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发表于 2008-3-23 17:31
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来自： 中国江苏南通
冷弯
弯管方法
随着造船工业的发展,各造船厂已广泛地采用多种用途的弯管机来进行管子的弯制工作。由于冷弯时金属产生加工硬化,所以冷弯后的金属管要比热弯后的金属管硬得多,但是冷弯不会破坏金属原来的性质。冷弯后可以不用清洗和除去氧化皮,并且不会发生热变形。
冷弯与热弯相比,冷弯需要消耗更多的弯管功率,且回弹和残余应力都有较明显的增大。而且冷弯不能弯制曲率半径很小的急转弯头。
热弯具有冷弯不能比拟的适应性。例如,在一根管子上两相邻弯头之间直线距离可留得很小,甚至能不留直管段间隔进行连续弯曲；能将冷延性很差的材料加工成弯头；能加工冷弯时需花费较大机械能的弯头,并能将冷弯时管子易破裂的脆性材料弯曲成形。热弯可以在管子上弯成小半径弯头。对于碳素钢管和大多数的合金钢管,热弯的弯曲半径要比冷弯小得多,弯曲半径可小到管子外径的0.7～1.5倍。热弯尚存在如下缺点：设备复杂、加工成本高、生产效率低和表面光洁度差。对于铜管来说采用冷弯工艺，由于免除了高温加热,根除了产生“氢病”的可能性。
由于以上原因在部颁船用弯管技术条件(CB/Z97-68)中,明确规定：各种管子在可能情况下,应尽量采用冷弯,仅在如下情况下,才允许采用热弯。
（1）管子弯曲半径小于冷弯所规定的弯曲半径,或小于现有模子的弯曲半径。
（2）管子形状复杂或弯头间无直线管段,不能在弯管机上固紧。
（3）管壁过薄,冷弯后容易产生较大瘪陷和折皱。
（4）直径较大或不常用管子,目前尚无该种模子。
（5）管壁太厚无法冷弯时。
（一）弯管机
冷弯弯管机按驱动形式可分为手动、电动、液压驱动三种类型，还可分为有芯弯管机和无芯弯管机。现分别将基本类型的弯管机介绍如下:
1．手动弯管机
图5-7所示是弯制直径在32毫米以下的手动弯管机简图。它由弯模1、滚轮2和杠杆3组成,在弯模1的工作部分上制有与管子外径大小相同的槽,滚轮2也具有同样的槽,而在杠杆3上则有滚轮的销轴。
待弯的管子5用卡板4紧压在弯模上,并在施于杠杆3上的力的作用下弯曲。图中虚线所示为弯曲前的原始位置,在弯曲的过程中,滚轮要一直跟管子和弯模接触,以保证管子的截面形状不变。
弯管机的弯模通常都是固紧在工作台或专门的支座上。
图5-7手动弯管机简图
1－弯模；2－滚轮；3－杠杆；
4－卡板；5－管子
图5-8携带式弯管机
2．携带式弯管机
图5-8所示为携带式弯管机中的一种。这种弯管机,在弯管架上装有油压千斤顶,用高压橡皮管与手揿油泵,可向油压千斤顶送油,把千斤顶柱塞顶出。利用装在千斤顶前端的弯管压摸,便可将两端支承在弯管架上的管子弯制成形。管径规格不同和弯曲半径大小,可通过调换相应的弯管压模以及改变弯管架两端上两个滚轮的距离来实现。
3．电动弯管机
电动弯管机的传动部分有机械减速、电机调速两种。电动机通过皮带减速装置、齿轮减速装置、蜗轮蜗杆减速装置减速后，使套在蜗轮中心的主轴以1转/分的转速顺时针旋转。
4．液压弯管机
液压弯管机有链条、齿轮、油马达传动等三种。它的机械结构部分与电动弯管机相同，唯一不同的是它有一套液压系统，用以实现弯模的转动、夹头的夹紧与松开、导槽的*紧与松开，芯棒的送进与抽出等。
5．有芯弯管机
图5-9有芯弯管机
1－机身；2－弯管压模；3－夹紧棒；
4－转台；5－芯棒； 6－压紧模；
7－稳定台；8－管子；9－连接杆
图5-9所示为一种类型的有芯弯管机,该机的结构原理如图所示。其主要零件是弯管压模2,模子的圆周上有槽,槽的半径等于被弯管子的外半径。弯管压模2可以由电动机经过减速齿轮－蜗杆蜗轮传动系统驱动作回转运动；更多的是采用液压驱动作回转运动。稳定台7和压紧模6是弯管压模的辅助件,压紧模6上也具有与弯管压模2上同一半径的槽,因此在弯模和压紧模之间形成一个圆孔。待弯管子8用夹紧模3将管子紧压在弯摸上,当弯模回转时,带动管子缓慢地旋转,管子由于压紧模6的限制不能从两旁脱出,而只能沿着弯模榴道被弯曲,并保证被弯管子的圆形截面基本不变。夹紧模与压紧模的移动通常用手动或油压实现。
考虑到由于管子弯曲时可能引起弯曲部分损坏,常采用校准芯棒(定径塞芯)5,通过连接杆9使它位于拐弯处的切点上,它的位置是不变的,这样就能在弯管时防止形成折皱。
管子具有一定的尺寸公差,为了避免在弯模和压紧模之间有楔嵌现象,槽的直径应比管径做得大一些(近似于管径的1/100)：
d≤50㎜ >0.25～0.5㎜
d>50～76㎜ >0.5～0.75㎜
d>76～120㎜ >1.0㎜
d>120～170㎜ >1～3㎜
