弯曲成形工艺及其注意事项

图6-140 典型折边工件断面

将坯料弯成所需形状的加工方法称为弯曲成形，简称弯形。

在焊接结构制造中，有相当一部分构件，如压力容器、石化设备中的塔、罐、锅炉的锅筒、球形、椭圆形或锥形封头、大直径管道、大型拱顶钢结构、车辆船舶中的弧形构件等，都需在焊接之前对材料进行弯曲成形加工。弯曲成形时根据坯料温度可分为冷弯和热弯；根据弯形的方法分为手工弯形和机械弯形。最常用的弯曲成形加工方法有压弯、卷弯、卷圆、滚弯等。

1.弯曲成形过程

（1）初始阶段 当坯料上作用有外弯曲力矩M时，将发生弯曲变形。坯料变形区内，内层的金属在外弯矩引起的压应力作用下被压缩，外层的金属在外弯矩引起的拉应力作用下被拉伸。在坯料弯曲过程中的初始阶段外弯矩的数值不大，坯料内应力的数值小于材料的屈服强度，仅使坯料发生弹性变形。

（2）塑性变形阶段 当外弯矩的数值继续增大时，坯料的曲率半径r也随之缩小。材料内应力的数值开始超过其屈服强度，坯料变形区的内表面和外表面首先由弹性变形状态过渡到塑性变形状态，然后塑性变形由内、外表面逐步向中心扩展。

（3）断裂阶段 坯料发生塑性变形后，若继续增大外弯矩，待坯料的弯曲半径r小到一定程度，将因变形超过材料自身变形能力的限度，在坯料受拉伸的外层表面首先出现裂纹，并向内伸展，致使坯料发生断裂破坏。

弯曲过程中，材料的横断面形状也要发生变化，无论宽板、窄板，在变形区内材料的厚度均有变薄现象。

2.机械压弯成形

在压力机上使用弯曲模进行弯曲成形的加工方法，称为机械压弯。

（1）压弯变形过程 压弯成形时，材料的弯曲变形有自由弯曲变形、接触弯曲变形和校正弯曲变形三种方法。图6-141所示为在V形模上进行三种方式弯曲变形的情况。若材料弯曲变形时，仅与凸、凹模在三条线接触，弯曲变形圆角半径r₁是自然形成的（见图6-141a），这种弯曲变形方式称为自由弯曲变形；若材料弯曲变形到直边与凹模表面平行，而巨在长度ab上相互靠紧时，停止弯曲变形，弯曲变形件的角度等于模具的角度，而弯曲变形圆角半径r₂仍是自然形成（见图6-141b），这种弯曲变形方式称为接触弯曲变形；若将材料弯曲变形到与凸、凹模完全靠紧，弯曲变形圆角半径r₃等于模具圆角半径r_凸（见图6-141c）时，这种弯曲变形方式称为校正弯曲变形。自由弯曲变形、接触弯曲变形和校正弯曲变形三种方式是在材料弯曲变形的塑性变形阶段依次发生的。

用自由弯曲变形所需弯力小，但工作时靠调整凹模槽口的宽度和凸模的下死点位置来保证零件的形状，批量生产时弯曲件质量不稳定，所以它多用于小批生产中大型零件的压弯。

用接触弯曲变形或校正弯曲变形时，由模具保证弯曲件精度，弯曲件质量较高而巨稳定，但所需弯曲力较大，并巨模具制造周期长、费用高。所以多用于大批量生产中的中小型零件的压弯。

图6-141 材料压弯时的三种变形方式

a）自由弯曲变形 b）接触弯曲变形 c）校正弯曲变形

（2）最小弯曲半径 材料在不发生破坏的情况下所能弯曲的最小曲率半径称为最小弯曲半径。弯曲时，最小弯曲半径受到板料外层最大许可拉伸变形程度的限制，超过这个变形程度板料将产生裂纹。因此，板料的最小弯曲半径是设计弯曲件、制订工艺规程所必须考虑的一个重要参数。

影响材料最小弯曲半径的因素有以下几种：

1）材料的力学性能。材料的塑性越好，其允许变形程度越大，则最小弯曲半径可以越小。

2）弯曲角α。在相对弯曲半径r/δ相同的条件下，弯曲角α越小，材料外层受拉伸的程度越小而不易弯裂，最小弯曲半径可以取较小值。反之，弯曲角α越大，变形增大，外表面拉伸加剧，最小弯曲半径也应增大。

