彎管彎曲成形的缺陷分析及防止措施

賈曉晨

[摘要]在現代工業中，彎制管件應用非常廣泛，但是在彎管彎曲成型的過程中存在很多問題，針對薄壁管彎曲過程中常見缺陷，對形成彎管彎曲的缺陷因素進行分析，提出相應的解決措施。

[關鍵詞]彎管彎曲 缺陷 措施

中圖分類號：TG3 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2009）0720090－01

隨著科學技術的不斷進步和工業生產的迅速發展，對產品質量及功能提出了越來越高的要求，但在彎管過程中由于工藝條件或操作不當等原因可能會使彎出的管件產生各種各樣程度不同的缺陷，而這些缺陷的產生將直接影響到產品的安全性、可靠性以及外觀質量。

然而在實際生產中，由于管材零件的形狀、尺寸、技術條件及使用要求不同，所選用的塑性加工方法亦不相同。由于影響產品質量的因素繁多，工程設計工作有一定的難度。采用計算機模擬將大大提高熱加工的科學水平，節約大量實驗的人力和物力，可以期望21世紀熱加工的研究模式將轉換為“理論+計算機模擬+實驗”，從而以信息化帶動

工業化，高技術改造傳統工業。

一、彎管彎曲成形的缺陷分析

（一）彎曲原理分析

管材在外力矩作用下彎曲時，彎曲變形區的外側材料受到切向拉伸而伸長、內側材料受到切向壓縮而縮短。由于切向應力和應變δ沿管材斷面的分布是連續的，故當彎曲過程結束，由拉伸區過渡到壓縮區，在其交界處一定存在著一層纖維，該層纖維的應變δ=0，此纖維層稱為應變中性層，它在斷面中的位置可用曲率半徑R表示。同樣也一定存在著一層纖維，該纖維層上的應變δ=0，此纖維層稱為應力中性層，它在斷面中的位置可用曲率半徑?表示。管坯在彈性彎曲階段，應力沿斷面呈線性分布，應力與應變間的關系遵守虎克定律，故應力中性層和應變中性層互相重合并通過端面形心。隨著彎曲過程的進行，當變形程度超過材料的屈服極限后，變形性質由彈性變為塑性，故在彎曲過程中應力中性層和應變中性層不僅不相互重合，也不通過斷面形心，而是隨曲率的增大逐漸向曲率中心方向移動，并且應力中性層的移動量大于應變中性層的移動量。由金屬塑性成形原理可知，任一變形過程，其變形區的應力應變狀態都與變形條件有關。由金屬塑性成形原理可知，任一變形過程，其變形區的應力應變狀態都與變形條件有關。

（二）常見彎管的缺陷

由于管材是空心薄壁結構的斷面形狀，彎曲時易引起以下幾種缺陷：

1．管材彎曲外側易過度變薄，甚至導致開裂；2．管材彎曲內側易發生失穩起皺；3．管材截面易產生畸變（近似橢圓形）。

（三）彎管缺陷產生的原因

1．圓弧處嚴重變扁。彎管過程中，合力使圓弧處的橫截面趨向橢圓形，對于相同規格的管子，彎曲半徑越小，合力就越大，變扁的趨向就越明顯。如果是無芯彎管，變扁更嚴重，若采用有芯彎管，當芯棒直徑過小或磨損嚴重使芯棒和管子內壁間的間隙過大時，圓弧外側也容易變扁即使芯棒與管壁間的間隙合理，如果安裝芯棒時的提前量過小，管壁得不到良好的支撐，也會使得圓弧外側變扁。另外，如果安裝模具時不注意，彎管模和壓緊模（輪）型面出現錯位，彎管圓弧處也將變扁。

2．圓弧外側減薄量過大。當彎管半徑較小時，如果彎管機不帶外側面助推裝置及尾端頂推裝置，則由于壓緊模的阻力作用將使圓弧外側的拉應力增大，同時中性層內移，彎制管件的圓弧外側就會減薄，壓緊力越大，阻力也越大，減薄也越嚴重，尤其當相對彎曲半徑樹及相對壁厚越小時，減薄量越明顯。除了管材及彎管半徑等因素外，芯棒安裝時的提前量過大及潤滑不良等，也將使圓弧外側管壁的減薄量加大。