为了保证管子能够紧密地贴合于弯模和压紧模的槽面上,压紧模导向圆槽边上应切去1.5～2毫米。
在进行弯管时应考虑到外力去除后管子的弹性回跳,因此实际的弯曲角度应比图纸所规定的大一些。例如,对于90°的弯头,钢管应弯到93°～ 95°,铜管应弯到92°～ 93°。
除了回弹角以外,由于弹性变形的恢复,弯曲半径也将变大,因此弯模的半径应适当减小,一般可取碳素钢为0.97R；合金钢为0.94R。
校准芯棒的外径应小于管子的内径：
d≤50mm <0.5～1mm
d<100mm <1.0～1.5mm
<, DIV> d<200mm <1.5～2.0mm
由于冶金部门所制造的管子不但在外径上有公差,且在内径上也有公差,特别是壁厚规格不同,因此对于同一公称直径的管子,有时需要有几套不同直径的芯棒以适应公差变化及壁厚规格不同的需要,其直径大小变化由试验方法决定。
为了保证管子导向均匀和防止弯曲时芯棒的偏斜,校准芯棒应有一圆柱形部分,其长度取决于被弯管子的内径：
d≥32-50mm 5.0D棒
d>50-76mm 4.5D棒
d>76-120mm 3.5D棒
d>120㎜ 3.0D棒
芯棒的形式很多,常见的有匙形〔图5-10(α)〕和球形〔图5-10(b)〕两种。匙形的优点是其端部的圆柱弧面和理论的弯曲管子内壁相贴合,因此弯头质量好；缺点是加工较困难,且只适用于一种弯曲半径,安装调整复杂。球形的优点是可适用于同一内径的不同弯曲半径,制造调整方便,适用性强。
图5-10芯棒形式
(a)匙形芯棒；(b)球形芯棒
一般在弯制薄壁管(δ<4mm)时,特别是R<2d时,以用匙形为宜,而在弯制厚壁管(δ>4mm)时,以及R>2d时,则以球形为宜。
在冷弯管子时,弯曲部分的质量在很大程度上取决于芯棒安装位置的正确性,为了保证弯头的质量应将球形芯棒的位置安装得超前一些。超前值K见图５-10(b)所示,其大小取决于管子的内径、弯曲半径、连接杆的刚性,以及芯棒和管子之间的间隙。超前值K过大,管子凸出部分的壁厚也就会过分变薄,同时芯棒亦不易拔出；超前值K减小时,管子凹入部分上的折皱高度便会增加。初次安装时可参照表５-３来选取,确切的数值应根据试验来决定。
表5-3 冷弯钢管时超前值K的选择
弯曲半径 超前值 弯曲半径 超前值
2.0D 0.25d 3.0D 0.33d
2.5D 0.28d 3.5D 0.38d
2.75D 0.31d 4.0D 0.41d
匙形芯棒的特点是其端部的圆柱弧面与弯曲管子的内壁相贴合,因此它不必带有任何超前值。匙形芯棒的球面半径RR按下列公式来确定:
（5-9）
式中 R——管子的弯曲半径,mm。
匙形部分的长度由圆柱形部分的中心线和球面形成线的交点位置来确定,且可按下式算出：
(5-10)
为了减少芯棒和管壁之间的摩擦,应在芯棒圆柱部分上车出一段l.0～1.5mm深的环槽,其长度当d<120mm时为(1～2.5)D棒；大于120mm时为1.5D棒。此处在匙形表面上应开出润滑油槽。
管子在开始弯曲前要在其内外表面上涂上润滑油,这样就能显著地减少在弯管过程中所产生的摩擦力。
弯管机所需模子的数量不仅决定于管子的直径,而且还决定于管子的弯曲半径。不同直径和不同的弯曲半径,就要求有适合于它们的单独的弯模和压紧模。
要大量削减弯管机所需模具的数量并提高弯管机的利用率,最重要的办法就是统一管子的弯曲半径。统一管子弯曲半径的实质就是一定外径的管子,或外径相近的管子,应按同一的半径来弯制。
除将管子的弯曲半径规格化外,还应把造船中所用的管子直径加以限制,这样也可以减少模子的数量。
6．无芯弯管机
为了解决有芯弯管机对配置多套芯棒的困难,以及节省装卸管子芯棒的辅助时间,可考虑采用无芯弯管工艺,即弯管时没有芯棒。为了防止管子在弯曲过程中产生过大的椭圆度,往往采用预变形〈反变形〉的方法,如图５-11所示。
图5-11无芯弯模预变形示意图
因此,必须设计特殊的模子,来控制其反变形量,其模子的形状应该不是正圆,它的曲线形状类似椭圆,可以通过实际试验获得。
管子进入弯模前形状是正圆的图５-11(a),通过第一个滚轮后故意造成预变形,其椭圆方向是水平的图5-11(b)；管子通过最后弯模图5-11(C)时产生的变形方向是垂直的,因而使管子得到较为正确的截面形状。
无芯弯管在实际使用中,也存在一些问题,如管子外圆卡毛、弯模易磨损、较大尺寸管子易产生较大折皱等,所以目前只在小尺寸范围内采用无芯弯管工艺。
如在较大尺寸管子弯制采用无芯弯管工艺时,通常可在弯模圆槽上加工出等间距凹槽,使管子弯制成形后,获得等间距波浪形皱纹,这样可显著减少折皱缺陷,保证管子的弯管质量。 |
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