汽车管件不锈钢弯管拉伸油解决方案

  管道塑性弯曲成型是集材料非线性、几何非线性和边界条件非线性于一体的复杂过程。弯曲成型后，容易产生质量缺陷，如回弹、外壁厚变薄甚至开裂、内壁厚增大甚至不稳定起皱、横截面畸变等。

  由于管件具有中空结构，能够满足轻、强、低消耗的要求，广泛应用于航空航天、船舶、化工、汽车等高科技领域。

  弯管是复杂管道系统中最薄弱的部位，其成形质量直接影响整个管道的性能。

  这些缺陷最终导致管道精度不足，不能满足高科技行业的要求。

  什么是管道塑性弯曲成型，什么是常见的材料类型？

  管道塑性弯曲成型是指管道在多模具协同作用和严格配合下发生塑性变形的重要加工方法。

  常用的管件材料分为黑金属和有色金属：

  ● 黑色金属材料：钢、钢合金和不锈钢。

  ● 铝、铜、镍等有色金属材料。

  复杂的管道系统

  弯管工艺及设备

  常用的弯管设备有液压弯管机和数控弯管机。数控弯管机一般用于汽车工业化生产，产品精度和生产效率会更高。

  数控弯管工艺图

  数控弯管机工作视频

  管件弯曲成型的常用方法

  常用的弯管方法有四种：旋转拉伸弯曲、压缩弯曲、芯轴弯曲和滚动弯曲。

  ● 旋转拉伸弯曲

  使用模具和旋转动作中各部件的组合来弯曲管道。该动作向前拉管道，在管道中形成所需的弯曲。旋转拉伸弯曲分为芯轴弯曲和无芯轴弯曲。

  ● 压缩弯曲

  保持模具静止，反向模具弯曲固定模具周围的材料。

  ● 芯轴弯曲

  在此过程中，芯轴放置在弯曲的管道中，特别是薄壁材料，以防止波纹、扁平或坍塌等可能的缺陷。

  ● 滚动弯曲

  当需要大半径弯曲或曲线时，管道通过一系列金字塔排列的三个辊。

  管道塑性弯曲成型的三个阶段

  管道的塑性弯曲成形是沿弯曲曲线逐渐变形的过程。管道在外力矩的作用下弯曲，变形区域的外部材料被切向拉伸，弯曲模具部分的内部材料被切向压缩缩缩短。随着弯曲扭矩的逐渐增加，管道的变形程度增加。

  因此，管道弯曲经历了三个不同的变形阶段：弹性、弹性和塑性。

  ● 弯曲初期，管道处于较小的曲率状态，只产生弹性变形，应力沿截面呈线性分布，应力与应变的关系遵循虎克定律，应力中性层和应变中性层通过截面重心重叠，沿管径分为拉伸变形区和压缩变形区，如上图所示（a）所示。

