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摘 要：浅析冷态弯管制作工艺、弯曲方式选择、弯曲芯棒的选用、正确使用芯棒的方法等。
关键词：弯管 工艺 芯棒 参数选择 方法
弯管技术除了在汽车工业、航空航天工业、船舶制造业、锅炉与压力容器、化工生产企业等多种行业、企业应用外，它还被应用于建筑行业。弯管质量的好坏，将直接影响着其产品的结构合理性、安全性、可靠性等。只有掌握管件在不同工艺条件下的加工技巧，才能弯制出高质量的管件。而对于冷态弯管来说，就需要合理的选择芯棒的形式，并掌握正确的弯制方法。
一、弯管制作工艺
大家知道，在管子纯弯曲的情况下，其外径为D、壁厚为S的管子，将受到外力矩M的作用发生弯曲，而中性层外侧的管壁受拉应力σ1的作用而减薄，内侧管壁受压应力σ2的作用而增厚(见图1a)。与此同时，合力F1和F2也使得管子弯曲处的横截面发生变形，并成为近似椭圆形(见图1b)，其内侧管壁在σ2的作用下，还可能出现失稳而起皱(见图1c)。为了弯制出理想的管件，这就应采取相应的措施，以用来防止上述这些缺陷的产生。而对于其中的有芯弯管技术来说，就是最常用的有效方法。
什么是有芯弯管呢？有芯弯管就是被弯制的管子中人为加一个“芯”。当被弯制的管子相对弯曲半径R／D或相对壁厚S／D较小时，为了能获得高质量的弯制管件，都在管子被弯制的过程中，在其内部插入一根合适的芯棒，以有效防止管子弯曲时圆弧处出现变扁及起皱现象(见图2)。
二、弯曲方式选择
在冷态弯管时，一般有两种方式：一种是无芯弯管，另一种是有芯弯管。究竟在什么情况下采用无芯弯管，什么情况下采用有芯弯管，以及在有芯弯管时选用何种芯棒等，这都需要对弯制管件的相对弯曲半径R／D及相对壁厚S／D、弯曲角度α数值的大小进行分析之后来确定。R／D、S／D及α各值与弯管方式及芯棒形状之间，都存在相互关系，具体弯管时通过计算或直接查表法可达到满意的效果（计算方法和列表省略）。
对于相同外径D、壁厚S的管子，在弯制不同的圆弧半径R时，由于其相对弯曲半径R／D、相对壁厚S／D以及弯曲角度α的不同，可分别选用无芯弯管、硬式芯棒弯管、软式芯棒弯管等方式进行。当R／D≥3、S／D≥0.05时，可采用无芯弯管；当R／D≤2.5、S／D≥0.05或R／D≥3、S／D≥0.025时，可使用硬式芯棒弯管；当R／D与S／D两者都较小而弯曲角度α较大时，弯管过程中必须使用软式芯棒。根据这些相对值得不同，可以选择不同形式的弯管方法，并能可达到相应的预期效果。
三、弯曲芯棒的选用
对于芯棒的形状来说，也是多种多样的。一般情况下，可将芯棒分为两大类：一种为硬式芯棒(见图3a、b、c)，一种为软式芯棒(见图3d、e、f)。不同相对弯曲半径或相对壁厚的管件，以及对其加工要求的不同，应选用不同的形状芯棒。在选用硬式芯棒时，由于圆柱形芯棒(或圆柱球头芯棒)形状简单、制造方便、所使用场合比爪形芯棒更普遍；软式芯棒，由于球窝节芯棒能够多方挠曲，各球节之间是球面铰接，能适应各种变形，它在弯制薄壁或相对弯曲半径较小的管件时经常采用。球窝节芯棒还要根据不同的相对弯曲半径、相对管壁厚度和弯曲角度考虑选用不同的球节数（球节数目的多少可参考表1选取）。若球节数少，则达不到预期的效果；球节数多，则制造困难且不便于管子穿入。对于R／D、S／D及α在表1所列各值之间的数值，可参照此表折衷取值来选取芯棒和确定弯管方式。
