吴海鹏 高红静

【摘 要】综上所述，在管件弯制过程中，由于工艺及操作不当等原因，可能会使弯制的管件产生不同类型、不同程度的缺陷，尤其当管件弯制半径较小且模具间的位置及力量搭配不当时，产生缺陷的可能性更大。因此，应针对不同类型的缺陷具体分析其产生的原因，并根据不同情况采取对应措施，如调整好模具各件之间的位置及压力、选择适用的芯棒、良好的润滑、加装防皱模及助推装置等，均可减轻直至消除缺陷的产生，从而得到较好的弯制管件。

【关键词】弯管弯曲；成形缺陷；措施

引言

近年来，由于能源短缺、环境污染等问题的出现，需要加强制造业领域的发展。塑性加工工艺具有高效率、高品质、低消耗等优点，已成为当今制造方法的重要趋势。而作为塑性加工方面的重要部分，弯曲成形工艺在近些年获得了较大的发展。管材和型材的弯曲由于比较容易实现产品的轻量化、强韧化等要求，并易于获得形状复杂的制品，因此在石油化工、城市住宅建设、车辆和航空航天等领域得到广泛的应用。在弯曲管件中，管材原料不仅有常见的不锈钢、铜合金，还有铝、镁、钛等各种合金及难以加工成形的材料。形状除圆形截面外，还有矩形截面、不规则截面等。而在弯曲型材中，型材原料有各种不同的截面，其中包括非对称截面形状的材料。

1、弯管弯曲成形的应力分析

1.1、弯曲原理分析

管材在外力矩作用下弯曲时，弯曲变形区的外侧材料受到切向拉伸而伸长、内侧材料受到切向压缩而缩短。由于切向应力和应变s沿管材断面的分布是连续的，故当弯曲过程结束，由拉伸区过渡到压缩区，在其交界处一定存在着一层纤维，该层纤维的应变s=o，此纤维层称为应变中性层，它在断面中的位置可用曲率半径R表示.同样也一定存在着一层纤维，该纤维层上的应变6=o，此纤维层称为应力中性层，它在断面中的位置可用曲率半径口表示.管坯在弹性弯曲阶段，应力沿断面呈线性分布，应力与应变间的关系遵守虎克定律，故应力中性层和应变中性层互相重合并通过端面形心。随着弯曲过程的进行，当变形程度超过材料的屈服极限后，变形性质由弹性变为塑性，故在弯曲过程中应力中性层和应变中性层不仅不相互重合，也不通过断面形心，而是随曲率的增大逐渐向曲率中心方向移动，并且应力中性层的移动量大于应变中性层的移动量。由金属塑性成形原理可知，任一变形过程，其变形区的应力应变状态都与变形条件有关。由金属塑性成形原理可知，任一变形过程，其变形区的应力应变状态都与变形条件有关。

