彎管彎曲成形的缺陷分析及防止措施

賈曉晨

[摘要]在現(xiàn)代工業(yè)中，彎制管件應(yīng)用非常廣泛，但是在彎管彎曲成型的過程中存在很多問題，針對(duì)薄壁管彎曲過程中常見缺陷，對(duì)形成彎管彎曲的缺陷因素進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的解決措施。

[關(guān)鍵詞]彎管彎曲 缺陷 措施

中圖分類號(hào)：TG3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2009）0720090－01

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及功能提出了越來(lái)越高的要求，但在彎管過程中由于工藝條件或操作不當(dāng)?shù)仍蚩赡軙?huì)使彎出的管件產(chǎn)生各種各樣程度不同的缺陷，而這些缺陷的產(chǎn)生將直接影響到產(chǎn)品的安全性、可靠性以及外觀質(zhì)量。

然而在實(shí)際生產(chǎn)中，由于管材零件的形狀、尺寸、技術(shù)條件及使用要求不同，所選用的塑性加工方法亦不相同。由于影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素繁多，工程設(shè)計(jì)工作有一定的難度。采用計(jì)算機(jī)模擬將大大提高熱加工的科學(xué)水平，節(jié)約大量實(shí)驗(yàn)的人力和物力，可以期望21世紀(jì)熱加工的研究模式將轉(zhuǎn)換為“理論+計(jì)算機(jī)模擬+實(shí)驗(yàn)”，從而以信息化帶動(dòng)

工業(yè)化，高技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)。

一、彎管彎曲成形的缺陷分析

（一）彎曲原理分析

管材在外力矩作用下彎曲時(shí)，彎曲變形區(qū)的外側(cè)材料受到切向拉伸而伸長(zhǎng)、內(nèi)側(cè)材料受到切向壓縮而縮短。由于切向應(yīng)力和應(yīng)變?chǔ)难毓懿臄嗝娴姆植际沁B續(xù)的，故當(dāng)彎曲過程結(jié)束，由拉伸區(qū)過渡到壓縮區(qū)，在其交界處一定存在著一層纖維，該層纖維的應(yīng)變?chǔ)?0，此纖維層稱為應(yīng)變中性層，它在斷面中的位置可用曲率半徑R表示。同樣也一定存在著一層纖維，該纖維層上的應(yīng)變?chǔ)?0，此纖維層稱為應(yīng)力中性層，它在斷面中的位置可用曲率半徑?表示。管坯在彈性彎曲階段，應(yīng)力沿?cái)嗝娉示€性分布，應(yīng)力與應(yīng)變間的關(guān)系遵守虎克定律，故應(yīng)力中性層和應(yīng)變中性層互相重合并通過端面形心。隨著彎曲過程的進(jìn)行，當(dāng)變形程度超過材料的屈服極限后，變形性質(zhì)由彈性變?yōu)樗苄裕试趶澢^程中應(yīng)力中性層和應(yīng)變中性層不僅不相互重合，也不通過斷面形心，而是隨曲率的增大逐漸向曲率中心方向移動(dòng)，并且應(yīng)力中性層的移動(dòng)量大于應(yīng)變中性層的移動(dòng)量。由金屬塑性成形原理可知，任一變形過程，其變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)都與變形條件有關(guān)。由金屬塑性成形原理可知，任一變形過程，其變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)都與變形條件有關(guān)。

（二）常見彎管的缺陷

由于管材是空心薄壁結(jié)構(gòu)的斷面形狀，彎曲時(shí)易引起以下幾種缺陷：

1．管材彎曲外側(cè)易過度變薄，甚至導(dǎo)致開裂；2．管材彎曲內(nèi)側(cè)易發(fā)生失穩(wěn)起皺；3．管材截面易產(chǎn)生畸變（近似橢圓形）。

（三）彎管缺陷產(chǎn)生的原因

1．圓弧處嚴(yán)重變扁。彎管過程中，合力使圓弧處的橫截面趨向橢圓形，對(duì)于相同規(guī)格的管子，彎曲半徑越小，合力就越大，變扁的趨向就越明顯。如果是無(wú)芯彎管，變扁更嚴(yán)重，若采用有芯彎管，當(dāng)芯棒直徑過小或磨損嚴(yán)重使芯棒和管子內(nèi)壁間的間隙過大時(shí)，圓弧外側(cè)也容易變扁即使芯棒與管壁間的間隙合理，如果安裝芯棒時(shí)的提前量過小，管壁得不到良好的支撐，也會(huì)使得圓弧外側(cè)變扁。另外，如果安裝模具時(shí)不注意，彎管模和壓緊模（輪）型面出現(xiàn)錯(cuò)位，彎管圓弧處也將變扁。

2．圓弧外側(cè)減薄量過大。當(dāng)彎管半徑較小時(shí)，如果彎管機(jī)不帶外側(cè)面助推裝置及尾端頂推裝置，則由于壓緊模的阻力作用將使圓弧外側(cè)的拉應(yīng)力增大，同時(shí)中性層內(nèi)移，彎制管件的圓弧外側(cè)就會(huì)減薄，壓緊力越大，阻力也越大，減薄也越嚴(yán)重，尤其當(dāng)相對(duì)彎曲半徑樹及相對(duì)壁厚越小時(shí)，減薄量越明顯。除了管材及彎管半徑等因素外，芯棒安裝時(shí)的提前量過大及潤(rùn)滑不良等，也將使圓弧外側(cè)管壁的減薄量加大。

