弯管力矩计算公式解析VIP专享VIP免费

第二节管材弯曲一、材弯曲变形及最小弯曲半径二、管材截面形状畸变及其防止三、弯曲力矩的计算管材弯曲工艺是随着汽车、摩托车、自行车、石油化工等行业的兴起而发展起来的，管材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)又可分为有芯弯管和无芯弯管。图6—19、图6—20、图6—21和图6—22分别为绕弯、推弯、压弯及滚弯装置的模具示意图。图6—19在弯管机上有芯弯管1—压块2—芯棒3—夹持块4—弯曲模胎5—防皱块6—管坯图6—20型模式冷推弯管装置图6—21V形管件压弯模1—压柱2—导向套3—管坯4—弯曲型模1—凸模2—管坯3—摆动凹模图6—22三辊弯管原理1—轴2、4、6—辊轮3—主动轴5—钢管一、材弯曲变形及最小弯曲半径管材弯曲时，变形区的外侧材料受切向拉伸而伸长，内侧材料受到切向压缩而缩短，由于切向应力及应变沿着管材断面的分布是连续的，可设想为与板材弯曲相似，外侧的拉伸区过渡到内侧的压缩区，在其交界处存在着中性层，为简化分析和计算，通常认为中性层与管材断面的中心层重合，它在断面中的位置可用曲率半径表示(图6—23)。管材的弯曲变形程度，取决于相对弯曲半径DR和相对厚度Dt(R为管材断面中心层曲率半径，D为管材外径，t为管材壁厚)的数值大小，DR和Dt值越小，表示弯曲变形程度越大(即DR和Dt过小)，弯曲中性层的外侧管壁会产生过度变薄，甚至导致破裂；最内侧管壁将增厚，甚至失稳起皱。同时，随着变形程度的增加，断面畸变(扁化)也愈加严重。因此，为保证管材的成形质量，必须控制变形程度在许可的范围内。管材弯曲的允许变形程度，称为弯曲成形极限。管材的弯曲成形极限不仅取决于材料的力学性能及弯曲方法，而且还应考虑管件的使用要求。对于一般用途的弯曲件，只要求管材弯曲变形区外侧断面上离中性层最远的位置所产生的最大伸长应变max不致超过材料塑性所允许的极限值作为定义成形极限的条件。即以管件弯曲变形区外侧的外表层保证不裂的情况下，能弯成零件的内侧的极限弯曲半径minr，作为管件弯曲的成形极限。minr与材料力学性能、管件结构尺寸、弯曲加工方法等因素有关。图6—23管材弯曲受力及其应力应变状况a受力状态b应力应变状态不同弯曲加工方式的最小弯曲半径见表6—2。表6—2管材弯曲时的最小弯曲半径(单位：mm)弯曲方法最小弯曲半径minr压弯(3～5)D绕弯(2～2.5)D滚弯6D推弯(2.5～3)D注：D为管材外径。钢材和铝管在最小弯曲半径见表6—3。表6—3钢管和铝管的最小弯曲半径(单位：mm)管材外径46810121416182022最小弯曲半径minr8121620283240455056管材外径24283032353840444850最小弯曲半径minr68849096105114120132144150二、管材截面形状畸变及其防止管材弯曲时，难免产生截面形状的畸变，在中性层外侧的材料受切向拉伸应力，使管壁减薄；中性层内侧的材料受切向压缩应力，使管壁增厚。因位于弯曲变形区最外侧和最内侧的材料受切向应力最大，故其管壁厚度的变化也最大（图6—24）。在有填充物或芯棒的弯曲中，截面基本上能保持圆形，但壁厚产生了变化，在无支撑的自由弯曲中，不论是内沿还是外侧圆管截面变成了椭圆(圆6—24a，b)，且当弯曲变形程度变大(即弯曲半径减小)时，内沿由于失稳起皱；方管在有支撑的弯曲(图6—24c，d)中，截面变成梯形。图6—24管材弯曲后的截面形状关于圆管截面的变化情况，在生产中常用椭圆率来衡量。椭圆率%100minmaxDDD(6—21)式中maxD——弯曲后管材同一横截面的任意方向测得的最大外径尺寸，minD——弯曲后管材同一横截面的任意方向测得的最小外径尺寸。图6—25是椭圆率线图，这是把椭圆率对应于无量纲曲率RR0(0R为管外半径，R为弯曲断面中心层曲率半径)的变化表示在对数坐标上，以比值0Rt。作为参变量的直线族来表示的。由图可知，弯曲程度越大，截面椭圆率亦越大，因此，生产中常用椭圆率作为检验弯管质量的一项重要指标，根据管材弯曲件的使用性能不同，对其椭圆率的要求也不相同。例如用于工业管道工程中的弯管件，高压管不超过5%；中、低压管为8%；铝管为9%；铜合金、铝合金管为8%。图6—25椭圆率截面形状的畸变可能引起断面面积的减...