王永發(fā) 王惠苗 王露予 魏 強(qiáng) 張 曄 宋建嶺

復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)管先焊后彎工藝研究

王永發(fā) 王惠苗 王露予 魏 強(qiáng) 張 曄 宋建嶺

（天津航天長征火箭制造有限公司，天津 300462）

針對運(yùn)載火箭中導(dǎo)管產(chǎn)品空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接自動(dòng)化程度低，開展導(dǎo)管先焊后彎工藝研究。得到了導(dǎo)管回彈與延伸的規(guī)律，提前預(yù)測，加以修正，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)管的準(zhǔn)確彎制，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管自動(dòng)焊接提供了基礎(chǔ)。

導(dǎo)管；先焊后彎；回彈；延伸

1 引言

管路系統(tǒng)是運(yùn)載火箭的重要組成部分，起著增壓、測壓、輸送等一系列關(guān)鍵作用，受限于火箭內(nèi)部結(jié)構(gòu)，管路產(chǎn)品往往具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。管路產(chǎn)品傳統(tǒng)的制造流程為先彎后焊，即先進(jìn)行導(dǎo)管彎制，再進(jìn)行導(dǎo)管焊接，目前大部分的導(dǎo)管仍采用管路旋轉(zhuǎn)、焊接不動(dòng)的手工焊接方式，導(dǎo)管復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)給手工焊接造成了極大的不便，同時(shí)也是制約導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接的關(guān)鍵因素。為此開展導(dǎo)管先焊后彎工藝研究，即先在直管狀態(tài)下完成焊接，然后進(jìn)行導(dǎo)管彎制。導(dǎo)管先焊后彎可以消除復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)對導(dǎo)管焊接的影響，同時(shí)也有利于導(dǎo)管自動(dòng)焊接的實(shí)現(xiàn)。

2 工藝研究

導(dǎo)管先焊后彎工藝研究的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管的準(zhǔn)確彎制[1]，導(dǎo)管在彎制過程中伴隨著回彈和延伸，要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管的準(zhǔn)確彎制，關(guān)鍵在于提前預(yù)測回彈和延伸，加以修正，實(shí)現(xiàn)定量下料[2]。以1Cr18Ni9Ti6mm×1mm的導(dǎo)管作為研究對象，采用15mm的中心折彎半徑，試驗(yàn)過程中采用數(shù)控彎管，激光測量導(dǎo)管的實(shí)際折彎信息，通過對比導(dǎo)管實(shí)際與理論折彎信息，研究導(dǎo)管回彈與延伸規(guī)律。

2.1 導(dǎo)管的回彈規(guī)律研究

表1 導(dǎo)管實(shí)際角度與理論值對比 (°)

導(dǎo)管在彎曲成形中，回彈是一種不可避免的變形現(xiàn)象[3～5]?；貜椫饕绊憣?dǎo)管的彎曲角度，由于回彈的存在，實(shí)際角度往往會(huì)小于理論角度[6，7]。以30°、60°、90°和120°為理論角度進(jìn)行研究，每個(gè)角度分別彎制4次，測量取其平均值。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1，實(shí)際角度與理論角度關(guān)系如圖1所示。

圖1 實(shí)際角度與理論角度關(guān)系

通過研究理論角度與實(shí)際角度，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際角度與理論角度成線性關(guān)系[8，9]，通過軟件擬合得到線性公式：

=0.96623-0.64 （1）

其中，為實(shí)際角度，為理論角度。

根據(jù)式（1）可以實(shí)現(xiàn)對彎曲角度的補(bǔ)償，對上述理論彎曲角度進(jìn)行修正，修正后的結(jié)果如表2所示。

表2 修正后的理論角度 (°)

2.2 導(dǎo)管的延伸規(guī)律研究

導(dǎo)管在彎曲成形中外側(cè)受拉應(yīng)力，壁厚變薄，材料伸長，內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力，壁厚變厚，材料縮短，但導(dǎo)管整體仍表現(xiàn)為伸長[10]。通過30°、60°、90°和120° 4組導(dǎo)管的彎制，對比前后的折彎信息研究導(dǎo)管的延伸規(guī)律。首先根據(jù)式（1）和表2對導(dǎo)管的角度進(jìn)行修正，然后根據(jù)修正后的折彎信息進(jìn)行導(dǎo)管彎制，最后對導(dǎo)管進(jìn)行激光測量獲得實(shí)際折彎信息，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 導(dǎo)管實(shí)際折彎信息與理論折彎信息對比

導(dǎo)管的延伸主要由折彎角產(chǎn)生，每個(gè)折彎角產(chǎn)生的延伸可以分為兩部分，一部分為回彈造成的延伸，另一部分為變形產(chǎn)生的延伸。導(dǎo)管的回彈在影響角度的同時(shí)，也會(huì)影響折彎半徑，造成切點(diǎn)的變化，間接地影響直線段的長短[11]，每個(gè)折彎角會(huì)影響前后兩個(gè)直線段，單個(gè)直線段的延伸長度用來表示；導(dǎo)管在彎制過程中每個(gè)折彎角變形都會(huì)產(chǎn)生延伸，單個(gè)彎曲段的延伸用來表示。因此單個(gè)折彎角的延伸可以表示為：

