钢管冷弯成形的缺陷分析和防止措施

王文霞　王科

摘要：在内燃机车制造过程中，管路起到至关重要的作用，在管子冷弯成形过程中存在许多问题，针对弯管生产中出现的常见缺陷，分析产生缺陷的原因，结合生产实际中的应对方法，提出具体的有效的解决措施。

关键词：弯管 ；缺陷分析；防止措施

一、 前言

管路作为机车的主要组成部分之一，其运用涉及机车制动系统，水冷却系统、机油系统、燃油系统、机车预热系统、静液压系统及电气管线部分等。根据《管路制作通用工艺规程》中对管路弯制的角度的公差为±2°，管路椭圆度要求不得超过8%，然而，在管路的弯制过程中由于设备的硬件条件、工艺方法、管路来料材质、操作不当等原因，会导致管件在弯制成形过程中产生各种不同程度的缺陷。管路的弯制质量直接影响了管路制作成品合格率，同时制作质量不过关的管路装车将会影响机车的性能，从而将影响产品的稳定性，可靠性，安全性。因此，如何在制作过程中提高管路质量是长期以来工艺及操作者一直研究的课题之一。现结合生产中遇到的具体问题，对冷弯弯管成型中产生的缺陷，做出分析，提出相应的措施。

二、 正文

1、管子弯曲成形的简单受力分析

内燃机车管路根据机车型号、管路用途及管路内部流通介质的不同选用不同的管材，具体如表一：

管材弯曲过程中，管子外侧受到切向拉伸而伸长，内侧有受到压缩而缩短，如图一所示，这个弯曲的工艺过程是一个复杂的弹性变形、塑性变形过程。材料发生弹性变形塑性变形时变形主要取决于材料内部的应变和应力，而材料的内部应力主要与作用在材料上的外部载荷的大小，方向，变化速度和外载荷的相对位置有关。

2、管路弯制过程中常见缺陷及产生原因

（1）管件表面有划伤。在意大利BLM公司DYNAMO型弯管机生产过程中由于动作频繁，固定弯模、夹模、助推模的轴磨损严重，产生间隙，高速运转中产生弯制瞬间三模块不同心，合力转移，对管子表面产生拉痕，严重则损坏工件。在国青w159弯管机上出现拉痕主要是防皱模磨损拉毛导致工件拉毛。另外管材本身表面粗糙也是导致这一缺陷的原因。

（2）管子弯制中打滑，影响精度。用手动弯管机弯小直径管子时，由于弯模与弯壁和管子刚接触时，接触面积小，摩擦力小导致管子打滑。在数控弯管机中通常是因为弯模，夹模磨损。或夹模，助推模夹紧力不够造成的。

（3）管材表面有压痕。通常是因为压模夹紧力过大造成的管材外表面变形。

（4）弯曲末端有凸痕。这种缺陷通常见于用芯棒的弯制中芯棒安装太靠前或者芯棒太粗。

（5）弯头内侧起皱。在管路正常弯制的情況下，管路壁厚适中，防皱模位置与管路密贴，管路在弯制过程中外表面的弯形量能够得到有效的控制，因此不会出现起皱的现象，如图二所示。

管路起皱通常在弯制薄壁管或弯曲半径相对较小时易产生这种缺陷。无芯弯管时管材壁厚太小，有芯弯管时起皱通常有三种现象：弯头前端起皱、后端起皱，全部起皱。前端起皱主要是因为芯棒安装位置太靠后，弯曲过程中前端管壁不能得到芯棒的有力支撑。后端起皱，一般由于防皱模安装位置太靠后如图三，或防皱模安装倾斜如图四。弯头全皱一般最主要的原因是芯棒直径过小，芯棒与管内壁间隙过大，易产生褶皱。或者压模和推模压力部够，使管件与防皱不紧贴，防皱模起不到作用，使得管内侧与弯模内侧有了起皱的空间。

（6）弯头外侧扁，相同规格的管子要求弯曲的半径越小，变形越大，就越容易变扁。弯曲时弯模的线速度应该与助推模的速度相匹配，如助推模压力太大或者速度太慢也可能使管子变扁。

