一、弯管设备专利文献分析

弯管设备分类号涉及B21D7/02、7/024、7/025、7/06、7/08、7/12，内容涉及简易弯管装置、弯管机的结构与原理、弯管机成型过程的控制以及辅助设备等领域，以上分类号所涵盖的专利申请总量为19234篇。以下统计数据更新于2018年12月10日。

图1-1 申请量排列前十的国家

从图1-1中可看出，申请量最大的国家为日本，遥遥领先其他国家，体现了日本在机械制造领域的强大实力，其次为美国，中国专利制度虽然起步晚，但相关专利的申请量排名跻身前三，德国是传统制造业强国，申请量排列第四。

图1-2是弯管制造领域专利申请量随时间的分布关系图，弯管制造设备技术发展经历了由缓慢到快速的过程，并与1970-2000年达到一个高峰段，弯管机的技术得到快速发展和推动。进入2000年以后，国外申请量直线下滑，而中国专利申请量连续上升，或许与发达国家制造业转移及中国制造业转型升级存在一定关系。这一时期，弯管制造领域的改进多趋向于特殊用途的管件的弯曲成型工艺的优化创新。

图1-2世界范围专利申请量随时间的发展

二、弯管设备的技术发展

弯管设备从机器的组成复杂程度上可分为简易弯管装置和弯管机床，各自有着不同的发展路径。

1. 简易式弯管机

1.1 滚轮式简易弯管装置

滚轮式简易弯管装置基本结构由定模轮、动轮及轮轴和弯曲摇臂组成，管件在定模轮和动轮之间，通过转动弯曲摇臂实现管件在任意角度的弯曲成型。但此种弯管装置弯曲的曲率半径是一定的，针对不同的弯曲半径，需更换不同半径的定模轮，灵活性差。由于此种弯管装置结构简单，在专利申请中主要以实用新型专利居多，专利GB125366 A于1919年公开了此类型的弯管器（如图2-1所示）。后续的四五十年内一直没有明显改进，各个国家的专利技术方案大同小异。

图2-1  GB125366 A公开的简易弯管装置

1.2 顶弯式简易弯管装置

顶弯式弯管装置主要由弯管模、驱动装置、和导向辊轮组成，驱动装置促使弯管模向管件施加压力实现弯曲成型，结构简单，应用广泛，相关的较早的专利申请出现于1910年的GB190906446A，其采用手动螺杆驱动顶弯模。随后的技术改进多针对顶弯模的驱动形式，采用手压泵代替螺杆驱动（如FR2478498 A2、AR209856 A1、US1865025 A）顶弯模成型，20世纪40年代后期逐渐过渡到电机齿轮驱动（如DE3925950A1）、液压油缸驱动（如CH580995A5、GB913784A），适应性越来越强，类似的技术方案一直沿用至今。1989年DE3803128 A1公开的手动压弯装置，如图2-2所示，采用棘轮齿条的传动形式驱动压弯模，简化了驱动机构，可防止管件回弹，操作更加简单安全。

图2-2 DE3803128 A1（1989年）公开的压弯装置

2. 液压式弯管机

2.1 推弯式液压弯管机

推弯式液压弯管机主要由转臂、加热装置、主轴、推管机构组成，液压装置驱动转臂绕主轴旋转将管件煨弯成型。

液压弯管机的雏形最早诞生于20世纪30年代，1924年美国专利US1515894 A公开了一种液压弯管机，其具有加热装置，通过螺杆伸缩调节转臂长度实现了弯曲半径可调，液压油缸驱动送料小车实现进给，采用电机和齿轮驱动转臂弯曲管件的进行弯曲成型，实现了弯管自动化机械成型，此专利也为后续弯管机的发展奠定了基础。

传统的转臂式热弯管机受摇臂长度限制，管件最大弯曲半径限制在10米，一度成为技术上的瓶颈。2012年，CN102350452A公开了一种钢管大半径弧度弯管机，摆脱了摇臂长度决定弯曲曲率半径的限制，将夹紧装置可转动的设置在顶弯机构上，通过测距仪同时检测钢管水平进给距离和顶弯机构横向位移，通过 PLC控制系统进行准确自动控制，大跨度弯曲钢管的生产进入无模成型时代。

2.2 滚弯式弯管机

滚弯式弯管机与推弯式弯管机的不同之处在于不具有转臂，管件被导向辊轮推进，同时在多个辊轮的滚压作用下发生连续弯曲，其发展历程类似于推弯式弯管机，1931年GB360807 A公开了一种手动滚弯式弯管机，驱动辊将管件送入成型辊，成型辊的位置可变动，调节管件的弯曲的曲率半径变得更容易。1961年GB878322 A公开了可以快速换模的弯管机，采用液压夹紧管机，电机驱动齿条轴向推进，虽然结构庞大，但使得管件三维弯曲成型变得简单。随着科技的发展和进步，特别是机电一体化、电机技术、电子控制、液压传动等高新技术日飞速发展，弯管机自动化程度大幅提高，在20世纪70年代初期，日本三菱公司采用伺服机构控制成型辊的位移（如JPS507549B2 B1），提高了控制精度，成型辊定位更准确。我国关于滚弯式弯管机最早的专利文献是 CN1033891A，于1989年公开了一种弯管机床，其采用中频加热装置、多种传感器和计算机处理系统，实现了半自动控制运行。

2002年BLM公司的发明专利EP1226887 A1公开了一种可快速换模的弯管机，摆动弯曲臂和弯曲模轮安装在机头上，如图2-3所示，机头通过齿轮传动快速进行摆动并定位，提高了安装和卸下管件的速度。

图2-3 可快速换模的弯管机

三、总结

弯管机技术在世界范围内的缓步发展期在上个世纪70年代初至90年代初，在1990年以后的近二十年间国外开始放慢研发脚步，而中国弯管机技术进入快速发展阶段，随着技术的发展，人们更希望通过数弯管技术实现自动化精确控制弯管成型，目前在国内仍然处于行业研究高峰期。

参考文献

[1] 李克彬， 王淑琴， 林伟明.三维数控弯管机的研究与开发[J].轻工机械，2008， (03)：33-36.

[2] Jacob Worst，Reindert Chrittiaan Van Ree[P]. 英国发明专利申请. GB125366A.

[3] Verzicht Des Erfinders Auf Nennung欧洲发明专利申请.DE3803128 A1.

[4] Via Selvaregina[P]. 欧洲发明专利申请. EP1226887 A1.