鋼管冷彎成形的缺陷分析和防止措施

王文霞　王科

摘要：在內(nèi)燃機(jī)車制造過(guò)程中，管路起到至關(guān)重要的作用，在管子冷彎成形過(guò)程中存在許多問(wèn)題，針對(duì)彎管生產(chǎn)中出現(xiàn)的常見缺陷，分析產(chǎn)生缺陷的原因，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)對(duì)方法，提出具體的有效的解決措施。

關(guān)鍵詞：彎管 ；缺陷分析；防止措施

一、 前言

管路作為機(jī)車的主要組成部分之一，其運(yùn)用涉及機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)，水冷卻系統(tǒng)、機(jī)油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、機(jī)車預(yù)熱系統(tǒng)、靜液壓系統(tǒng)及電氣管線部分等。根據(jù)《管路制作通用工藝規(guī)程》中對(duì)管路彎制的角度的公差為±2°，管路橢圓度要求不得超過(guò)8%，然而，在管路的彎制過(guò)程中由于設(shè)備的硬件條件、工藝方法、管路來(lái)料材質(zhì)、操作不當(dāng)?shù)仍颍瑫?huì)導(dǎo)致管件在彎制成形過(guò)程中產(chǎn)生各種不同程度的缺陷。管路的彎制質(zhì)量直接影響了管路制作成品合格率，同時(shí)制作質(zhì)量不過(guò)關(guān)的管路裝車將會(huì)影響機(jī)車的性能，從而將影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性，可靠性，安全性。因此，如何在制作過(guò)程中提高管路質(zhì)量是長(zhǎng)期以來(lái)工藝及操作者一直研究的課題之一。現(xiàn)結(jié)合生產(chǎn)中遇到的具體問(wèn)題，對(duì)冷彎彎管成型中產(chǎn)生的缺陷，做出分析，提出相應(yīng)的措施。

二、 正文

1、管子彎曲成形的簡(jiǎn)單受力分析

內(nèi)燃機(jī)車管路根據(jù)機(jī)車型號(hào)、管路用途及管路內(nèi)部流通介質(zhì)的不同選用不同的管材，具體如表一：

管材彎曲過(guò)程中，管子外側(cè)受到切向拉伸而伸長(zhǎng)，內(nèi)側(cè)有受到壓縮而縮短，如圖一所示，這個(gè)彎曲的工藝過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的彈性變形、塑性變形過(guò)程。材料發(fā)生彈性變形塑性變形時(shí)變形主要取決于材料內(nèi)部的應(yīng)變和應(yīng)力，而材料的內(nèi)部應(yīng)力主要與作用在材料上的外部載荷的大小，方向，變化速度和外載荷的相對(duì)位置有關(guān)。

2、管路彎制過(guò)程中常見缺陷及產(chǎn)生原因

（1）管件表面有劃傷。在意大利BLM公司DYNAMO型彎管機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中由于動(dòng)作頻繁，固定彎模、夾模、助推模的軸磨損嚴(yán)重，產(chǎn)生間隙，高速運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生彎制瞬間三模塊不同心，合力轉(zhuǎn)移，對(duì)管子表面產(chǎn)生拉痕，嚴(yán)重則損壞工件。在國(guó)青w159彎管機(jī)上出現(xiàn)拉痕主要是防皺模磨損拉毛導(dǎo)致工件拉毛。另外管材本身表面粗糙也是導(dǎo)致這一缺陷的原因。

（2）管子彎制中打滑，影響精度。用手動(dòng)彎管機(jī)彎小直徑管子時(shí)，由于彎模與彎壁和管子剛接觸時(shí)，接觸面積小，摩擦力小導(dǎo)致管子打滑。在數(shù)控彎管機(jī)中通常是因?yàn)閺澞?，夾模磨損。或夾模，助推模夾緊力不夠造成的。

（3）管材表面有壓痕。通常是因?yàn)閴耗A緊力過(guò)大造成的管材外表面變形。

（4）彎曲末端有凸痕。這種缺陷通常見于用芯棒的彎制中芯棒安裝太靠前或者芯棒太粗。

（5）彎頭內(nèi)側(cè)起皺。在管路正常彎制的情況下，管路壁厚適中，防皺模位置與管路密貼，管路在彎制過(guò)程中外表面的彎形量能夠得到有效的控制，因此不會(huì)出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象，如圖二所示。

管路起皺通常在彎制薄壁管或彎曲半徑相對(duì)較小時(shí)易產(chǎn)生這種缺陷。無(wú)芯彎管時(shí)管材壁厚太小，有芯彎管時(shí)起皺通常有三種現(xiàn)象：彎頭前端起皺、后端起皺，全部起皺。前端起皺主要是因?yàn)樾景舭惭b位置太靠后，彎曲過(guò)程中前端管壁不能得到芯棒的有力支撐。后端起皺，一般由于防皺模安裝位置太靠后如圖三，或防皺模安裝傾斜如圖四。彎頭全皺一般最主要的原因是芯棒直徑過(guò)小，芯棒與管內(nèi)壁間隙過(guò)大，易產(chǎn)生褶皺?；蛘邏耗：屯颇毫Σ繅?，使管件與防皺不緊貼，防皺模起不到作用，使得管內(nèi)側(cè)與彎模內(nèi)側(cè)有了起皺的空間。

（6）彎頭外側(cè)扁，相同規(guī)格的管子要求彎曲的半徑越小，變形越大，就越容易變扁。彎曲時(shí)彎模的線速度應(yīng)該與助推模的速度相匹配，如助推模壓力太大或者速度太慢也可能使管子變扁。