即使芯棒形状选定后也不能保证弯出一定高质量的管件，但是芯棒与管子内径之间的间隙大小也是影响弯管质量的一个重要因素。假如芯棒的球节直径偏小，那么管子弯曲时圆弧内侧就有可能产生波浪形皱折(见图4A处)，而且还可能起不到防止圆弧外侧变扁的作用；若直径偏大或者球节外径不够光滑时，也会拉伤管壁，管子圆弧外侧还有可能起鼓包甚至破裂。因此，选择合理的芯棒直径及对其充分润滑，这也是保证弯管质量不可缺少的要素，应予以充分考虑。
四、正确使用芯棒
通过上述方式选取，将芯棒的形状和尺寸大小确定之后，就可插入管子开始进行。弯曲处的位置尺寸e(见图5)，也是影响弯管质量的一个不可忽视的因素。若伸出靠前(e值太大)，可能會挤裂管子外壁；若插入不足，则又起不到相应的防变扁作用，以致圆弧内侧还有可能起皱。
芯棒插入管子的初始位置尺寸e值的选取，可参照下式进行：
e≤(1／4～1／2)D内
式中：e—芯棒插入管子弯曲起始处的距离，mm；
D内—管子内径名义尺寸，mm。
五、结束语
要想弯出高质量的管件，在按照上式选取e值后，还应先进行试弯。根据试弯情况，调整弯管方式及芯棒的形状(球窝节芯棒还要考虑选取不同的球节数)，调整芯棒至恰当的位置。通过实验出同批次材料的回弹量，并加以调整修正弯曲补偿角度。如此批量所弯制出的管件，其圆弧处的横截面形状基本没有椭圆形。如果再配以防皱块和助推装置，那么就可消除圆弧内侧管壁的波浪形皱折，同时可减少圆弧外侧管壁的减薄量，从而达到弯制薄壁或小半径管件的目的。另外，在对方(矩)形钢管进行弯制时，除模具及芯棒的截面形状与圆形钢管不同之处，其芯棒的选取使用及弯制方式也基本相同。
参考文献
[1]蒋怡等.板金冲压工艺手册.北京：国防工业出版社，1989.
[2]章燕谟.锅炉制造工艺学.北京：机械工业出版社，1990.
[3]梁炳文等.实用板金冲压工艺图集.北京：机械工业出版社，1994.
[4]赵松年，张奇鹏.机电一体化机械系统设计.北京：机械工业出版社，1996.
关键词：弯管 工艺 芯棒 参数选择 方法
弯管技术除了在汽车工业、航空航天工业、船舶制造业、锅炉与压力容器、化工生产企业等多种行业、企业应用外，它还被应用于建筑行业。弯管质量的好坏，将直接影响着其产品的结构合理性、安全性、可靠性等。只有掌握管件在不同工艺条件下的加工技巧，才能弯制出高质量的管件。而对于冷态弯管来说，就需要合理的选择芯棒的形式，并掌握正确的弯制方法。
一、弯管制作工艺
大家知道，在管子纯弯曲的情况下，其外径为D、壁厚为S的管子，将受到外力矩M的作用发生弯曲，而中性层外侧的管壁受拉应力σ1的作用而减薄，内侧管壁受压应力σ2的作用而增厚(见图1a)。与此同时，合力F1和F2也使得管子弯曲处的横截面发生变形，并成为近似椭圆形(见图1b)，其内侧管壁在σ2的作用下，还可能出现失稳而起皱(见图1c)。为了弯制出理想的管件，这就应采取相应的措施，以用来防止上述这些缺陷的产生。而对于其中的有芯弯管技术来说，就是最常用的有效方法。
什么是有芯弯管呢？有芯弯管就是被弯制的管子中人为加一个“芯”。当被弯制的管子相对弯曲半径R／D或相对壁厚S／D较小时，为了能获得高质量的弯制管件，都在管子被弯制的过程中，在其内部插入一根合适的芯棒，以有效防止管子弯曲时圆弧处出现变扁及起皱现象(见图2)。
二、弯曲方式选择
在冷态弯管时，一般有两种方式：一种是无芯弯管，另一种是有芯弯管。究竟在什么情况下采用无芯弯管，什么情况下采用有芯弯管，以及在有芯弯管时选用何种芯棒等，这都需要对弯制管件的相对弯曲半径R／D及相对壁厚S／D、弯曲角度α数值的大小进行分析之后来确定。R／D、S／D及α各值与弯管方式及芯棒形状之间，都存在相互关系，具体弯管时通过计算或直接查表法可达到满意的效果（计算方法和列表省略）。
