第四節　焊接結構件的材料彎曲成形與展開計算

一、板材的彎曲

（1）預彎

板材的彎曲通常是在卷板機上完成的，卷彎時只有鋼板與上輥軸接觸的部分才能得到彎曲，所以鋼板的兩端各有一段長度不能發生彎曲，這段長度稱為剩余直邊。剩余直邊的大小與設備的彎曲形式有關，鋼板彎曲時的理論剩余直邊值見表1-3。

① 在壓力機上用通用模具進行多次壓彎成形，如圖1-22（a）所示。這種方法適用于各種厚度的板預彎。

② 在三輥卷板機上用模板預彎，如圖1-22（b）所示。這種方法適用于δ≤δ₀/2， δ≤24mm，并不超過設備能力的60%。

③ 在三輥卷板機上用墊板、墊塊預彎，如圖1-22（c）所示。這種方法適用于δ≤δ₀/2， δ≤24mm，并不超過設備能力的60%。

④ 在三輥卷板機上用墊塊預彎，如圖1-22（d）所示。這種方法適用于較薄的鋼板，但操作比較復雜，一般較少采用。

（2）對中

對中的目的是使工件的素線與輥軸軸線平行，防止產生扭斜，保證滾彎后工件幾何形狀準確。對中的方法有側輥對中、專用擋板對中、傾斜進料對中、側輥開槽對中等，如圖1-23所示。

（3）滾彎

各種卷板機的滾彎過程見圖1-24。

二、鋼板展開長度計算

當彎曲件的板厚較小時，可直接按標注的直徑或半徑計算展開長；但當板厚大于1.5mm時，彎曲內外徑相差較大，就必須考慮板厚對展開長度、高度以及相關構件的接口尺寸的影響。板厚越大，對這些尺寸的影響也越大。考慮鋼板厚度而改變展開作圖的圖形處理稱為板厚處理。

現將一厚板卷彎成圓筒，如圖1-12（a）所示可以看出纖維沿厚度方向的變形是不同的，彎曲后內緣的纖維受壓而縮短，而外緣的纖維受拉而伸長。在內緣與外緣之間必然存在彎曲時，既不伸長也不縮短的一層纖維，該層稱為中性層，中性層的長度在彎曲過程中保持不變，因此可作為展開尺寸的依據，如圖1-12（b）所示。

一般情況下，可以將板厚中間的中心層作為中性層來計算展開料，但如果彎曲的相對厚度較大，即板厚而彎曲半徑小，中心層會被拉長，計算出來的尺寸就會偏大，原因是中性層已偏離了中心層所致，這時就必須按中性層半徑來計算展開長了。中性層的計算公式如下：

R=r+kδ

式中　R——中性層半徑，mm；

        r——彎板內彎半徑，mm；

        δ——鋼板厚度，mm；

        k——中性層偏移系數，其值見表1-2。

三、型材的彎曲

各種型鋼彎曲時的斷面變形見圖1-25。

1.手工彎曲

各類型材的手工彎曲法基本相同，現以角鋼為例。角鋼分外彎和內彎兩種。 角鋼應在彎曲模上彎曲。由于彎曲變形和彎力較大，除小型角鋼用冷彎外，多數采用熱彎，加熱的溫度隨材料的成分而定，必須避免溫度過高而燒壞。為不使角鋼邊向上翹起，必須邊彎邊用手錘錘打角鋼的水平邊，直到所需要的角度。

2. 卷彎

型鋼的卷彎可在專用的型鋼彎曲機上進行。彎曲機的工作原理與彎曲鋼板相同，工作部分采用3或4個滾輪。型鋼也在卷板機上彎曲，卷彎角鋼時把兩根并合在一起并用點焊固定，彎曲方法與鋼板相同。

在卷板機輥筒上可套上輔助套筒進行彎曲，套筒上開有一定形狀的槽，便于將需要彎曲的型鋼邊先嵌在槽內，以防彎曲時產生皺褶。當型鋼內彎時，套筒裝在上輥，如圖1-26（a）所示，外彎時，套筒裝在兩個下輥上，如圖1-26（b）所示，彎曲的方法與鋼板相同。

3.回彎

將鋼材的一端固定在彎模上，彎模旋轉時鋼材沿模具發生彎曲，這種方法稱回彎。

4.壓彎（又稱為頂彎）

在壓力機或撐直機上，利用模具進行一次或多次壓彎，使鋼材成形。在撐直機上壓彎時，以逐段進給的方式加以彎曲。由于兩支座間有一定的跨距，使型鋼的端頭不能支承而彎曲，為此可加放一墊板，隨同墊板一起壓彎，如圖1-27（a）所示。如果型鋼的尺寸高出頂頭，也可安放墊板進行壓彎，如圖1-27（b）所示。

