复杂管件高效智能成形方法及工程应用

国内管件加工业的设备占机床行业70%以上的消费主体，但如此巨大市场却被进口设备占近80%。其原因在于国产设备长期以来供非所需，低端产品产能过剩，高端产品主要依赖进口。

立项前，我国管件成形多采用单机分步或者局部半自动加工，且管件切割和装送料的效率不高、自动化程度低下；在弯曲成形方面，仅能实现单向弯管，无法加工小径短管和大角度弯头等复杂管件；在管端成形方面，多筋管加工需要多次装夹、旋沟和倒角成形需要二次定位、工作台易振动及旋沟支架刚性差。由于这些问题，国内管件成形装备无法满足行业需求，使得以数字化、柔性化及系统集成技术为核心的管件成形装备基本依赖进口。

在国家科技计划和企业项目支持下，开展了复杂管件高效智能成形方法研究及工程应用。通过产学研联合自主创新，历经7年攻关，突破了复杂管件失稳起皱控制、变形回弹预测、模具磨损失效计算等关键技术，解决了切割、定位、输送、弯曲、旋钩等工艺技术难题。

主要成果有： 1. 创新了复杂管件塑性成形数值计算方法和成形过程测试技术，揭示了管件变形回弹特性、成形载荷变化规律、模具磨损失效机理；在此基础上，提出了切割、定位、输送、弯曲成形、管端成形装备一体化设计方法，为管件失稳起皱控制、成形装备设计、提高成形质量与效率提供理论基础。 2. 集成电液伺服控制、工业现场总线、机器人等核心技术，开发了复杂管件数控成形系统，通过对管件成形过程中各工艺参数的实时监控与智能优化控制，实现了管件输送、切割、定位、上料、成形、下料等关键环节的自动化。 3. 提出了基于偏心套合点的无屑切割技术，解决了切口内收、管口不圆问题，周向收缩率＜0.5%；发展了异形截面管激光切割技术，解决了加工变形大、生产效率低问题；发展了管件输送、装卸料、送料定位技术，实现了变径管自动输送、装料卸料自动化、自动翻转复位等功能。 4. 提出了双向变径、多维立体、超大角度、小径短管等复杂弯曲工艺，发明了异形管弯曲装置、立体式回转装置、分体式轮模装置、管式顶推装置，克服了现有弯管设备中所存在的共性技术缺陷，成功实现了双向/变径/S形弯曲、1次性立体弯曲、205°超大角度弯曲以及小于1.5倍管径的小径短管弯曲。 5. 创新了复合装夹、定位防震、旋沟等管端成形工艺，发明了多筋管装夹机构、多工位成形装置、丝杆调节定位装置、刚性旋沟成形装置，解决了现有管端成形设备中所存在的共性技术问题，提高了管端成形加工精度、效率和稳定性，以及旋沟支架的支撑刚度、模具与管件的同轴度。

管件自动成形生产线达到了以下性能要求： （1）管件弯曲角度最大可达到205°； （2）弯曲速度50°/s； （3）送料速度：1s/根； （4）定位精度：±0.1mm； （5）生产效率：5根/min； （6）周向圆周收缩率0.5%。

本项目获授权国家发明专利19件、实用新型专利4件、软件著作权3件；获国家重点新产品1个、省级高新技术产品8个；经专家鉴定认为，成果创新性强，应用价值高，整体技术达到国际先进水平，其中无屑切割和超大角度弯曲技术达到国际领先水平。

项目产品已在天津市卡达克汽车技术高薪技术公司、兴化市东方造船厂、浙江永强集团股份有限公司等典型企业推广应用，推动了行业技术进步，实现了我国管件制造业从单一功能产品向全自动生产单元转变。经济和社会效益显著，近3年累计效益6.89亿元。

国内管件加工业的设备占机床行业70%以上的消费主体,但如此巨大市场却被进口设备占近80%,其原因在于国产设备长期以来供非所需,低端产品产能过剩,高端产品主要依赖进口。立项前,我国管件成形多采用单机分步或者局部半自动加工,且管件切割和装送料的效率不高、自动化程度低下;在弯曲成形方面,仅能实现单向弯管,无法加工小径短管和大角度弯头等复杂管件;在管端成形方面,多筋管加工需要多次装夹、旋沟和倒角成形需要二次定位、工作台易振动及旋沟支架刚性差。由于这些问题,国内管件成形装备无法满足行业需求,使得以数字化、柔性化及系统集成技术为核心的管件成形装备基本依赖进口。 在国家科技计划和企业项目支持下,开展了复杂管件高效智能成形方法研究及工程应用。通过产学研联合自主创新,历经7年攻关,突破了复杂管件失稳起皱控制、变形回弹预测、模具磨损失效计算等关键技术,解决了切割、定位、输送、弯曲、旋钩等工艺技术难题。主要成果有： 1、创新了复杂管件塑性成形数值计算方法和成形过程测试技术,揭示了管件变形回弹特性、成形载荷变化规律、模具磨损失效机理;在此基础上,提出了切割、定位、输送、弯曲成形、管端成形装备一体化设计方法,为管件失稳起皱控制、成形装备设计、提高成形质量与效率提供理论基础。 2、集成电液伺服控制、工业现场总线、机器人等核心技术,开发了复杂管件数控成形系统,通过对管件成形过程中各工艺参数的实时监控与智能优化控制,实现了管件输送、切割、定位、上料、成形、下料等关键环节的自动化。 3、提出了基于偏心套合点的无屑切割技术,解决了切口内收、管口不圆问题,周向收缩率＜0.5%;发展了异形截面管激光切割技术,解决了加工变形大、生产效率低问题;发展了管件输送、装卸料、送料定位技术,实现了变径管自动输送、装料卸料自动化、自动翻转复位等功能。 4、提出了双向变径、多维立体、超大角度、小径短管等复杂弯曲工艺,发明了异形管弯曲装置、立体式回转装置、分体式轮模装置、管式顶推装置,克服了现有弯管设备中所存在的共性技术缺陷,成功实现了双向/变径/S形弯曲、1次性立体弯曲、205°超大角度弯曲以及小于1.5倍管径的小径短管弯曲。 5、创新了复合装夹、定位防震、旋沟等管端成形工艺,发明了多筋管装夹机构、多工位成形装置、丝杆调节定位装置、刚性旋沟成形装置,解决了现有管端成形设备中所存在的共性技术问题,提高了管端成形加工精度、效率和稳定性,以及旋沟支架的支撑刚度、模具与管件的同轴度。 管件自动成形生产线达到了以下性能要求： （1） 管件弯曲角度最大可达到205°; （2） 弯曲速度50°/ s; （3）送料速度：1s/根; （4） 定位精度：±0.1mm; （5） 生产效率：5根/min; （6） 周向圆周收缩率0.5%。 本项目获授权国家发明专利19件、实用新型专利4件、软件著作权3件;获国家重点新产品1个、省级高新技术产品8个;经专家鉴定认为,成果创新性强,应用价值高,整体技术达到国际先进水平,其中无屑切割和超大角度弯曲技术达到国际领先水平。 项目产品已在天津市卡达克汽车技术高薪技术公司、兴化市东方造船厂、浙江永强集团股份有限公司等典型企业推广应用,推动了行业技术进步,实现了我国管件制造业从单一功能产品向全自动生产单元转变。经济和社会效益显著,近3年累计效益6.89亿元。