1.2、常见弯管的缺陷

由于管材是空心薄壁结构的断面形状，弯曲时易引起以下几种缺陷：管材弯曲外侧易过度变薄，甚至导致开裂；管材弯曲内侧易发生失稳起皱：管材截面易产生崎变（近似椭圆形）。

1.3、缺陷产生的原因

圆弧处严重变扁。弯管过程中，合力使圆弧处的横截面趋向椭圆形，对于相同规格的管子，弯曲半径越小，合力就越大，变扁的趋向就越明显。如果是无芯弯管，变扁更严重，若采用有芯弯管，当芯棒直径过小或磨损严重使芯棒和管子内壁间的间隙过大时，圆弧外侧也容易变扁即使芯棒与管壁间的间隙合理，如果安装芯棒时的提前量过小，管壁得不到良好的支撑，也会使得回弧外侧变扁。另外，如果安装模具时不注意，弯管模和压紧模（轮）型面出现错位，弯管圆弧处也将变扁；圆弧外侧减薄过大。当弯管半径较小时，如果弯管机不带外侧面助推装置及尾端顶推装置，则由于压紧模的阻力作用将使圆弧外侧的拉应力增大，同时中性层内移，弯制管件的圆弧外侧就会减薄，压紧力越大，阻力也越大，减薄也越严重，尤其当相对弯曲半径及相对壁厚越小时，减薄量越明显。除了管材及弯管半径等因素外，芯棒安装时的提前量过大及润滑不良等，也将使圆弧外侧管壁的减薄量加大；回弧外侧弯裂。弯管過程中圆弧外侧出现裂纹或断裂，其原因可能是多方面的。如管材热处理不当、晶粒度过大压紧模（轮）压力太大，造成弯管阻力过大；芯棒与管内壁的间隙过小，使得芯棒与内壁摩擦力太大；润滑效果不好，使得机床抖动等都可能使圆弧外侧弯裂；圆弧内侧起皱。常见的圆弧内侧起皱有3种情况：前切点处起皱、后切点处起皱、圆弧内侧全起皱.前切点处起皱一般由于芯棒安装时提前量过小，前切点处管壁在弯曲过程中得不到芯棒支撑。后切点起皱一般是由于没有安装防皱模或防皱模的安装与弯管模间的切点位置不对。全皱纹的产生一般是芯棒直径过小，使得芯棒与管壁间的间隙过大易产生皱摺，再就是压紧轮的压力过小，不能使管子在弯曲过程中很好地与弯管模及防皱模结合，管内侧受压应力的作用后有失稳起皱的空间。

2.防止产生缺陷的对策

对防止或减轻弯管缺陷的产生，弯制出符合要求的管件，就应在弯管过程中采取相应的对策加以解决。在产品设计结构允许的范围内，应尽可能设计较大的弯曲半径。对于前面提到的几种常见缺陷，应有针对性的采取措施。对于圆弧外侧变扁严重的管件，在进行无芯弯管时可将压紧模（轮）设计成具有反变形槽的结构形式，以减轻弯曲时的变扁程度。对于有芯弯管，应及时检查芯棒的磨损情况，保证芯棒与管子内壁间的单边间隙不大于0.5mm，同时，安装芯棒时的提前量要适当。

小半径弯管时圆弧外侧减薄是弯曲工艺的特性决定的，是不可避免的，但应采取措施克服减薄量过大的情况，常见的有效方法是使用侧面带有助推装置和尾部带有顶推装置的弯管机。工作时助推或顶推机构推动管子向前，抵消管子弯制时的部分阻力，改善管子剖面上的应力分布状态，使中性层外移，从而达到减少圆弧外侧减薄量的目的.助推和顶推速度根据弯管实际情况确定，使其和弯管速度相匹配。

对于管子圆弧外弯裂的情况，应首先保证管材具有良好的热处理状态，排除管材的因素后再检查压紧模的压力是否太大，并调整使其压力适当。检查芯棒直径是否过大，直径大时要进行修磨，并保证芯棒与管内壁有良好的润滑，同时采取适当措施，避免机床抖动等.

对于圆弧内侧起皱，应根据起皱位置采取对应措施，若是前切点起皱，应向前调整芯棒位置，使芯棒提前量适当，以达到弯管时对管子的合理支撑：若是后切点起皱，应加装防皱块，并使其安装位置正确，还要调整压紧模（轮）的压力使压力适当：若圆弧内侧全起皱，除调整压紧模（轮）使压力适当外，还要检查芯棒直径，直径太小或磨损严重时应更换芯棒.

结束语

柔性弯曲成形工艺是一种新型的三维管材和型材弯曲方法，由弯曲模具的偏移量来决定弯曲曲率的大小，柔性弯曲加工方法的优势在于不用更换模具和重新夹持就能够得到不同的弯曲形状。因此，这种成形方式致力于提升弯曲成形设备的通用性、节约制造成本和时间以及提高产品的成形质量。

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（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院）