用模具壓彎時，為防止鋼材截面的變形，模具上應有與型鋼截面相適應的型槽。

5.拉彎

型鋼用普通方法彎曲時，在型鋼斷面的外層纖維產生拉應力，內層纖維產生壓應力。雖然此應力值可以超過屈服極限δ_s，但卸載后型鋼內層和外層纖維在相反的方向產生回彈（內層纖維的彈性變形為正，外層纖維的彈性變形為負），因此回彈較大。

拉彎的特點是：制作精度較高，模具設計時可以不考慮回彈值。一般只要用一個凸模，簡化了設備結構。此外，由于型材不存在壓應力，所以不會發生因受壓而形成的皺褶，如圖1-28所示。

拉彎工作是在專用的拉彎設備上進行。圖1-28為型鋼拉彎機的結構示意圖，它由工作臺、靠模、夾頭和拉力油缸等組成。

型鋼兩端由兩夾頭夾住，一個夾頭固定在工作臺上，另一個夾頭因拉力油缸的作用，使鋼材產生拉應力，旋轉工作臺型鋼在拉力作用下沿靠模發生彎曲。

四、 圓鋼管彎曲料長展開計算

（1） 直角弧度彎曲料長的展開計算

如圖1-29所示，已知尺寸A、B、d、R，則展開長度應是直段長度和圓弧長度之和。

展開長度為：

　　        （1-4）

式中　L——展開長度，mm；

        A——直段長度，mm；

        R——內圓角半徑，mm；

        d——圓鋼直徑，mm。

【例3】　如圖1-29（a）所示，已知A=400mm，B=300mm，d=20mm，R=100mm，求它的展開長度。

解：展開長度為

（2） 大弧度彎曲圓鋼管的展開計算

如圖1-29（b）所示，已知尺寸R₂、d、β，則展開長度為：

或

　　        （1-5）

【例4】　如圖1-29（b）所示，已知尺寸R₂=400mm、d=40mm、β=60°，求圓鋼管的展開長度。

解：展開長度為

五、角鋼展開長度的計算

角鋼的斷面是不對稱的，所以中性層的位置不在斷面的中心，而是位于角鋼根部的重心處，即中性層與重心重合。設中性層離開角鋼根部的距離為z₀，z₀值與角鋼斷面尺寸有關，可從有關型鋼材料表格中查得。

等邊角鋼彎曲料長計算見表1-4。

【例5】　已知等邊角鋼內彎，兩直邊l₁=450mm，l₂=350mm，角鋼外弧半徑R=120mm，彎曲角度α=120°，等邊角鋼為70mm×70mm×7mm，求展開長度L。

解：由相關資料查得z₀=19.9mm

【例6】　已知等邊角鋼外彎，兩直邊l₁=550mm，l₂=450mm，角鋼內弧半徑R=80mm，彎曲角α=150°，等邊角鋼為63mm×63mm×6mm，求展開長度L。

解：由相關資料查得z₀=17.8mm

六、樣板檢驗

1.樣板的種類

① 按使用周期分類。分為單件使用樣板、小批量使用樣板、大批量使用樣板。

② 按用途分類。分為生產用樣板、劃線樣板、下料樣板、靠試樣板、精密構件樣板、實形樣板、檢驗用樣板（分為非標準類和標準類）。

a. 非標準類樣板。如平面直線樣板、形位樣板、外徑尺寸樣板、內徑尺寸樣板等。

b. 標準類樣板。包括靠試樣板，如檢測平面平面度和垂直度的直尺、彎尺及刀口尺等；中心樣板，如角度樣板、刀樣板等；螺紋樣板，主要用來檢測公、英制螺紋的螺距；圓弧樣板，主要用來檢測圓弧的直徑等，如外徑規、內徑規，如圖1-30所示。

2.樣板的制作方法

樣板的制作方法為：劃線—打好中心沖眼—做好板厚度處理，預留加工余量—裁料—切削精加工—檢驗。

3.樣板的使用及注意事項

① 使用樣板劃線時，應將劃針與樣板邊緣向外、向前成30°傾斜角。

② 使用樣板檢測時，應把檢測面與構件被檢測部位貼緊，并且使檢測樣板整體與被檢測面垂直。使用實形樣板下料時，應把紙板攤平在板料上，避免因褶皺變形引起下料不準。

③應愛護樣板，做到輕拿輕放，不得敲、打、擠、壓；使用后應妥善保存樣板，注意防腐、防銹、防變形。