3）材料的纤维方向。经轧制的板材各方向的性能不一样。所以当弯曲方向与材料纤维方向垂直时，可用较小的弯曲半径（见图6-142a）。如果弯曲线与纤维方向平行时，弯曲半径应增大，否则容易破裂（见图6-142b）。当沿几个方向弯曲时，应使弯曲线与纤维方向成一定角度，一般为30°（见图6-142c）。在实际生产中，为提高材料利用率，加快下料速度，除个别材料或特殊要求以外，一般采取增大弯曲半径来弥补这一影响。

4）板料边缘的飞边 飞边会引起应力集中。如果飞边在弯角的外侧，往往引起过大的拉应力，而将工件拉裂，因此必须增大弯曲半径。反之，若飞边处于内侧，由于内层是压应力，不致引起开裂，因此，相应的最小弯曲半径就可减小一些。为了防止开裂，弯曲前应清除边缘飞边，在弯边的交接处钻止裂孔（见图6-143）。

图6-142 纤维方向对弯曲半径的影响

a）弯曲线与纤维方向垂直 b）弯曲线与纤维方向平行 c）弯曲线与纤维方向成一定角度

5）其他因素。材料的厚度和宽度等因素也对最小弯曲半径有影响。如薄板可以取较小的弯曲半径，窄板料也可取较小的弯曲半径。当材料剪断面质量和表面质量较差时，弯曲时易造成应力集中从而使材料过早破坏，这种情况下应采用较大的弯曲半径。

在一般情况下，弯曲半径应大于最小弯曲半径。若由于结构要求等原因，弯曲半径必须小于或等于最小弯曲半径时，应该分两次或多次弯曲，也可采用热弯或预先退火的方法，以提高材料的塑性。

部分材料的最小弯曲半径值列于表6-45。

图6-143 弯曲前钻止裂孔

表6-45 材料的最小弯曲半径值

注：δ为材料厚度，单位为mm。

对于在压力机上压制圆筒瓦瓣，弯曲半径r＞5δ（δ为板厚）时，可在冷态下弯曲；弯曲半径r＜5δ时，应在热态下弯曲。

（3）弯曲回弹 材料弯曲时，其过程由弹性变形发展到塑性变形，但在塑性变形中，也存在有一定的弹性变形。在板料弯曲区域内的材料，外层受拉，内层受压。因此，当外力去除后，弯曲部分要产生一定程度的回弹，如图6-144所示。

影响回弹的主要因素有以下几种：

1）材料的屈服强度越高，弹性模量越小，加工硬化越激烈，则弯曲变形的回弹越大。

2）材料的相对弯曲半径r/δ越大，材料变形程度就越小，则回弹越大。

3）在弯曲半径一定时，弯曲角α越大，表示变形长度越大，回弹也越大。

4）其他因素如零件的形状、模具的构造、弯曲方式及弯曲力的大小等，对弯曲件的回弹也有一定的影响。

图6-144 弯曲件的回弹

减小回弹常采取下列措施：

1）将凸模角度减去一个回弹角，使板料弯曲程度加大，板料回弹后恰好等于所需的角度。

2）采取矫正弯曲，在弯曲终了时进行矫正，即减小凸模的接触面积或加大弯曲部件的压力。

3）减小凸模与凹模的间隙。

4）采用拉弯工艺。

5）在必要时和许可的情况下，可采取加热弯曲。

（4）板材、型材的长度计算

1）板材展开长度计算。钢板弯曲时，中性层的位置随弯曲变形的程度而定，当弯曲的内半径与板厚之比r/δ大于5时，中性层的位置在板厚中间，中性层与中心层重合（多数弯板属于这种情况）；当r/δ小于或等于5时，中性层的位置向弯板的内侧移动，中性层半径可由经验公式（6-48）求得：

