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管件基本知識
提起管件我們大家都不陌生,在日常生活中經常能夠接觸到,管件的用途範圍非常大,但在我國體現的差一些,在日本,無論是樣品或資料介紹,管件種類很多,各式各樣。如果要給管件下一個定義,我認爲凡是管材經過深加工生産的産品都應該屬于管件的範疇。日本確實如此。那麽管件既然是管子做原料通過深加工成爲一種産品,所以,這種産品具有管子和機械零件的雙重特性,是二者的結合。管子是管件所必須的原材料,但管件的加工方法很多,只要是機械加工的方法,它都可以應用。管件爲什麽在國外發展如此迅速,我認爲有兩個比較突出的優點:第一是可代替部分機加工産品,而且比機械加工件、鑄件、鍛造結構件重量輕,節約材料;二是比機械加工産品節省工序、工時,降低工件成本。日本材料界的資料介紹一種卡車用的連杆機械加工方法與管件法做過比較,同樣的産品重量用的材料重量就不同了,機械加工法是10.35kg,而用管件做這個零件則用9.32kg,節約了材料;機械加工的零件單價爲240日元,若用管件則單價爲140日元。所以管件法在價格上很有優勢,將近降低了50%。從性能上講,管件法要優于機械加工法。
管件種類很多,歸納有以下幾種主要類型:
1.變直徑管件,指管端或管上某一部分直徑減小;
2.變壁厚的管件,指沿管子長度方向使壁厚發生變化;
3.改變斷面的管件,根據要求,將圓形斷面變爲方形、橢圓形、多邊形等等;
4.彎曲管件,我們接觸比較多的,就是將直管變爲不同曲率半徑的彎管,如彎頭、彎管等等;
5.帶凸緣和圓緣的管件,前者指管子端部向內側或外側凸,後者指在管的圓周方向形成隆起的或凹槽的管件;
6.帶卷邊和封底類的管件,增加管端總強度向管的外側或內側卷邊或將管件端部封住的管件;
7.擴徑管件,按照要求將管件端部或某部位擴大形成各種形狀的管件;
管件的加工方法也有很多種。很多還屬于機械加工類的範疇,用的最多的是沖壓法、鍛壓法、滾輪加工法、滾軋法、鼓脹法、拉伸法、彎曲法、和組合加工法。管件加工是機加工和金屬壓力加工的有機結合。
現舉例說明如下:
鍛壓法:用型鍛機將管子端部或一部分予以沖伸,使外徑減少,常用型鍛機有旋轉式、連杆式、滾輪式。
沖壓法:在沖床上用帶錐度的芯子將管端擴到要求的尺寸和形狀。
滾輪法:在管內放置芯子,外周用滾輪推壓,用于圓緣加工。
滾軋法:一般不用芯軸,適合于厚壁管內側圓緣。
彎曲成形法:有三種方法較爲常用,一種方法叫伸展法,另一種方法叫沖壓法,第三種是大家較爲熟悉的滾輪法,有3-4個輥,兩個固定輥,一個調整輥,調整固定輥距,成品管件就是彎曲的。這種方法應用的較廣,若生産螺旋管,曲率還可增大。
鼓脹法:一種是在管內放置橡膠,上方用沖子壓縮,使管子凸出成形;另一種方法是液壓鼓脹成形,在管子中部充入液體,靠液體壓力把管子鼓成所需要的形狀,像我們常用的波紋管的生産大部分用的是這種方法。
總之管件用途廣泛,種類繁多。日本生産方法都是特許的,有的管件生産方法和工藝都申報了專利,管件專利很多,大多是組合加工。我國的管件加工差距很大,舉個例子:自行車用的三通四通,在國外早在四五年就采用鼓脹成形的管頭,而我國的廠家到現在可能還在用焊接的方法。人們幾乎不認識這種事物,很難接受新事物,即使有,廠家也不一定願意改變這種工藝。我國在管件這方面發展得很慢,比較落後。
下面講一下用于管路連接的管件,如:彎頭、大小頭、三通、管帽、彎管等。這些管件主要用在石油、化工、電力、造船、建築行業等領域。比如:室內采暖管道有的要異徑連接,有的要轉向連接,有的要分流連接,它們分別可采用大小頭(國外叫異徑管)、彎頭和三通管件。當然這些有的是鑄件,有的是由管子做原料通過加工的方法生産。
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。
