）

1 背景技术

不锈钢钢管是一种中空的长条圆形钢材，主要广泛用于石油、化工、医疗、食品、轻工和机械仪表等工业输送管道以及机械结构部件等，不锈钢钢管选用材质为耐酸和耐热的牌号的钢坯，经过加热、穿孔、定径、热轧和切削而成。

不锈钢钢管分为不锈钢无缝钢管和不锈钢焊接钢管（有缝钢管）基本的两大类。按钢管的外径形状又可分为圆管和异形管，广泛应用的是圆形钢管，但也有一些方形、矩形、半圆形、六角形、等边三角形和八角形等异形钢管。无缝不锈钢钢管也称不锈钢无缝管，是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经过热轧、冷轧或冷拨制成。无缝钢管的规格用外径×壁厚毫米数表示。该世纪初发明不锈钢以来，不锈钢集现代材料的形象和建筑应用中的卓越声誉集于一身，使其竞争对手羡慕不已。不锈钢不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损，其还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可满足建筑师和结构设计人员的需要。

对于承受流体压力的钢管都要进行液压试验和射线探伤来检验其耐压能力和质量，在规定的压力下不发生泄漏、浸湿或膨胀为合格，有些钢管还要根据标准或需方要求进行卷边试验、扩口试验、压扁试验等。

在折弯、抗扭强度相同时，重量较轻，所以也广泛用于制造机械零件和工程结构，不锈钢钢管在进行加工的过程中，需要采用热弯机构对其进行折弯工作。如果是由不锈钢管加工，单位尺寸越厚，我们所需要的折弯力度就越大，而且还会随着不锈钢管的厚度增大，在选择折弯设备的折弯力度也应该更大。不锈钢管加工折弯在单位尺寸下，抗拉强度越大，那么延伸率就越小，所以所需折弯力度越大，折弯的角度也会越大。如果在设计图中不锈钢管的厚与折弯半径相对应的情况下，根据不锈钢加工厂的经验，一道弯工件的展开尺寸应该为直角边相加减去2 个不锈钢管厚，这样就可以完全满足设计精度要求。不锈钢管的屈服强度如果越大，那么弹性回复量也就越大，如果能得到折弯件90°的角度，那么所需要的压刀的角度就应该设计的越小。

由于不锈钢钢管的尺寸大小不一，热弯机构在对不锈钢钢管进行热弯的过程中，对不同尺寸大小的钢管进行固定夹紧传送的效果不佳，导致钢管在进行热弯传送的过程中发生晃动，导致热弯后的钢管弯度产生误差。

为了克服现有技术的不足，现在提出一种用于不锈钢钢管加工的新型热弯机构，解决了由于不锈钢钢管的尺寸大小不一，热弯机构在对不锈钢钢管进行热弯的过程中，对不同尺寸大小的钢管进行固定夹紧传送的效果不佳，导致钢管在进行热弯传送的过程中发生晃动，热弯后的钢管弯度产生误差的问题。

2 现有研究成果

专利号为CN110272189A 的发明热弯模具、电子设备的壳体及电子设备所研究的是在相关技术中，电子设备的壳体在加工制造过程中，将壳体的坯材通过热弯方式成型。然而，由于模具的限制，只能实现折弯角度较小的形态，壳体的折弯角度较大时模具合模、开模均比较困难，无法进行热弯。其公开了一种热弯模具、电子设备的壳体及电子设备，热弯模具包括：凹模和凸模。凹模具有朝向开模方向敞开的凹腔，凸模具有与凹腔配合的凸部，第一参考面与凸部的外周面相交所得的线定义为第一轮廓线，第一轮廓线的远离凹腔的端点为第一端点，第一轮廓线在第一端点处的切线与第二参考面之间的夹角为α，所述α 满足：α ≥90°，在凸模和凹模加热至热弯成型温度的过程中，凸部朝向邻近凹腔的内表面的方向膨胀，在凸模和凹模冷却至室温的过程中，凸部朝向远离凹腔的内表面的方向收缩，凸部的外周面与位于型腔内的热弯成型件分离以避让出开模空间。根据其申请实施例的热弯模具，可以热弯成型具有较大折弯角的壳体等热弯成型件[1]。