R=r+kδ （6-48）

式中 R——中性层的弯曲半径（mm）；

r——弯板内弧的弯曲半径（mm）；

δ——钢板的厚度（mm）；

k——中性层系数，其值查表6-46。

表6-46 中性层位置系数k

例6-8 计算图6-145所示U形板料展开长度。已知r=60mm，δ=20mm，l₁=200mm，l₂=300mm，α=120^o，求L=？

解 因为，查表得k=0.47。

则

图6-145 U形板展开长度计算

实际上板料可以弯曲成各种复杂的形状，展开长度的计算都是先确定中性层，再通过作图和计算，将断面图中的直线和曲线逐段相加得到。

2）圆钢料的计算。圆钢弯曲的中性层一般总是与中心线重合，所以圆钢的料长可按中心线计算。

①直角形圆钢的展开计算。如图6-146a所示，已知尺寸A、B、d、r，展开长度应是直线段长度和圆弧段长度之和。展开长度如下：

式中 L——展开长度，mm；

A、B——直线段长度，mm；

r——内弧半径，mm；

d——圆钢直径，mm。

例6-9 在图6-146a中，已知A=400mm，B=300mm，d=20mm，r=100mm，求圆钢的展开长度。

解 展开长度如下：

②圆弧形圆钢的展开计算。如图6-144b所示，已知尺寸R₁、d、δ，展开长度如下：

例6-10 在图6-146b中，已知R₁=400mm，d=40mm，β=60^o，求圆钢的展开长度。

解 展开长度如下：

3）角钢展开长度的计算。角钢的断面是不对称的，所以中性层的位置不在断面的中心，而是位于角钢根部的重心处，即中性层与重心重合。设中性层离开角钢根部的距离为z₀，z₀值与角钢断面尺寸有关，可从有关表格中查得。

等边角钢弯曲料长计算见表6-47。

例6-11 已知等边角钢内弯，两直边l₁=450mm，l₂=350mm，角钢外弧半径R₁=120mm，弯曲角度α=120°，等边角钢为70mm×70mm×7mm，求展开长度L。

解 由有关表查得z₀=19.9mm

例6-12 已知等边角钢外弯，两直边l₁=550mm，l₂=450mm，角钢内弧半径r=80mm，弯曲角度α=150°，等边角钢为63mm×63mm×6mm，求展开长度L。

解 由有关表查得z₀=17.8mm

图6-146 常用圆钢弯曲计算

a）直角形圆钢 b）圆弧形圆钢

表6-47 等边角钢弯曲料长计算

注：l₁、l₂—角钢直边长度；R₁—角钢外弧半径；α—弯曲角度；z₀—角钢重心距；r—角钢内弧半径。

（5）弯曲设备及弯模

1）弯曲设备。弯曲设备主要是各种类型的折弯机，利用折弯机弯曲各种几何断面形状的金属板箱、柜、盒壳、翼板、肋板、矩形管、U形梁和屏板等薄板制件。

2）弯曲模具。拆弯机上用的弯曲模具可分为通用和专用模具两类。图6-147是通用弯曲模的断面形状。

上模一般是V形的，有直臂式和曲臂式两种（见图6-147b、c），下端的圆角半径由几种固定尺寸组成一套。圆角较小的上模夹角制成15°。

下模一般是在四个面上分别加工出适应机床弯制零件的几种固定槽口（见图6-147a）槽口的形状一般是V形或矩形，这些槽口都能弯制钝角和锐角零件。下模的长度一般与工作台面相等或稍长一些，也有较短的。弯曲模上下模的高度根据机床闭合高度确定，在使用弯曲模时其弯曲角度大于18°。

在折弯机上选用通用弯曲模弯制零件时，下模槽口的宽度不应小于零件的弯曲半径与材料厚度之和的2偌，再加上2mm的间隙，即

B＜2（δ+R）+2 （6-50）

式中 B——下模槽口宽度，mm；

δ——零件的材料厚度，mm；

R——零件的弯曲半径，mm。

这样，在弯曲时坯料不会因受阻产生压痕或刮伤现象，同时为减少弯曲力，对硬的材料应选用较宽的槽口；而软的材料，大的槽口会使直边弯成弧形，应选用较小的槽口。在弯曲已具有弯边的坯料时，下模槽口中心至其边缘的距离不应大于所弯部分的直边长，图6-148a中的尺寸d必须小于尺寸c，否则无法放置坯料。已弯成钩形的坯料再弯曲时，应采用带躲避槽的下模，如图6-148b所示。

图6-147 通用弯曲模

a）通用凹模 b）直臂凸模 c）曲臂凸模

图6-148 带弯边件的弯曲

对于上模的选择也应根据零件的形状和尺寸的要求。上模工作端的圆角半径应略小于件的弯曲半径。

一般采用直臂式上模，而当直臂式上模有阻碍时应换成曲臂式上模，如图6-148a所示。

3）通用弯曲模具。采用通用弯曲模具弯制多角的复杂零件时，根据弯角的数目、弯曲半径和零件的形状，必须经多次调整挡板，更换上模及下模。弯制时的先后次序很重要，其原则是由外向内依次弯曲成形。