对于相同外径D、壁厚S的管子，在弯制不同的圆弧半径R时，由于其相对弯曲半径R／D、相对壁厚S／D以及弯曲角度α的不同，可分别选用无芯弯管、硬式芯棒弯管、软式芯棒弯管等方式进行。当R／D≥3、S／D≥0.05时，可采用无芯弯管；当R／D≤2.5、S／D≥0.05或R／D≥3、S／D≥0.025时，可使用硬式芯棒弯管；当R／D与S／D两者都较小而弯曲角度α较大时，弯管过程中必须使用软式芯棒。根据这些相对值得不同，可以选择不同形式的弯管方法，并能可达到相应的预期效果。
三、弯曲芯棒的选用
对于芯棒的形状来说，也是多种多样的。一般情况下，可将芯棒分为两大类：一种为硬式芯棒(见图3a、b、c)，一种为软式芯棒(见图3d、e、f)。不同相对弯曲半径或相对壁厚的管件，以及对其加工要求的不同，应选用不同的形状芯棒。在选用硬式芯棒时，由于圆柱形芯棒(或圆柱球头芯棒)形状简单、制造方便、所使用场合比爪形芯棒更普遍；软式芯棒，由于球窝节芯棒能够多方挠曲，各球节之间是球面铰接，能适应各种变形，它在弯制薄壁或相对弯曲半径较小的管件时经常采用。球窝节芯棒还要根据不同的相对弯曲半径、相对管壁厚度和弯曲角度考虑选用不同的球节数（球节数目的多少可参考表1选取）。若球节数少，则达不到预期的效果；球节数多，则制造困难且不便于管子穿入。对于R／D、S／D及α在表1所列各值之间的数值，可参照此表折衷取值来选取芯棒和确定弯管方式。
即使芯棒形状选定后也不能保证弯出一定高质量的管件，但是芯棒与管子内径之间的间隙大小也是影响弯管质量的一个重要因素。假如芯棒的球节直径偏小，那么管子弯曲时圆弧内侧就有可能产生波浪形皱折(见图4A处)，而且还可能起不到防止圆弧外侧变扁的作用；若直径偏大或者球节外径不够光滑时，也会拉伤管壁，管子圆弧外侧还有可能起鼓包甚至破裂。因此，选择合理的芯棒直径及对其充分润滑，这也是保证弯管质量不可缺少的要素，应予以充分考虑。
四、正确使用芯棒
通过上述方式选取，将芯棒的形状和尺寸大小确定之后，就可插入管子开始进行。弯曲处的位置尺寸e(见图5)，也是影响弯管质量的一个不可忽视的因素。若伸出靠前(e值太大)，可能會挤裂管子外壁；若插入不足，则又起不到相应的防变扁作用，以致圆弧内侧还有可能起皱。
芯棒插入管子的初始位置尺寸e值的选取，可参照下式进行：
e≤(1／4～1／2)D内
式中：e—芯棒插入管子弯曲起始处的距离，mm；
D内—管子内径名义尺寸，mm。
五、结束语
要想弯出高质量的管件，在按照上式选取e值后，还应先进行试弯。根据试弯情况，调整弯管方式及芯棒的形状(球窝节芯棒还要考虑选取不同的球节数)，调整芯棒至恰当的位置。通过实验出同批次材料的回弹量，并加以调整修正弯曲补偿角度。如此批量所弯制出的管件，其圆弧处的横截面形状基本没有椭圆形。如果再配以防皱块和助推装置，那么就可消除圆弧内侧管壁的波浪形皱折，同时可减少圆弧外侧管壁的减薄量，从而达到弯制薄壁或小半径管件的目的。另外，在对方(矩)形钢管进行弯制时，除模具及芯棒的截面形状与圆形钢管不同之处，其芯棒的选取使用及弯制方式也基本相同。
参考文献
[1]蒋怡等.板金冲压工艺手册.北京：国防工业出版社，1989.
[2]章燕谟.锅炉制造工艺学.北京：机械工业出版社，1990.
[3]梁炳文等.实用板金冲压工艺图集.北京：机械工业出版社，1994.
[4]赵松年，张奇鹏.机电一体化机械系统设计.北京：机械工业出版社，1996.