铁艺栏杆制作过程中常用的拉弯方式

常用机械弯管方法有压弯、滚弯、回弯和挤弯4种，如图7.8所示。

    1．压弯

    压弯分为简单弯曲和带矫正弯曲两种，如图7.8(a)、(b)所示。

    2．滚弯

    滚弯是在辊板机或型钢弯曲机上，用带槽滚轮弯曲，如图7.8(c)所示。

    3．回弯

    回弯是在立式或卧式弯管机上弯曲，分碾压式和拉拔式两种，如图7.8(d)、(e)所示。

    4．挤弯

挤弯是在压力机或专用推挤机上弯曲，它分型模式和芯棒式两种，如图7.8(f)、(g)所示。型模式挤弯一般采用冷挤，芯棒式挤弯一般采用热挤。



图7.8常用机械弯管方法

7.6.1  有芯弯管

    有芯弯管是在弯管机上利用芯轴沿模具回弯的方法，芯轴的作用是防止管子弯曲时断面的变形。

    1．芯轴形式

如图7.9所示，芯轴形式有圆头式、尖头式、勺式、单向关节式、万向关节式和软轴式等多种。各种形式的芯轴特点如下：



图7.9芯轴的形式

    (1)圆头式芯轴制造方便，其头部呈半球状，伸入管中时无方向定位要求．因此弯管时芯轴定位方便，但防扁效果较差。

    (2)尖头式芯轴可向前伸进量较大，以减小与管壁的间隙，防扁效果较好，且有一定的防皱作用。

    (3)勺式芯轴与外壁支承面较大，防扁效果比尖头式好，具有一定的防皱作用。

    (4)单向关节式、万向关节式和软轴式芯轴能深入管子内部，与管子一起弯曲，防扁效果更好。弯后借助于油缸抽出芯轴，同时可对管子进行矫圆。

    2．有芯弯管的工作原理

    如图7. 10所示，具有半圆形凹槽的弯管模1由电动机经过减速装置带动旋转，管子4

置于弯管模盘上用夹块2压紧，压紧导轮3用来压紧管子的表面，芯轴5利用芯轴杆6插入管子的内孔中，它位于弯管模的中心位置。当管子被夹块夹紧并同模子一起转动时，便紧靠弯管模发生弯曲。管子的弯曲角度由挡块控制，当弯管模转动到一定角度时，撞击挡块，电动机即停止转动。管子弯曲的半径，取决于弯管模半径。因此，不同的弯曲半径，应具有一套相应的弯管模。



图7. 10有芯弯管工作原理

l-弯管模；2一夹块；3-压紧导轮；4管子；5-芯轴；6-芯轴杆

    3．芯轴尺寸、位置的确定

    有芯弯管的质量取决于芯轴的形状、尺寸及伸入管内位置，如图7. 11所示。一般半圆头芯轴的直径为管子内径90%以上，或比管子内径小0.5～1.5 mm;芯轴的长度一般取其直径的3～5倍。

芯轴的位置应比弯模中心线超前一段距离e，e的大小应根据管子直径、弯曲半径、管子与芯轴间的间隙大小而定，一般简便确定芯轴位置的方法为模拟弯曲法，如图7. 12所示。将管子切成短圆环，沿弯管模的半径圆槽滑动，以模拟出管子弯曲的轨迹，同时调节芯轴的位置，使管环内壁能恰好通过。



图7. 11有芯弯管芯轴的尺寸和位置



图7. 12模拟弯曲法确定芯轴位置

1一管子；2一弯管模；3-管环；4-芯轴

  4．操作注意事项

  弯管前，为了保证弯管质量，管子内壁必须清理。因为在运输和仓储过程中，管子内部难免要生锈和有污物进入，这种铁锈和污物的存在会在弯管过程中造成芯轴和管内壁之间的摩擦，极易引起管子内壁的拉伤，甚歪裂开，而这些拉伤大多是无法发现的，这将严重影响以后的使用性能。管子清洗后，要在内壁涂油润滑，或采用芯轴喷油，以减少弯管时芯轴与管内壁的摩擦。此外，弯管前还必须将管子分组。由于制造时的误差，同一种规格管子的壁厚和内径均有所差异，要得到满意的弯管，芯轴的直径必须和管子的内径相适应。所以，先要将管子按内径分为若干组，并配选适当的芯轴，以适应弯管需要。

