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管件基本知识
提起管件我们大家都不陌生,在日常生活中经常能够接触到,管件的用途范围非常大,但在我国体现的差一些,在日本,无论是样品或资料介绍,管件种类很多,各式各样。如果要给管件下一个定义,我认为凡是管材经过深加工生产的产品都应该属于管件的范畴。日本确实如此。那么管件既然是管子做原料通过深加工成为一种产品,所以,这种产品具有管子和机械零件的双重特性,是二者的结合。管子是管件所必须的原材料,但管件的加工方法很多,只要是机械加工的方法,它都可以应用。管件为什么在国外发展如此迅速,我认为有两个比较突出的优点:第一是可代替部分机加工产品,而且比机械加工件、铸件、锻造结构件重量轻,节约材料;二是比机械加工产品节省工序、工时,降低工件成本。日本材料界的资料介绍一种卡车用的连杆机械加工方法与管件法做过比较,同样的产品重量用的材料重量就不同了,机械加工法是10.35kg,而用管件做这个零件则用9.32kg,节约了材料;机械加工的零件单价为240日元,若用管件则单价为140日元。所以管件法在价格上很有优势,将近降低了50%。从性能上讲,管件法要优于机械加工法。
管件种类很多,归纳有以下几种主要类型:
1.变直径管件,指管端或管上某一部分直径减小;
2.变壁厚的管件,指沿管子长度方向使壁厚发生变化;
3.改变断面的管件,根据要求,将圆形断面变为方形、椭圆形、多边形等等;
4.弯曲管件,我们接触比较多的,就是将直管变为不同曲率半径的弯管,如弯头、弯管等等;
5.带凸缘和圆缘的管件,前者指管子端部向内侧或外侧凸,后者指在管的圆周方向形成隆起的或凹槽的管件;
6.带卷边和封底类的管件,增加管端总强度向管的外侧或内侧卷边或将管件端部封住的管件;
7.扩径管件,按照要求将管件端部或某部位扩大形成各种形状的管件;
管件的加工方法也有很多种。很多还属于机械加工类的范畴,用的最多的是冲压法、锻压法、滚轮加工法、滚轧法、鼓胀法、拉伸法、弯曲法、和组合加工法。管件加工是机加工和金属压力加工的有机结合。
现举例说明如下:
锻压法:用型锻机将管子端部或一部分予以冲伸,使外径减少,常用型锻机有旋转式、连杆式、滚轮式。
冲压法:在冲床上用带锥度的芯子将管端扩到要求的尺寸和形状。
滚轮法:在管内放置芯子,外周用滚轮推压,用于圆缘加工。
滚轧法:一般不用芯轴,适合于厚壁管内侧圆缘。
弯曲成形法:有三种方法较为常用,一种方法叫伸展法,另一种方法叫冲压法,第三种是大家较为熟悉的滚轮法,有3-4个辊,两个固定辊,一个调整辊,调整固定辊距,成品管件就是弯曲的。这种方法应用的较广,若生产螺旋管,曲率还可增大。
鼓胀法:一种是在管内放置橡胶,上方用冲子压缩,使管子凸出成形;另一种方法是液压鼓胀成形,在管子中部充入液体,靠液体压力把管子鼓成所需要的形状,像我们常用的波纹管的生产大部分用的是这种方法。
总之管件用途广泛,种类繁多。日本生产方法都是特许的,有的管件生产方法和工艺都申报了专利,管件专利很多,大多是组合加工。我国的管件加工差距很大,举个例子:自行车用的三通四通,在国外早在四五年就采用鼓胀成形的管头,而我国的厂家到现在可能还在用焊接的方法。人们几乎不认识这种事物,很难接受新事物,即使有,厂家也不一定愿意改变这种工艺。我国在管件这方面发展得很慢,比较落后。
下面讲一下用于管路连接的管件,如:弯头、大小头、三通、管帽、弯管等。这些管件主要用在石油、化工、电力、造船、建筑行业等领域。比如:室内采暖管道有的要异径连接,有的要转向连接,有的要分流连接,它们分别可采用大小头(国外叫异径管)、弯头和三通管件。当然这些有的是铸件,有的是由管子做原料通过加工的方法生产。