（7）彎頭外側(cè)減薄過(guò)大。造成減薄量大操作上有可能助推壓力過(guò)大，造成管子向前阻力增大，管子外側(cè)拉應(yīng)力增大。芯棒安裝太靠前，芯棒潤(rùn)滑不良，造成管子向前阻力增加也是因素之一。

（8）管子彎裂。芯棒與管材內(nèi)壁間隙過(guò)小摩擦力增大，助推的壓力過(guò)大造成向前阻力增大等都是造成管子彎裂的因素。

（9）管子的彎曲回彈影響彎曲精度。冷彎中回彈不可避免，大小與彎曲速度，角度，管路內(nèi)部金相組織等有關(guān)。

彎管缺陷的存在對(duì)彎制管件的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。管壁厚度變薄，必然降低管件承受內(nèi)壓的能力，影響其使用性能；彎曲管材斷面形狀的畸變，一方面可能引起橫斷面積減小，從而增大流體流動(dòng)的阻力，另一方面也影響管件在結(jié)構(gòu)中的功能效果；管材內(nèi)壁起皺不但會(huì)削弱管子強(qiáng)度，而且容易造成流動(dòng)介質(zhì)速度不均，產(chǎn)生渦流和彎曲部位積聚污垢，影響彎制管件的正常使用；回彈現(xiàn)象必然使管材的彎曲角度大于預(yù)定角度，從而降低彎曲工藝精度。因此，應(yīng)在彎制之前采取對(duì)應(yīng)措施防止上述缺陷的產(chǎn)生，以獲得理想的管件，保證產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)和外觀質(zhì)量。在通常情況下，對(duì)于前面提到的幾種常見缺陷，可以有針對(duì)性地采取措施。

3、防止出現(xiàn)缺陷的措施

（1）管件表面有劃傷。當(dāng)管件表面出現(xiàn)劃痕應(yīng)該及時(shí)查看彎管機(jī)易損件的狀態(tài)，防皺模磨損嚴(yán)重時(shí)應(yīng)立即更換，防皺模拉毛要及時(shí)打磨。

（2）管子打滑。檢查模具磨損情況，若磨損嚴(yán)重需及時(shí)更換，同時(shí)在操作國(guó)青W-159彎管機(jī)時(shí)應(yīng)特別注意，當(dāng)管子打滑時(shí)應(yīng)檢查管路內(nèi)側(cè)是否起皺，若管子內(nèi)側(cè)起皺則有可能時(shí)起皺后皺痕與芯棒球節(jié)卡住，這種情況下應(yīng)立即停機(jī)，否則有可能拉斷球節(jié)。排除上述兩種情況后管子在彎制過(guò)程中打滑則是由于壓模壓力不夠引起的，此時(shí)需加大壓模的壓力。

（3）管材表面有壓痕。不同材質(zhì)的管材具有不同的力學(xué)性能如表二所示，在管路彎制過(guò)程中當(dāng)壓模的壓力超過(guò)管路的屈服強(qiáng)度后，管材外表面的彈性變形將轉(zhuǎn)變成塑性變形。當(dāng)出現(xiàn)此類情況時(shí)將減小壓模壓力來(lái)避免壓痕的出現(xiàn)。

（4）彎曲末端有凸痕，調(diào)整芯棒位置。

（5）彎頭前端皺則把芯棒位置向前調(diào)整到合適位置，以保證芯棒對(duì)管子的合理支撐。后端皺要調(diào)整防皺模的位置，適當(dāng)加大助推模的壓力。全皺除了調(diào)整壓力外還要仔細(xì)檢查芯棒的磨損情況，嚴(yán)重則更換。

由此可見從減少?gòu)濐^外側(cè)減薄來(lái)看，彎曲半徑越大越好，但從彎管的安裝來(lái)看，彎曲半徑越小越好。因此選擇合理的彎曲半徑尤為重要。

彎頭減薄過(guò)大時(shí)應(yīng)正確調(diào)整助推速度，在管路彎制過(guò)程中，彎管機(jī)助推速度不得小于管路起彎點(diǎn)的彎模線速度。調(diào)整芯棒位置，保證芯棒不過(guò)于靠前，同時(shí)為減少芯棒在彎管時(shí)與管壁間的磨擦，應(yīng)在管子內(nèi)壁或芯棒表面涂潤(rùn)滑油。

（8）彎管破裂。首先檢查管材的規(guī)格是否適合設(shè)備的加工，調(diào)整助推的速度，壓力，調(diào)整芯棒位置，保證不過(guò)于靠前。

（9）補(bǔ)償回彈角度。一般一種新材料過(guò)來(lái)要試彎確定回彈量，有些彎管機(jī)需預(yù)加回彈量，一般碳鋼管的回彈角度在大約為2—3°，不銹鋼管的回彈角度為3—5°。而有些彎管機(jī)則設(shè)定了某種規(guī)格的管子回彈后，輸入彎曲角度可自己計(jì)算回彈量并在彎制時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償。

三、 結(jié)論

綜上所述，在管子的彎制過(guò)程中，特別是彎制相對(duì)薄壁，小彎曲半徑管子的過(guò)程中各模塊位置及壓力調(diào)配不當(dāng)就有可能造成彎曲缺陷。針對(duì)不同缺陷分析其原因，調(diào)整好各模塊的位置，調(diào)整好壓力，選擇適當(dāng)?shù)男景?，保證潤(rùn)滑良好，以利于得到較好的彎曲成形，使產(chǎn)品質(zhì)量得到可靠保證。

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