X5CrNi18-10管材弯曲回弹补偿与管材伸长量控制

赵子义 王砚良 陈坛立 寇许 廉小增

摘要：管材在塑性弯曲过程中，由于存在弹性变形，所以在卸载后，弹性变形立即恢复，产生回弹现象，回弹的存在使弯曲后的管材尺寸精度降低，弯曲回弹后必然会产生弯曲角变小、管件轴线变长的现象。现在CRH3项目制动管材加工采用的是生产流水线，而流水线生产必须采用无余量弯管生产工艺。在采用上述工艺技术时，特别是使用数控弯管机后，如何处理好回弹、伸长问题显得更为重要和突出。但长期以来这个难题一直没有解决好，为此，我们通过大量的实验，通过实验分析方法得到弯管回弹与伸长规律。

Abstract： Due to the elastic deformation of the pipe in the process of plastic bending， the elastic deformation immediately recovers after unloading， resulting in the phenomenon of springback. The existence of springback reduces the dimensional accuracy of the pipe after bending. After bending and springback， the phenomenon that the bending angle becomes smaller and the pipe axis becomes longer will inevitably occur. At present CRH3 project brake pipe processing uses a production line， and the production line must adopt the production process of no excess bends. When using the above process technology， especially after using CNC pipe bender， how to deal with the problems of rebound and elongation becomes more important and prominent. However， this problem has not been solved for a long time. For this reason， we have obtained a large number of experiments and experimental analysis methods to obtain the springback and elongation of elbows.

關键词：X5CrNi18-10管材;弯曲回弹;管材伸长量

Key words： X5CrNi18-10 pipe;bending springback;pipe elongation

中图分类号：TG335.7                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）03-0151-02

0  引言

管子弯曲加工的弹—塑性变形，弯曲完毕后，弯管离开模具后，弹性变形恢复，所得弯管形状尺寸与图纸不符的现象叫回弹。管材弯曲完成后，轴线会被拉伸，这是由材料本身的特性决定的，因而管材的回弹和拉伸是不可避免的。

1  管材弯曲回弹值的测定

1.1 管材的材质

①我们现在使用的是欧洲标准的德国管材，其材质为X5CrNi18—10，其性能类似为0Cr18Ni9，具体描述为：

德国管材命名方法和中国的不同，合金含量超过5﹪的为高合金钢，其字母排列按合金含量高低顺序排列，最后数字表示合金含量，中间用横线隔开。

②化学成分：

1.2 管材回弹的几种处理工艺

①理论计算法：由于弯管时受力情况非常复杂，计算时需作假设和简化，而且各种数控弯管机的模具参数也各不相同，不同的厂家，甚至不同的生产批次，其性能就有可能微量不同，所以理论计算与实际有比较大的误差，这种方法在国内也没有成功的先例。

②经验值：根据以往弯制厚壁无缝钢管的经验值在系统中设置回弹量，这种方法误差较大，成形精度并不理想。

③实测法：根据现场所使用的管材和数控弯管机的类型，利用实际测量的方法来解决管材回弹的问题。

1.3 回弹值的测量过程

为解决好管材弯曲的回弹问题，我们做了以下工作进行了大量回弹实验。为了提高管子角度测量的准确性，实验中使用了“数显角度测量仪”。此测量仪测量精度为±0.1°。

①首先用数控弯管机的手动方式进行20°和120°的弯曲，注意不要加任何角度补偿。

②对刚刚弯制的两根管材进行角度测量，得出所差角度，这就是所需要补偿的角度。

③因为当材质及弯曲半径确定后，回弹角与弯曲角度呈线性比例关系，按这两个补偿角度，推算出30°、50°、70°、90°、110°的补偿角度，然后用相同的管材进行数控手动试弯，注意要加上补偿。

④对刚刚弯制的30°、50°、70°、90°、110°管材进行测量，检测误差，并修正补偿角度。

⑤用最终角度补偿弯制新的1°、15°、30°、50°、70°、90°、110°管材，测量误差，并捆绑好放在一旁，每两天进行测量一次，检测是否有反弹，一直测量到反弹结束为止。

综上所述可知，实测法是目前得到回弹规律最简单、最实用和最精确的方法之一。

2  管材弯曲伸长量的控制

2.1 伸长量的控制方法

一定长度的管子在弯管机上弯曲后，管子的轴线长度会增大，其增大量称为管子的伸长量。对于这个问题，过去解决的方法有：

①计算法：与计算出来的回弹量一样，因为管材受力条件很复杂，需要很多假设和简化，因此计算出来的数值与实际偏差很大，参考性不大。

②经验法：根据以往弯管的经验数值来对管材的伸长量进行去除，对于伸长量去除错误，导致无法装车的管材，只能用“头疼医头，脚疼医脚”的方法来解决这个问题，这种方法能治标而不治本。

③实测法：只使用一种管材，并且同一根管材弯曲过程中，弯曲半径并不发生变化，所以我们用实测法来解决伸长量的问题，并总结出伸长规律。

2.2 伸长量的测定过程

为了确保实测数值的准确性，我们在实测过程中使用了“数显游标卡尺”，此卡尺测量精度达到±0.01mm。

首先编制两个程序，这两个程序如图1、图2。

以上两个程序的参数大致相同，只是第一和第二个弯的进弯角度不同，所以轴线拉伸量也不同。

当管材的材质和弯曲半径确定以后，其伸长量与弯曲角之间呈不过原点的直线关系，根据这个特性，编制出弯曲角度为15°、30°、50°、70°和90°的四个程序。

用“数显游标卡尺”和数控核管工装进行测量对每一根管材伸长量。

用总伸长量除以总的弯曲角度，就得出伸长量/度。

将管材伸长量进行汇总，制作成表格以备以后使用。

3  结论

实践证明，当管材的材质和弯曲半径确定以后，其回弹量和伸长量与弯曲角之间均呈不过原点的直线关系，用实测法实测管材弯曲加工中的回弹量和伸长量，能够解决管材弯曲过程中形成的管路回弹和管材轴线拉伸问题，并且将回弹量和拉伸量绘制成表格，为以后弯管生产提供依据，从而提高数控弯制的工艺质量，满足批量生產的需要，并且满足流水线的生产要求。

参考文献：

[1]卢文申.解析预应力钢筒混凝土管管材抗裂外压检验荷载及抗裂检验内压计算[J].价值工程，2017，36（36）：169-170.

[2]邹健，杨昆，肖桂嘉，孙晓晨，曹洪臻.基于IE和Flexsim的PE管材生产线平衡改善研究[J/OL].机械工程与自动化，2019（06）：26-27.

[3]蒋庆梅，张小强，钟桂香，张振永.中俄东线黑龙江穿越段管材关键性能指标对比与确定[J/OL].油气储运：1-8[2019-12-11].