第四节　焊接结构件的材料弯曲成形与展开计算

一、板材的弯曲

（1）预弯

板材的弯曲通常是在卷板机上完成的，卷弯时只有钢板与上辊轴接触的部分才能得到弯曲，所以钢板的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1-3。

① 在压力机上用通用模具进行多次压弯成形，如图1-22（a）所示。这种方法适用于各种厚度的板预弯。

② 在三辊卷板机上用模板预弯，如图1-22（b）所示。这种方法适用于δ≤δ₀/2， δ≤24mm，并不超过设备能力的60%。

③ 在三辊卷板机上用垫板、垫块预弯，如图1-22（c）所示。这种方法适用于δ≤δ₀/2， δ≤24mm，并不超过设备能力的60%。

④ 在三辊卷板机上用垫块预弯，如图1-22（d）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1-23所示。

（3）滚弯

各种卷板机的滚弯过程见图1-24。

二、钢板展开长度计算

当弯曲件的板厚较小时，可直接按标注的直径或半径计算展开长；但当板厚大于1.5mm时，弯曲内外径相差较大，就必须考虑板厚对展开长度、高度以及相关构件的接口尺寸的影响。板厚越大，对这些尺寸的影响也越大。考虑钢板厚度而改变展开作图的图形处理称为板厚处理。

现将一厚板卷弯成圆筒，如图1-12（a）所示可以看出纤维沿厚度方向的变形是不同的，弯曲后内缘的纤维受压而缩短，而外缘的纤维受拉而伸长。在内缘与外缘之间必然存在弯曲时，既不伸长也不缩短的一层纤维，该层称为中性层，中性层的长度在弯曲过程中保持不变，因此可作为展开尺寸的依据，如图1-12（b）所示。

一般情况下，可以将板厚中间的中心层作为中性层来计算展开料，但如果弯曲的相对厚度较大，即板厚而弯曲半径小，中心层会被拉长，计算出来的尺寸就会偏大，原因是中性层已偏离了中心层所致，这时就必须按中性层半径来计算展开长了。中性层的计算公式如下：

R=r+kδ

式中　R——中性层半径，mm；

        r——弯板内弯半径，mm；

        δ——钢板厚度，mm；

        k——中性层偏移系数，其值见表1-2。

三、型材的弯曲

各种型钢弯曲时的断面变形见图1-25。

1.手工弯曲

各类型材的手工弯曲法基本相同，现以角钢为例。角钢分外弯和内弯两种。 角钢应在弯曲模上弯曲。由于弯曲变形和弯力较大，除小型角钢用冷弯外，多数采用热弯，加热的温度随材料的成分而定，必须避免温度过高而烧坏。为不使角钢边向上翘起，必须边弯边用手锤锤打角钢的水平边，直到所需要的角度。

2. 卷弯

型钢的卷弯可在专用的型钢弯曲机上进行。弯曲机的工作原理与弯曲钢板相同，工作部分采用3或4个滚轮。型钢也在卷板机上弯曲，卷弯角钢时把两根并合在一起并用点焊固定，弯曲方法与钢板相同。

在卷板机辊筒上可套上辅助套筒进行弯曲，套筒上开有一定形状的槽，便于将需要弯曲的型钢边先嵌在槽内，以防弯曲时产生皱褶。当型钢内弯时，套筒装在上辊，如图1-26（a）所示，外弯时，套筒装在两个下辊上，如图1-26（b）所示，弯曲的方法与钢板相同。

3.回弯

将钢材的一端固定在弯模上，弯模旋转时钢材沿模具发生弯曲，这种方法称回弯。

4.压弯（又称为顶弯）

在压力机或撑直机上，利用模具进行一次或多次压弯，使钢材成形。在撑直机上压弯时，以逐段进给的方式加以弯曲。由于两支座间有一定的跨距，使型钢的端头不能支承而弯曲，为此可加放一垫板，随同垫板一起压弯，如图1-27（a）所示。如果型钢的尺寸高出顶头，也可安放垫板进行压弯，如图1-27（b）所示。