=2+（2）

其中，為回彈產(chǎn)生的延伸，為變形產(chǎn)生的延伸。

在表3的實(shí)際折彎信息中，前四個(gè)直線段的伸長即為回彈延伸，其延伸總長為7（第一個(gè)直線段對應(yīng)，中間三個(gè)直線段分別對應(yīng)2），而每個(gè)折彎角產(chǎn)生的變形延伸會(huì)累計(jì)到最后一個(gè)直線段，其延伸總長為4，同時(shí)最后一個(gè)直線段也受折彎角回彈影響，其延伸為，因此最后一個(gè)直線段的延伸總長為+4。通過表3的數(shù)據(jù)計(jì)算可以得到，單個(gè)折彎角對應(yīng)的延伸量和，結(jié)果如表4所示，延伸量與折彎角的關(guān)系如圖2所示。

表4 單個(gè)折彎角的延伸量

圖2 延伸量與折彎角的關(guān)系

通過研究延伸量與折彎角，可以發(fā)現(xiàn)延伸量與折彎角成線性關(guān)系，通過軟件擬合得到線性公式：

=6.33333×10-4+0.225 （3）

=0.0136-0.085 （4）

其中，、為延伸量，為實(shí)際折彎角。

根據(jù)式（3）和式（4）可以實(shí)現(xiàn)對折彎角延伸量的修正。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)導(dǎo)管回彈和延伸規(guī)律的研究，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，以表5的折彎信息為例。

表5 導(dǎo)管理論折彎信息

根據(jù)式（1）、式（3）和式（4）可以得到每個(gè)角度的修正值以及對應(yīng)的延伸量和，如表6所示，修正理論折彎信息，修正后的折彎信息如表7所示，根據(jù)修正后的折彎信息彎制、測量，實(shí)際的折彎信息如表8所示。

表6 折彎角的修正值及延伸量

表7 修正后的折彎信息

表8 導(dǎo)管實(shí)際折彎信息

對比表5和表8的折彎信息可以發(fā)現(xiàn)，直線段的偏差范圍為-0.23～0.32mm，折彎角的偏差范圍為-0.2°～0.2°。

4 結(jié)束語

a. 通過對導(dǎo)管回彈和延伸規(guī)律的研究，可以預(yù)測導(dǎo)管的回彈和延伸，提前修正、定量下料，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管在直管狀態(tài)下的焊接，為導(dǎo)管自動(dòng)化焊接提供基礎(chǔ)。

b. 導(dǎo)管下料時(shí)，應(yīng)在修正后的折彎信息的基礎(chǔ)上考慮焊接收縮量，同時(shí)在彎制過程中應(yīng)考慮零件與彎管設(shè)備的干涉情況。

c. 導(dǎo)管中存在三通、彎頭等復(fù)雜零件時(shí)，應(yīng)考慮零件與彎曲面的角度關(guān)系。

1 鄒雙桂. 無余量彎管工藝研究[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2008

2 巫帥珍. 管件彎曲回彈及精確下料研究[D]. 綿陽：西南科技大學(xué)，2017

3 王萌. 飛機(jī)導(dǎo)管數(shù)控彎曲成形技術(shù)的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017

4 張深，吳建軍. 空間彎管的回彈預(yù)測[J]. 航空學(xué)報(bào)，2011，32(5)：953～960

5 李雁鵬，吳建軍. 非平面彎管成形過程的回彈補(bǔ)償研究[J]. 鍛壓技術(shù)，2009，34(1)：89～92

6 宋飛飛，楊合，楊英麗，等. 鈦合金管冷彎回彈及其控制研究現(xiàn)狀[J]. 鈦工業(yè)進(jìn)展，2014，31(6)：7～11

7 鄭晨陽，鄂大辛，李延民，等. 彎管回彈影響因素的有限元分析及試驗(yàn)研究[J]. 汽車工藝與材料，2010(6)：64～67

8 王呈方.彎管機(jī)冷彎管子回彈與伸長規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中國造船，1993(2)：71～82

9 劉光武，胡勇，王呈方. 彎管回彈的理論分析[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(2)：136～138

10 錢峰，潘笑譽(yù)，何亞偉，等. 船用彎管加工中回彈延伸的建模與實(shí)驗(yàn)分析[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化，2017(5)：7～9

11 房濤. 船舶管路先焊后彎工藝及應(yīng)用[J]. 造船技術(shù)，2013(1)：36～41

Technology of First Welding Together Then Bending for Tubes

Wang Yongfa Wang Huimiao Wang Luyu Wei Qiang Zhang Ye Song Jianling

(Tianjin Long March Launch Vehicle Manufacturing Co., Ltd., Tianjin 300462)

In view of the complex space structure and low degree of automation welding of tube products in launch vehicle, the technology of first welding together then bending for tubes was discussed. The rule of spring-back and extension of tubes was obtained, and then the accurate bending of tubes was realized by predicted in advance and corrected, which provided the basis for subsequent automatic welding of tubes.

tube；first welding together then bending；spring-back；extension

2018-12-20

王永發(fā)（1989），碩士，材料工程專業(yè)；研究方向：運(yùn)載火箭管路的制造。