作为轻量化承力结构件和“血管类”介质传输构件，弯管件大量应用于航空航天、船舶海洋、石油化工、汽车电子和医疗企业等众多工业领域。

管材弯曲加工的方法很多，按成形方式分类，主要有绕弯、推弯、辊弯、剪弯、拉弯和压弯等工艺。按弯曲时管材是否加热，可分为冷弯和热弯；按弯曲时管材内部有无填充物，可分为有芯（填料）弯曲和无芯（填料）弯曲。按管材几何形状分类，可分为圆管弯曲、扁管弯曲、矩形管弯曲、双脊管等异型管弯曲。按管坯材料分类，可分为铝管弯曲、钢管弯曲、钛管弯曲、镁管弯曲等。按管坯材料是否为匀质材料，可分为无缝管弯曲、有缝管（焊管）弯曲、复合管弯曲等。管材弯曲成形技术取得了新进展，相继开发出了激光弯曲和空间自由弯管成形等新技术。

管材绕弯通过多模具相互配合运动，使得管坯沿着模具设定的曲率半径和弯曲角度发生变形，形成具有特定形状规格的弯管零件。绕弯是金属管材最常用的弯曲成形方法，可分为手工绕弯和数控绕弯，其中数控绕弯是传统手工绕弯工艺结合数控技术而发展的一种新工艺。相对于传统弯管的低效率和质量不稳定，数控弯管可以预置控制程序，准确地完成夹持、进给和弯曲成形，从而大大提高了弯曲加工的效率和精度（图1）。

绕弯成形模具一般由弯曲模（镶块装配在弯曲模上）、夹持模、压力模、防皱模及带多个柔性芯头的芯模等5种模具构成，在特定情况下，还需在管材后端添加顶推装置。弯曲过程中，管材受到夹持模和弯曲模镶块的牵引作用使管材绕弯曲模一起转动，管材绕过弯曲切点并与弯曲模内槽面接触发生弯曲变形而形成所需弯曲半径，管材前端夹持段部分带动管材待弯段逐渐进入弯曲状态，并沿着一定的轨迹运动，形成预设弯曲角度。然后芯模后撤，夹持模和压力模依次松开，弯曲管材发生卸载回弹，从而完成一次完整的弯曲变形过程。

图1 管材数控弯曲过程示意图

管材推弯借助于专用设备如压力机或专用推弯机，将管材推入弯曲模具实现管材弯曲成形（图2）。主要用于推制管件的弯头。根据推弯的工艺特点，可将推弯成形分为型模式冷推弯管和芯棒式热推弯管。①型模式冷推弯管，管坯内放置柔性材料芯棒，管坯在推杆作用和型模限制下成形。②芯棒式热推弯管，通常采用感应加热，并在牛角芯棒推动作用下使管坯材料沿着模具流动形成弯管零件。

图2 管材推弯曲成形

管材推弯成形方法适合弯制壁厚较小且质量要求较高的弯管接头，由于管坯全部通过弯曲凹模，难以制造带有直线段的弯管件以及进行三维空间弯管件的批量成形，在推弯过程中，管件主要受到轴向压应力，因此一般不会出现壁厚减薄和断裂等缺陷，但是如果芯模尺寸设置不当则容易出现失稳起皱缺陷。

管材辊弯是将管材通过系列辊轮（最典型是三个辊轮），利用辊轮对管材施加压力，加工成一定弯曲半径和弯曲角度的弯管（图3）。管材辊弯所用的辊轮具有与弯曲管坯截面形状相吻合的工作表面。通过改变三个辊轮的间隔，就可实现不同曲率半径的弯曲。辊弯法对弯曲半径有一定的限制，仅适用于曲率半径较大的厚壁管件，尤其对弯制环形或螺旋线形弯管件比较方便。

图3 管材辊弯过程示意图

三辊推弯是一种在传统辊弯工艺上结合数控机床发展的辊弯成形工艺，在三辊推弯过程中，管坯材料受弯曲模、压力辊和弯曲辊共同约束，并受顶推装置作用实现管材进给，通过弯管机转臂旋转实现管材弯曲成形。该方法具有辊弯成形的优点，但成形精度低于数控绕弯成形。