（7）弯头外侧减薄过大。造成减薄量大操作上有可能助推压力过大，造成管子向前阻力增大，管子外侧拉应力增大。芯棒安装太靠前，芯棒润滑不良，造成管子向前阻力增加也是因素之一。

（8）管子弯裂。芯棒与管材内壁间隙过小摩擦力增大，助推的压力过大造成向前阻力增大等都是造成管子弯裂的因素。

（9）管子的弯曲回弹影响弯曲精度。冷弯中回弹不可避免，大小与弯曲速度，角度，管路内部金相组织等有关。

弯管缺陷的存在对弯制管件的质量会产生很大的负面影响。管壁厚度变薄，必然降低管件承受内压的能力，影响其使用性能；弯曲管材断面形状的畸变，一方面可能引起横断面积减小，从而增大流体流动的阻力，另一方面也影响管件在结构中的功能效果；管材内壁起皱不但会削弱管子强度，而且容易造成流动介质速度不均，产生涡流和弯曲部位积聚污垢，影响弯制管件的正常使用；回弹现象必然使管材的弯曲角度大于预定角度，从而降低弯曲工艺精度。因此，应在弯制之前采取对应措施防止上述缺陷的产生，以获得理想的管件，保证产品的各项性能指标和外观质量。在通常情况下，对于前面提到的几种常见缺陷，可以有针对性地采取措施。

3、防止出现缺陷的措施

（1）管件表面有划伤。当管件表面出现划痕应该及时查看弯管机易损件的状态，防皱模磨损严重时应立即更换，防皱模拉毛要及时打磨。

（2）管子打滑。检查模具磨损情况，若磨损严重需及时更换，同时在操作国青W-159弯管机时应特别注意，当管子打滑时应检查管路内侧是否起皱，若管子内侧起皱则有可能时起皱后皱痕与芯棒球节卡住，这种情况下应立即停机，否则有可能拉断球节。排除上述两种情况后管子在弯制过程中打滑则是由于压模压力不够引起的，此时需加大压模的压力。

（3）管材表面有压痕。不同材质的管材具有不同的力学性能如表二所示，在管路弯制过程中当压模的压力超过管路的屈服强度后，管材外表面的弹性变形将转变成塑性变形。当出现此类情况时将减小压模压力来避免压痕的出现。

（4）弯曲末端有凸痕，调整芯棒位置。

（5）弯头前端皱则把芯棒位置向前调整到合适位置，以保证芯棒对管子的合理支撑。后端皱要调整防皱模的位置，适当加大助推模的压力。全皱除了调整压力外还要仔细检查芯棒的磨损情况，严重则更换。

由此可见从减少弯头外侧减薄来看，弯曲半径越大越好，但从弯管的安装来看，弯曲半径越小越好。因此选择合理的弯曲半径尤为重要。

弯头减薄过大时应正确调整助推速度，在管路弯制过程中，弯管机助推速度不得小于管路起弯点的弯模线速度。调整芯棒位置，保证芯棒不过于靠前，同时为减少芯棒在弯管时与管壁间的磨擦，应在管子内壁或芯棒表面涂润滑油。

（8）弯管破裂。首先检查管材的规格是否适合设备的加工，调整助推的速度，压力，调整芯棒位置，保证不过于靠前。

（9）补偿回弹角度。一般一种新材料过来要试弯确定回弹量，有些弯管机需预加回弹量，一般碳钢管的回弹角度在大约为2—3°，不锈钢管的回弹角度为3—5°。而有些弯管机则设定了某种规格的管子回弹后，输入弯曲角度可自己计算回弹量并在弯制时自动补偿。

三、 结论

综上所述，在管子的弯制过程中，特别是弯制相对薄壁，小弯曲半径管子的过程中各模块位置及压力调配不当就有可能造成弯曲缺陷。针对不同缺陷分析其原因，调整好各模块的位置，调整好压力，选择适当的芯棒，保证润滑良好，以利于得到较好的弯曲成形，使产品质量得到可靠保证。

参考文献：

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[2]王旭.管道施工简明手册.上海：上海科学技术出版社，1990

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[4]郭本仁.管道工.北京：中国铁道出版社，1996