汽車管件之不銹鋼彎管拉伸油解決方案

  管材塑性彎曲成形是一個集材料非線性，幾何非線性和邊界條件非線性于一體的復(fù)雜過程，彎曲成形后容易產(chǎn)生回彈、外側(cè)壁厚變薄甚至開裂、內(nèi)側(cè)壁厚增大乃至失穩(wěn)起皺、橫截面畸變等質(zhì)量缺陷。

  由于管件具有中空結(jié)構(gòu)，能夠滿足輕量化、強韌化、低消耗等要求，因此在航空航天、船舶、化工、汽車等高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

  在復(fù)雜的管路系統(tǒng)中，彎管是最為薄弱的部位，其成形質(zhì)量直接影響整個管路的性能。

  這些缺陷最終導(dǎo)致管材的精度不足，無法滿足高技術(shù)含量行業(yè)的要求。

  什么是管材塑性彎曲成形，有哪些常見材質(zhì)種類

  管材塑性彎曲成型是指管材在多模具協(xié)同作用和嚴格配合下發(fā)生塑性變形，從而獲得空間任意曲線形狀制品的重要加工方法。

  管件常用材質(zhì)分為黑色金屬和有色金屬：

  ● 黑色金屬材料：鋼，鋼合金和不銹鋼。

  ● 有色金屬材料：鋁，銅和鎳等。

  復(fù)雜管路系統(tǒng)

  彎管工藝及設(shè)備

  彎管常用的設(shè)備有液壓彎管機和數(shù)控彎管機，在汽車行業(yè)，工業(yè)化生產(chǎn)一般使用數(shù)控彎管機，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4類，分別為：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

  使用模具和在旋轉(zhuǎn)動作中工作的各種部件的組合來彎曲管材。該動作將管材向前拉，在管道中形成所需的彎曲。旋轉(zhuǎn)拉伸彎曲分為有芯軸彎曲和無芯軸彎曲。

  ●壓縮彎曲

  模具保持靜止，反向模具使固定模具周圍的材料彎曲。

  ●芯軸彎曲

  在這個過程中，芯軸被放置在彎曲的管子內(nèi)部，特別是薄壁材料，以防止在部件的彎曲處可能發(fā)生的缺陷，例如波紋，扁平或塌陷。

  ●滾動彎曲

  當(dāng)需要大半徑彎曲或曲線時使用此方法，管材穿過一系列呈金字塔排列的三個輥子。

  管材塑性彎曲成形經(jīng)歷的3個階段

  管材的塑性彎曲成形是一個沿彎曲曲線逐漸變形的過程。管材在外力矩作用下彎曲，變形區(qū)外側(cè)材料收到切向拉伸而伸長，內(nèi)側(cè)靠彎曲模部分材料收到切向壓縮而縮短。隨著彎曲力矩的逐漸增大，管材變形程度隨之增加。

  因此管材彎曲經(jīng)歷了彈性、彈塑性和塑性三個不同的變形階段。

  ● 彎曲初期，管材處于較小曲率狀態(tài)，只產(chǎn)生彈性變形，應(yīng)力沿截面成線性分布，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)變中性層相互重合并通過截面重心，沿管材管徑以應(yīng)力中性層為界，劃分為拉伸變形區(qū)與壓縮變形區(qū)，如上圖（a）所示。

  ● 當(dāng)管材彎曲變形程度超過材料的屈服極限后，管材外側(cè)和內(nèi)側(cè)表面材料首先進入塑性變形，如圖（b）所示。

  ● 隨著變形程度的不斷加大，塑性變形區(qū)越來越大并向中性層位置擴大，彈性區(qū)越來越小，如圖（c）所示。此時應(yīng)力中性層和幾何中心軸不再重合，隨著曲率的增大逐漸向曲率中心方向移動。

  ● 當(dāng)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。

  管材塑性彎曲成形常見缺陷及預(yù)防

  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)側(cè)管壁增厚甚至起皺

  在外壁不破裂、內(nèi)壁不起皺的條件下，主要從以下兩方面評價彎管成形的性能：

  1. 彎曲變形部分局部的形狀尺寸精度，主要以外壁減薄率與橫截面畸變率作為評價指標(biāo)。

  2. 管材彎曲成形后整體的形狀尺寸精度，主要以彎曲變形后回彈率作為評價指標(biāo)。

  回彈

  回彈是由于彈性變形區(qū)材料的彈性恢復(fù)以及塑性變形區(qū)材料彈性變形部分的彈性恢復(fù)而引起的。

  管材彎曲卸載后，回彈管材的實際彎曲角度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，并可能造成過大的殘余應(yīng)力，影響零件和整個結(jié)構(gòu)的可靠性。

