鋼管冷彎成形的缺陷分析和防止措施

王文霞　王科

摘要：在內燃機車制造過程中，管路起到至關重要的作用，在管子冷彎成形過程中存在許多問題，針對彎管生產中出現的常見缺陷，分析產生缺陷的原因，結合生產實際中的應對方法，提出具體的有效的解決措施。

關鍵詞：彎管 ；缺陷分析；防止措施

一、 前言

管路作為機車的主要組成部分之一，其運用涉及機車制動系統，水冷卻系統、機油系統、燃油系統、機車預熱系統、靜液壓系統及電氣管線部分等。根據《管路制作通用工藝規程》中對管路彎制的角度的公差為±2°，管路橢圓度要求不得超過8%，然而，在管路的彎制過程中由于設備的硬件條件、工藝方法、管路來料材質、操作不當等原因，會導致管件在彎制成形過程中產生各種不同程度的缺陷。管路的彎制質量直接影響了管路制作成品合格率，同時制作質量不過關的管路裝車將會影響機車的性能，從而將影響產品的穩定性，可靠性，安全性。因此，如何在制作過程中提高管路質量是長期以來工藝及操作者一直研究的課題之一。現結合生產中遇到的具體問題，對冷彎彎管成型中產生的缺陷，做出分析，提出相應的措施。

二、 正文

1、管子彎曲成形的簡單受力分析

內燃機車管路根據機車型號、管路用途及管路內部流通介質的不同選用不同的管材，具體如表一：

管材彎曲過程中，管子外側受到切向拉伸而伸長，內側有受到壓縮而縮短，如圖一所示，這個彎曲的工藝過程是一個復雜的彈性變形、塑性變形過程。材料發生彈性變形塑性變形時變形主要取決于材料內部的應變和應力，而材料的內部應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位置有關。

2、管路彎制過程中常見缺陷及產生原因

（1）管件表面有劃傷。在意大利BLM公司DYNAMO型彎管機生產過程中由于動作頻繁，固定彎模、夾模、助推模的軸磨損嚴重，產生間隙，高速運轉中產生彎制瞬間三模塊不同心，合力轉移，對管子表面產生拉痕，嚴重則損壞工件。在國青w159彎管機上出現拉痕主要是防皺模磨損拉毛導致工件拉毛。另外管材本身表面粗糙也是導致這一缺陷的原因。

（2）管子彎制中打滑，影響精度。用手動彎管機彎小直徑管子時，由于彎模與彎壁和管子剛接觸時，接觸面積小，摩擦力小導致管子打滑。在數控彎管機中通常是因為彎模，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。通常是因為壓模夾緊力過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）彎頭內側起皺。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，管路在彎制過程中外表面的彎形量能夠得到有效的控制，因此不會出現起皺的現象，如圖二所示。

管路起皺通常在彎制薄壁管或彎曲半徑相對較小時易產生這種缺陷。無芯彎管時管材壁厚太小，有芯彎管時起皺通常有三種現象：彎頭前端起皺、后端起皺，全部起皺。前端起皺主要是因為芯棒安裝位置太靠后，彎曲過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小，芯棒與管內壁間隙過大，易產生褶皺。或者壓模和推模壓力部夠，使管件與防皺不緊貼，防皺模起不到作用，使得管內側與彎模內側有了起皺的空間。

（6）彎頭外側扁，相同規格的管子要求彎曲的半徑越小，變形越大，就越容易變扁。彎曲時彎模的線速度應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）彎頭外側減薄過大。造成減薄量大操作上有可能助推壓力過大，造成管子向前阻力增大，管子外側拉應力增大。芯棒安裝太靠前，芯棒潤滑不良，造成管子向前阻力增加也是因素之一。

（8）管子彎裂。芯棒與管材內壁間隙過小摩擦力增大，助推的壓力過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，管路內部金相組織等有關。

彎管缺陷的存在對彎制管件的質量會產生很大的負面影響。管壁厚度變薄，必然降低管件承受內壓的能力，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，從而增大流體流動的阻力，另一方面也影響管件在結構中的功能效果；管材內壁起皺不但會削弱管子強度，而且容易造成流動介質速度不均，產生渦流和彎曲部位積聚污垢，影響彎制管件的正常使用；回彈現象必然使管材的彎曲角度大于預定角度，從而降低彎曲工藝精度。因此，應在彎制之前采取對應措施防止上述缺陷的產生，以獲得理想的管件，保證產品的各項性能指標和外觀質量。在通常情況下，對于前面提到的幾種常見缺陷，可以有針對性地采取措施。

3、防止出現缺陷的措施

（1）管件表面有劃傷。當管件表面出現劃痕應該及時查看彎管機易損件的狀態，防皺模磨損嚴重時應立即更換，防皺模拉毛要及時打磨。

（2）管子打滑。檢查模具磨損情況，若磨損嚴重需及時更換，同時在操作國青W-159彎管機時應特別注意，當管子打滑時應檢查管路內側是否起皺，若管子內側起皺則有可能時起皺后皺痕與芯棒球節卡住，這種情況下應立即停機，否則有可能拉斷球節。排除上述兩種情況后管子在彎制過程中打滑則是由于壓模壓力不夠引起的，此時需加大壓模的壓力。

（3）管材表面有壓痕。不同材質的管材具有不同的力學性能如表二所示，在管路彎制過程中當壓模的壓力超過管路的屈服強度后，管材外表面的彈性變形將轉變成塑性變形。當出現此類情況時將減小壓模壓力來避免壓痕的出現。

（4）彎曲末端有凸痕，調整芯棒位置。

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

由此可見從減少彎頭外側減薄來看，彎曲半徑越大越好，但從彎管的安裝來看，彎曲半徑越小越好。因此選擇合理的彎曲半徑尤為重要。

彎頭減薄過大時應正確調整助推速度，在管路彎制過程中，彎管機助推速度不得小于管路起彎點的彎模線速度。調整芯棒位置，保證芯棒不過于靠前，同時為減少芯棒在彎管時與管壁間的磨擦，應在管子內壁或芯棒表面涂潤滑油。

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

（9）補償回彈角度。一般一種新材料過來要試彎確定回彈量，有些彎管機需預加回彈量，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°。而有些彎管機則設定了某種規格的管子回彈后，輸入彎曲角度可自己計算回彈量并在彎制時自動補償。

三、 結論

綜上所述，在管子的彎制過程中，特別是彎制相對薄壁，小彎曲半徑管子的過程中各模塊位置及壓力調配不當就有可能造成彎曲缺陷。針對不同缺陷分析其原因，調整好各模塊的位置，調整好壓力，選擇適當的芯棒，保證潤滑良好，以利于得到較好的彎曲成形，使產品質量得到可靠保證。

參考文獻：

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