若弯曲的零件（见图6-149a）弯曲半径相同而各部分尺寸不相等，弯曲时必须多次调整挡板位置，下模可用同一槽口，在前三次弯曲时，可采用直臂式上模（见图6-149b），最后一次采用曲臂式上模（见图6-149c）。

图6-149 槽形零件弯曲工序

a）零件 b）第一、第二道工序 c）最后一道工序

3.机械卷弯成形

（1）卷弯的基本原理 通过旋转的辊轴使坯料弯曲的方法称为卷弯（又叫滚弯）。卷弯的基本原理如图6-150所示，若坯料静止地放在下辊轴上，下表面与下辊轴的最高点b、c相接触，上表面与上辊轴的最低点a相接触，这时上下辊轴间的垂直距离正好等于板料厚度。当下辊轴不动、上辊轴下降，或上辊轴不动、下辊轴上升时，间距便小于板料厚，若把辊轴看成不发生变形的刚性轴，板料便产生弯曲，这实质上就是前面所讲的压弯。如果连续不断地滚压，坯料在全部所滚到的范围内便形成圆滑的曲面，坯料的两端由于滚不到仍是直的，在成形零件时必须设法消除。所以卷弯的实质就是连续不断地压弯（见图6-151），即通过旋转的辊轴，使坯料在辊轴的作用力和摩擦力的作用下，自动向前推进并产生弯曲。

坯料经卷弯后所得的曲度取决于辊轴的相对位置、板料的厚度和力学性能。如所卷的板料的材质相同、厚度一样时，辊轴的相对位置越近，则卷得的曲度就越大，反之则越小；若辊轴的相对位置固定不变时，所卷的板料越厚或越软，则卷得的曲度也越大，反之则越小（见图6-152）。它们之间的关系可近似地用式（6-51）表示：

式中 d₁、d₂——辊轴的直径，mm；

δ——板料厚度，mm；

R——零件的曲率半径，mm。

辊轴之间的相对距离H和B都是变量，根据机床的结构，可以任意调整，以适应零件曲度的需要。

由于改变H比改变B方便，所以一般都通过改变H来得到不同的曲度。由于板料的回弹量事先难以计算确定，所以上述关系式不能准确地标出所需的H值，仅供初步参考。实际生产中，一般采取试测的方法，即凭经验大体调好上辊轴的位置后，逐渐试卷直到合乎要求的曲度为止。

卷弯时，辊轴对坯料有一定的压力，并与坯料表面产生摩擦，所以在卷制表面质量要求高的零件时，卷弯前应清洗辊轴及坯料的表面。对有胶纸等保护表面的坯料，也要注意清除纸面的金属和胶，并把胶纸的搭接部分撕掉，否则会对零件的表面质量有影响。

卷弯的最大优点是通用性强，板料的卷弯不需要制造任何特种工艺装备，而型材的卷弯只需制作适合于不同剖面形状、尺寸的各种滚轮，因此，生产准备周期短，所用机床的结构简单。卷弯的缺点是生产率较低，板料零件一般需经过反复试卷才能获得所需的曲度。

（2）卷板机 卷弯机床包括卷板机和型钢卷弯机。由于卷弯加工的大多是板材，而巨卷板机附加一些工艺装备，也能进行一般的型钢卷弯。所以卷弯机床以卷板机为主。

卷板机的基本类型有对称式三辊卷板机、不对称式三辊卷板机和四辊卷板机三种。这三种类型卷板机的轴辊布置形式和运动方向如图6-153所示。

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图6-150 卷弯原理

图6-151 卷弯示意

图6-152 决定曲度的参数

图6-153 卷板机轴辊的布置形式及运动方向

a）对称式三辊卷板机 b）不对称式三辊卷板机 c）四辊卷板机

对称式三辊卷板机的特点是中间的上轴辊位于两个下轴辊的中线上（见图6-153a），其结构简单，应用普遍。它的主要缺点是弯形件两端各有一段位于弯曲变形区以外，在滚弯后成为直边。因此，为使板料全部弯曲，需要采取特殊的工艺措施。