    弯管时，将管子置于弯管机的弯管模上，穿入芯轴，调整好芯轴的超前量，夹紧管端，然后起动弯管机进行弯管。

有芯弯管适用于相对直径较大而壁厚较薄或要求较高的管子弯曲。

7.6.2无芯弯管

    无芯弯管是在弯管机上利用反变形法来控制管子断面的变形。弯管时，管子在进入弯曲变形区前，预先给以一定量的反向变形，使管子外侧向外凸出，用以抵消或减少管子在弯曲时断面的变形，从而保证弯管的质量。如图7. 13所示为无芯弯管的工作原理，管子5置于弯管模1与反变形滚轮3之间。用夹块2压紧于弯管模上，当弯管模由电动机带动旋转时，管子发生弯曲。反变形滚轮压紧管子，使管子产生反变形。导向轮的凹槽为半圆形，在弯管中起引导管子进入弯管模的作用。如图7. 13(a)所示为采用反变形滚轮的无芯弯管，如图7. 13(b)所示为采用反变形滑槽的无芯弯管。

    采用反变形滚轮无芯弯管时摩擦较小，但弯管的终点部分由于反变形量无法完全恢复，截面会呈现椭圆形，影响外观；采用反变形滑槽无芯弯管时，虽然摩擦较大，但弯管终点部分的反变形消除比滚轮弯管好。

    弯管时，将管子置于弯管机的弯模上，用夹块夹紧管端，压紧反变形滚轮或滑槽，即可进行弯管。





    图7. 13无芯弯管工作原理图

1弯管模；2一夹块；3-反变形滚轮；4-导向轮；5-管子；6反变形滑槽；7-滚轮或滑槽

7.6.3  无芯弯管与有芯弯管相比的优点

    (1)大大减少弯管前的准备工作．提高了劳动生产率。

    (2)管内不需要润滑，节省润滑液和喷油设备。

    (3)避免了芯轴消耗。

    (4)弯管质量好，不仅圆度有保证，同时管壁拉薄和内壁因振动而引起的波纹现象也有很大改善。

    (5)弯曲时无振动现象，没有芯轴与管子间的摩擦，降低了弯管力矩，延长弯管机的使用寿命。

    无芯弯管由于具有上述优点，所以得到广泛应用，当管子的弯曲半径大于管子直径1.5倍时，一般都采用无芯弯管。

    考虑到管子弯曲后的回弹，弯管模的半径应小于管子的弯曲半径，通常按下列经验数据来确定：

    对于合金钢管，弯管模的半径R模=0.94R弯；

    对于碳素钢管，弯管模的半径R模=0. 96～0. 98R弯。


7.7.1  拉弯的成形原理及特点

    拉弯是应用最广泛的一种型材弯曲工艺，尤其是那些弯曲半径大的条状或型材工件，因为工件常常处在弹性变形当中，极易回弹到初始状态，用普通的弯曲方法比较困难，因此要选择拉弯的工艺。

    1．拉弯的成形过程

拉弯通常分为三个步骤，如图7. 14所示为拉弯的工艺流程。首先对型材进行预拉伸，使其消除弹性变形，进入塑性变形状态；然后利用模具进行弯曲，使其达到所要求的形状；最后补拉。在生产中可根据实际情况的不同，决定有无补拉工序，具体操作是先将型材的两端固定在夹紧装置上，然后对其施加一个比较大的预拉伸力，这个力的大小略高于屈服强度，大致是其1.1倍左右；接着开始移动夹紧装置或成形模具――冲头，当型材接触到冲头时，就有一个成形力矩产生，作用在型材的中间部位，并且将型材分为两段成形区，随着夹紧装置或冲头的继续移动，这个力矩越来越大，型材的变形程度也越来越大，当达到所需要的形状时，移动停止。成形完成后，并不立即取出型材，而是加大拉伸力，对其进行再一次拉伸，最终成形。



图7. 14拉弯原理图

相比于其他弯曲工艺，拉弯时工件内部切向应力的分布有所不同。压弯和滚弯都属于单项弯曲，弯曲断面上产生内层受压、外层受拉、中性层不变的应力状态。如图7. 15所示，在拉弯过程中，沿弯曲方向加拉力P，使外层拉应力加大，内层开始也出现压应力，但很快减小，随后也开始受拉，当拉力P使材料最里边的A点的拉应力超过屈服点σs时，去掉拉力P以后，能使工件基本保持拉弯时所获得的形状，回弹极微小。

