賈曉晨

[摘要]在現(xiàn)代工業(yè)中，彎制管件應(yīng)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(yīng)的解決措施。

[關(guān)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(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)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?shù)仍蚩赡軙箯澇龅墓芗a(chǎn)生各種各樣程度不同的缺陷，而這些缺陷的產(chǎn)生將直接影響到產(chǎn)品的安全性、可靠性以及外觀質(zhì)量。

然而在實際生產(chǎn)中，由于管材零件的形狀、尺寸、技術(shù)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(chǎn)品質(zhì)量的因素繁多，工程設(shè)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(jié)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(zhuǎn)換為“理論+計算機模擬+實驗”，從而以信息化帶動

工業(yè)化，高技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)。

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(qū)的外側(cè)材料受到切向拉伸而伸長、內(nèi)側(cè)材料受到切向壓縮而縮短。由于切向應(yīng)力和應(yīng)變δ沿管材斷面的分布是連續(xù)的，故當彎曲過程結(jié)束，由拉伸區(qū)過渡到壓縮區(qū)，在其交界處一定存在著一層纖維，該層纖維的應(yīng)變δ=0，此纖維層稱為應(yīng)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(yīng)變δ=0，此纖維層稱為應(yīng)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(yīng)力沿斷面呈線性分布，應(yīng)力與應(yīng)變間的關(guān)系遵守虎克定律，故應(yīng)力中性層和應(yīng)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(zhì)由彈性變?yōu)樗苄?，故在彎曲過程中應(yīng)力中性層和應(yīng)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(yīng)力中性層的移動量大于應(yīng)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(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)都與變形條件有關(guān)。由金屬塑性成形原理可知，任一變形過程，其變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)都與變形條件有關(guān)。

（二）常見彎管的缺陷

由于管材是空心薄壁結(jié)構(gòu)的斷面形狀，彎曲時易引起以下幾種缺陷：

1．管材彎曲外側(cè)易過度變薄，甚至導(dǎo)致開裂；2．管材彎曲內(nèi)側(cè)易發(fā)生失穩(wěn)起皺；3．管材截面易產(chǎn)生畸變（近似橢圓形）。

（三）彎管缺陷產(chǎn)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(guī)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(nèi)壁間的間隙過大時，圓弧外側(cè)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(cè)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(xiàn)錯位，彎管圓弧處也將變扁。

2．圓弧外側(cè)減薄量過大。當彎管半徑較小時，如果彎管機不帶外側(cè)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(cè)的拉應(yīng)力增大，同時中性層內(nèi)移，彎制管件的圓弧外側(cè)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(cè)管壁的減薄量加大。

3．圓弧外側(cè)彎裂。彎管過程中圓弧外側(cè)出現(xiàn)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(nèi)壁的間隙過小，使得芯棒與內(nèi)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(cè)彎裂。

4．圓弧內(nèi)側(cè)起皺。常見的圓弧內(nèi)側(cè)起皺有3種情況：前切點處起皺、后切點處起皺、圓弧內(nèi)側(cè)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模或防皺模的安裝與彎管模間的切點位置不對。全皺紋的產(chǎn)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(chǎn)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(jié)合，管內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力的作用后有失穩(wěn)起皺的空間。

三、防止產(chǎn)生彎管缺陷的政策

對防止或減輕彎管缺陷的產(chǎn)生，彎制出符合要求的管件，就應(yīng)在彎管過程中采取相應(yīng)的對策加以解決。在產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能設(shè)計較大的彎曲半徑。對于前面提到的幾種常見缺陷，應(yīng)有針對性的采取措施。

1．對于圓弧外側(cè)變扁嚴重的管件，在進行無芯彎管時可將壓緊模（輪）設(shè)計成具有反變形槽的結(jié)構(gòu)形式，以減輕彎曲時的變扁程度。對于有芯彎管，應(yīng)及時檢查芯棒的磨損情況，保證芯棒與管子內(nèi)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(cè)減薄是彎曲工藝的特性決定的，是不可避免的，但應(yīng)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(cè)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(gòu)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(yīng)力分布狀態(tài)，使中性層外移，從而達到減少圓弧外側(cè)減薄量的目的。助推和頂推速度根據(jù)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(yīng)首先保證管材具有良好的熱處理狀態(tài)，排除管材的因素后再檢查壓緊模的壓力是否太大，并調(diào)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(nèi)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(nèi)側(cè)起皺，應(yīng)根據(jù)起皺位置采取對應(yīng)措施，若是前切點起皺，應(yīng)向前調(diào)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(yīng)加裝防皺塊，并使其安裝位置正確，還要調(diào)整壓緊模（輪）的壓力使壓力適當；若圓弧內(nèi)側(cè)全起皺，除調(diào)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(yīng)更換芯棒。

四、結(jié)論

綜上所述，在管件彎制過程中，由于工藝及操作不當?shù)仍?，可能會使彎制的管件產(chǎn)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(chǎn)生缺陷的可能性更大。因此，應(yīng)針對不同類型的缺陷具體分析其產(chǎn)生的原因，并根據(jù)不同情況采取對應(yīng)措施，如調(diào)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(chǎn)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(yè)出版社，1994.

[2]金國明，彎管芯棒的選擇和使用，模具技術(shù)，1998.4.