不对称式三辊卷板机的轴辊布置是不对称的，上轴辊位于两下轴辊之上而向一侧偏移（见图6-153b）。这样，就使板料的一端边缘也能得到弯曲变形，剩余直边的长度极短。若在滚制完一端后，将板料从卷板机上取出掉头，再放入卷板机中进行弯曲变形，就基本上可使板料全部得到弯曲。这种卷板机的缺点是由于支点距离不相等，使轴辊在滚弯时受力很大，易产生弯曲，从而影响弯曲变形件精度，而巨弯曲变形过程中的板掉头，也增加了操作工作量。

四辊卷板机相当于在对称的三辊卷板机的基础上，又增加一个侧下辊（见图6-153c），这样不仅能使板料全部得以弯曲，还避免了板料在不对称三辊卷板机上需要掉头滚弯的麻烦。它的主要缺点是结构复杂、造价高，因此应用不太普遍。

各种卷板机的滚弯过程如图6-154所示。

图6-154 各种卷板机的滚弯过程

a）带弯边垫板的对称三辊卷板机 b）不对称三辊卷板机 c）四辊卷板机 d）偏心三辊卷板机 e）对称下调式三辊卷板机 f）水平下调式三辊卷板机

（3）钢板的卷制

1）钢板的卷制形式。按卷制温度的不同，卷板可以分为冷卷、热卷和温卷三种形式。

①冷卷是在常温下卷制，适用于薄板和中厚板。冷卷在操作上比较方便，曲率容易控制，而巨经济。但较厚的板材要求设备功率较大，并易产生冷作硬化现象，卷制时板材有回弹现象。

②热卷是指在温度不低于700^oC时进行的卷制，常用于厚板。热卷的卷板机功率消耗要比冷卷少，并能防止材料的冷作硬化现象，也没有回弹现象。所以热卷筒节只要控制好坯料的下料尺寸，卷制到闭合即可。热卷的缺点是板材被加热到高温，表面会产生较严重的氧化皮；高温状态下劳动条件差，操作有一定的困难；板材壁厚有轧薄现象；工件表面氧化皮会脱落到工件和辊筒之间，易使内、外表面卷制出严重的麻点和凹坑等表面缺陷。

③温卷是指将板加热到500～600℃进行的卷制，与冷卷相比，板材塑性稍高，可以减少冷卷脆断的可能性和降低卷板机的负荷。与热卷相比，可减轻因氧化皮而引起的筒节表面缺陷和改善操作条件。不足之处是成形后的筒节内存在因卷制而引起的内应力，根据要求有时需要进行消除应力的热处理。

2）圆柱面的卷制。圆柱面的几何特征是表面素线为相互平行的直线，因此在卷制圆柱面工件前，应检查卷板机上、下轴辊是否平行，若不平行，则要进行调整，否则将因卷板机上、下轴辊不平行而使卷制出的工件有锥度。

卷板工艺由预弯（压头）、对中、卷弯三个步骤组成。

①预弯。卷弯时只有板材与上轴辊接触的部分才能得到弯曲，所以板材两端各有一段长度不能发生弯曲，这段长度称为剩余直边。剩余直边的大小与设备的弯曲形式有关，钢板弯曲时的理论剩余直边值见表6-48。

常见的预弯方法如图6-155所示。

a.在压力机上用成形模或通用模压弯成形，图6-155a所示为用通用模压弯。

表6-48 钢板弯曲时的理论剩余直边值

注：L为卷板机侧辊中心距，δ为钢板厚度。

图6-155 常见的预弯方法

a）通用模压弯 b）模板滚弯 c）垫板、垫块滚弯 d）垫块滚弯

b.在三辊卷板机上用模板预弯，如图6-155b所示。这种方法适用于δ≤δ₀/2、δ≤24mm，巨不超过设备能力的60%。

c.在三辊卷板机上用垫板、垫块预弯，如图6-155c所示。这种方法适用于δ≤δ₀/2、δ≤24mm，巨不超过设备能力的60%。

d.在三辊卷板机上用垫块预弯，如图6-155d所示。这种方法适用于较薄的钢板，但操作比较复杂，一般较少采用。

②对中。对中的目的是使工件的素线与辊轴轴线平行，防止产生扭斜，保证滚弯后工件几何形状准确。对中的方法有侧辊对中、专用挡板对中、倾斜进料对中、侧辊开槽对中等，如图6-156所示。

