弯曲工艺XXXX0923-25

UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB弯曲是将板料、棒料、管料或型材等弯成一定形状和角度零件的成形方法。第三章弯曲工艺UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTBUniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB生活中的弯曲零件UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB弯曲方法：根据所使用的工具和设备的不同，弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以及在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB弯曲模：弯曲所使用的模具。它是弯曲过程必不可少的工艺装备。Ｖ形件弯曲模1－下模板2、5－圆柱销3－弯曲凹模4－弯曲凸模6－模柄7－顶杆8、9－螺钉10－定位板UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB3.1弯曲变形过程以V形弯曲为代表分析弯曲变形过程。1.弯曲变形时板材变形区受力情况分析变形区主要在弯曲件的圆角部分，板料受力情况如图所示。V形弯曲板材受力情况UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB弯曲过程1、弹性弯曲阶段弯曲圆角半径很大，弯曲力矩很小。2、弹-塑性弯曲阶段在弹-塑性弯曲阶段，毛坯变形区内（弯曲半径发生变化的部分）的内外表面首先开始出现塑性变形，随后塑性变形向毛坯内部扩展。在弹-塑性弯曲变形过程中，促使材料变形的弯曲力矩逐渐增大，弯曲力臂继续减小，弯曲力不断加大。3、塑性弯曲阶段变形由弹-塑性弯曲逐渐过渡到塑性变形。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•开始弯曲时，相对弯曲半径较大，板料内部仅发生弹性弯曲。由于外层纤维受拉，内层纤维受压，所以弯曲区内、外层的切向应力最大，在板的中间层，应力和应变为零。弯曲过程UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB弯曲过程•凸模下行，r/t值不断减小，弯曲区变形程度逐步增大，表层的切向应力首先达到屈服点，并逐步向中心扩展。这时板料内部处于弹塑性变形状态。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•凸模继续下行，r/t值继续减小，变形程度继续增大，板料内、外层和中线的切向应力应力全部达到屈服点，进行全塑性的弯曲。弯曲过程UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB•由此可见，板料在弯曲过程中，随着r/t的不断减小，由弹性变形状态发展到塑性变形状态，最后使板料产生永久变形。弯曲过程UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB板料的弯曲现象1、弯曲件的弹性回弹•弹性回弹是弯曲成形时的常见现象，弯曲件弹性回弹的结果，其弯曲半径和弯曲角与模具发生差异，与弯曲件要求的形状和角度不一致。这种差异，将影响板料的弯曲质量。•生产实践证明，弯曲件的弹性回弹值，与板料的性质、相对弯曲半径和模具结构等因素有关。当材料相同时，弹性回弹值主要取决于相对弯曲半径的大小。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2、中性层位置的内移应变中性层：板料弯曲时，外层纤维受拉，内层纤维受压，在拉伸与压缩之间存在着一个既不伸长、也不压缩的纤维层，称为应变中性层。应力中性层：毛坯截面上的应力，在外层的拉应力过渡到内层压力时，发生突然变化的或应力不连续的纤维层，称为应力中性层。板料的弯曲现象UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB塑性弯曲后，应变中性层长度不变2、中性层位置的内移•弹性弯曲时，应变中性层与应力中性层重合，其应变和应力为零，中性层位置通过板料横截面中心，可用曲率半径ρ0表示。Ρ0=r+t/2.•塑性弯曲时，设板料原来长度、宽度和厚度分别为l、b和t。弯曲后成为外径为R、内径r、厚度ξt（ξ为变薄系数）和弯曲角为α的形状。根据变形前后金属体积不变的条件，得brRtlb2)(220lUniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB由此式可以看出，塑性弯曲时应变中性层位置与r/t、系数ξ的数值有关，而弯曲时，随着凸模下行，相对弯曲半径r/t、系数ξ是不断变化的，所以板料塑性弯曲时的应变中性层位置，也在不断改变、逐步移动。2、中性层位置的内移•以R=r+ξt代入，得塑性弯曲时的应变中性层位置)21()2(0trttrUniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB表示了塑性弯曲时应变中性层位置向内移动。因此，凸模下行，变形程度不断增加，应变中性层位置逐步向内移动，变形量愈大，中性层内移量也愈大。2、中性层位置的内移•在r/t≤4的情况下，由试验测定系数ξ＜1。此时tr210＜UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB此外，由应变中性层内移可知，应变中性层处的纤维，在弯曲前期的变形是切向压缩，而弯曲后期必然是伸长变形，才能补偿弯曲前期的纤维缩短，使其切向应变为零。