用模具压弯时，为防止钢材截面的变形，模具上应有与型钢截面相适应的型槽。

5.拉弯

型钢用普通方法弯曲时，在型钢断面的外层纤维产生拉应力，内层纤维产生压应力。虽然此应力值可以超过屈服极限δ_s，但卸载后型钢内层和外层纤维在相反的方向产生回弹（内层纤维的弹性变形为正，外层纤维的弹性变形为负），因此回弹较大。

拉弯的特点是：制作精度较高，模具设计时可以不考虑回弹值。一般只要用一个凸模，简化了设备结构。此外，由于型材不存在压应力，所以不会发生因受压而形成的皱褶，如图1-28所示。

拉弯工作是在专用的拉弯设备上进行。图1-28为型钢拉弯机的结构示意图，它由工作台、靠模、夹头和拉力油缸等组成。

型钢两端由两夹头夹住，一个夹头固定在工作台上，另一个夹头因拉力油缸的作用，使钢材产生拉应力，旋转工作台型钢在拉力作用下沿靠模发生弯曲。

四、 圆钢管弯曲料长展开计算

（1） 直角弧度弯曲料长的展开计算

如图1-29所示，已知尺寸A、B、d、R，则展开长度应是直段长度和圆弧长度之和。

展开长度为：

　　        （1-4）

式中　L——展开长度，mm；

        A——直段长度，mm；

        R——内圆角半径，mm；

        d——圆钢直径，mm。

【例3】　如图1-29（a）所示，已知A=400mm，B=300mm，d=20mm，R=100mm，求它的展开长度。

解：展开长度为

（2） 大弧度弯曲圆钢管的展开计算

如图1-29（b）所示，已知尺寸R₂、d、β，则展开长度为：

或

　　        （1-5）

【例4】　如图1-29（b）所示，已知尺寸R₂=400mm、d=40mm、β=60°，求圆钢管的展开长度。

解：展开长度为

五、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，可从有关型钢材料表格中查得。

等边角钢弯曲料长计算见表1-4。

【例5】　已知等边角钢内弯，两直边l₁=450mm，l₂=350mm，角钢外弧半径R=120mm，弯曲角度α=120°，等边角钢为70mm×70mm×7mm，求展开长度L。

解：由相关资料查得z₀=19.9mm

【例6】　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α=150°，等边角钢为63mm×63mm×6mm，求展开长度L。

解：由相关资料查得z₀=17.8mm

六、样板检验

1.样板的种类

① 按使用周期分类。分为单件使用样板、小批量使用样板、大批量使用样板。

② 按用途分类。分为生产用样板、划线样板、下料样板、靠试样板、精密构件样板、实形样板、检验用样板（分为非标准类和标准类）。

a. 非标准类样板。如平面直线样板、形位样板、外径尺寸样板、内径尺寸样板等。

b. 标准类样板。包括靠试样板，如检测平面平面度和垂直度的直尺、弯尺及刀口尺等；中心样板，如角度样板、刀样板等；螺纹样板，主要用来检测公、英制螺纹的螺距；圆弧样板，主要用来检测圆弧的直径等，如外径规、内径规，如图1-30所示。

2.样板的制作方法

样板的制作方法为：划线—打好中心冲眼—做好板厚度处理，预留加工余量—裁料—切削精加工—检验。

3.样板的使用及注意事项

① 使用样板划线时，应将划针与样板边缘向外、向前成30°倾斜角。

② 使用样板检测时，应把检测面与构件被检测部位贴紧，并且使检测样板整体与被检测面垂直。使用实形样板下料时，应把纸板摊平在板料上，避免因褶皱变形引起下料不准。

③应爱护样板，做到轻拿轻放，不得敲、打、挤、压；使用后应妥善保存样板，注意防腐、防锈、防变形。