图6-156 几种对中方法

a）用侧辊对中 b）专用挡板对中 c）倾斜进料对中 d）侧辊开槽对中

③卷弯。卷弯前，应将轴辊和板料表面清理干净，还要除净板料上气割留下的残渣或焊接留下的疤痕，磨平，以免损伤板料和轴辊。

卷弯时要调节轴辊间的距离，以控制卷弯件的曲率。由于弯曲回弹等因素的影响，往往不能一次调节、滚压，使坯料获得需要的曲率。通常是先凭经验初步调节好轴辊间距离，然后滚压一段并用样板测量，根据测量结果，对轴辊间距离作进一步调整，再滚压、测量。如此数次，直至工件曲率符合要求为止。

较大的工件卷弯时，为避免其自重引起附加变形，应将板料分为三个区域，先滚压两侧区，再滚压中间区，必要时，还要用吊车予以配合。

卷弯工作中常采用逐渐分几次压上、下轴辊并随时用卡样板检查的办法卷弯。对于薄板件来说，可以卷得曲率比较大一些，用锤子在外面轻敲就可矫正，而曲率不足时则不易矫正。在卷弯较厚钢板时，一定要常检查，仔细调节压下量，一旦曲率过大就很难矫正。

滚制非圆柱面工件时，应依次按不同的曲率半径在板料上划分区域，然后分区域调节轴辊间距离，进行滚压和测量。

一般情况下，卷弯时并不加热钢板。但是，在钢板厚度较大而卷弯直径较小时，冷卷时容易产生较严重的冷作硬化及较大的内应力，甚至产生裂纹。所以这种情况需要对钢板进行加热卷制。实践证明，当碳素钢板厚度大于或等于圆筒内径的1/40时应进行热卷。常用低碳钢、普通低合金结构钢的热卷加热温度为900～1050℃，终止温度不低于700℃。热卷能防止板料的加工硬化现象，但热卷时操作困难，氧化皮危害较大，板料变薄也较严重。也可以采用温卷，即把钢板加热至500～600℃时进行卷弯。

3）圆锥面的卷制。圆锥面的素线呈放射状分布，而巨素线上各点的曲率不相等。为使卷弯过程的每一瞬间上轴辊均接近压在锥面素线上，并得到沿素线各不同的弯曲半径而形成锥面，应采取以下措施：

①调整上轴辊与下轴辊使之倾斜成一定角度。这样，就可以沿板料与上轴辊的接触线，压出各点不同的曲率。上轴辊的倾斜角度由操作者先根据卷弯件的锥度凭经验初步调整，再经试滚压、测量，最后确定，或通过经验公式进行计算得出。

②扇形大小口送料速度不一致，小口慢、大口快，保证扇形每条素线进入卷板机时与轴辊线平行，可分为分区卷制法（见图6-157）、小口减速法（见图6-158）、旋转送料法（见图6-159）等。

图6-157 分区卷制法

图6-158 小口减速法

1—上辊 2—侧辊 3—坯料 4—减速装置

图6-159 旋转送料法

此外，在检查锥面工件的曲率时，对锥面的大口与小口都要进行测量，只有当锥面两口的曲率都符合要求时，工件曲率才算合格。

4）圆筒棱角的矫正。由于板材两端在预弯时的曲率半径不符合要求，或卷弯时曲率不均匀，卷板后会在接口处出现棱角（外凸或内凹）。要矫正这些棱角，可以在定位焊或焊接后进行局部压制卷弯，图6-160为矫正棱角的几种方法。对于较厚的圆筒，焊后适当加热后再放入卷板机内经长时间加压滚动，也可达到矫圆的目的。

图6-160 矫正棱角的几种方法

（4）型材的辊弯 型材的辊弯是指工宇钢、槽钢、角钢、扁钢或圆钢弯曲成所需要的形状。型材辊弯与板材辊弯的不同之处在于型材辊弯时，需要按型材的断面形状设计制造辊轮，将辊轮装在辊轴上，通过辊轮进行辊弯。所以每辊一种零件，就需要换一次辊轮。

1）标准型材的辊弯。标准型材即挤压型材，坯料的断面形状如图6-161所示，标准型材料一般采用三辊或四辊辊弯机进行辊弯，如图6-162所示。

图6-161 几种标准型材的典型断面

图6-162 型材辊弯机

a）三轴辊弯机 b）四轴辊弯机

标准型材辊弯常用设备是卷板机和专门的型钢弯曲机。在卷板机上弯曲时，需在卷板机辊筒上安装与型材断面形状相吻合的钢套辊轮或弯曲模，其具体操作可按照钢材卷制筒节的弯曲方法进行。