首先我来介绍弯头。弯头现在国际通用的标准是美国的国家标准ansib16.9和16.28。该标准的外径尺寸范围是1/2″~ 80″,一般24″以内的都是用无缝钢管为原材料,26″到80″的都是用钢板冲压以后再焊接。壁厚最大可达60mm,最小到1.24mm。钢种用的最多的是碳素钢(20#)、合金钢和不锈钢,共24个钢种。锅炉上用的crmo钢像15cr,用量比较大。三通,外径范围在2.5″-60″,从26″-60″为焊接三通。壁厚28-60mm。大小头规格范围,常规上先说大头规格,再说小头规格,大头最小0.75″,小头最小0.5″,大头最大60″,小头最大48″,20-60″为焊接的,壁厚2.8-4.5mm。
下面我来讲一下弯头的分类方法,按它的曲率半径来分,可分为长半径弯头和短半径弯头。长半径弯头指它的曲率半径等于1.5倍的管子外径,即r=1.5d。短半径弯头指它的曲率半径等于管子外径,即r=d。式中的d为弯头直径,r为曲率半径。若按压力等级来分,大约有十七种,和美国的管子标准是相同的,有:sch5s、sch10s、sch10、sch20、sch30、sch40s、std、sch40、sch60、sch80s、xs;sch80、sch100、sch120、sch140、sch160、xxs,其中最常用的是std和xs两种。按弯头的角度分,有45o弯头,有90o弯头和180o弯头。这样一来弯头的种类是很多的,定货时定单常采取如下表示方法:如lr std 90o 8,表示长半径,压力等级为std,90o的8弯头;又如,sr xs 45o 4表示短半径,压力等级为xs,45o的4弯头。以上为弯头的大概分类情况。
三通,一般有两种。三个口直径相等的为等直径三通,两端直径相同,但汇流端直径与其它两个直径不同称为异径三通。表示方法如下:对于等径三通,比如t3三通则表示外径是3英寸的等径三通。对于异径三通,比如t4×4×3.5表示同径为四英寸异径为3.5英寸的异径三通。压力等级和弯头的压力等级都是一样的,其规格范围也是一样的。
大小头,也是这个分法。大小头的表示方法是大头直径乘以小头直径,例如8×6表示大头直径是8英寸,小头直径是6英寸的大小头。 管件的技术要求有以下几点:
几何尺寸包括外径、内径、壁厚。还要求控制曲率半径。比如半径长度为1.5d,那么曲率半径必须在所要求的公差范围之内。由于这些管件大多数用于焊接,为了提高焊接质量,端部都车成坡口,留一定的角度,带一定的边,这一项要求也比较严,边多厚,角度为多少和偏差范围都有规定,几何尺寸上比管件多了很多项。表面质量和机械性能基本和管子是一样的。为了焊接方便,和被连接的管子的钢种是相同的。第四,就是所有的管件都要经过表面处理,把内外表面的氧化铁皮通过喷丸处理喷掉,再涂上防腐漆。这既是为了出口需要,再者,在国内也是为了方便运输防止锈蚀氧化,都要做这方面的工作。第五,就是对包装的要求,对于小管件,如出口,就需要做木箱,大约1立方米,规定这种箱子中的弯头数量大约不能超过一吨,该标准允许套装,即大套小,但总重量一般不可超过1吨。对于大件就要单个包装,像24″的就必须单个包装。另外就是包装标记,标记是要注明尺寸、钢号、批号、厂家商标。在管件上要打上钢印,并附有装箱单和质保书等文件。