管材剪弯是依靠剪切变形来产生材料流动实现管材弯曲的一种方法，通过管材轴向和切向运动产生的轴向力和切向力使管材发生变形，可分为芯轴剪弯和充液剪弯。

①芯轴剪弯，弯曲机构包括固定模具、活动模具、补料冲头、芯轴和管坯等组成（图4）。成形时，上下模具向不同的方向运动，使管材产生剪切变形，同时内部填充芯轴，防止塌扁和起皱，在管材轴向再施加压力向内推料促进金属流动。弯曲时相邻的变形区产生的是相反的变形，这种变形方式有明显的相互削弱变形强度的作用，受压部分材料容易向受拉方向部分转移，使其成形。

图4 管材剪弯原理

②充液剪弯，和芯轴剪弯相比，弯曲机构取消芯轴，补料冲头兼有密封的功能，在管内充填具有一定内压的液体介质。成形时，管材两端通过密封冲头实现密封，在管材运动时提高管材内部压力，在轴向力、切向力和内压共同作用使管材成形。

与传统的管材弯曲工艺相比，剪切弯曲技术具有以下特点：可实现更小的弯曲半径。管材剪弯的相对弯曲半径小于0.5，甚至能达到0.2。管材剪弯加工的管件占用的较小空间尺寸。变形机理不同。传统的弯曲加工方法为拉压变形，而管材剪弯加工方法为剪切变形。

管材拉弯是将管材两端夹紧在夹持装置中，在施加拉力的同时绕模具进行弯曲的加工工艺。管材拉弯属于型材拉弯的一种，是在板材拉弯成形的基础上发展而来。夹持装置的作用是对管材施加拉力，弯曲模的一侧表面为弯曲模成形面，成形过程中与管材贴合以获得特定规格的弯管件（图5）。

图5 管材拉弯示意图

拉弯过程中施加拉力的目的是将管材内部的应力分布都变为拉应力，以减小回弹，提高成形精度。管材拉弯工艺既可生产等曲率弯管件，也可加工变曲率弯管件，拉弯成形的最大弯曲角一般小于180°。拉弯成形的优点是弯管件回弹小，残余应力小和生产效率高，缺点是管件两端夹持量较大，材料浪费较多，且拉弯工艺难以维持弯曲管件的截面形状，拉弯成形弯管件截面畸变较大，难以成形大口径薄壁弯管件。

在冲床、液压机等压力加工机床上利用模具对管材进行弯曲成形。

压弯是最早用于管材弯曲加工的工艺方法，管材压弯与板材压弯非常相似。压弯模具主要包括凹模和凸模，凹模侧面为与管材弧面相同的成形面，在压弯过程中对管材起支撑作用，凸模的一侧表面为与管材弧面相同的成形面，另一侧表面与机床配合，成形过程中机床通过凸模对管材施加压力使管材弯曲变形（图6）。为提高压弯成形件的质量，压弯模具中常采用带摆动装置的凹模。

图6 管材压弯示意图

管材压弯成形一般用于形状简单、壁厚较大管材的平面弯曲，同时弯曲角不易过大，通常不超过120°。压弯工艺既可以弯制带直段的管件，又可以弯制弯头，还可以用于弯制不适宜采用拉弯或辊弯的短而小的管件。优点在于其简单易行，无需特殊的成形设备，设备和模具的投资较小，生产效率高。缺点是成形精度不高，成形零件质量一般较差，常常在压弯部分产生严重的截面畸变，且回弹不易控制。管材压弯成形的主要问题是如何控制回弹和减小截面畸变。

管材弯曲过程中常见缺陷主要有弯管内外侧表面划伤、外侧减薄拉裂、内侧失稳起皱、截面畸变（扁化）以及回弹等。管材弯曲成形质量的衡量指标主要有壁厚减薄量、椭圆度、凸包、波纹度、划伤和压痕度、气密性、耐压爆破压力等。借助CAD/CAE等计算机技术，通过对管材弯曲过程、缺陷等进行数值仿真预测，可实现模具和工艺的优化设计与稳健控制，提高管材弯曲成形质量。