利用型钢弯曲机弯制型钢是常用的方法，型钢弯曲机配有成套的辊轮，按弯曲型钢的形状，可以更换相适应的辊轮。常用的辊轮是倾斜排列的，呈锥体的形状，可在同一辊轮上弯曲不同尺寸的型钢，如图6-163所示。

2）板制型材的辊弯。所谓板制型材是指由板料制成的各种断面的型材。板制型材的辊弯一般都在万能两轴辊床（即轧型机、轧波纹机）上进行。

轧型机的结构如图6-164所示，它的工作原理如图6-165所示。双向电动机1通过带轮2和齿轮组3带动辊轴5旋转，上辊轴6通过齿轮组4旋转。手柄8用来调节滑块7，可使上辊轴做上下移动，以调整压力和适应不同的板厚。工作辊轮9装在上、下辊轴的前端，当电动机正、反向旋转时，便带动滚轮往复辊制零件。

轧型机的操作过程是用手柄升起上辊轴，装好滚轮，坯料靠正，放好定料挡板，上辊轴下降压住坯料，进行试辊，合乎要求后，启动机床辊制零件。辊弯时，应注意正确送料，使坯料边缘靠住挡板，不要偏斜，以免辊制的零件歪斜或呈波浪形。

板制型材的辊弯首先根据断面尺寸做好辊轮，可由平板料直接辊成。对断面转角半径很小或槽形很深的零件，直接用辊压的方法很难辊成，应制备几套辊轮逐渐辊出。若几套辊轮辊出还很困难，这时可先在折弯机上用弯曲模压出断面形状（见图6-166），然后再辊制出曲度，这样可减少辊轮的套数和辊弯的次数。

图6-163 在型钢弯曲机上弯曲

图6-164 轧型机

1—手柄 2—辊轮 3—挡板 4—床座 5—传动机构

图6-165 轧型机工作原理

1—电动机 2—带轮 3、4—齿轮组 5—下辊轴 6—上辊轴 7—滑块 8—手柄 9—工作辊轮

图6-166 预制断面形状

图6-167 管子弯曲时的应力和变形

对于封闭环形型材零件，用其他方法难以制成，可用辊压的方法制出断面形状和大致近似的曲度，两端对焊后，再用其方法如胀形来矫正曲度，使之最终达到要求。

（5）管子弯曲 管子弯曲常用的方法按弯曲方式可分为绕弯、推弯、压弯和滚弯。按弯曲加热与否可分为冷弯和热弯；按弯曲时有无填料（或芯棒）又可分为有芯弯曲和无芯弯曲。

1）管子弯曲时的应力与弯形

管子弯曲时的应力分布如图6-167a所示。管子在受外力矩的作用下产生弯曲，使管子外侧受到拉应力作用，管壁减薄。内侧受到压应力作用，使管子增厚或折皱。因外侧拉应力的合力F₁向下，内侧压应力的合力F₂向上，使管子的横断面受压而变形，出现椭圆形。管子受外力的作用，产生椭圆形的变形。这种变形在不同弯曲条件下，具体的变形是不同的，图6-167b所示为管子在自由状态弯曲时，断面变成椭圆形。管子壁较厚用带半圆形槽的模具弯曲时，其变形情况如图6-167c所示。管壁较薄时变形情况如图6-167d所示。

管子弯曲时的变形程度，取决于相对弯曲半径和相对壁厚的大小。相对弯曲半径就是指管子中心线的弯曲半径与管子外径之比；相对壁厚是指管子壁厚与管子外径之比。如果相对弯曲半径和相对壁厚值小，管子的断面变形严重时会引起管子外壁破裂，内壁起皱呈波浪形。

因此，为防止管子在弯曲过程产生破裂、起皱等缺陷，在弯曲前，必须考虑管子最小弯曲半径和最小弯曲半径允许值，管子最小弯曲半径值可通过表6-49计算求得。

表6-49 管材最小弯曲半径的计算

2）管子冷弯。管子冷弯又分有芯冷弯和无芯冷弯两种。

①有芯冷弯。有芯冷弯是指在弯曲时，在管子的内弯曲变形处插入一根一定直径的芯轴（芯棒）。

有芯弯管的工作原理如图6-168所示。具有半圆形凹槽的弯管模6，是由电动机经减速装置带动旋转，管子2置于弯管模盘上用夹块4压紧，导轮3用来压紧管子表面，芯轴5利用芯轴杆1插入管子的内孔中，它位于弯管模的中心线位置。当管子被夹块夹紧同模子一起转动时，便紧靠弯管模发生弯曲。有芯弯管的质量取决于芯轴的形式、尺寸及伸入管内的位置。

