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1、1. 传统弯管加工工艺传统弯管加工工艺弯管加工的方法很多。按弯曲成形方式可以分为滚弯、压弯、推弯和绕弯；按弯曲时是否使用模具可以分为有模弯和无模弯；按弯曲时有无芯棒可以分为有芯弯和无芯弯；按弯曲时是否加热可以分为冷弯和热弯。近年来还出现了零半径弯曲、中频感应弯曲、热应力弯曲和激光成形弯曲等新的弯管工艺。滚弯滚弯是用三个辊轮对管材进行弯曲加工的方法。其中辊轮 3 为主动轮，其余两个为从动轮。滚弯方法及工作原理与板材滚弯基本相同，只是管材滚弯所用的辊轮具有与管坯横截面形状相吻合的工作表面。弯曲时只需改变主、从辊轮间的间隔，就可以实现各种曲率半径的弯曲。这种方法尤其适合弯制环形或螺旋线形管件。不过，
2、滚弯对弯曲半径有一定的要求，仅适用于曲率半径较大的厚壁管件，对于小半径弯曲显得无能为力。压弯压弯是最早用于弯管加工的工艺方法。它是在液压机上利用模具对管坯进行弯曲加工的。压弯具有模具调整简单、生产效率高等优点，故在生产中一直被广泛应用，一般用于弯制带直段的管件或弯头等。推弯推弯是弯管加工中较为常见的弯管方法。根据推弯工艺特点，又可分为型模式冷推弯管和芯棒式热推弯管两种。在一般压力机、液压机或专用推制机上进行弯曲加工，主要用于弯制弯头。型模式冷推弯管(如图 13 所示)是在普通液压机或曲柄压力机上借助弯管装置对管坯进行推弯加工的工艺方法，即利用金属的塑性，在常温下将直管坯压入带有弯曲型腔的型模中
3、，从而形成管弯头。芯棒式热推弯管是在专用推制机上，在轴向推力下通过牛角芯棒，边加热边推制，使管坯产生周向扩张和轴向弯曲变形，从而将较小直径的管坯推制成较大直径的弯头。绕弯绕弯是最常用的弯管方法，按弯管设备的不同又可以分为手工绕弯和弯管机绕弯两类。手工绕弯由于不需要专用的弯管设备，弯管装置简单、制造成本低、调节使用方便，但劳动强度大、生产率低下，主要应用于小批量生产的场合。而弯管机绕弯根据其有无芯棒又可以分为有芯弯管和无芯弯管。无芯弯管的工作原理与有芯弯曲相似，其原理如图 16 所示。由于其省略了芯棒，为了对弯曲回弹进行补偿，一般在管坯进入弯曲变形之前要进行反变形处理。即利用反变形滚轮或滑槽对管
4、坯施以适当的压紧预变形。在弯曲后，相反方向的变形相互抵消，使管材横截面基本能够保持圆形。2. 复杂截面型材拉弯研究复杂截面型材拉弯研究研究复杂截面型材拉弯过程中的截面畸变，作者基于 ABAQUSExplicit 平台建立了某汽车用复杂截面型材拉弯成形过程的有限元数值模型，提出了衡量横截面畸变的指标，分析了该过程中截面畸变的特征及成形参数对截面畸变的影响规律。结果表明：补拉对型材梯形直边塌陷量有着明显的改善，有利于减小顶边和中边外侧塌陷量和减缓梯形截面间距的变小；拉弯模速度越小，越有利于改善零件截面畸变，尤其是对梯形直边塌陷量；在拉弯成形后期，摩擦系数越小，梯形截面间距和高度、梯形直边塌陷量和塌
5、陷量越小，但折叠张开量越大。这些研究结果对航空、航天和汽车领域广泛应用的复杂截面型材拉弯成形过程中零件截面畸变的预测和控制，加工效率的提高具有十分重要的意义。3. 拉弯数字化设计拉弯数字化设计拉弯工艺是型材弯曲成形的重要方法，它可以有效减少回弹，达到提高成形精度的目的。因此，在飞机、汽车弯曲件成形中得到了广泛的应用。拉弯卸载后的回弹控制是影响成形精度的主要因素。拉弯成形过程中，材料受力状态复杂，同时受材料物性参数、摩擦条件等因素的影响，拉弯成形回弹预测很困难。在实际生产中，拉弯模修正量及工艺参数的确定主要以实际经验或通过试错法来解决，但此方法不能够一次拉弯精确成形型材，且周期长，成本高。金春凤
