小彎頭銅管制備工藝及技術(shù)研究進展

胡春暉，趙森森

（江西江銅龍昌精密銅管有限公司，江西 南昌 330000）

在我國，銅管材料一般運用在空調(diào)制冷領(lǐng)域，主要運用在兩方面，一方面是空調(diào)制冷的蒸發(fā)器和冷凝器，另一方面是空調(diào)的連接管件。銅管材料無論作何種用途，都有一個繞不開的作用，那就是制冷劑的通道。小彎頭銅管主要用在蒸發(fā)器和冷凝器的連接管上，起到連接彎制內(nèi)螺紋銅管和鋁箔之間的作用。現(xiàn)如今，為了加強銅管的使用壽命和使用體驗，部分企業(yè)對銅管的厚度和齒形提出了更高的要求。為了降低生產(chǎn)成本，小彎管的生產(chǎn)趨勢逐漸趨向于小口徑、薄管壁和瘦高齒的新型式樣。小彎頭銅管的尺寸較過去有所降低，這導致小彎頭銅管在制彎過程中容易出現(xiàn)“U”型扁平、外側(cè)管壁過薄等缺陷，這些問題會導致小彎頭銅管出現(xiàn)外側(cè)管壁開裂、內(nèi)側(cè)管壁起皺的現(xiàn)象。因此探究小彎頭銅管缺陷的形成原因和彎曲工藝對提高小彎頭銅管生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重要作用，不僅如此，對于生產(chǎn)工廠來說，可以在很大程度上提高小彎頭銅管的成品率。的位置會隨著銅管的彎曲程度的不同而發(fā)生變化。以上是拉應(yīng)力對小彎頭銅管缺陷產(chǎn)生的影響。

1 小彎頭銅管缺陷分析

1.1 拉應(yīng)力對小彎頭銅管缺陷的影響

小彎頭銅管在發(fā)生彎曲形變時，會遵循塑性形變體積不變的原則，導致壓縮和拉伸發(fā)生在銅管的內(nèi)側(cè)和外側(cè)管壁。小彎頭銅管在受到外力作用發(fā)生形變時，外側(cè)管壁會產(chǎn)生拉應(yīng)力作用，這使得管壁會變薄，會讓銅管的外側(cè)管壁產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。在小彎頭銅管內(nèi)側(cè)管壁受到壓應(yīng)力作用時，管壁會變厚，導致小彎頭銅管內(nèi)側(cè)管壁出現(xiàn)皺紋缺陷[1]。在外側(cè)拉應(yīng)力和內(nèi)側(cè)壓應(yīng)力同時產(chǎn)生，使銅管合力受壓的情況下，會導致銅管的橫向直徑增大，銅管的形狀會從圓形變?yōu)闄E圓形，如圖1所示。

圖1 小彎頭銅管

小彎頭銅管在產(chǎn)生彎曲形變的過程中隨之出現(xiàn)一個最大等效應(yīng)力的變化過程，在小彎頭銅管制彎過程中，最大等效應(yīng)力是處在銅管的外側(cè)，并且會隨著彎曲程度的不同發(fā)生位移的現(xiàn)象。這表明，在小彎頭銅管的外側(cè)管壁比較容易產(chǎn)生裂紋，而且裂紋

1.2 角度對小彎頭銅管缺陷的影響

角度的變化對小彎頭銅管也會產(chǎn)生一定的影響，小彎頭銅管的不同彎曲角度會產(chǎn)生不同的質(zhì)量效果。當彎曲角度為180°時，這時小彎頭銅管產(chǎn)生的最大等效應(yīng)力值的范圍最大，因此在這時最容易發(fā)生外側(cè)管壁開裂的情況，而且裂紋會順著由外到內(nèi)的方向擴展。當小彎頭銅管的彎曲角度呈45°時，在彎曲點會產(chǎn)生一個質(zhì)點，該質(zhì)點會呈現(xiàn)螺旋形的移動軌跡。當彎曲角度增大到90°時，質(zhì)點的螺旋位移運動從銅管外側(cè)移動到銅管內(nèi)側(cè)。質(zhì)點的螺旋式運動會導致在銅管內(nèi)部出現(xiàn)多個質(zhì)點，質(zhì)點的數(shù)量增多后，會在銅管內(nèi)部產(chǎn)生質(zhì)點堆積的現(xiàn)象，從而使銅管產(chǎn)生管壁加厚、出現(xiàn)褶皺的現(xiàn)象。當小彎頭銅管的彎曲角度處于135°～180°之間時，在彎曲處的質(zhì)點螺旋運動現(xiàn)象就消失了，這說明小彎頭銅管最容易發(fā)生褶皺現(xiàn)象的角度是0°～90°[2]。這個結(jié)果可以為我國小彎頭銅管制作工藝的進步提供有效參考，在一定程度上，能夠推動我國銅管制備工藝的發(fā)展。

2 小彎頭銅管制彎成型原理及分類

2.1 小彎管管材彎曲成型分類

在我國的管材領(lǐng)域，存在很多管材彎曲的方法，根據(jù)不同管材的材料、規(guī)格、彎曲極限等進行分類。按照彎曲形狀來分，有矩形管彎曲、不規(guī)則截面管彎曲、圓管彎曲；按制彎方法來分，有焊接管彎曲和無縫管彎曲；按彎曲材料來分，有銅管、鋼管、鈦合金管彎曲等；按銅管是否有填充物進行彎曲情況可分為無芯彎曲和有芯彎曲；按照管材的難易程度來分，可以分為大曲率和小曲率彎曲；按照彎曲時是否需要對銅管進行加熱又可以分為室溫冷彎和加熱彎曲；按照彎曲方式來分，又可以分為純彎曲、拉彎、繞彎、推彎、壓彎、錕彎等[3]。在一般情況下，冷加工的制彎方式就已經(jīng)能夠滿足管材的制彎需要，對于批量較小且具有一定長度的管材一般采取人工制彎的方式，對于大批量的管材生產(chǎn)運用專用的彎管設(shè)備。對于部分加工硬化嚴重的管材，為了能夠提高管材的塑性程度形變至最大限度，一般會采用加熱彎曲的方式來達到這一目的。為了減少管材截面出現(xiàn)畸形的問題，可以在彎曲時對可填充的管材填充填料或者芯棒，可以有效地減少管材橫截面出現(xiàn)畸形的缺陷[4]。

