摘 要：金屬管材具有高剛度、高強度的結構特點，適用于航空航天和汽車發(fā)動機等，在實際使用過程中，它能有效節(jié)省材料，大大降低生產成本，而且外觀更加的符合人們的審美，已經被廣泛的應用于制造業(yè)中。然而，金屬管材成型過程中的回彈問題一直沒有得到解決，本文主要介紹了金屬管材彎曲成型回彈的影響及彎曲方法的分類，然后進行了金屬管材彎曲成型回彈的研究，最終提出了金屬管材彎曲存在的問題及發(fā)展趨勢，為后續(xù)的金屬管材的發(fā)展提供了重要的參考依據。

關鍵詞：金屬管材;彎曲成型;回彈問題

1 金屬管材彎曲成型回彈的影響

在彎管過程中，由于金屬材料性質的影響，彎管過程中經常會發(fā)生金屬回彈，從而導致管道無法達到預期的目標，甚至產生破裂的現象。同時，金屬回彈會導致彎曲角度相差較大，嚴重影響到機械制造過程中的封閉性和穩(wěn)定性。彎管后的回彈問題已經嚴重影響彎管質量，導致彎管機械的生產效率低、生產成本高，金屬管材彎曲成型回彈已經成為當前彎管工藝亟待解決的問題。

2 金屬管材彎曲的分類方法

金屬管材彎曲的分類有很多種方法。根據管材基本彎曲過程中是否有模具支撐，金屬管材可分為有模具彎曲和無模具彎曲兩種。有模具彎曲主要指的是彎曲剛性模具直接作用在管彎曲變形區(qū)域的坯料上，具有高重復性和高速度的特點。金屬管材模具彎曲主要是利用一些剛性比較強的材料對金屬管材進行彎曲變形處理。無模具彎曲主要是指管材在變形后不會在模具中直接彎曲，管子的具體形狀由相應的操作工具和彎曲方向決定，彎曲過程中可以根據管子的特點進行適當的加熱操作。根據彎頭的溫度設置，金屬管材彎曲可分為熱彎頭和冷彎頭兩種。根據彎曲方式的不同，金屬管材彎曲可分為拉伸彎曲、壓力彎曲、推彎等。根據彎曲時芯材是否填充，金屬管材彎曲可分為芯材彎曲和非芯材彎曲。其中，管材冷加工的彎曲方法大多采用彎曲法，這也是金屬管材最常用的彎曲方法。

3 金屬管材彎曲成型回彈的研究

在大多數彎曲過程中，冷卻都是采用彎曲方法，彎曲法也是金屬管材彎曲成型最常用的方法之一。在彎管過程中，彎管外壁的彎曲部分容易變薄或開裂，內彎曲部分的內側會引起材料堆積，導致管壁增厚變形。外力條件消除后，容易發(fā)生回彈問題，這在管材彎曲過程中尚未完全解決，這也是國內工程領域尚未有效解決的技術問題。目前，在我國工程技術人員的研究工作中，國內外研究人員和工程技術人員主要集中在變形材料（鈦合金等）的研究上，主要研究了一些大直徑管材的彎曲度和材料變形，在每根管子的彎曲過程中，在拐點處形成相應的力學性能，研究管子彎曲部分的力學性能，討論拐點和受力管引起的塑性變形和彈性變形的程度。在目前的研究過程中，相關研究人員采用了理論與實驗相結合的方法，對金屬管材彎曲后的彎曲速率和回彈進行綜合分析，并取得明顯的效果，為后續(xù)的研究發(fā)展提供了重要的基礎。

隨著社會的快速發(fā)展，金屬管材的應用逐漸進行擴展，但是由于管材設計性能和應用領域的差異，金屬管材的彎曲形式越來越復雜。例如，在中國的航空航天和汽車制造領域，金屬彎管和機械零件的應用越來越復雜，這就對在航空航天、汽車等領域的設計性能和質量提出了更高的要求，越來越多的管道空間被設計成復雜的形狀。當然，在空間結構中，并不是每根彎管都需要在一個平面上，而是采用一些機械設備用來精確控制空間彎管，保證彎管軸線的速度滿足應用的要求，即曲軸管具有不同的扭矩零空間彎頭。例如飛機發(fā)動機上的導管安排，飛機發(fā)動機上有大量的導管，為了盡可能的節(jié)省空間，管道必須彎成各種特定的空間形狀，并且各管道之間不能相互干擾。另一個例子是在美國設計和生產的太陽能斯特林發(fā)電機冷卻管道系統(tǒng)中的管道組件，均采用高強度的合金鋼，并且采用空間曲線設計，由于曲線率的彎曲形狀不規(guī)則，與傳統(tǒng)的常曲率曲線相比具有非均勻性的特點，可以提高曲線的幾何非線性程度。

