第3章弯曲.ppt
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1、冲压工艺与模具设计,云南机电职业技术学院 机械工程系,第3章 弯 曲,目 录 3.1 弯曲变形过程分析 3.2 最小弯曲半径 3.3 弯曲件的回弹 3.4 弯曲力的计算 3.5 弯曲件毛坯展开尺寸的计算 3.6 弯曲件的工艺性 3.7 弯曲件的工序安排 3.8 弯曲模工作部分结构参数的确定 3.9 弯曲模,压弯成形件,压弯成形的典型形状,3.1 弯曲变形过程分析 将毛坯或半成品制件沿弯曲线弯成一定角度和形状的工艺方法称为弯曲。弯曲属于成形工序。弯曲可以利用装在压力机上的模具来进行,也可在其它专用的弯曲机、弯管机等专用设备上进行。本章主要介绍毛坯或半成品通过装在压力机上的模具来进行弯曲。,3.1
2、.1 弯曲变形过程 最基本的弯曲变形是 板料的V形与U形弯曲,其受力情况如图3-1所示,图3-1 弯曲过程,3.1.2 塑性弯曲变形特点,图3-2 弯曲后工件侧面坐标 弯曲前 弯曲后,图3-3 弯曲区域的横截面变化 a窄板(B/t3),3.1.2 塑性弯曲变形特点,1. 圆角部分的正方形变成了扇形,而板料的直边部分,除靠近圆角处略有微小变化外,其余仍保持原来的正方形方格,因此,弯曲变形区主要是弯曲的圆角部分。 2. 在变形区内,从网格变化看,板料在长度、宽度、厚度三个方面都产生了变形。 (1)长度方向 弯曲变形后内缘的纤维切向受压而缩短,外缘的纤维切向受拉而伸长。其间必有一层金属,它的长度在变
3、形前后保持不变,此层称为中性层。 (2)厚度方向 由于内缘长度方向的缩短,因而厚度应增大,但由于凸模紧紧压住板料,厚度方向增加不易。外缘长度伸长,厚度要变薄,因增厚量小于变薄量,因此,板料厚度在弯曲变形区内有变薄现象,中性层发生内移。 (3)宽度方向 内缘材料受压缩宽度应增加。外缘材料受拉伸,宽度要减小。这种变形情况根据板料的宽度不同分为两种情况:在宽板(B/t3)弯曲时,材料在宽度方向的变形会受到相邻材料的限制,横断面几乎不变,基本保持为矩形。大多数零件属于宽板弯曲。而窄板(B/t3)弯曲时,宽度方向变形不受约束,断面变成了内宽外窄的扇形,如图3-3。,3.1.3 塑性弯曲变形区的应力应变状
4、态,板料弯曲时的应力应变状态见表3-1 3.1.4 弯曲变形程度及表示方法,图3-4 弯曲变形程度,则弹性弯曲的条件是:,或,称为相对弯曲半径 。,越小,板料表面的切向变形程度,越大。,因此,生产中常用,来表示板料弯曲变形程度的大小。,3.2 最小弯曲半径,从上一节弯曲应力、应变分析可知,相对弯曲半径R/t越小,弯曲时的切向变形程度越大。当R/t减小到一定值后,则板料的外表面将超过材料的最大许可变形程度而产生裂纹。在板料不发生破坏的条件下,所能弯成零件内表面的最小圆角半径,称为最小弯曲半径,用它来表示弯曲时的成形极限。,3.2.1 影响最小弯曲半径的因素,1. 材料的力学性能 材料的塑性越好,
5、其伸长率越大,可采用的最小弯曲半径越小。 2. 弯曲线的方向 轧制金属板材时具有纤维组织,顺纤维方向的塑性指标高于垂直纤维方向的塑性指标。当工件的弯曲线与板料的纤纹方向垂直时,可具有较小的最小弯曲半径(图3-5a)。反之,工件的弯曲线与材料的纤维平行时,其最小相对弯曲半径应大些(图3-5b)。因此,弯曲件毛坯在排样时,应尽可能使弯曲线垂直于板料的纤维方向。,图3-5 材料纤维方向对弯曲半径的影响,3.2.1 影响最小弯曲半径的因素,3. 板料表面质量与冲切断面质量 弯曲件毛坯断面因剪切而产生冷作硬化层,使其塑性降低,最小弯曲半径增大。其次弯曲件的断面是由塌角、光亮带、断裂带、毛刺四部分组成,毛