2.2 小彎管彎曲成型原理分析

管材塑性成形是以管材作為毛坯材料，通過塑性加工的手段生產(chǎn)經(jīng)過二次加工后的管材零件，在我國被劃為深加工的技術(shù)范疇。管材彎曲塑形是通過不同的塑形手段，將毛坯管材進行制彎的加工過程，管材彎曲加工在形狀、彎曲角度、彎曲半徑等方面都有一定的制彎原則，如圖2所示。一般通過外力作用實現(xiàn)管材的彎曲變形，小彎頭銅管彎曲時因為收到切向拉應(yīng)力的作用，外側(cè)管壁會產(chǎn)生一定的伸長形變；內(nèi)側(cè)管壁受到切向壓應(yīng)力的作用產(chǎn)生縮短形變[5]。

圖2 小彎管彎曲成型原理結(jié)構(gòu)圖

當小彎頭銅管彎曲形變過程結(jié)束后，拉應(yīng)力向壓應(yīng)力方向壓縮，使得銅管發(fā)生彎曲形變，隨著彎曲的進行，形變程度不斷加大，管材彎曲會產(chǎn)生彈性變形到塑性變形的轉(zhuǎn)變。整個形變過程由三個階段組成，分別是彈性變形階段、彈塑性變形階段和塑形變形，是一個遞進的變形過程。

3 小彎頭銅管技術(shù)研究進展

3.1 小彎頭銅管的繞彎過程

不同的管材的繞彎過程是不盡相同的，在小彎頭銅管的繞彎過程中，用于繞彎是芯棒在固定后，位置需要始終保持不變。毛坯管材的一端由防皺塊和上壓板進行固定，另一端通過壓塊和彎曲磨具保持夾持狀態(tài)， 當彎曲角度達到既定要求時，小彎頭銅管的繞彎工藝就基本完成[6]。由于銅的可塑性極強，所以彎曲工藝一般選擇在室溫條件下的冷加工。小彎頭銅管作為銅質(zhì)管材的一種，一般使用的制彎加工工藝就算室溫條件下的冷加工，主要運用的模具有彎曲模、芯棒、旋轉(zhuǎn)壓塊和壓力模[7]。小彎頭銅管的制備工藝受到很多因素的影響，要嚴格遵循加工的條件和方法，遵循既定的制彎規(guī)則和制彎角度，提高小彎頭銅管制彎工藝的水平。

3.2 小彎頭銅管的繞彎工藝分析

小彎頭通關(guān)的繞彎工藝受到多方面因素的影響，比如、應(yīng)力場因素、應(yīng)變場因素、壁厚變化因素、截面畸變因素等。小彎頭銅管時通過彎曲生產(chǎn)的管材，其成型特點使得在進行制彎過程中容易發(fā)生外側(cè)管壁過薄、內(nèi)側(cè)管壁過厚、截面畸形的現(xiàn)象，甚至會引發(fā)管壁出現(xiàn)彎曲開裂、失穩(wěn)褶皺的狀況[8]。這些小彎頭銅管存在的缺陷在很大程度上影響了使用效果。繞彎工藝作為小彎頭銅管生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，我們要給予小彎頭銅管繞彎工藝極高的關(guān)注和重視。在繞彎過程中，隨著彎曲程度的不斷增強，當找到一個合理的平衡點時，小彎頭銅管的內(nèi)外側(cè)管壁的變形程度就會逐漸變得平穩(wěn)、協(xié)調(diào)，會使的銅管內(nèi)外側(cè)管壁受到的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力趨于合理狀態(tài)，使得小彎頭銅管內(nèi)外側(cè)管壁的薄厚情況趨于合理[9]。

4 結(jié)語

我國小彎頭銅管在當下的應(yīng)用領(lǐng)域主要是在空調(diào)制冷方面，主要的生產(chǎn)企業(yè)是銅盤管加工企業(yè)，直接運用在銅盤管加工企業(yè)的工藝流程中。銅盤管加工企業(yè)主要是服務(wù)于空調(diào)加工企業(yè)以及與其配套的生產(chǎn)廠家通過對小彎頭銅管制備工藝的研究，可以有效地提高工廠的生產(chǎn)效率，降低人工成本，為生產(chǎn)企業(yè)降本增效，大大減少小彎頭銅管的退廢率。提高小彎頭銅管的生產(chǎn)制備工藝水平不僅可以為生產(chǎn)企業(yè)提高收益，還能更好地滿足市場對于高質(zhì)量小彎頭銅管的需要，因此研究小彎頭銅管的制備工藝有非常重要的意義。本文重點分析了小彎頭銅管的各項指標，詳細對比不同管材之間制彎過程的差異。通過對不同管材進行對比發(fā)現(xiàn)，小彎頭銅管的制作工藝的水平受到很多因素的影響，比如應(yīng)力分布、銅管材料、制彎工藝等。我們要從實際出發(fā)，具體分析和掌握不同因素對小彎頭銅管制作工藝的影響，進一步優(yōu)化小彎頭銅管的制備工藝，生產(chǎn)出優(yōu)良的小彎頭銅管、以滿足市場的需求。