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管材弯曲成形方法及分类

发表时间:2019-07-18
1.拉伸弯曲
在纯弯矩弯曲的基础上,附加一个轴向拉力后实现管材弯曲成形,通常可分为拉弯、回转牵引弯曲等。
所有拉弯成形具有一个共同的特点,由于附加拉应力而抵消一部分纯弯曲时的内凹侧切向压应力,因而可抑制弯管壁厚和起皱,但不可避免的会增大弯曲外凸侧壁厚变薄甚至拉裂的可能性。
(1) 拉弯
下图为一种常用拉弯成形的简化工作原理。管材拉弯时,使管坯通过三个水平支撑辊并用夹头固定在与转轮联结成一体的转臂上,转臂转动时带动管坯产生弯曲变形。
拉弯成形时,调节支撑辊和夹头与转轮轴心的距离,可以改变弯管的曲率半径。如果在管坯进入弯曲区前安装加热装置,例如中频感应电流对管坯进行预热,可提高其塑性变形能力,实现加热拉弯成型。

(2) 回转牵引弯曲
如下图所示,回转牵引弯曲,每个弯模工作零件都具有与管材外形相匹配的凹槽,横截面曲线长度略小于管坯半圆,弯曲时用于夹紧或压靠管坯,更换回转弯模可以改变弯曲半径。
管坯被牵引模和压紧块压靠在可绕轴心转动的回转弯模上,牵引模在与回转弯模轴心具有固定半径的圆弧轨道上转动,带动管坯在径向压力和压紧块切向摩擦力作用下与回转弯模一起旋转实现弯曲成形。
由于增大了弯曲外凸侧管坯切向拉伸变形而具有拉弯性质。
目前生产中绝大部分弯管设备和数控弯管机,工作原理类似于回转牵引弯曲。

CNC数控弯管机回转牵引弯曲
2.压缩弯曲
压缩弯曲与拉伸弯曲对应,是附加或派生轴向推力与弯矩共同作用实现的管材弯曲成形。
附加轴向的推力可减轻或抵消弯曲外凸侧切向拉力的作用,因而可抑制弯管壁厚变薄或拉裂,但同时因增大弯曲内凹侧切向压缩应力,而增大管壁甚至起皱。
管材压缩弯曲主要分为:压弯、回转压缩弯曲和轴力弯曲等。
(1) 压弯
如下图所示,管材压弯与板材V形弯曲相似,可用来弯曲成形带有直管段的中、小直径弯管制件。弯模和支撑辊带有与管径相同且略小于半圆的工作凹槽,与推杆固结且具有一定弯曲半径的弯模将管坯推出,在两侧支撑滚轮之间滚动二弯曲成形。更换弯模可以改变管材弯曲半径,二弯曲内角的大小由弯模推出行程所决定。
管材压弯生产效率高,模具调整简单。缺点是压弯时所加弯曲力集中在两支撑辊之间,管坯与弯模初始接触处容易行程截面畸变,影响弯曲质量。

(2) 回转压缩弯曲
回转压缩弯曲与回转牵引弯曲在形式上也有些相似,但管材的弯曲变形机理不同。
如下图所示,弯曲时,滑动压模或辊子一边向管坯施加径向压力,一边绕固定弯模的轴心转动,在切向摩擦作用下迫使直管坯逐渐贴向固定弯模凹槽型面而弯曲成形。
与管材回转牵引弯曲不同的是,弯曲变形区产生在滑动压模与固定弯模之间,外凸侧管坯表面始终受到径向压力和切向摩擦力的共同作用,这在某种程度上克相对减轻弯曲外凸侧管坯切向拉变形量。