目前，德國學者提出了一種新的“自由彎曲”方法，適用于空間任意曲線的形成，這種方法的核心是逐漸將管子推進到一個固定的角度范圍內，通過彎曲模型腔空間自由旋轉，可以形成幾乎任何形狀的彎曲，大大提高了金屬管材的應用范圍。

多特蒙德大學成型技術與輕質結構研究所采用方法對TSS和三輥彎曲過程中的扭矩疊加空間進行了數值模擬。

在我國，西北工業(yè)大學針對一部分空間平面彎曲做了部分前期的研究，使用離散平面近似弧曲線、近似三維空間軸線彎曲，離散成幾個時期的弧形彎曲，分別進行回彈補償，并確定回彈補償后彎曲形狀模具的加工表面，為考慮回彈的空間非平面彎頭的處理提供了一種新方法。在此基礎上，相關學者針對空間缺陷形成的平面彎曲回彈的小直徑厚壁，進一步提出了空間離散壓扁后的回彈，分別考慮回彈特征平面上，然后將它轉換成三維的回彈，最后提高了數值模擬的回彈預測方法。在節(jié)點的幾何補償方法中，采用迭代算法對空間彎曲面進行回彈補償和修正，保證了空間變曲率彎曲的幾何精度。

4 金屬管材彎曲成型存在的問題及發(fā)展趨勢

在金屬管材成形領域，隨著有限元數值分析技術和材料性能測試方法的改進，對金屬管材成形回彈的預測、補償和控制打下了良好的基礎。但是，由于現存問題過于復雜，在理論上和材料上具有局限性，目前還無法解決現存的回彈性問題，特別是空間變曲率問題，這是包括金屬管材彎曲在內的塑料加工的難點和熱點。

①在研究過程中，傳統(tǒng)的力學分析模型十分復雜，通常會進行許多簡化和假設。因此，對于彎頭回彈過程的定性分析不可忽視理論分析和研究，但定量分析的預測精度普遍不高，只能為實際生產和實驗研究及有限元數值模擬分析提供初步指導;②需要驗證理論分析和有限元數值模擬的有效性，并且進一步研究各種參數對金屬管材彎曲回彈的影響，這種方法是需要在大量的實驗中建立的，需要大量的人力，物質和財力的支撐，相關研究方法的驗證對于未來金屬管材彎曲研究具有重要的意義。同時，為了深入研究金屬管材的彎曲成形規(guī)律，需要準確獲得材料的力學性能;③人們越來越傾向于利用數值模擬技術來研究金屬管材彎曲回彈問題，主要是利用有限元模擬技術來研究金屬管材彎曲回彈。目前，國內外學者在這方面取得了豐碩的成果。然而，由于管材彎曲和回彈的非線性特性，如何建立本構關系來真實反映材料在成形過程中的受力情況需要進一步研究;④除了對傳統(tǒng)的鋁合金等材料的研究之外，需要對新的復合材料進行研究，例如金屬復合管是由不同的材料制成的特殊管，可以在各個節(jié)段利用變形連接技術緊密結合，既充分利用了金屬的特性，又大大的提高了金屬管道的綜合性能，具有良好的性價比;⑤小曲率的半徑管能夠實現剪切彎曲成形網絡：具有減小截面畸變、延緩薄壁管內壁失穩(wěn)和起皺、提高成形極限的優(yōu)點，激光熱應力彎曲非接觸管新技術具有顯著的優(yōu)點，例如精度高、生產周期比較短以及精度高等，這種新技術也為金屬管彎曲回彈控制問題提出了新的解決方案。同時，對金屬管道空間曲率和回彈的研究還處于起步階段，需要進一步的研究。

5 結論

為了解決彎管回彈問題，有必要在理論與實驗相結合的基礎上提高金屬性能的研究水平，充分掌握彎管的回彈性能。金屬管材彎曲成型技術逐漸發(fā)展成為一個重要的加工技術，可以滿足一些基本的要求，例如減重、增韌、低消耗、高效率和精密制造。在金屬的彎曲設計中不可避免會出現一些誤差，但這是無法避免的。因此，在一定的范圍內出現輕微誤差，當誤差超過允許的范圍時，會造成零件的幾何精度無法滿足正常的使用功能，從而影響到整個施工過程的質量，需要嚴格注意相關的問題。

參考文獻：

[1]張深，吳建軍，王強，梁正龍.金屬管材彎曲成形回彈問題研究[J].航空制造技術，2014（10）：45-50.

[2]王博.金屬管材彎曲成形的回彈問題探析[J].科技經濟導刊，2019，27（09）：92.

作者簡介：

李良有（1978- ）男，漢族，浙江杭州人，本科，現工作于浙江和良智能裝備有限公司，中級工程師，研究方向為金屬管材成型加工工藝裝備。