专利号为CN110342794A 发明了一种重力成型的连续热弯炉及其使用方法。其发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种结构设计，简单巧妙，操作简便，省时省力，使维修方便快捷；使生产过程连续化，降低了热量损失，提高设备的利用率，成品率高，显著提高了生产效率，使用寿命长，满足大球面、大拱高、侧边轮廓曲率变化大的玻璃产品的型面的吻合度和光学等质量与性能的要求的重力成型的连续热弯炉及其使用方法。为此，该发明提供了一种重力成型的连续热弯炉，包括由保温材料在其内部紧密排布围成封闭腔体的炉体框架，炉体框架内从前到后依次包括预热工位装置、预弯工位装置、成型工位装置、淬火工位装置和冷却工位装置；炉体内部还配有单层布置的、且沿着炉体框架长度方向分布的台车以及电机驱动的移动系统装置，台车上安装设有模具、通过电机驱动的移动系统装置的移动使其从前到后移动[2]。

专利号为CN110303309A 发明了一种钢结构加工制作工艺。在生产实践中，切割钢板的方式有多种，例如等离子切割、气割、线切割、水切割和激光切割等。其中，采用等离子切割和气割切割钢板时，会产生大量的飞溅。由于等离子切割和气割时，随着电弧和割焰的是高速流动的气体，高速气体将熔化的熔渣从割缝中吹出。吹出的熔渣为高温飞溅物，容易引起明火或烫伤操作人员。尤其是在切割时周围有其他人员在施工，或者附近有无法避免的可燃物品时，在整个切割过程中，需要由专人随时看护，以防止伤人或发生火灾。这样无形之中就增加了生产成本，而且留下安全隐患。其发明公开了一种钢结构加工制作工艺，包括8 种。1）放样。根据产品施工详图或零、部件图样要求的形状和尺寸，按1 ∶1 的比例把产品或零、部件的实体画在放样台或平板上，求取实长并制成样板。2）号料。3）切割。将钢材放置在切割机上将钢材切割。4）成型。根据设计要求，利用加工设备和一定的工装模具把板材或型钢弯制成一定形状。5）矫正。通过外力或加热作用迫使钢材反变形，使钢材或构件达到技术标准要求的平直或几何形状。6）边缘加工。为了消除切割造成的边缘硬化而将板边刨去2 mm～4 mm；为了保证焊缝质量而将钢板边刨成坡口；为了装配的准确性及保证压力的传递，而将钢板刨直或铣平。7）制孔。8）组装[3]。

专利号为CN110369573A 的一种大口径钢管弯管成型方法及装置公开了一种大口径钢管弯管成型装置，包括第一夹头、第二夹头和支撑座，第一夹头和第二夹头分别由第一摇臂和第二摇臂带动旋转，第一摇臂带动第一夹头对钢管进行第一次弧形的弯制，第二摇臂带动第二夹头对钢管进行第二次弧形的弯制；该发明还公开了一种大口径钢管弯管成型工艺，具体步骤依次包括弯管前验证、弯管尺寸计算、装钢管、一次弯制、二次弯制及弯制后矫正工序；该发明提供了一种大口径钢管弯管成型工艺及装置，可以通过中频热弯实现对同一根钢管进行2 种不同半径的弯制；确保弯管成形过程中各部位管壁厚度始终保持不变，在保证弯管加工质量的情况下，提高钢管热弯加工作业效率[4]。

3 工作原理

在使用前，首先将热弯机构水平放置，通过连接底座对其进行平稳支撑；在使用时有3 步。1）通过电源线接通外部电源，给该机构提供电源。2）将钢管穿过传送主机内部，接着穿过加热环内部，钢管首端与钢管连接块相固定；接着转动2 个调节转钮，使得蜗杆进行转动，在固定光杆的固定导向作用下，滑块在蜗杆上进行平稳滑动，使得连接推杆进行移动，推动了滑动机构在导杆上进行平稳移动，这时滚球外表面触碰到钢管外壁，调节夹板带动调节挤压杆在气压筒内部进行挤压，弹簧起到缓冲作用，避免滚球对钢管外表面造成破损。3）按下控制面板上的按钮，启动该机构；加热器得电进行加热，导热杆将热能传递到加热环上，加热环对钢管进行加热，接着弯度主机带动弯度滑动块进行滑动，使得钢管连接块拉动加热部位的钢管进行弯折，同时滚球在固定轴上进行转动，滚球使得钢管在进行传送的过程中更加顺滑；热弯完成后，按下按钮停止工作，接着将热弯后的钢管取出，即可。