(3) 轴力推弯
如下图所示,型模由弯曲平面对中的两半模组成。管坯在压模轴向推力作用下通过导套后压入型腔被强制弯曲成型,管坯在型模内的弯曲变形过程复杂,除受弯曲力矩作用外,还受到轴向推力及与其运行方向相反的摩擦力。
与普通弯曲不同,其管壁应变中性层可能向弯曲外侧移动,使外侧壁厚减薄大卫缓解。
管材推弯一般要求相对壁厚大于0.06,才可避免弯头的内侧起皱或扭曲。为了减少摩擦力,常需对管坯或弯模型腔进行润滑处理。对于薄壁弯头,通常采用有芯推弯,避免失稳起皱。

3.其他常用管材无芯弯曲方法
除上述所示方法,还有绕弯、滚弯等。这些方法大多难以满足严格的弯曲精度和弯曲质量,因此通常用于弯制形状尺寸精度要求不高的管件。
(1) 管材绕弯成形
管材绕弯是典型的弯管工艺,通常分为手工绕弯和奇奇绕弯。
如下图所示,绕弯与回转压缩弯曲有些类似,但辊轮工作凹槽与管坯表面之间时滚动摩擦。
弯曲时将管坯的一端夹在绕弯模夹头中,侧压轮将其压靠在弯模凹槽型面并绕弯模旋转,夹头带着管坯一起转动。

(2) 管材滚弯成形
管材滚弯通常用于厚壁管弯曲,如下图所示。
将管坯置于三四个或多个辊轮之间,每个辊轮均带有内径略大于管外径且断面周长略小于管坯半圆的凹槽,各滚轮按不同方向自转并移动位置,使管坯受到滚压形成一定弯曲形状。
多辊滚弯可以提高管材弯曲精度,减轻弯曲横截面畸变,提高管材均匀弯曲变相程度,有时可以用于薄壁管弯曲成形。

管材填充弯曲
管材填充弯曲也称有芯弯曲,是中、大直径薄壁管常用的弯曲工艺方法。为了减轻或消除这类管材弯曲时横截面扁化或管壁塌陷、起皱等缺陷,在待弯管坯内装入各种芯棒或填充料作为支撑物进行弯曲成型的方法,都可以成为填充弯曲。
1.芯轴弯曲
芯轴弯曲是一种强力控制弯管横截面形状的弯曲工艺,它与普通无芯弯曲的不同在于弯管时在管坯内预先置入芯轴。
实际生产中使用的芯轴或芯棒,分为刚性棒和固体柔性芯棒两大类。
其中刚性棒有:圆头芯棒、勺形芯棒和牛角芯棒。
柔性芯棒有:单节柔性芯棒和多节柔性芯棒。

2.固体颗粒填充推弯成形
固体颗粒填充推弯成形,常用于弯制相对壁厚很小的薄壁弯管构件或弯头,作为填料的颗粒也由传统的石英砂逐渐改为树脂颗粒或金属珠粒等。
推弯成形前,现在弯曲凹模中置入一定数量略小于管坯外景的大直径滚珠,防止珠粒填料滑落,再将小直径珠粒灌满管坯。
推弯成形时,压力机滑块带动推弯冲头挤压管坯内珠粒填料。
严格来说,任何固体颗粒都不能算作连续介质,在压力作用下很难将其流动变形近似为体积不变。另外过硬的钢球可能造成弯管内壁压痕等缺陷。

3.液体填充弯曲
以液体作为填料的管材填充弯曲方法。目前比较成熟的工艺有管材冲液压弯和管材冲液补料推弯。
虽然液体填充弯曲解决了固体颗粒填充弯曲的一些不足,但介质密封是一个工艺难点。

4.液体填料固化弯曲
将可固化液体在液态时注入管坯内,两端封闭后,使液态物质固化,作为整体填料进行填充弯曲。可固化的填料物质有:水、松香、低熔点合金及各种树脂。
加热弯曲
加热弯曲是传统塑性加工方法,利用加热使管坯软化,增强塑性变形能力。当管材构件形状负责不适合冷弯时,可考虑加热弯曲。
一般情况下,弯曲过程通常使加热、弯曲和冷却结合起来。
常用的方法有:整体加热填充弯曲、整体加热浸水弯曲、局部中频感应加热弯曲、激光弯曲等方法。

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