6、刺和断裂带在弯曲时都会产生应力集中现象,致使弯曲件从断面外层开始产生裂纹。弯曲时,必须尽可能将毛刺一面处于弯曲时的受压内缘,以免应力集中而破裂。 . 弯曲件角度 理论上弯曲变形区变形程度只与R/t有关,与弯曲件角度无关。实际上由于材料的相互牵连,接近圆角的直边也参与了变形,即扩大了弯曲变形区的范围。分散了集中在圆角部分的弯曲应变,这对于圆角外表面受拉状态有缓解作用,因而有利降低最小弯曲半径的数值。弯曲件角度越大,变形分散效应越显著,所以,最小弯曲半径也越小。,3.2.2 最小弯曲半径的数值(表3-2为最小弯曲半径数值),3.3 弯曲件的回弹,3.3.1 回弹现象 塑性弯曲和所有塑性变形一样,伴
7、有弹性变形,当弯曲变形结束,工件不受外力作用时,由于弹性回复,使弯曲件的角度、弯曲圆角半径与模具的形状和尺寸不一致,这种现象称为回弹,如图3-6。,图3-6 弯曲时的回弹,弯曲件的回弹主要表现在两方面(图3-6) 1. 弯曲圆角半径增大 2. 弯曲件角度增大,3.3.2 影响回弹的因素,1. 材料的力学性能 回弹量与屈服强度成正比,与弹性模量成反比 。 2. 相对弯曲半径R/t 相对弯曲半径越小,变形程度越大,回弹值越小。 3. 弯曲件角度 弯曲件角度越小,表示弯曲变形区域越大,回弹的积累越大,回弹角也越大。 4. 弯曲方式 自由弯曲时回弹大,校正弯曲回弹小,在生产中应尽可能采用校正弯曲。 .
8、 凸、凹模之间间隙 弯曲U形件时,间隙越大,回弹越大。 . 工件的形状 工件的形状复杂,一次弯曲成形的角的数量越多,则弯曲时各部分相互牵制作用越大,故回弹小。,3.3.3 回弹值的确定,回弹值的确定有理论计算法与经验数值两种。 当R/t5时,弯曲圆角半径的回弹值不大,因此,只考虑角度的回弹,其值可按有关手册查出经验数据进行修正。 当R/t10时,因相对弯曲半径较大,这时,工件不仅角度有回弹,弯曲圆角半径也有较大的变化。这时,回弹值可按下式进行计算,然后在生产中再进行修正,见图3-9。,图3-9 弯曲件的回弹,3.3.4 减小回弹的措施,尽量避免设计过大的相对弯曲半径R/t,以减小回弹。如有可能
9、采用弹性模量大、屈服强度小、力学性能稳定和材料厚度波动小的材料。 2. 工艺上采取措施 采用校正弯曲代替自由弯曲。对回弹值较大的材料,采用先退火再弯曲以减小回弹,然后再淬火。,图3-10 在弯曲区域压制加强肋,1. 工件设计上采取措施 改进工件设计减小回弹,如有可能,在弯曲区压制加强筋,如图3-10。使弯曲件回弹困难,并提高了弯曲件刚度。,3.3.4 减小回弹的措施,3. 模具设计上采取措施 (1)对于较硬和硬材料(如45、50、65Mn、T8A等),可根据公式3-4和公式3-5计算出回弹值,对凸、凹模工作部分形状和尺寸进行修正,试模合格后,确定正确的凸凹模工作部分形状和尺寸。 (2)对于软材
