汽車管件不銹鋼彎管拉伸油解決方案

  管道塑性彎曲成型是集材料非線性、幾何非線性和邊界條件非線性于一體的復(fù)雜過程。彎曲成型后，容易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，如回彈、外壁厚變薄甚至開裂、內(nèi)壁厚增大甚至不穩(wěn)定起皺、橫截面畸變等。

  由于管件具有中空結(jié)構(gòu)，能夠滿足輕、強、低消耗的要求，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、化工、汽車等高科技領(lǐng)域。

  彎管是復(fù)雜管道系統(tǒng)中最薄弱的部位，其成形質(zhì)量直接影響整個管道的性能。

  這些缺陷最終導(dǎo)致管道精度不足，不能滿足高科技行業(yè)的要求。

  什么是管道塑性彎曲成型，什么是常見的材料類型？

  管道塑性彎曲成型是指管道在多模具協(xié)同作用和嚴格配合下發(fā)生塑性變形的重要加工方法。

  常用的管件材料分為黑金屬和有色金屬：

  ● 黑色金屬材料：鋼、鋼合金和不銹鋼。

  ● 鋁、銅、鎳等有色金屬材料。

  復(fù)雜的管道系統(tǒng)

  彎管工藝及設(shè)備

  常用的彎管設(shè)備有液壓彎管機和數(shù)控彎管機。數(shù)控彎管機一般用于汽車工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率會更高。

  數(shù)控彎管工藝圖

  數(shù)控彎管機工作視頻

  管件彎曲成型的常用方法

  常用的彎管方法有四種：旋轉(zhuǎn)拉伸彎曲、壓縮彎曲、芯軸彎曲和滾動彎曲。

  ● 旋轉(zhuǎn)拉伸彎曲

  使用模具和旋轉(zhuǎn)動作中各部件的組合來彎曲管道。該動作向前拉管道，在管道中形成所需的彎曲。旋轉(zhuǎn)拉伸彎曲分為芯軸彎曲和無芯軸彎曲。

  ● 壓縮彎曲

  保持模具靜止，反向模具彎曲固定模具周圍的材料。

  ● 芯軸彎曲

  在此過程中，芯軸放置在彎曲的管道中，特別是薄壁材料，以防止波紋、扁平或坍塌等可能的缺陷。

  ● 滾動彎曲

  當需要大半徑彎曲或曲線時，管道通過一系列金字塔排列的三個輥。

  管道塑性彎曲成型的三個階段

  管道的塑性彎曲成形是沿彎曲曲線逐漸變形的過程。管道在外力矩的作用下彎曲，變形區(qū)域的外部材料被切向拉伸，彎曲模具部分的內(nèi)部材料被切向壓縮縮縮短。隨著彎曲扭矩的逐漸增加，管道的變形程度增加。

  因此，管道彎曲經(jīng)歷了三個不同的變形階段：彈性、彈性和塑性。

  ● 彎曲初期，管道處于較小的曲率狀態(tài)，只產(chǎn)生彈性變形，應(yīng)力沿截面呈線性分布，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系遵循虎克定律，應(yīng)力中性層和應(yīng)變中性層通過截面重心重疊，沿管徑分為拉伸變形區(qū)和壓縮變形區(qū)，如上圖所示（a）所示。

  ● 當管道彎曲變形程度超過材料屈服極限時，管道外內(nèi)表面材料首先進入塑性變形，如圖所示（b）所示。

  ● 隨著變形程度的增加，塑性變形區(qū)越來越大，擴大到中性層，彈性區(qū)越來越小，如圖所示（c）所示。此時，應(yīng)力中性層和幾何中心軸不再重疊，并逐漸向曲率中心方向移動。