下面我再谈一下管件生产的工艺流程。以弯头为倒,若做长半径弯头,如用天管公司的管,要先选定规格,提出管料。扩径率,通过理论计算,一般扩径率在33%-35%之间,倒推回去。短半径219mm的一般的扩径率为50%。选好原料后,按弯头规格下料,再考虑曲率半径, 比如,90°的弯头,通过其曲率可以算出下多长料可加工出90°的弯头。通过理论计算可算出,然后以该长度为定尺进行切断。最后把料进行热推制。推制机大家可能都看过,实际很简单。它是一个牛角状芯头或芯棒,芯棒由细变粗,推制过程是一个扩径带弯曲的过程。后边有支撑,把下料管段穿入芯棒,后边有一牌坊架将芯棒固定。中间有一小车,小车有的通过液压传动,有的通过机械传动即丝杠传动,然后往前推小车。小车推着管子顺着芯棒往前走,芯棒外有一个感应圈,把管子加热,加热好,然后小车把管子推下,就加工好一个。推好后,弯头要就此热状态下进行整形。因为有的弯头处理不当后,就会扭曲,这是不允许的。另外,推头后一般都是前端外径大,要通过整形模进行整形。整形模实际上是一个压力机,要有一套模具,两个半圆弧,上下各一个。整形后的外径就达到了成品的尺寸要求了。壁厚就以来料的壁厚进行控制。弯头和管子的壁厚公差都是相同的,均为±12.5%。在推制过程中,正常情况下壁厚不应当发生变化,但如果因为工具原因,有的地方会发生减壁现象,所以一般提料时,壁厚要加一些余量,如弯头是8.18mm的壁厚,一般都提8.5mm左右的管子,防止在推制时由于局部减厚而超差。整好形后,弯头的外径、壁厚尺寸都达到了要求。下面就进行精整工序,经过喷丸处理,把弯头内外表面的氧化铁皮去除,把两端进行坡口处理以便于焊接。再经过检查、打钢字、喷涂漆、包装等工序后,就可以出厂了。以上是24″以下以无缝钢管作为原料的弯头生产方法,超过24″以后即600mm以上的,最大弯头在2.032米~2.80米之间,是用钢板做的。把钢板按要求裁成料后,像uoe成型,也是通过冲模冲压冲成圆形。有两半然后再拼合、焊接。由于焊缝的存在,所以要进行无损探伤。由于有焊接应力的存在,所以还要进行热处理。焊接弯头多了两道工序:一是探伤,一是热处理。其他程序相同。
三通的生产工艺也基本是如此。要根据三通的不同规格进行下料。下料后先要喷砂,要在成形前将表面的氧化铁皮去除。成形则采用液压鼓胀法成形。有模具,模具底部平直,上边有凸缘孔。将管子放入后,管子用液压缸固定,两边充入液体向内凸胀,把管挤成凸字形,再把凸起处从适当位置切除,也打成坡口。它要经过两次喷丸处理。由于加工过程中,有加工硬化,所以也需要热处理。管件的生产工艺流程就是这些情况。
需要再说明的是切断,要求一定采用切管机,再有锯床,大一些的规格就采用火焰切割。无论采用什么方法,一定要保证管端平直、无毛刺、定尺准确。否则,在推制过程中,管端容易破裂。推制这方面的技术问题,在于工具设计。若设计的好,推出来的型比较正,基本符合要求。有的废品较多,主要是由于工具问题。设计主要是凭经验。还需要有经验的工人不断修磨,才能投入正常使用。工具很重要。另外,推制现在都采用液压的推制方法。液压推制速度可调。大弯头与小弯头的推制速度是不同的,加热速度也不相同。另外用液压推制的变形也比较平稳。现在机械推制的方法已经不很多了,加热也比较重要。老式的加热采用煤气炉,把管子加热,现在都改用中频加热。约在70年代以后我国的这种加热方式才过关。这种方法温度比较好控制,加热也比较均匀。通过调节线圈的个数来控制加热温度。若是烧咀,就不太好控制。另外推制前要预热。芯棒预热后再固定管子。中频加热技术的采用对弯头生产是很大的进步,产量、质量都有很大提高。

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