10、料(08、10、Q195、Q215等),可采用图3-11措施减小回弹。 图3-11a、b、c、d,一般用于材料厚度1毫米以上的材料,在变形区采取镦压法,加大变形区的变形程度,以减小回弹。 图3-11e为对回弹值不太大的,可在凸模上作出补偿角和采用凸、凹模之间小间隙的方法来减小回弹。 图3-11f为在凸模底部作出弧形,利用弯曲后底部向下回弹的作用,补偿两直边的向外回弹。,3.3.4 减小回弹的措施,图3-11 减小回弹措施,3.4 弯曲力的计算,弯曲力是设计模具和选择压力机的重要依据。在模具设计时常采用经验公式来计算。 3.4.1 自由弯曲时的弯曲力 V形件弯曲力:,U形件弯曲力:,3.4 弯曲
11、力的计算,3.4.2 校正弯曲时的弯曲力,3.4.3 压力机公称压力的确定 自由弯曲时压力机公称压力:,校正弯曲时压力机公称压力:,3.5 弯曲件毛坯展开尺寸的计算,3.5.1 弯曲件中性层位置的确定 中性层:长度不变(无切向应力)。 内层:受压。 外层:受拉。 由于弯曲中性层在弯曲前后长度不变,因此,可以用中性层长度作为计算弯曲件的展开长度。中性层位置以曲率半径表示(图3-12),通常用下列经验公式确定:,式中:R弯曲件的内弯曲半径 t材料厚度,中性层系数,见表3-4,图3-12,3.5 弯曲件毛坯展开尺寸的计算,3.5.2 弯曲件毛坯展开尺寸的计算 1. R0.5t的弯曲件 一般将R0.5
12、t的弯曲件称为有圆角半径的弯曲件,如图3-13。 展开长度=直线长度+圆弧长度,2、R0.5t的弯曲件 一般将R0.5t的弯曲件称为无圆角半径的弯曲件,在弯曲过程中不仅圆角部分产生严重变薄,而且相邻部分直边也产生变薄,一般根据变形前后体积不变条件确定毛坯长度,通常采用表3-5经验公式计算。,式中: L-弯曲件毛坯展开长度 -弯曲件中心角,3.5 弯曲件毛坯展开尺寸的计算,表3-5 r0.5t的弯曲件毛坯展开长度计算公式,3.5 弯曲件毛坯展开尺寸的计算,3. 铰链式弯曲件 铰链通常采用推圆的方法,在卷圆过程中板料增厚,中性层外移,见图3-14。,图3-14 铰链式弯曲件,式中:R-铰链内圆角半
13、径 t-材料厚度,-中性层系数,见表3-6,4、简化计算法,即查表法,见表3-7,3.6 弯曲件的工艺性,弯曲件的工艺性: 形状、尺寸、精度、材料以及技术要求等是否符合工艺要求。具有良好工艺性的弯曲件,能简化模具结构,提高工件质量,提高生产效率,降低生产成本。,3.6.1 弯曲件的结构 4方面:半径、形状、孔边距、直边高度 1. 圆角半径 小 -裂纹 大-回弹 2. 弯曲件的形状 尽可能对称-受力平衡而无滑动现象 不对称-摩擦阻力不均匀-滑动偏移 -影响精度。,3.6.1 弯曲件的结构,3. 弯曲件孔边距 带孔的弯曲件,若先冲孔后再弯曲,则孔的位置应处于弯曲变形区外,见图3-16,否则孔要发生
14、变形。孔边至弯曲半径R中心的距离与材料厚度有关: 当t2mm Lt 当t2mm L2t 若不能满足上述要求,且孔的公差等级要求较高时,必须弯曲成形后再冲孔,或采取其它工艺措施,防止孔的变形。,图3-16 弯曲件的孔边距,3.6.1 弯曲件的结构,4. 弯曲件直边高度 在工件弯曲成90时为了保证弯曲件的直边平直,弯曲件的直边高h2t(图3-17)。若h2t,在弯曲成形过程中,不能产生足够的弯矩,很难得到形状准确的零件,若h2t ,厚材料可在圆角处压槽弯曲,薄材料或厚材料亦可加高直边高度,弯曲后再切除。,图3-17 弯曲件直边高度,3.6.2 弯曲件精度,毛坯经弯曲成形后,所得工件的尺寸公差等级与
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