3．圓弧外側彎裂。彎管過程中圓弧外側出現裂紋或斷裂，其原因可能是多方面的。如管材熱處理不當、晶粒度過大；壓緊模（輪）壓力太大，造成彎管阻力過大；芯棒與管內壁的間隙過小，使得芯棒與內壁摩擦力太大；潤滑效果不好，使得機床抖動等都可能使圓弧外側彎裂。

4．圓弧內側起皺。常見的圓弧內側起皺有3種情況：前切點處起皺、后切點處起皺、圓弧內側全起皺。前切點處起皺一般由于芯棒安裝時提前量過小，前切點處管壁在彎曲過程中得不到芯棒支撐。后切點起皺一般是由于沒有安裝防皺?；蚍腊櫮５陌惭b與彎管模間的切點位置不對。全皺紋的產生一般是芯棒直徑過小，使得芯棒與管壁間的間隙過大易產生皺摺，再就是壓緊輪的壓力過小，不能使管子在彎曲過程中很好地與彎管模及防皺模結合，管內側受壓應力的作用后有失穩起皺的空間。

三、防止產生彎管缺陷的政策

對防止或減輕彎管缺陷的產生，彎制出符合要求的管件，就應在彎管過程中采取相應的對策加以解決。在產品設計結構允許的范圍內，應盡可能設計較大的彎曲半徑。對于前面提到的幾種常見缺陷，應有針對性的采取措施。

1．對于圓弧外側變扁嚴重的管件，在進行無芯彎管時可將壓緊模（輪）設計成具有反變形槽的結構形式，以減輕彎曲時的變扁程度。對于有芯彎管，應及時檢查芯棒的磨損情況，保證芯棒與管子內壁間的單邊間隙不大于0.5mm，同時，安裝芯棒時的提前量要適當。

2．小半徑彎管時圓弧外側減薄是彎曲工藝的特性決定的，是不可避免的，但應采取措施克服減薄量過大的情況，常見的有效方法是使用側面帶有助推裝置和尾部帶有頂推裝置的彎管機。工作時助推或頂推機構推動管子向前，抵消管子彎制時的部分阻力，改善管子剖面上的應力分布狀態，使中性層外移，從而達到減少圓弧外側減薄量的目的。助推和頂推速度根據彎管實際情況確定，使其和彎管速度相匹配。

3．對于管子圓弧外彎裂的情況，應首先保證管材具有良好的熱處理狀態，排除管材的因素后再檢查壓緊模的壓力是否太大，并調整使其壓力適當。檢查芯棒直徑是否過大，直徑大時要進行修磨，并保證芯棒與管內壁有良好的潤滑，同時采取適當措施，避免機床抖動等。

4．對于圓弧內側起皺，應根據起皺位置采取對應措施，若是前切點起皺，應向前調整芯棒位置，使芯棒提前量適當，以達到彎管時對管子的合理支撐；若是后切點起皺，應加裝防皺塊，并使其安裝位置正確，還要調整壓緊模（輪）的壓力使壓力適當；若圓弧內側全起皺，除調整壓緊模（輪）使壓力適當外，還要檢查芯棒直徑，直徑太小或磨損嚴重時應更換芯棒。

四、結論

綜上所述，在管件彎制過程中，由于工藝及操作不當等原因，可能會使彎制的管件產生不同類型、不同程度的缺陷，尤其當管件彎制半徑較小且模具間的位置及力量搭配不當時，產生缺陷的可能性更大。因此，應針對不同類型的缺陷具體分析其產生的原因，并根據不同情況采取對應措施，如調整好模具各件之間的位置及壓力、選擇適用的芯棒、良好的潤滑、加裝防皺模及助推裝置等，均可減輕直至消除缺陷的產生，從而得到較好的彎制管件。

參考文獻：

[1]梁炳文，實用板金沖壓工藝圖集，北京：機械工業出版社，1994.

[2]金國明，彎管芯棒的選擇和使用，模具技術，1998.4.