6、的学位论文型材拉弯成形及回弹分析以型材为研究对象，首先介绍了型材拉弯的基本概念，在此基础上讨论了型材拉弯工艺相对于其他弯曲工艺的优点、用途以及迫切需要解决的两个关键技术问题。总结了拉弯工艺过程中容易产生的五种成形缺陷，从型材力学性能、截面形状、工艺参数三个方面阐述目前国内外在试验和数值模拟这两方面的研究状况。介绍了弹塑性力学的初始屈服条件、基本法则，其中包括流动法则和强化法则。在此基础上以各向同性硬化法则的材料为例推导了应力应变增量关系，为后续的力学分析提供了理论基础。在介绍的理论基础上，根据拉弯成形力学分析的基本假设，建立了预拉阶段、拉弯弯曲阶段和拉弯补拉阶段三个阶段拉弯成形过程的力学模型。
7、在拉弯弯曲阶段详细描述了模具与型材间的摩擦力计算方法；型材拉伸弯曲后应力应变分析和弯距的计算方法。介绍了拉弯成形回弹分析方法，推导了板材回弹半径与回弹角的计算公式；进一步在型材拉弯与板料压弯过程中应力分布差异的基础上推导了型材的回弹半径与回弹角的计算公式。在拉弯回弹理论分析基础上，形成了结合拉弯零件数字化模型来修正拉弯模模具轮廓的方法；给出了用圆弧样条表示的模具轮廓上点的计算方法；修正后的模具轮廓曲线沿整个轮廓曲线都是一阶连续的，曲率为分段常数。该方法可通过拉弯件轮廓曲线上布点的密度来控制模具轮廓曲线上曲率分段的多少和误差大小。本文还通过有限元分析方法计算了拉弯型材的回弹量，用于评估拉弯模轮廓
8、面的回弹修正量，以及拉弯件的校形余量的减少情况。本文的工作为提高汽车和飞机拉弯件的质量和促进工装的数字化设计提供了一合理有效的方法。值得大家学习4. 拉弯加工需减少回弹拉弯加工需减少回弹型材因其良好的机械性能在航空及汽车工业上应用广泛。型材拉弯是指在型材预拉伸至材料屈服极限时，加载弯曲并同时保持一定的轴向拉力，使之进入模具型槽内而成形的弯曲过程。在弯曲的同时施加轴向拉力以克服内侧的起皱及改善截面内的应力分布，减少回弹，提高其外形精度。型材拉弯回弹量的控制是型材拉弯要解决的主要问题之一。在拉弯零件生产过程中，拉弯模外形是依据拉弯零件的形状设计得到的。即使在技术规范所允许的残余应变规定下尽量增大轴
9、向拉力，但由于型材零件的相对弯曲半径较大，仍存在一定的回弹量。拉弯成形后的曲率仍偏小，因而拉弯后仍需要进行校形。5. 拉弯过程中的起皱现象拉弯过程中的起皱现象型材拉弯过程中，中性层以下部分受到纵向压应力作用，径向和宽度方向也受到压应力作用，在三向压应力作用下，容易产生纵向收缩、径向增厚的变形，严重时会造成起皱。目前，许多学者就型材拉弯起皱问题进行了研究。Li 和 ReidE 研究了矩形截面型材和矩形板材起皱之间的联系。Corona 和 Vaze 详细分析了矩形面型材拉弯起皱行为，并进行了实验研究。Paulsen 和 Weld 采用实验和理论分析相结合的方法研究了纯弯曲下的起皱行为，比较了不同材
10、料、不同截面形状的型材起皱行为的差异。Paulsen 等人基于塑性变形理论，采用能量方法，提出了纯弯曲变形起皱和截面畸变的理论分析模型，并对该模型进行了试验验证。研究发现，矩形截面型材宽度与厚度的比值(b/t)和型材宽度是影响起皱发生的主要因素；材料性能对起皱的影响也比较明显。贾俐俐和高锦张指出，型材内侧腹板起皱失稳与薄壁壳体两端受压失稳相似，不仅与压应力大小有关，而且与型材厚度与宽度的比值大小有关，比值越小，越容易发生起皱失稳；增加型材内侧腹板的厚度，可以提高其抗皱能力。笔者认为，在截面形状一定的情况下，拉弯成形中增大预拉力可以有效地防止起皱的发生。6. 拉弯加工方案探讨拉弯加工方案探讨拉弯
11、机主要用于制造尺寸大、外形精度要求较高、相对弯曲半径较大的变曲率挤压和扳弯型材弯曲件，尤其是飞机上的框肋线条、汽车和火车车窗的密封胶条等型材零件生产的必须设备。拉弯机一般分为转台式和转臂式两类。型材拉弯主要是指型材在预拉伸至材料屈服极限前加载弯曲并保持一定的轴向拉力，使之压入模具的空槽内而成形的弯曲过程。拉弯机对型材零件拉弯卸载后，拉弯零件会出现曲率半径回弹及角度回弹现象，为了有效地防止材料的回弹变形，拉弯成形是在精确控制工件的应力、应变以及应变速率下成形的。拉弯工艺要求精确控制拉弯机的拉伸力、拉伸速度、拉伸位移等工作参数拉伸弯曲是一种复杂的塑性变形过程，成形时毛料受到弯曲力矩和轴向拉伸力的共