4 技术方案

该文研究了一种用于不锈钢钢管加工的新型热弯机构通过如下技术方案实现：该新型热弯机构包括顶盖和固定调节机构，顶盖固定安装在传送主机上端，固定调节机构固定安装在传送主机左端，固定调节机构包括调节转钮、蜗杆、滑块、固定光杆、连接推杆、滑动机构和导杆，调节转钮与蜗杆首端同步转动，蜗杆固定安装在传送主机左端内部，蜗杆贯穿于滑块内部并且螺纹连接，固定光杆采用配合贯穿于滑块内部，固定光杆固定安装在传送主机左端内部，滑块与连接推杆首端相固定，连接推杆末端与滑动机构侧面相固定，导杆采用间隙配合嵌入安装在滑动机构内部，滑动机构位于传送主机左端开口处。

顶盖右端设有加热器，传送主机下端与加热器相固定，加热器下端固定安装有导热杆，传送主机右端设有弯度主机，弯度主机上表面嵌有弯度滑轨，弯度滑轨内部嵌有弯度滑动块，弯度滑动块上表面与钢管连接块下表面相固定，钢管连接块位于加热环右侧，传送主机固定安装在连接底座上表面，连接底座前表面嵌有控制面板，控制面板与按钮电连接，控制面板与电源线电连接，传送主机、加热器和弯度主机均与控制面板电连接。

滑动机构包括移动板、气压筒、弹簧、调节挤压杆、调节夹板、固定轴和滚球，移动板侧面与连接推杆末端相固定，导杆采用间隙配合贯穿于移动板内部，移动板内部固定安装有气压筒，气压筒内部设有弹簧，弹簧左端与调节挤压杆相抵触，调节挤压杆采用间隙配合安装在气压筒内部，调节挤压杆左端与调节夹板右侧面相固定，调节夹板内部固定安装有固定轴，固定轴采用间隙配合贯穿于滚球内部，滚球安装在调节夹板左侧表面。

固定调节机构共设置2 个，并且呈左右对称，安装在传送主机左端内部。固定光杆共设有2 个，并且呈圆柱体结构，分别贯穿于滑块上下两端。连接推杆共设有2 个，呈上下对称。气压筒呈空腔圆柱体结构，调节挤压杆呈圆柱体结构，并且调节挤压杆直径与气压筒内部直径相匹配。滚球共设有3 个，均匀地分布在固定轴上。弹簧为合金弹簧钢材质。调节挤压杆为45 号钢材质。

5 有益效果

该文研究了一种用于不锈钢钢管加工的新型热弯机构，相对于现有技术，具有以下有益的效果：

为了解决由于不锈钢钢管的尺寸大小不一，热弯机构在对不锈钢钢管进行热弯的过程中，对不同尺寸大小的钢管进行固定夹紧传送的效果不佳，导致钢管在进行热弯传送的过程中发生晃动，导致热弯后的钢管弯度产生误差的问题，通过传送主机左端内部设置了固定调节机构，转动2 个调节转钮，使得蜗杆进行转动，在固定光杆的固定导向作用下，使得滑块在蜗杆上进行平稳滑动，使连接推杆进行移动，推动了滑动机构在导杆上进行平稳移动，这时通过滚球外表面触碰到钢管外壁，通过调节夹板带动调节挤压杆在气压筒内部进行挤压，通过弹簧起到缓冲作用，避免滚球对钢管外表面造成破损，同时通过滚球在固定轴上进行转动，滚球使得钢管在进行传送的过程中更加顺滑，可以根据钢管的大小进行调节固定，并且提高顺滑度，避免发生晃动，减少钢管热弯的误差。