  ● 當外載荷增大到一定程度，管材內(nèi)部各處的切向應(yīng)力均大于屈服極限時，管材發(fā)生純塑性變形，如圖（d）所示。

  管道塑性彎曲成型的常見缺陷

  管材塑性彎曲卸載后，常見的質(zhì)量缺陷有：

  ● 回彈

  ● 橫截面畸變

  ● 外側(cè)管壁減薄甚至斷裂

  ● 內(nèi)管壁增厚甚至起皺

  彎管成型的性能主要從以下兩個方面進行評價：

  1. 局部彎曲變形部分的形狀尺寸精度主要以外壁減薄率和橫截面畸變率為評價指標。

  2. 整體形狀尺寸精度主要以彎曲變形后的回彈率為評價指標。

  回彈

  彈性變形區(qū)材料的彈性恢復(fù)和塑性變形區(qū)材料的彈性恢復(fù)。

  管道彎曲卸載后，回彈管道的實際彎曲角度θ小于預(yù)彎曲成形角度θ。

  回彈角△θ

  回彈直接影響彎管件的形狀和尺寸精度，降低裝配效率，并可能產(chǎn)生過大的殘余應(yīng)力，影響零件和整個結(jié)構(gòu)的可靠性。

  退火處理、回彈補償?shù)却胧┏Ｓ糜趯嶋H生產(chǎn)，以彌補回彈引起的彎曲角誤差。

  橫截面畸變

  在管道塑性彎曲過程中，內(nèi)應(yīng)力的存在會使管道弧處的橫截面變形。

  通常采用長軸變化率θl和短軸變化率θs橫截面畸變程度的表征。

  計算畸變程度

  中D是管道的原始外徑，D ** x橫截面畸變后長軸的長度，Dmin短軸長度畸變。

  對于芯軸彎曲，靠近彎曲模具一側(cè)的材料受到芯軸和彎曲模具的共同作用，變形很小，可以忽略不計。外部材料僅由芯軸支撐，畸變明顯。

  由于內(nèi)部沒有支撐，無芯彎管的畸變程度可能會加劇。

  對于橫截面畸變嚴重的管件，無芯彎曲時，可將壓模設(shè)計成反變形槽結(jié)構(gòu)，以減少彎曲時的畸變程度。

  對于有芯軸彎曲，應(yīng)及時檢查芯軸的磨損情況，保證芯軸與管件內(nèi)壁間的雙邊間隙不大于0.3mm，同時設(shè)置適當?shù)男据S伸出量。

  外側(cè)壁厚減薄，內(nèi)側(cè)壁厚增厚

  在管道塑性彎曲過程中，外材料被拉壁厚減薄，內(nèi)材料被壓壁厚增厚。

  壁厚減薄率一般采用△t1和增厚率△t檢查彎管壁厚的變化：

  壁厚變化計算

  其中t為管材原始壁厚

  壁厚減薄率△t1過大會導(dǎo)致最外側(cè)管壁開裂，產(chǎn)品不符合要求，報廢。

  壁厚增厚率△t過大時，超過材料壓縮不穩(wěn)定極限造成皺紋，管件不符合技術(shù)要求。

  管壁的厚度變化受幾何參數(shù)、材料參數(shù)和工藝參數(shù)的綜合影響。通常，為了降低壁厚的減薄率，可以增加管道外側(cè)的推力，促進材料從未變形的區(qū)域流向變形的區(qū)域，從而降低外壁的減薄率。

  管道外側(cè)開裂

  在管道塑性彎曲過程中，外壁容易開裂或斷裂，尤其是薄壁彎曲。

  外壁開裂的原因有：

  ● 管道熱處理不當

  ● 壓模壓力過大，管道彎曲過程中材料流動阻力過大。

  ● 芯軸與管道內(nèi)壁間隙過小，摩擦力過大。

  ● 芯軸伸出量過大等

  為防止管道外壁開裂，除了熱處理和材料本身的因素外，還需要檢查成型壓力、內(nèi)壁間隙、芯軸伸出量和潤滑。

  管道內(nèi)彎側(cè)起皺

  彎管起皺主要發(fā)生在內(nèi)彎側(cè)，通常分為三種情況：

  1. 前切點起皺

  2. 后切點起皺

  3. 弧內(nèi)全起皺

  ● 前切點起皺一般由于芯軸安裝時伸長過小，管壁在彎曲過程中得不到芯棒的支撐。

  ● 后切點起皺一般是由于沒有安裝防皺模安裝位置不對。

  ● 全起皺的主要原因是：

  ○ 防皺模位置靠后或形槽尺寸過大，防皺模撐管壁。

  ○ 壓模壓力過小，管道與防皺模間隙過大。

  ○ 芯軸直徑尺寸過小，位置不合理等

  為防止彎頭內(nèi)部起皺，如果前切點起皺，應(yīng)向前調(diào)整芯棒位置；如果后切點起皺，應(yīng)安裝防皺模，調(diào)整合理的傾角和壓模壓力；如果完全起皺，除調(diào)整壓模壓力外，還應(yīng)檢查芯軸直徑。如果直徑太小或磨損嚴重，應(yīng)及時更換。

  我們的解決方案

  公司藝參數(shù)設(shè)置合理的情況下，公司提供優(yōu)質(zhì)的不銹鋼彎管拉伸油D-100E產(chǎn)品，專門替代彎管過程中使用的油基型、油水分散型(乳化型)等含油潤滑劑。實踐證明，彎管可以滿足汽車工業(yè)的需要。