基于弯管模具的若干思考

首先先介绍下弯管模具的主要组成弯模、夹模和压模组成弯管必须的主要工装（见图1）。

图1

弯防止管件变形并完成所需要的弯曲半径。夹模在弯曲过程中固定型材的位置。压模将型材送入弯模。

弯管中主要存在两个难题反弹与褶皱扭曲

首先我们先谈下反弹，反弹是指加工成型后金属的回复原形趋向。根据弯曲半径的不同，回弹会使型材回复2到10度，也可能增加型材的弯曲半径。弯曲半径越小，回弹越小。回弹受压模位置和压力的影响产品的压得越紧反弹越小，压紧的主要作用是消除弹性应变使之成型过程是塑性变形，超过一定界限会在弯曲过程中弯裂产品如图2

图2

接着我们谈下型材在可能发生扭曲或皱折。可能是因为材料硬，不向弯曲内径收缩。不能收缩的管材，向型材中心线内凹。（如材料不是太硬）这种情况可按图3设置工装来改进。我们在圆点相切处插入芯棒.

图3

图4

芯棒在（远离切点）靠后的位置将无法在弯的外侧充分拉伸材料；因此没有足够的材料拉伸，对材料形成张力。所以芯棒的位置会引起极大的回弹，会减小弯曲的角度，也可能增加半径。当半径加大了，应把芯棒（向切点）推进。调整芯棒的设置没有现成的公式。显然，当回弹角度大于3度，芯棒过于靠后而型材的弯曲半径将大于弯模。如型材一直断裂，可能表明材料太硬。硬质材料无法充分拉伸。用刚完全退火的材料可解决。芯棒设置太靠前或管子在压模中有小小的滑动，都会发生断裂。滑动问题以后讨论。

芯棒太靠后——芯棒稍稍往前，前部不产生皱纹但开始在切点后部产生。芯棒位置仍不够靠前以在内侧产生必要的压力，收缩材料。弯曲可能开始光滑，但当弯过约20度时，材料后退在A处产生波纹如图5。在芯棒和弯模间该波纹不断产生并受压。但波纹不会完全消失。从弯模取下弯好的型材，在A处会有一个较大的皱折。有必要再推进芯棒，直到材料不会在芯棒和弯模间受挤压。说明芯棒不完全推进的后果。如图5

图5

芯棒太靠前——芯棒太靠前有几个后果。在弯外侧切点末端处会有凸起，弯内侧切点开始处会有一个凹陷。这些变形在一根管子上例举。但由于芯棒形状和弯曲半径的不同，不总是同时出现。凸起显然是由芯棒引起的。凹陷因为芯棒将管子撬离弯模而形成。如图6

图6

插入式芯棒不贵，易于保养且拖动小。带球芯棒用于半径小、质量要求高的场合。使用插入式芯棒，夹模的长度应至少为型材宽度的3倍。

当然所谈非全部应用，每种型材都有他们使用的半径，当超过一定半径就需要配合其他工装进行弯曲，如上文提到的防皱板和芯棒。薄壁的型材往往弯曲比较困难，筋线要均匀分布才能防止单边受力引起褶皱，防皱板的主要作用就是防皱。要注意的皱纹形成后无法消除它们；防皱板只能防止它们。

要想实现较为理想的弯曲就要使用压模推进器如图7。它抵消压模、芯棒和防皱板的拉力。它将型材推进弯管区域防止因为拉扯引起的型材变薄。如没有压模助推，变薄一般为外壁延伸率的3/4。因为压应力通常大于张力，中轴将在几何中轴内侧，而且由于变形程度与到中轴的距离成正比，弯外侧的变薄将大于内侧的变厚。如图8

如图7

如图8

要减少变薄，有必要将中轴向弯的外侧移。如中轴与外壁重合就不会变薄，而内侧会变厚。如图8

图9

一种方法是在弯管前先将型材压缩；这将调整受压变形如图9

图10

如同时使用这些方法，将大大减少变薄。由于无须将变薄减少至大大低于12%，可以通过使型材半径接近来达到上面的效果。压模助推应能够分别或同时推进压模和型材。

所用润滑油的质量和数量相当重要。一种润滑油不会在所有材料上都表现一样好。提倡钢和铝用不同的润滑油。因为氯的含量高而与管子内壁有反应，一些很好的润滑油不允许用于航天。需要努力研发专用润滑油。

可以在芯棒和管子内壁加很多润滑油。润滑油必须涂满管子的内壁。为了经济地均匀涂抹润滑油，开发了一种热喷法。该方法对稠密的润滑油加热（至约度）加压，使它如雾状喷下涂满整个管子。

防皱板的准确性最为重要。型材所划过的槽要稍稍大于管子的外径――最适合的是为型材10％。槽应非常光滑，并以稀油润滑。在这太多或太厚都会引起皱折。防皱板同槽必须有85％的接触，并且离切点退后15到20度。如防皱板在这一点不被弯模支持，它会从芯棒回弹，引起管子折皱。

与所弯的型材型腔相符的芯棒可使防皱板达到合适的配合。

可从压模带回防皱板平的那头，使拉力达到最小。为检验斜度，夹模槽的中心有一条直的边，直到防皱板后部。此水平的边应尽量接近切点。用Ampco青铜做的防皱板还有助于减少拉力防止磨伤。

使用万向弯球芯棒应有一个不大于型腔10％的间隔。芯棒上应有足够多的球以在整个弯管过程中撑型材。去除芯棒之间的空隙（或斜度）是很必要的。当充分使用多个芯棒球来减少夹紧可以产生的干扰时芯棒的空隙（斜度）小，则芯棒杆上第一个芯块将密切地支持弯的外面和里面。

Ampco青铜常常应用于不锈钢，以减少摩擦。铝、铜等非铁的材料建议使用含铬的硬钢。芯棒的设置由用户和所弯的半径决定。带有所弯半径模块将有助于决定万向弯球芯棒的开始位置。要使芯棒产生最大的效用，芯棒杆必须超过切点。

可能引起型材断裂的情况：

A．芯棒的柔软和延伸率不够。

B．管件在夹模中滑动。

C．压模太紧－使拉力过度。

D．在球与球之间芯棒起皱或卡住。

E．夹模压住芯棒的球。

F．润滑不当或不够。

G．芯棒太靠前。

可能引起型材皱折的情况：

A．管件在夹模中滑动。

B．芯棒不够靠前。

C．防皱板在弯模中的位置不对。

D．防皱板磨损或配合不当。

E．芯棒与型材的间隔太大

F．压模上的压力不够。

G．润滑不当或过多。

附上一些常用的芯棒样式

本文很多内容来自课文和本人的一些见解，型材弯曲主要问题是褶皱翘曲。基础工业研究相当重要，保持材料的一致性能很好解决大部分问题，但是空心型材的研究仍按在路上。欢迎大家提出宝贵意见共同推进机械行业的进步。