6 具体实施方式

该文研究了一种用于不锈钢钢管加工的新型热弯机构：包括顶盖和固定调节机构，顶盖固定安装在传送主机上端，固定调节机构固定安装在传送主机左端，固定调节机构包括调节转钮、蜗杆、滑块、固定光杆、连接推杆、滑动机构和导杆，调节转钮与蜗杆首端同步转动，蜗杆固定安装在传送主机左端内部，蜗杆贯穿于滑块内部并且螺纹连接，固定光杆采用配合贯穿于滑块内部，固定光杆固定安装在传送主机左端内部，滑块与连接推杆首端相固定，连接推杆末端与滑动机构侧面相固定，导杆采用间隙配合嵌入安装在滑动机构内部，滑动机构位于传送主机左端开口处。

顶盖右端设有加热器，传送主机下端与加热器相固定，加热器下端固定安装有导热杆，传送主机右端设有弯度主机，弯度主机上表面嵌有弯度滑轨，弯度滑轨内部嵌有弯度滑动块，弯度滑动块上表面与钢管连接块下表面相固定，钢管连接块位于加热环右侧，传送主机固定安装在连接底座上表面，连接底座前表面嵌有控制面板，控制面板与按钮电连接，控制面板与电源线电连接，传送主机、加热器和弯度主机均与控制面板电连接。

滑动机构包括移动板、气压筒、弹簧、调节挤压杆、调节夹板、固定轴和滚球，移动板侧面与连接推杆末端相固定，导杆采用间隙配合贯穿于移动板内部，移动板内部固定安装有气压筒，气压筒内部设有弹簧，弹簧左端与调节挤压杆相抵触，调节挤压杆采用间隙配合安装在气压筒内部，调节挤压杆左端与调节夹板右侧面相固定，调节夹板内部固定安装有固定轴，固定轴采用间隙配合贯穿于滚球内部，滚球安装在调节夹板左侧表面。

固定调节机构共设置2 个，并且呈左右对称安装在传送主机左端内部，使对钢管两侧进行较好固定的作用。固定光杆共设有两个，并且呈圆柱体结构，分别贯穿于滑块上下两端，利于起到滑块在固定光杆上进行水平滑动。连接推杆共设有2 个，呈上下对称，使连接推杆更好地推动移动板进行平稳移动的作用。气压筒呈空腔圆柱体结构，调节挤压杆呈圆柱体结构，并且调节挤压杆直径与气压筒内部直径相匹配，利于起到调节挤压杆在气压筒内部进行平稳挤压。滚球共设有3 个，均匀分布在固定轴上，起到更好地带动钢管进行滑动的作用。弹簧为合金弹簧钢材质，其具有耐腐蚀性强的优点。调节挤压杆为号钢材质，其具有强度高的优点。

合金弹簧钢是用于制造弹簧或者其他弹性零件的钢种，弹簧一般是在交变应力下工作，常见的破坏形式是疲劳破坏，因此，合金弹簧钢必须具有高的屈服点和屈强比、弹性极限、抗疲劳性能，以保证弹簧有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷，同时，合金弹簧钢还要求具有一定的塑性与韧性，一定的淬透性，不易脱碳及不易过热。

7 结语

为了解决由于不锈钢钢管的尺寸大小不一，热弯机构在对不锈钢钢管进行热弯的过程中，对不同尺寸大小的钢管进行固定夹紧传送的效果不佳，导致钢管在进行热弯传送的过程中发生晃动，热弯后的钢管弯度产生误差的问题，特在该文研究一种用于不锈钢钢管加工的新型热弯机构。该新型热弯机构的结构包括顶盖，该热弯机构，传送主机左端内部设置了固定调节机构，转动2 个调节转钮，使得蜗杆进行转动，在固定光杆的固定导向作用下，滑块在蜗杆上进行平稳滑动，连接推杆进行移动，推动了滑动机构在导杆上进行平稳移动，这时滚球外表面触碰到钢管外壁，调节夹板带动调节挤压杆在气压筒内部进行挤压，弹簧起到缓冲作用，避免滚球对钢管外表面造成破损，同时滚球在固定轴上进行转动，滚球使得钢管在进行传送的过程中更加顺滑，可以根据钢管的大小进行调节固定，并且提高顺滑度，避免发生晃动，减少钢管热弯的误差。