摘要：介紹了管子在冷態彎制時的變形情況，以及通過合理選擇芯棒及掌握其正確的使用方法，達到彎制出理想小半徑管件的方法。
鍵詞：應力；芯棒；相對彎曲半徑；相對壁厚
一、引言
彎管技術廣泛應用于鍋爐及壓力容器行業，中央空調制造業、汽車工業、航空航天工業、船舶制造業等多種行業，彎管質量的好壞，將直接影響到這些行業的產品的結構合理性，安全性、可靠性等。因此，為了彎制出高質量的管件，就應該掌握管件在不同工藝條件下的加工技巧。對于冷態彎管，合理選擇芯棒的形成及掌握其正確的使用方法非常必要。
二、工藝分析
在純彎曲的情況下，外徑為D、壁厚為S的管子受外力矩M的作用發生彎曲時，中性層外側的管壁受拉應力σ1的作用而減薄，內側管壁受壓應力σ2的作用而增厚(見圖1a)。同時，合力F1和F2又使管子彎曲處的橫截面發生變形而成為近似橢圓形(見圖1b)，內側管壁在σ2的作用下還可能出現失穩而起皺(見圖1c)，為彎制出理想的管件，就應采取相應的措施來防止上述這些缺陷的產生，其中有芯彎管就是最常用的有效方法之一。
圖1管子彎曲時的受力及變形情況
(a)管子彎曲時的受力情況(b)管子彎曲時的截面變形(c)管子彎曲時的內側失穩起皺
所謂有芯彎管，就是當被彎制的管子相對彎曲半徑R／D或相對壁厚S／D較小時，為了獲得高質量的管件，在管子被彎制過程中，在其內部插入一根合適的芯棒，以防止管子彎曲時圓弧處出現變扁及起皺現象的方法(見圖2)。
圖2有芯彎管示意圖
1.彎管模盤2.芯棒頭3.防皺塊4.管子5.芯棒桿6.夾緊塊7.壓力導向模
三、彎管方式的選擇
一般來說，冷態彎管有兩種方式：一種為無芯彎管，一種為有芯彎管。對于在什么情況下采用無芯彎管，什么情況下采用有芯彎管以及在有芯彎管時選用何種芯棒，需要對彎制管件的相對彎曲半徑R／D及相對壁厚S／D、彎曲角度α數值的大小進行分析之后來確定。R／D、S／D及α各值與彎管方式及芯棒形狀之間的相互關系如表1所示，彎管時參照此表可達到滿意的效果。
從表1可以看出，對于相同外徑D、壁厚S的管子，在彎制不同的圓弧半徑R時，由于其相對彎曲半徑R／D、相對壁厚S／D以及彎曲角度α的不同，可分別選用下列方式進行彎管：①無芯彎管、②使用硬式芯棒彎管、③使用軟式芯棒彎管等。當R／D≥3、S／D≥0.05時，采用無芯彎管即可；當R／D≤2.5、S／D≥0.05或R／D≥3、S／D≥0.025時，使用硬式芯棒可達到預期的效果；當R／D與S／D兩者都較小而彎曲角度α較大時，彎管過程中必須使用軟式芯棒。
表1
注：1.選擇虛線下面的方式進行彎管時，應配防皺塊；2.N―表示可以不使用芯棒(即無芯彎管)；3.H―表示可以使用硬式芯棒彎管；4.F―表示需使用軟式芯棒彎管，后面的數字為推薦的球節數。
四、芯棒的選用
芯棒的形狀是多種多樣的，對于具有不同相對彎曲半徑或相對壁厚的管件，以及對其加工要求的不同，應選用不同的形狀芯棒。一般情況下，可將芯棒分為兩大類：一種為硬式芯棒(見圖3a、b、c)，一種為軟式芯棒(見圖3d、e、f)
圖3芯棒的基本形狀
(a)圓柱芯棒(b)圓柱球頭芯棒(c)爪形芯棒(d)鏈式芯棒(e)軟軸芯棒(f)球窩節芯棒
在選用硬式芯棒時，由于圓柱形芯棒(或圓柱球頭芯棒)形狀簡單、制造方便、所使用場合比爪形芯棒更普遍；而在選用軟式芯棒時，由于球窩節芯棒能夠多方撓曲，各球節之間是球面鉸接，能適應各種變形，因此，在彎制薄壁或相對彎曲半徑較小的管件時經常采用，同時，選用球窩節芯棒還要根據不同的相對彎曲半徑、相對管壁厚度和彎曲角度考慮選用不同的球節數，球節數目的多少可參考表1選取。若球節數少，則達不到預期的效果；球節數多，則制造困難且不便于管子穿入。對于R／D、S／D及α在表1所列各值之間的數值，可參照此表折衷取值來選取芯棒和確定彎管方式。
芯棒形狀選定后，還不能保證彎出高質量的管件，芯棒與管子內徑之間的間隙大小也是影響彎管質量的重要因素。如果芯棒的球節直徑偏小，管子彎曲時圓弧內側有可能產生波浪形皺折(見圖4A處)，而且還可能起不到防止圓弧外側變扁的作用；直徑偏大或者球節外徑不夠光滑時，會拉傷管壁，管子圓弧外側還有可能起鼓包甚至破裂。選擇合理的芯棒直徑及對其充分潤滑是保證彎管質量不可缺少的要素。
圖4球節直徑偏小時出現內側起皺、外側變扁
芯棒直徑尺寸d可參照下列經驗公式選?。?nbsp;
d≈(0.94～0.98)D
式中d―芯棒直徑，mm
D―管子內徑名義尺寸，mm
五、芯棒的正確使用
在芯棒形狀和尺寸大小確定之后，其插入管子開始彎曲處的位置尺寸e(見圖5)也是影響彎管質量的一個不可忽視的因素。如果伸出靠前(e值太大)，可能會擠裂管子外壁；如果插入不足，又起不到相應的防變扁作用，圓弧內側還可能起皺。
圖5芯棒插入到管子的位置尺寸
芯棒插入管子的初始位置尺寸e值可參照下式選?。?nbsp;
e≤(1／4～1／2)D
式中e―芯棒插入管子彎曲起始處的距離，mm
D內―管子內徑名義尺寸，mm
為彎出高質量的管件，在按照上式選取e值后，應先進行試彎，根據試彎情況調整彎管方式及芯棒的形狀(對于球窩節芯棒還要考慮選取不同的球節數)，調整芯棒至恰當的位置，實驗出同批次材料的回彈量并加以調整修正彎曲補償角 度，這樣所彎制出的管件其圓弧處的橫截面形狀基本沒有橢圓形。如果再配以防皺塊和助推裝置，可消除圓弧內側管壁的波浪形皺折且可減少圓弧外側管壁的減薄量，從而達到彎制薄壁或小半徑管件的目的。
此外，在對方(矩)形鋼管進行彎制時，除模具及芯棒的截面形狀與圓形鋼管不同之處，其芯棒的選取使用及彎制方式基本相同。
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