  實際生產(chǎn)中常采用退火處理，回彈補償?shù)却胧浹a回彈引起的彎曲角度誤差。

  橫截面畸變

  管材塑性彎曲過程中，內(nèi)應(yīng)力的存在會使管材圓弧處的橫截面發(fā)生畸變。

  通常采用長軸變化率θl和短軸變化率θs表征橫截面畸變程度。

  畸變程度計算

  式中D為管材原始外徑，D ** x為橫截面畸變后長軸的長度，Dmin為畸變短軸的長度。

  對于有芯軸彎曲，靠近彎曲模一側(cè)材料受到芯軸和彎曲模的共同作用，變形很小，可忽略不計。外側(cè)材料只受到芯軸的支撐作用，畸變較為明顯。

  對于無芯彎管，因為內(nèi)部沒有任何支撐，畸變程度可能加劇。

  對于橫截面畸變嚴重的管件，進行無芯彎曲時，可將壓模設(shè)計成具有反變形槽結(jié)構(gòu)，以減輕彎曲時的畸變程度。

  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(dāng)?shù)男据S伸出量。

  外側(cè)壁厚減薄，內(nèi)側(cè)壁厚增厚

  管材塑性彎曲過程中，外則材料受拉壁厚減薄，內(nèi)側(cè)材料受壓壁厚增厚。

  通常用壁厚減薄率△t1和增厚率△t2來檢驗彎管壁厚的變化：

  壁厚變化計算

  其中t為管材原始壁厚

  當(dāng)壁厚減薄率△t1過大時，會導(dǎo)致最外側(cè)管壁產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)品達不到要求而報廢。

  當(dāng)壁厚增厚率△t2過大時，超過了材料的壓縮失穩(wěn)極限而引起起皺，管件也達不到技術(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。通常為降低壁厚減薄率，可在管材外側(cè)增加推力推動材料從未變形區(qū)向變形區(qū)流動，來達到減小外壁減薄率的目的。

  管材外側(cè)拉裂

  管材塑性彎曲過程中，外側(cè)壁很容易出現(xiàn)裂紋或斷裂，尤其是薄壁彎曲成形。

  產(chǎn)生外壁開裂的原因有：

  ● 管材的熱處理不當(dāng)

  ● 壓模壓力過大，管材彎曲過程中材料流動阻力太大。

  ● 芯軸與管材內(nèi)壁的間隙過小，導(dǎo)致摩擦力太大。

  ● 芯軸伸出量過大等

  為防止管材的外壁開裂，在排除熱處理和材質(zhì)本身的因素外，對壓模壓力、內(nèi)壁間隙，芯軸伸出量及潤滑情況等都需要進行檢查。

  管材內(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3種情況：

  1. 前切點處起皺

  2. 后切點處起皺

  3. 圓弧內(nèi)側(cè)全起皺

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

  ● 后切點起皺一般由于沒有安裝防皺?；蚍腊櫮０惭b位置不對。

  ● 全起皺的原因較為復(fù)雜，主要在于：

  ○ 防皺模位置靠后或形槽尺寸過大，防皺模起不到支撐管壁的作用。

  ○ 壓模壓力過小，管材與防皺模間隙過大。

  ○ 芯軸直徑尺寸過小和位置不合理等

  為防止彎管內(nèi)側(cè)起皺，若前切點起皺，應(yīng)向前調(diào)整芯棒位置；若后切點起皺，應(yīng)加裝防皺模，調(diào)整合理的傾角和壓模壓力；若全起皺，除調(diào)整壓模壓力外，還要檢查芯軸直徑，直徑太小或磨損嚴重時需要及時更換。

  我們的解決方案

  在工藝參數(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應(yīng)用的油基型、油水分散型（乳化型）等含油潤滑劑。經(jīng)實踐證明，可以滿足汽車行業(yè)彎管的需求。