我国目前的制造业正处在从传统制造到现代化制造的转型阶段，自动化、集成化已成为发展趋势。钢管大量使用在家具、金属结构件等领域，在车辆上的应用也极为广泛，如：汽车座椅骨架、油管、排气管、吸气管、空调气管等。对钢管成型技术进行改进，研制专门的钢管成型机，是提高生产率，降低人工成本的最有效手段。国内在高精尖精密技术的应用上还未能广泛快速地发展起来，集成化程度较低，市面上缺乏低成本多工序钢管加工设备；而在国外，使用智能高效的PLC控制技术、数控技术及采用高精度的伺服系统，保证了整台管件构件成型机在较为复杂及要求精密的工作环境下能够运作，不仅减少了原材料的使用，同时还提高了模具的使用寿命、减少加工废料及能耗，进而减少了生产成本。因此，设计一台高集成化的钢管加工设备，对于提高生产效率、节约成本并且操作安全具有重要作用。本文通过Dynaform软件对弯管成型进行建模分析，确定管件壁厚，对模具进行设计，完成集成化机械结构设计与液压传动系统设计，并完成整台机械的设计。设计不仅通过集成化设计提高了效率与节约了成本，而且通过有限元分析预先发现成型过程的问题，增加设计可靠性。
1 钢管壁厚变化的有限元模拟分析
根据实际生产中钢质材料的使用情况，针对Q235材料的钢管进行有限元模型的建立与分析。
1．1 有限元模型的建立
用Dynaform软件进行金属管件弯曲成型的模拟，建立如图1所示的有限元模型。软件自动网格划分，网格单元大小为：1mm，管件材料设置为Q235，外径设置为25mm，弯曲半径设置为125mm，泊松比设置为0．33，弯曲角度设置为45°，壁厚分别设为0．5、1．0、1．5、2．0mm。
图1 有限元模型
1．2 有限元结果分析
通过后处理器，生成4种壁厚情况下的管件弯曲，弯曲后管件外侧变薄，内侧变厚，变化效果如图2所示.从图2(a)可以看到壁厚为0.5mm的管件弯曲内侧发生严重变形，其原因是壁厚较薄无法提供变形过程中所需要的材料堆积空间而导致失稳，从而引起多处的起皱，这个缺陷在生产过程中是不允许出现的，直接影响到了产品的质量。而从图2(b)、2(c)、2(d)中都未发现有此严重变形现象，成型的效果都较为良好。
图2 壁厚分布图
1.3 弯曲成型质量分析
分析这4种壁厚情况下成型过程的壁厚增加与减薄情况，在实际管件加工生产过程中，以壁厚增加或减薄率在15%以内为质量合格条件。通过图2中4种壁厚分布图绘制表1，由表1可知0.5mm壁厚的管件因为弯曲内侧起皱而引起壁厚剧变，而1~2mm壁厚的管件能够满足质量合格条件。
表1 4种壁厚变化情况
2 钢管成型机的主要结构设计
2.1 弯曲模的设计
通过有限元分析结果可知，材料为Q235,外径为25mm，壁厚在1-2mm的金属管件在弯曲45°成型的时候，能够满足成型质量要求.本弯曲模采用模具压弯的工艺形式，确定凸凹模间隙即是确定凹模工作部分的直径D0，如图3(a)，在弯曲模工作过程中进行校正弯曲，则D0小于管坯的直径(25mm)。根据管坯的直径D和管坯的弯曲高度h，如图3(b)，而D0便可按式（1）确定。
其中：t为管坯厚度；n为因数，是根据管坯直径D和弯曲的高度h而决定的系数，因管坯的厚度t为1~2mm，高度h为172.5mm,选取n=0.1.根据式（1)可知：D0=25-0.1x1=24.9mm。
图3 弯曲模和管坯示意图
