1、引言
弯管成形方法是管形坯料通过塑性加工手段制造空间形状导管零件的加工技术。弯管具有产品轻量化、强韧化和低耗、高效等优点，是航空、航天以及民用工业中管路系统重要组成部分[1]，特别是对于飞机液压系统中的弯管可靠性直接影响飞机的各种操控和安全。随着航空、航天、高铁等高科技产品的发展，对弯管几何形状精度、表面质量、壁厚均匀性等质量问题提出了更高要求。目前已经实现了由导管手工弯曲到数控弯管的转化，解决了导管手工弯曲中导管质量不稳定、弯管形状精度低、劳动强度大、生产效率低等问题。
数控弯管使用专用模具进行弯管成形，一根管上的所有弯曲部分一次性连续实现成形，而且一种管径的导管弯曲半径也需要进行规范，以便减少成形模具，降低成形成本。因此导管工艺性应该考虑最小弯曲半径、导管弯曲半径是否规范、导管直线段是否符合要求、导管弯曲半径一致性。数控弯管模具设计需要考虑导管的工艺性、模具与数控弯管机的规格、适用范围和连接接口等。同时考虑数控弯管模具三维设计的数模结构树规范性、设计效率、减小人为设计错误等。
在传统数控弯管模具设计过程中，过度依赖模具设计人员的知识和经验，导致不同设计者设计出的数控弯管模具细节尺寸上存在差异。数控弯管模具数字化设计应该与规范化设计结合起来，保证在数控弯管模具设计中减少重复设计工作。将前人经验和知识进行科学、系统地提炼，形成设计准则，在数控弯管模具快速设计中预设初值，设置规范参数范围。设计人员根据预设值可最大限度减少设计重复劳动工作，缩短数控弯管模具设计周期，降低数控弯管模具设计成本。本文以满足设计要求、提高数控弯管模具设计效率为目标， 提出数控弯管模具快速设计的思路，基于航空工业主流软件CATIA，开发一套数控弯管模具快速设计系统。
2、数控弯管模具结构
数控弯管模具结构组成和尺寸与数控弯管机型号、弯管参数等有关，数控弯管模具的典型结构如图1所示，基本结构包括压模、弯曲模、防皱模、夹紧模、芯轴。
图 1 数控弯管模具典型结构
（1）弯曲模
弯曲模是数控弯管模具中的主要部件，其结构包括直线夹持部分和弯曲部分，弯曲切点为分界点， 弯曲模直线夹持部分长度与夹紧模相同，弯曲模直线夹持部分与夹紧模的半圆柱面配合起到对导管的夹紧作用，随着弯曲模的转动，弯曲部分的圆形截面凹槽起到导管弯曲的作用。
（2）防皱模
防皱模主要作用是防止导管在弯曲过程中内侧出现起皱，其工作形面一面与弯曲模贴合，另一面与导管贴合。防皱模与弯曲模相贴合的型面与弯曲模型面配滑合，其接触面在60％以上，支撑导管型面直径略大于管子公称外径。
（3）压模和夹紧模
压模与防皱模配合，协助防皱模工作，压模长度应大于所弯曲的弧长。夹紧模与弯曲模直线夹持部分配合，协助弯曲模，迫使导管在弯曲模上绕弯，实现弯曲变形，夹紧模长度按三倍的管径选取。
（4）芯轴
芯轴主要功能是防止导管弯曲过程中起皱，根据导管弯曲的参数确定芯轴的结构形式，包括有球头芯轴和无球头芯轴两种主要结构。
3、数控弯管模快速设计
数控弯管模设计主要包括数控弯管模结构方案设计、零件尺寸确定、零件参数化建模、模具数模结构树规范化设计。
（1） 数控弯管模结构方案设计
基于CATIA软件开发数控弯管模快速设计模块，首先需要确定数控弯管模的结构，输入条件主要包括弯管的外径、壁厚、弯曲半径和数控弯管机型号等。在输入弯管的参数后，先进行容错检查，根据弯管的工艺性要求，检查输入参数是否合理。如果不合理给出提示信息，等待用户重新输入参数。如果输入弯管参数合理进行具体结构判断，判断根据壁厚因子F和弯曲因子D′通过查表形式进行，壁厚因子F和弯曲因子D′如式3.1和式3.2所示。判断包括是否需要防皱模、芯模类型（有无球头）、球头数量等。
……………………………(3.1)
……………………………(3.2)
（2） 数控弯管模零件尺寸的确定
根据上面确定的每种方案进行参数化建模，在设计过程中通过确定的参数驱动参数化模型，实现数控弯管模的设计。数控弯管参数化建模中尺寸分为两类，一类是固定尺寸，直接用于建模，另一类是参数变量，参数变量由两种途径获得，一是计算查表获取尺寸，例如球头的主要尺寸根据管径通过设计手册查表得到, 另一种是通过计算得到，例如夹紧模长度、压模长度、弯曲模具直径、防皱模长度等都是通过结构计算计算得到的。
（3） 数控弯管模具快速设计开发
数控弯管模具快速设计在CATIA基础上进行二次开发实现，根据前面方案确定和模具零件尺寸确定方法，设计了软件运行流程。根据运行流程设计操作界面，主要工作包括导管工艺性检查、数控弯管模方案确定等，通过预览模具按钮完成模具参数计算、模具参数查表确定、模具三维模型建立，并保证模型结构树符合规范，三维数模在屏幕上显示预览，如果需要修改参数，可以重新预览，认为没有问题了，就可以使用生成模具按钮完成模具主要部分设计。
3、应用测试
对开发的数控弯管模快速设计软件进行了应用测试，通过20个不同规格导管的数控弯管模设计为例进行了测试，统计了以前设计员手工需要的时间，每套模具设计的平均时间为30小时，采用开发的软件进行设计，平均设计时间10分钟。
4、结束语
在航空数字化制造中，模具的设计的质量、设计效率是重要环节。因此，在数控弯管模具数字化设计的基础上，通过模块化、规范化、数字化相结合实现快速设计可以大幅缩短模具设计制造周期。本文分析了数控弯管模的结构方案确定方法和流程，开发了数控弯管模快速设计软件，为快速设计数控弯管模提供了一条有效的方法。
参考文献
[1]李锋，王永军，王俊彪. 数控弯管加工过程运动仿真系统的研究与开发. CAD/CAM与制造业信息化，2007(8)：74-77.