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雜過程，彎曲成形后容易產生回彈、外側壁厚變薄甚至開裂、內側壁厚增大乃至失穩起皺、橫截面畸變等質量缺陷。

  由于管件具有中空結構，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、汽車等高技術領域得到廣泛的應用。

  在復雜的管路系統中，彎管是最為薄弱的部位，其成形質量直接影響整個管路的性能。

  這些缺陷最終導致管材的精度不足，無法滿足高技術含量行業的要求。

  什么是管材塑性彎曲成形，有哪些常見材質種類

  管材塑性彎曲成型是指管材在多模具協同作用和嚴格配合下發生塑性變形，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。

  復雜管路系統

  彎管工藝及設備

  彎管常用的設備有液壓彎管機和數控彎管機，在汽車行業，工業化生產一般使用數控彎管機，產品精度和生產效率會更高。

  數控彎管工藝圖

  數控彎管機工作視頻

  管件彎曲成型的常用方法

  常用的彎管方法有4類，分別為：旋轉拉伸彎曲、壓縮彎曲、芯軸彎曲和滾動彎曲。

  ●旋轉拉伸彎曲

  使用模具和在旋轉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部，特別是薄壁材料，以防止在部件的彎曲處可能發生的缺陷，例如波紋，扁平或塌陷。

  ●滾動彎曲

  當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，變形區外側材料收到切向拉伸而伸長，內側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，只產生彈性變形，應力沿截面成線性分布，應力與應變的關系遵循虎克定律，應力中性層和應變中性層相互重合并通過截面重心，沿管材管徑以應力中性層為界，劃分為拉伸變形區與壓縮變形區，如上圖（a）所示。

  ● 當管材彎曲變形程度超過材料的屈服極限后，管材外側和內側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，塑性變形區越來越大并向中性層位置擴大，彈性區越來越小，如圖（c）所示。此時應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。

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

  管材塑性彎曲成形常見缺陷及預防

  管材塑性彎曲卸載后，常見的質量缺陷有：

  ● 回彈

  ● 橫截面畸變

  ● 外側管壁減薄甚至斷裂

  ● 內側管壁增厚甚至起皺

  在外壁不破裂、內壁不起皺的條件下，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。

  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。

  回彈

  回彈是由于彈性變形區材料的彈性恢復以及塑性變形區材料彈性變形部分的彈性恢復而引起的。

  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力，影響零件和整個結構的可靠性。

  實際生產中常采用退火處理，回彈補償等措施彌補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，內應力的存在會使管材圓弧處的橫截面發生畸變。

  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，可將壓模設計成具有反變形槽結構，以減輕彎曲時的畸變程度。

  對于有芯軸彎曲，應及時檢查芯軸的磨損情況，保證芯軸與管件內壁間的雙邊間隙不大于0.3mm，同時設置適當的芯軸伸出量。

  外側壁厚減薄，內側壁厚增厚

  管材塑性彎曲過程中，外則材料受拉壁厚減薄，內側材料受壓壁厚增厚。

  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

  當壁厚減薄率△t1過大時，會導致最外側管壁產生裂紋，產品達不到要求而報廢。

  當壁厚增厚率△t2過大時，超過了材料的壓縮失穩極限而引起起皺，管件也達不到技術要求。

  管壁的厚度變化受幾何參數，材料參數和工藝參數的綜合影響。通常為降低壁厚減薄率，可在管材外側增加推力推動材料從未變形區向變形區流動，來達到減小外壁減薄率的目的。

  管材外側拉裂

  管材塑性彎曲過程中，外側壁很容易出現裂紋或斷裂，尤其是薄壁彎曲成形。

  產生外壁開裂的原因有：

  ● 管材的熱處理不當

  ● 壓模壓力過大，管材彎曲過程中材料流動阻力太大。

  ● 芯軸與管材內壁的間隙過小，導致摩擦力太大。

  ● 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本身的因素外，對壓模壓力、內壁間隙，芯軸伸出量及潤滑情況等都需要進行檢查。

  管材內彎側起皺

  彎管起皺主要發生在內彎側，通常分為3種情況：

  1. 前切點處起皺

  2. 后切點處起皺

  3. 圓弧內側全起皺

  ● 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模或防皺模安裝位置不對。

  ● 全起皺的原因較為復雜，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

  為防止彎管內側起皺，若前切點起皺，應向前調整芯棒位置；若后切點起皺，應加裝防皺模，調整合理的傾角和壓模壓力；若全起皺，除調整壓模壓力外，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

  在工藝參數設置合理的情況下，公司提供優質的不銹鋼彎管拉伸油D-100E產品，專門替代彎管過程中應用的油基型、油水分散型（乳化型）等含油潤滑劑。經實踐證明，可以滿足汽車行業彎管的需求。