    2．拉弯的特点

(l)拉弯只需要一步工序，就可达到所需的弯曲半径。弯曲角可达到180。，而其他弯曲方式需要多步工序才能弯曲比较大的弧度。



图7. 15  弯曲应力的比较

    (2)回弹比较小。因为在弯曲过程中，始终都存在一个拉伸力，使得本来处于型材中心部位的中性层向内侧移动，甚至使整个剖面都处在拉应力作用下，这样可以减小因型材内外层应力不同而产生的弯矩，因此可以减小回弹。

    (3)由于是将拉力施加在材料上，使内层发生的起皱程度得到一定的减小，甚至可避免发生皱折，因此成形精度高。

    (4)但同时由于这个拉力的存在，却使型材外层发生内凹的程度增加，影响了型材的弯曲质量。

    (5)拉弯加工适合长度大、弯曲半径较大的工件。当弯曲半径小于10 mm时．外层容易被拉裂。

7.7.2成形精度的髟响因素分析

型材拉弯成形中弯曲半径、截面形状和拉伸量是整个工艺中比较重要的三个参数。由于弯曲半径和型材截面形状往往由制件的形状确定，因此确定适当的拉伸量是整个工艺的关键。研究发现，型材弯曲半径越小、拉伸量越大，壁厚减薄和上壁塌陷的程度就越明显。而对于影响型材贴模精度的主要因素回弹，其回弹角和预拉伸量有如图7. 16所示的关系。

    从图7. 16可以看出，对于不同的弯曲半径，曲线均存在一个陡降区，拉伸量超过这一区域后，拉伸量的增大对回弹角的影响明显变小。这是因为随着拉伸量的增大，型材的应变中性层逐渐内移，当拉伸量大到使中性层移出型材内表面后，再增大拉伸量对回弹角影响不大。

    拉伸量的确定受成形极限和成形精度两方面因素的影响。当拉伸量不足时，会出现底部起皱、贴模差、成形精度低等缺陷，因此保持一定的拉伸量是必须的。同样，拉伸量应至少能保证型材正常成形，即不出现脱模和底部起皱现象，这是弯睦成形最基本的要求。因此，把保证型材拉弯过程中不出现脱模及底部起皱现象所需的最小拉伸量确定为下限拉伸量。型材拉弯工艺中预拉伸量不应小于下限拉伸量。拉伸量满足成形的基本要求后，要进一步增大，具体增大到多少，需根据成形的精度要求来确定。增大拉伸量的目的在于提高弯曲型材的贴模精度，减小回弹，但这是以牺牲截面形状和壁厚为代价的。当拉伸量足以使中性层偏移至型材底面后时再增大拉伸量，对减小回弹的作用已不大，反而会导致截面变形和壁厚减薄严重。因此，将能使弯曲中性层偏移至型材底面所需的拉伸量确定为上限拉伸量。在通常情况下，当无特殊要求时，拉伸量的最大值不宜超过上限拉伸量。

综上所述，在制定工艺时，拉伸量的取值必须大于下限拉伸量，由于回弹存在陡降区，当对壁厚减薄要求不十分严格，且不采取补拉措施时，可考虑尽量使拉伸量靠近上限拉伸量，以获得较高的成形精度。除了上述这种靠应力控制的工芝之外，还有靠应变控制的拉弯工艺，原理如图7. 17所示。型材固定在工具的两端，随着两部分工具的转动，最后都达到一定的应变。理论研究表明，这种方法比靠应力控制的拉弯工艺有着更高的成形精度。



图7. 16预拉伸量与回弹角的关系



图7. 17应变控制拉弯工艺原理示意图

7.7.3拉弯的工艺过程

    1．模具对型材的作用力

在拉弯中，工件受力如图7. 18所示。其中，F为模具对型材施加的力，由于F作用在整个型材上，而以型材的112作为对象来分析，模具的作用力则为F/2。H为拉弯工艺中在末端对型材施加的一个不变的拉力。由受力平衡，得以下条件：

（7-1）

    很明显，轴向力N和剪切力V是随着模具的移动而变化的。轴向力N随着模具位移的增加而增加，而剪切力V很小，且基本上是常量。

    2．弯曲后的回弹

    材料的回弹是由于试样截面高度方向上不均匀的应变状态和与之相对应的应力状态所引起的，因为拉力H对型材的长度影响可以忽略不计，因此可以认为型材卸载前后长度不变。型材拉弯后回弹量的多少可以用很多形式来表示，如弯曲半径的改变、弯曲角度的改变等，这里用型材回弹后与卸载前下底面的顶点之差d0来表示（前提为型材两端仍然和卸载前一样，处于同一水平位置），如图7. 19所示。回弹量d0可以用模具移动位移来表示，即模具移动的最大位移和卸载时模具和型材分离时的位移之差表示。