3．圓弧外側(cè)彎裂。彎管過程中圓弧外側(cè)出現(xiàn)裂紋或斷裂，其原因可能是多方面的。如管材熱處理不當(dāng)、晶粒度過大；壓緊模（輪）壓力太大，造成彎管阻力過大；芯棒與管內(nèi)壁的間隙過小，使得芯棒與內(nèi)壁摩擦力太大；潤(rùn)滑效果不好，使得機(jī)床抖動(dòng)等都可能使圓弧外側(cè)彎裂。

4．圓弧內(nèi)側(cè)起皺。常見的圓弧內(nèi)側(cè)起皺有3種情況：前切點(diǎn)處起皺、后切點(diǎn)處起皺、圓弧內(nèi)側(cè)全起皺。前切點(diǎn)處起皺一般由于芯棒安裝時(shí)提前量過小，前切點(diǎn)處管壁在彎曲過程中得不到芯棒支撐。后切點(diǎn)起皺一般是由于沒有安裝防皺模或防皺模的安裝與彎管模間的切點(diǎn)位置不對(duì)。全皺紋的產(chǎn)生一般是芯棒直徑過小，使得芯棒與管壁間的間隙過大易產(chǎn)生皺摺，再就是壓緊輪的壓力過小，不能使管子在彎曲過程中很好地與彎管模及防皺模結(jié)合，管內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力的作用后有失穩(wěn)起皺的空間。

三、防止產(chǎn)生彎管缺陷的政策

對(duì)防止或減輕彎管缺陷的產(chǎn)生，彎制出符合要求的管件，就應(yīng)在彎管過程中采取相應(yīng)的對(duì)策加以解決。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)較大的彎曲半徑。對(duì)于前面提到的幾種常見缺陷，應(yīng)有針對(duì)性的采取措施。

1．對(duì)于圓弧外側(cè)變扁嚴(yán)重的管件，在進(jìn)行無(wú)芯彎管時(shí)可將壓緊模（輪）設(shè)計(jì)成具有反變形槽的結(jié)構(gòu)形式，以減輕彎曲時(shí)的變扁程度。對(duì)于有芯彎管，應(yīng)及時(shí)檢查芯棒的磨損情況，保證芯棒與管子內(nèi)壁間的單邊間隙不大于0.5mm，同時(shí)，安裝芯棒時(shí)的提前量要適當(dāng)。

2．小半徑彎管時(shí)圓弧外側(cè)減薄是彎曲工藝的特性決定的，是不可避免的，但應(yīng)采取措施克服減薄量過大的情況，常見的有效方法是使用側(cè)面帶有助推裝置和尾部帶有頂推裝置的彎管機(jī)。工作時(shí)助推或頂推機(jī)構(gòu)推動(dòng)管子向前，抵消管子彎制時(shí)的部分阻力，改善管子剖面上的應(yīng)力分布狀態(tài)，使中性層外移，從而達(dá)到減少圓弧外側(cè)減薄量的目的。助推和頂推速度根據(jù)彎管實(shí)際情況確定，使其和彎管速度相匹配。

3．對(duì)于管子圓弧外彎裂的情況，應(yīng)首先保證管材具有良好的熱處理狀態(tài)，排除管材的因素后再檢查壓緊模的壓力是否太大，并調(diào)整使其壓力適當(dāng)。檢查芯棒直徑是否過大，直徑大時(shí)要進(jìn)行修磨，并保證芯棒與管內(nèi)壁有良好的潤(rùn)滑，同時(shí)采取適當(dāng)措施，避免機(jī)床抖動(dòng)等。

4．對(duì)于圓弧內(nèi)側(cè)起皺，應(yīng)根據(jù)起皺位置采取對(duì)應(yīng)措施，若是前切點(diǎn)起皺，應(yīng)向前調(diào)整芯棒位置，使芯棒提前量適當(dāng)，以達(dá)到彎管時(shí)對(duì)管子的合理支撐；若是后切點(diǎn)起皺，應(yīng)加裝防皺塊，并使其安裝位置正確，還要調(diào)整壓緊模（輪）的壓力使壓力適當(dāng)；若圓弧內(nèi)側(cè)全起皺，除調(diào)整壓緊模（輪）使壓力適當(dāng)外，還要檢查芯棒直徑，直徑太小或磨損嚴(yán)重時(shí)應(yīng)更換芯棒。

四、結(jié)論

綜上所述，在管件彎制過程中，由于工藝及操作不當(dāng)?shù)仍颍赡軙?huì)使彎制的管件產(chǎn)生不同類型、不同程度的缺陷，尤其當(dāng)管件彎制半徑較小且模具間的位置及力量搭配不當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生缺陷的可能性更大。因此，應(yīng)針對(duì)不同類型的缺陷具體分析其產(chǎn)生的原因，并根據(jù)不同情況采取對(duì)應(yīng)措施，如調(diào)整好模具各件之間的位置及壓力、選擇適用的芯棒、良好的潤(rùn)滑、加裝防皺模及助推裝置等，均可減輕直至消除缺陷的產(chǎn)生，從而得到較好的彎制管件。

參考文獻(xiàn)：

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