什么是自由弯曲成形系统
对于金属复杂弯曲构件，传统的成形方法主要包括绕弯、拉弯、压弯、推弯、辊弯等。但现有的这些弯曲方法适用于几何形状较简单、弯曲半径不连续变化的管材弯曲成形。对于空间弯曲构件或者弯曲半径连续变化的复杂弯曲构件，则具有一定的局限性。
复杂空心构件的弯曲构件，需要应用诸多算法进行弯曲变形规律的系统研究。复杂构件的三维自由弯曲成形技术是将多轴联动控制技术与传统管材弯曲成形技术相结合，能实现管材、型材、线材在各种弯曲半径条件下的精确无模弯曲成形，对传统金属构件弯曲成形技术形成了巨大的挑战。
三维自由弯曲成形技术是塑性成形领域近年来的一项重要的技术创新，通过在自由弯曲过程中弯曲模具的精确多轴控制，几乎允许实现任意的弯曲角度，并且可以自由定义弯曲半径。
图片来源： Freeform Tube Bender
三轴、五轴等管材三维自由弯曲成形技术的原理
1 三轴自由弯曲成形系统原理
该系统主要由弯曲模、球面轴承、导向机构和推进机构4 部分组成，其中弯曲模与球面轴承相接触的球面半径相同。其工艺原理是：管材在推进机构的连续推动作用下依次通过导向机构和弯曲模，在管材通过弯曲模时，球面轴承在X/Y 平面内作偏心运动，而弯曲模随着球面轴承的偏心运动发生转动，当球面轴承在X/Y 平面内偏离平衡位置为u 时，管材在弯曲部位产生偏心距u，进而实现弯曲成形。
随着Z 轴方向的送料，管材逐渐弯曲出较大的弯曲角。偏心距u 的大小决定了弯曲半径R 的大小，当u很大时，弯曲半径R 将会很小。从弯曲模球心到导向机构前端之间在Z向的距离为A，当A 值大小超过正常范围时，即使u 值很大，同样无法弯曲出较小的弯曲半径。在三轴自由弯曲系统中，管材在弯曲时受到轴向推进机构所施加的推力PL 和球面轴承所施加的弯曲力Pu。在PL 和Pu的共同作用下产生弯矩M，使管材发生弯曲。
2 五轴自由弯曲系统原理
五轴自由弯曲系统基本原理与三轴相同，即通过推进机构轴向送料与弯模的平动和转动过程相结合来弯管，而弯曲模的主动运动轨迹则决定了弯管的形状。
五轴自由弯曲系统与三轴自由弯曲系统差别
三轴自由弯曲系统中弯曲模随着球面轴承的运动而运动，其运动自由度受到一定限制，在弯管过程中弯曲模通常无法保持与管材截面的实时垂直，进而导致弯曲后的管材截面畸变程度较大，表面质量较差。同时，由于三轴自由弯曲系统中弯曲模只能随球面轴承的运动而转动，自由度较小，因此其所能弯曲的构件几何构型复杂程度也受到限制。
而五轴自由弯曲系统除了可以实现弯曲模在X、Y 向以及推进机构在Z 向的运动之外，还可以实现弯曲模绕着自身身轴线的α 角度转动，以及绕着管材轴线方向的β角度转动。
弯曲模在α 和β 角度上的主动转动使得：
（1）弯曲过程中可以通过弯曲模转动角度随弯管形状的主动调整，实现弯曲模与管材截面在成形部位始终保持垂直，进而提高管材弯曲的表面质量，减小截面畸变率；
（2）弯曲模的多自由度运动可以满足更加复杂构型的空心构件的弯曲过程。五轴自由弯曲成形系统具有更加柔性的特点，因此其弯曲模形式可以根据坯料的不同而更换，能满足多种构件的弯曲成形，如管材、棒材、线材、型材等，其中空心构件的截面可以是复杂或异形截面。
结束语
复杂空心弯曲构件在航空器或航空发动机的燃油、滑油、环控等管路系统中具有广泛的应用，主要承担各种重要介质的输送。利用三维自由弯曲成形技术弯曲构件，具有成形精度高、成形质量高等特点。金属管材弯曲构件广泛应用在航空航天、汽车、 舰船、石化、建筑以及其他民用工业等领域。