图7. 18型材拉弯时末端受力平衡示意图



图7. 19  回弹量d0的表示

  3．坯料长度的确定

  确定拉弯工件的坯料长度，一般可按下列公式计算：

    L=L'+2B    （7-2）

式中：L-为拉弯工件的坯料长度，mm;

    L'-为拉弯工件的展开长度，mm;

    B-为每端夹头余量，与夹头的结构及工件的大小有关，一般为100 mm左右。

    4．拉弯力的计算

    拉弯时单位面积上所需要的拉力应大于材料屈服强度盯。，同时又要小于其强度极限σb，故一般可取拉力为

    P= (1. 1―1.2)Sσs    (7-3)

式中：P-拉弯时所需的拉力，N;

    S-被拉弯坯料的断面面积，mm2。

    拉弯时材料的拉伸应力和变形都比普通弯曲要大，所以它要求材料具有较高的塑性，尤其当弯曲半径较小时。工件在拉弯前，一般都经过退火，但塑性好的材料不需要。塑性较差的材料可以采用热拉，其拉力比冷拉要小。在操作时，拉力大小可用压力表控制。

7.7.4  拉弯机的结构形式

    根据生产条件和产品的实际需要，拉弯机可设计为不同的形式。

    (1)图7.20所示为转臂式拉弯机的平面示意图。在固定台面1的两侧铰接两个转臂2，每个转臂上分别装有拉伸油缸3，转臂2在弯曲油缸4和拉杆5的带动下旋转，同时带动坯料7旋转。拉伸油缸3的活塞前端装有夹头6，用来夹持坯料。拉弯模8对称地装在台面1的轴线上。工作时，先装好拉弯模，调整拉伸油缸活塞杆的伸出量和拉伸时的收回量，夹好坯料，开动拉伸油缸预拉坯料，左右两油缸的拉力要相等。保持预拉力不变，开动弯曲油缸，转动转臂使坯料绕拉弯模弯曲，最后加一定的补拉力，使坯料完全贴模，得到成形工件。

    这种转臂式拉弯机应用较为普遍。在拉弯过程中，拉弯模固定不动，这样在结构上比较牢靠。



    图7. 20转臂式拉弯机示意图

    1-固定台面；2一转臂；3一拉伸油缸；4-弯曲油缸；5-拉杆；6-夹头；7坯料；8拉弯模

    (2)图7.21历示为转盘式拉弯机，与一般弯管机类似，这种形式适于较小工件的拉弯。

    图7. 21  转盘式拉弯机示意图

l-转盘；2拉弯模；3一固定夹头；4-油缸；5工作台；6-靠模

7.7.5  拉弯机操作注意事项

    (l)正确地安装拉弯模。模具的中心线要对准拉弯机的中心线，模具的高度要使坯料截面的中心线与油缸的中心线在同一水平面，模具要固定牢靠。

    (2)模具工作部分要与坯料的截面形状相吻合，不要有过大的间隙，以免拉弯后的工件成形不好。模具的工作面要光滑，拉弯之前可涂适量的润滑剂。

    (3)模具的两端头，一般根据装配的要求和加工的需要应加长10 mm左右：安装孔一般制成椭圆形，便于安装时调整位置。拉弯模的两端应制有缺口，以便于拉弯时使夹头能自由地进到模具的后方。另外，模具边缘应倒角。

    (4)夹持坯料的夹头一定要牢靠。

    (5)拉弯前要计算所需的拉弯力或根据经验进行试验性拉弯，而后进行拉力调整：在任何情况下不得一开始就用很大的拉力，以免破坏钢材内部的组织。

    (6)夹牢坯料后，当坯料还没有弯曲而处于直线状态时，要进行预拉。预拉使坯料先承受一定的拉伸应力，并在此状态下完成弯曲变形，最后补加适量的拉力，可使工件与模具严密贴合。预拉的作用在于减少工件与拉模之间的摩擦。如果先弯后拉，摩擦力必然大大增加，会使拉为很难均匀地传递到坯料的所有断面上去，结果造成应力集中，可能使工件破裂。