图6-169所示为有芯轴的形式。其特点是圆头式芯轴制造方便，但防扁效果差；尖头式芯轴可以向前伸进一些，防扁效果好，具有一定的防皱作用；勺式芯轴与外壁支撑面大，防扁效果比尖头式好；单向关节、万向关节和软轴式芯轴，能伸入管子内部与管子一起弯曲，防扁效果更好。弯后借助液压缸抽出芯轴，可对管子进行矫圆。

图6-168 有芯弯管工作原理

1—芯轴杆 2—管子 3—导轮 4—夹块 5—芯轴 6—弯管模

图6-169 芯轴的形式

a）圆头式 b）尖头式 c）勺式 d）单向关节式 e）万向关节式 f）软轴式

芯轴的直径如图6-170所示，可按式（6-52）计算：

d=D₂（0.5～0.75） （6-52）

或 d≥0.9D₂

式中 d——芯轴直径，mm；

D₂——管子的内径，mm；

芯轴的长度如图6-170所示。

L=（3～5）d （6-53）

式中 L——芯轴长度，mm。当d值较大时，系数取小值；反之，取大值。芯轴超前弯管模中心的距离如图6-170所示。

式中 e——芯轴超前弯管模中心距，mm；

R——管子的中心层弯曲半径，mm；

D₂——管子的内径，mm；

z——管子内壁与芯轴之间的间隙，即z=D₂-d。

有芯冷弯在一定程度上可以防止弯头内侧形成皱折，并能减小管子的椭圆度。缺点是由于采用了芯轴，使操作复杂，劳动强度大，芯轴与管子内壁的摩擦，会使管内壁拉毛、弯头外侧壁厚减薄量增加、弯管功率较大，并巨对直径管子不适用。

图6-170 芯轴的尺寸和位置

②无芯冷弯。无芯冷弯就是将空心管直接在弯管机上进行弯曲，无芯弯管的工作原理如图6-171所示。无芯弯管是通过弯管机对管子预先给以一定量的反向变形，使管子外侧向外凸出，用于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。图6-171a是采用反变形辊轮的无芯弯管；图6-171b是用反变形滑槽的弯管。

图6-171 无芯弯管工作原理

1—弯管模 2—夹块 3—辊轮 4—导向轮 5—管子

管子5由导向轮4引导进入管模1，经反变形辊轮3产生反向变形，通过夹块2压紧于弯管模上，当弯管模由电动机带动旋转时，管子随之发生弯曲。

无芯冷弯的优点是没有芯轴，弯管时管内也不必涂油，简化了工序，提高了生产效率，管壁减薄量少，内壁不会有机械损伤，质量较高，为弯管的机械化、自动化创造了条件，广泛用来弯制ф32～ф108mm的各种直径管子。常用的管子冷弯机如图6-172所示。

3）管子热弯。管子热弯常用的方法是中频热弯和火焰热弯两种。中频热弯是利用一台特殊的中频加热弯管机，将管子处在具有强大中频电磁场的感应圈宽度范围内（一般为10～20mm），管子被均匀加热到900～1000℃，随即将管子的加热部分弯曲，感应圈内的冷却水还向前喷射，冷却已弯曲段的管子。这样加热区被限制在一狭窄范围内，前后均处于冷却状态。当管子在弯管机内进行弯曲时，只在这个狭窄的加热区发生弯曲变形。这样局部区域的加热—弯曲—冷却连续进行，就完成了整个弯头的弯制工作。中频加热弯管机的工作原理如图6-173所示。工作时管子被夹持在夹头内，转臂的转动带动管子，使之弯曲成形。弯曲半径的大小可调节夹头与旋转中心的相对距离。这种弯管机可弯制180°弯头，但弯制后外侧壁厚减薄量较大。

图6-172 管子冷弯机示意图

1—管子 2—工作扇轮 3—夹头 4—辊轮

火焰热弯是利用氧乙炔焰通过火焰加热圈对管子进行局部的弯曲，达到热弯各种管径的目的。与中频热弯相比，火焰热弯的设备简单、投资小、成本低、耗电量少。但温度控制较困难，生产效率低。

管子热弯通常用于一次性生产，弯头数量极少，制造冷弯模具不经济，没有弯管设备或弯管设备功率不足等情况下。热弯多用来弯制大直径管子。