12、同作用。不同的加载顺序对毛料的变形特点和应力分布影响不同。理论上“先弯后拉”的工艺方案中只需少量的补充拉伸便可获得明显的效果，使零件的回跳量最小。但实际上，当毛料受到弯曲与模具贴合后，由于摩擦力作用，补拉力很难均匀传递到毛料的所有剖面，毛料的外层纤维易破裂，效果欠佳。“先拉后弯”工艺方案，毛料虽然在弯曲前获得均匀的塑性拉伸，但仍不能有效地防止弯曲后出现的异号应力分布，卸载后回弹较大，通过弯曲后的补拉可以解决这一问题。所以，现场生产中大多采用“先拉后弯最后补拉”的复合方案。弯曲后补拉，理论上所有纤维将均匀伸长，使应力沿断面高度重新分布。由于消除了异号应力状态的影响，内力矩减小，工件可更好地保持要
13、求的弯曲形状。7. 计算压弯计算压弯(拉弯拉弯)构件的强度计算准则构件的强度计算准则*对于弯矩沿纵轴变化而最大弯矩发生在构件端部的压弯构件，以及在构件的某些部位存在截面削弱时，非常有可能在这些部位出现塑性铰而导致强度破坏。计算压弯(拉弯)构件的强度时根据不同情况，可以采用三种不同的强度计算准则：1边缘纤维屈服准则：采用这个准则时，当构件受力最大截面边缘处的最大应力达到屈服时，即认为构件达到了强度极限。按此准则，构件始终在弹性阶段工作。GB50017 规范对需要计算疲劳的构件和部分格构式构件的强度计算采用这一准则，GB50018 规范也采用这一准则。2全截面屈服准则：这一准则以构件最大受力截面形
14、成塑性铰为强度极限。3部分发展塑性准则：这一准则以构件最大受力截面的部分受压区和受拉区进入塑性为强度极限，截面塑性发展深度将根据具体情况给予规定。为了避免构件形成塑性铰时过大的非弹性变形，GB50017 规范规定，一般构件以这一准则作为强度极限。为了计算简便并偏于安全，强度计算可用直线式相关关系，并和受弯构件的强度计算一样，用 yWny 和 xWnx 分别代替截面对两个主轴的塑性抵抗矩。单向压弯(拉弯)构件的强度计算公式为：表 3-4 中有几种单轴对称截面，绕非对称轴弯曲时，与截面边缘 1 和 2 对应的地方有 x1 和 x2 两个不同的数值。对于格构式构件，当绕截面的虚轴弯曲时，将截面边缘纤
15、维开始屈服看做是构件发生强度破坏的标志，所以 值取 1.0。8. 拉弯、压弯构件的应用拉弯、压弯构件的应用根据受力情况不同，构件分为有偏心拉力作用的构件和有横向荷载作用的拉杆都是拉弯构件。钢屋架的下弦杆一般属于轴心拉杆，但如果下弦杆的节点之间存在横向荷载就属于拉弯构件。对于拉弯构件，如果所承受的弯矩不大，而主要承受轴拉力时，它的截面形式和一般轴心拉杆一样。当拉弯构件要承受较大的弯矩时，应该采用在弯矩作用平面内有较大抗弯刚度的截面。在拉力和弯矩的共同作用下，截面出现塑性铰是拉弯构件承载能力的极限。但是对于格构式拉弯构件或者冷弯壁簿型钢拉弯构件，截面边缘的纤维开始屈服就基本上达到了承载能力的极限。
16、对于轴线拉力很小而弯矩却很大的拉弯构件，也可能和受弯构件一样出现弯扭失稳的破坏。拉弯构件受压部分的板件也存在局部屈曲的可能性，不过通常这两种可能性都不大。承受偏心压力作用的构件，有横向荷载作用的压杆以及在构件的端部作用有弯矩的压杆，都属于压弯构件。厂房的框架柱，多、高层建筑的框架柱和海洋平台的立柱等都属于压弯构件。对于承受弯矩很小而轴压力很大的压弯构件、其截面形式和一般轴心受压构件相同。当构件承受的弯矩相对很大时，除了采用截面高度较大的双轴对称截面外，有时还采用如图 3-40 所示的单独对称截面，以便获得较好的经济效果。图 3-40 中的单轴对称截面有实腹式和格构式两种，都是在受压较大一侧分布更多的材料。为了更有效地利用材料，构件截面沿杆轴线可以变化，如工业厂房中的阶形柱、楔形柱等。9. 压弯构件整体破坏的形式压弯构件整体破坏的形式压弯构件整体破坏的形式有三种：1强度破坏：因为杆端弯矩构件可能发生强度破坏，杆截面局部有较大削弱时也可能产生强度破坏。2弯曲失稳破坏：对于在一个对称轴的平面内作用有弯矩的压弯构件，如果在非弯矩作用的方向有足够支承能阻止构件发