  ● 当管道弯曲变形程度超过材料屈服极限时，管道外内表面材料首先进入塑性变形，如图所示（b）所示。

  ● 随着变形程度的增加，塑性变形区越来越大，扩大到中性层，弹性区越来越小，如图所示（c）所示。此时，应力中性层和几何中心轴不再重叠，并逐渐向曲率中心方向移动。

  ● 当外载荷增大到一定程度，管材内部各处的切向应力均大于屈服极限时，管材发生纯塑性变形，如图（d）所示。

  管道塑性弯曲成型的常见缺陷

  管材塑性弯曲卸载后，常见的质量缺陷有：

  ● 回弹

  ● 横截面畸变

  ● 外侧管壁减薄甚至断裂

  ● 内管壁增厚甚至起皱

  弯管成型的性能主要从以下两个方面进行评价：

  1. 局部弯曲变形部分的形状尺寸精度主要以外壁减薄率和横截面畸变率为评价指标。

  2. 整体形状尺寸精度主要以弯曲变形后的回弹率为评价指标。

  回弹

  弹性变形区材料的弹性恢复和塑性变形区材料的弹性恢复。

  管道弯曲卸载后，回弹管道的实际弯曲角度θ小于预弯曲成形角度θ。

  回弹角△θ

  回弹直接影响弯管件的形状和尺寸精度，降低装配效率，并可能产生过大的残余应力，影响零件和整个结构的可靠性。

  退火处理、回弹补偿等措施常用于实际生产，以弥补回弹引起的弯曲角误差。

  横截面畸变

  在管道塑性弯曲过程中，内应力的存在会使管道弧处的横截面变形。

  通常采用长轴变化率θl和短轴变化率θs横截面畸变程度的表征。

  计算畸变程度

  中D是管道的原始外径，D ** x横截面畸变后长轴的长度，Dmin短轴长度畸变。

  对于芯轴弯曲，靠近弯曲模具一侧的材料受到芯轴和弯曲模具的共同作用，变形很小，可以忽略不计。外部材料仅由芯轴支撑，畸变明显。

  由于内部没有支撑，无芯弯管的畸变程度可能会加剧。

  对于横截面畸变严重的管件，无芯弯曲时，可将压模设计成反变形槽结构，以减少弯曲时的畸变程度。

  对于有芯轴弯曲，应及时检查芯轴的磨损情况，保证芯轴与管件内壁间的双边间隙不大于0.3mm，同时设置适当的芯轴伸出量。

  外侧壁厚减薄，内侧壁厚增厚

  在管道塑性弯曲过程中，外材料被拉壁厚减薄，内材料被压壁厚增厚。

  壁厚减薄率一般采用△t1和增厚率△t检查弯管壁厚的变化：

  壁厚变化计算

  其中t为管材原始壁厚

  壁厚减薄率△t1过大会导致最外侧管壁开裂，产品不符合要求，报废。

  壁厚增厚率△t过大时，超过材料压缩不稳定极限造成皱纹，管件不符合技术要求。

  管壁的厚度变化受几何参数、材料参数和工艺参数的综合影响。通常，为了降低壁厚的减薄率，可以增加管道外侧的推力，促进材料从未变形的区域流向变形的区域，从而降低外壁的减薄率。

  管道外侧开裂

  在管道塑性弯曲过程中，外壁容易开裂或断裂，尤其是薄壁弯曲。

  外壁开裂的原因有：

  ● 管道热处理不当

  ● 压模压力过大，管道弯曲过程中材料流动阻力过大。

  ● 芯轴与管道内壁间隙过小，摩擦力过大。

  ● 芯轴伸出量过大等

  为防止管道外壁开裂，除了热处理和材料本身的因素外，还需要检查成型压力、内壁间隙、芯轴伸出量和润滑。

  管道内弯侧起皱

  弯管起皱主要发生在内弯侧，通常分为三种情况：

  1. 前切点起皱

  2. 后切点起皱

  3. 弧内全起皱

  ● 前切点起皱一般由于芯轴安装时伸长过小，管壁在弯曲过程中得不到芯棒的支撑。

  ● 后切点起皱一般是由于没有安装防皱模安装位置不对。

  ● 全起皱的主要原因是：

  ○ 防皱模位置靠后或形槽尺寸过大，防皱模撑管壁。

  ○ 压模压力过小，管道与防皱模间隙过大。

  ○ 芯轴直径尺寸过小，位置不合理等

  为防止弯头内部起皱，如果前切点起皱，应向前调整芯棒位置；如果后切点起皱，应安装防皱模，调整合理的倾角和压模压力；如果完全起皱，除调整压模压力外，还应检查芯轴直径。如果直径太小或磨损严重，应及时更换。

  我们的解决方案

  公司艺参数设置合理的情况下，公司提供优质的不锈钢弯管拉伸油D-100E产品，专门替代弯管过程中使用的油基型、油水分散型(乳化型)等含油润滑剂。实践证明，弯管可以满足汽车工业的需要。