下面我來講一下彎頭的分類方法,按它的曲率半徑來分,可分爲長半徑彎頭和短半徑彎頭。長半徑彎頭指它的曲率半徑等于1.5倍的管子外徑,即r=1.5d。短半徑彎頭指它的曲率半徑等于管子外徑,即r=d。式中的d爲彎頭直徑,r爲曲率半徑。若按壓力等級來分,大約有十七種,和美國的管子標准是相同的,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兩種。按彎頭的角度分,有45o彎頭,有90o彎頭和180o彎頭。這樣一來彎頭的種類是很多的,定貨時定單常采取如下表示方法:如lr std 90o 8,表示長半徑,壓力等級爲std,90o的8彎頭;又如,sr xs 45o 4表示短半徑,壓力等級爲xs,45o的4彎頭。以上爲彎頭的大概分類情況。
三通,一般有兩種。三個口直徑相等的爲等直徑三通,兩端直徑相同,但彙流端直徑與其它兩個直徑不同稱爲異徑三通。表示方法如下:對于等徑三通,比如t3三通則表示外徑是3英寸的等徑三通。對于異徑三通,比如t4×4×3.5表示同徑爲四英寸異徑爲3.5英寸的異徑三通。壓力等級和彎頭的壓力等級都是一樣的,其規格範圍也是一樣的。
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:
幾何尺寸包括外徑、內徑、壁厚。還要求控制曲率半徑。比如半徑長度爲1.5d,那麽曲率半徑必須在所要求的公差範圍之內。由于這些管件大多數用于焊接,爲了提高焊接質量,端部都車成坡口,留一定的角度,帶一定的邊,這一項要求也比較嚴,邊多厚,角度爲多少和偏差範圍都有規定,幾何尺寸上比管件多了很多項。表面質量和機械性能基本和管子是一樣的。爲了焊接方便,和被連接的管子的鋼種是相同的。第四,就是所有的管件都要經過表面處理,把內外表面的氧化鐵皮通過噴丸處理噴掉,再塗上防腐漆。這既是爲了出口需要,再者,在國內也是爲了方便運輸防止鏽蝕氧化,都要做這方面的工作。第五,就是對包裝的要求,對于小管件,如出口,就需要做木箱,大約1立方米,規定這種箱子中的彎頭數量大約不能超過一噸,該標准允許套裝,即大套小,但總重量一般不可超過1噸。對于大件就要單個包裝,像24″的就必須單個包裝。另外就是包裝標記,標記是要注明尺寸、鋼號、批號、廠家商標。在管件上要打上鋼印,並附有裝箱單和質保書等文件。
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。
三通的生産工藝也基本是如此。要根據三通的不同規格進行下料。下料後先要噴砂,要在成形前將表面的氧化鐵皮去除。成形則采用液壓鼓脹法成形。有模具,模具底部平直,上邊有凸緣孔。將管子放入後,管子用液壓缸固定,兩邊充入液體向內凸脹,把管擠成凸字形,再把凸起處從適當位置切除,也打成坡口。它要經過兩次噴丸處理。由于加工過程中,有加工硬化,所以也需要熱處理。管件的生産工藝流程就是這些情況。
需要再說明的是切斷,要求一定采用切管機,再有鋸床,大一些的規格就采用火焰切割。無論采用什麽方法,一定要保證管端平直、無毛刺、定尺准確。否則,在推制過程中,管端容易破裂。推制這方面的技術問題,在于工具設計。若設計的好,推出來的型比較正,基本符合要求。有的廢品較多,主要是由于工具問題。設計主要是憑經驗。還需要有經驗的工人不斷修磨,才能投入正常使用。工具很重要。另外,推制現在都采用液壓的推制方法。液壓推制速度可調。大彎頭與小彎頭的推制速度是不同的,加熱速度也不相同。另外用液壓推制的變形也比較平穩。現在機械推制的方法已經不很多了,加熱也比較重要。老式的加熱采用煤氣爐,把管子加熱,現在都改用中頻加熱。約在70年代以後我國的這種加熱方式才過關。這種方法溫度比較好控制,加熱也比較均勻。通過調節線圈的個數來控制加熱溫度。若是燒咀,就不太好控制。另外推制前要預熱。芯棒預熱後再固定管子。中頻加熱技術的采用對彎頭生産是很大的進步,産量、質量都有很大提高。

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