2、中性层位置的内移而弯曲后期的纤维伸长变形，一般来说，仅发生在应力中心层的外层纤维上，由此可见，应力中性层在塑性弯曲时，也是从板料中间向内移动的，且内移量比应变中性层还大。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB板料弯曲时，以中性层为界，外层纤维受拉使厚度减薄，内层纤维受压使板料增厚。当r/t≤4的塑性弯曲时，中性层位置向内移动。内移的结果：外层拉伸变薄区范围逐步扩大，内层压缩增厚区范围不断减小，外层减薄量会大于内层增厚量，从而使弯曲区板料厚度变薄。弯曲时的厚度变薄，会影响零件的质量，因此，在制订弯曲工艺和模具设计时，必须采取有效措施，才能弯制出合乎要求的零件。3、弯曲区板料厚度的变薄UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB一般，弯曲件，其宽度方向尺寸比厚度方向尺寸大得多，所以弯曲前后的板料宽度b可近似地认为是不变的。但是，由于板料弯曲时，中性层位置的向内移动，出现了厚度的减薄，根据体积不变条件，减薄的结果使板料长度必然增加。相对弯曲半径愈小，减薄量愈大，板料长度的增加量也愈大。因此，对于r/t值较小的弯曲件，在计算弯曲件的毛坯长度时，必须考虑弯曲后的板料增长，并通过多次试验，才能得出合理的毛坯展开尺寸。4、板料长度的增加UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB相对宽度较小（b/t≤3)的板料弯曲时，外层受拉，引起板料宽度和厚度的收缩；内层受压，使板宽和厚度增加，所以弯曲变形的结果，板料横截面变为梯形，同时，内外层发生微小的翘曲。5、板料横截面的畸变、翘曲和拉裂UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB相对宽度较大（b/t＞3)的板料弯曲时，宽度方向的伸长和压缩受到限制，材料不易流动，因此，横截面形状变化不大，认为矩形，仅在端部可能出现翘曲和不平。此外，塑性弯曲时，外缘表层的切向拉应力最大，当外层的合成应力达到板料抗拉强度时，就会沿着板料折弯线方向拉裂。相对弯曲半径愈小，变形程度愈大，最外层纤维的切向拉裂的可能性也愈大。5、板料横截面的畸变、翘曲和拉裂UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致，这种现象叫回弹。3.2弯曲件回弹一、回弹现象UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTBtrrr0（2）弯曲角度的改变0t弯曲回弹的表现有两个方面，如图所示（1）弯曲半径的改变UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB１．材料的力学性能ES/越大，回弹越大。材料的力学性能对回弹值的影响1、3－退火软钢2-软锰黄铜4-经冷变形硬化的软钢二、影响回弹的因素UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB２、相对弯曲半径相对弯曲半径越大，弯曲变形程度越小，总变形中，弹性变形所占的比例增大，则回弹越大。这也是相对弯曲半径很大的工件不易弯曲成形的原理。tr/二、影响回弹的因素３、弯曲中心角弯曲中心角越大，表示变形区的长度越长，回弹积累值也越大，故回弹角越大。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB４、弯曲方式弯曲力的大小不同使得回弹值也有所不同。校正弯曲时，校正力越大，回弹越小，因为，校正弯曲时，校正力比自由弯曲时的弯曲力大得多，使变形区的应力应变状态与自由弯曲时有所不同。极大的校正弯曲力使得变形区全部或大部分断面在纵向均出现压应力，于是内外侧回弹方向一致，卸载后，回弹大为减小。二、影响回弹的因素UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB5、弯曲件形状工件的形状越复杂，一次弯曲所成形的角度数量越多，弯曲时，各个部分相互制约作用越大，增加了回弹阻力，因而降低了成形后的回弹量。6、模具间隙在压弯U形件时，间隙大，材料处于松动状态，回弹就大；间隙小，材料被挤压，回弹就小。二、影响回弹的因素UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB三、减少回弹的措施2、改进弯曲件的结构设计尽量避免选用过大的r/t。如有可能，在弯曲区压制加强筋，以提高零件的刚度，抑制回弹(加强弯曲件的刚度以减小回弹）。1、从选用材料上采取措施在满足弯曲件使用要求的条件下，尽可能选用弹性模量E大、屈服极限小，机械性能稳定的材料，以减少弯曲时的回弹。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB3、从工艺上采取措施（1）采取热处理工艺：对冷作硬化的材料须先退火，使其屈服点σs降低。对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。（2）增加校正工序：运用校正弯曲工序，对弯曲件施加较大的校正压力，可以改变变形区的应力应变状态，以减少回弹量。通常，当弯曲变形区材料的校正压缩量为板厚的2%~5%时，就可以得到较好的效果。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB4、从模具结构上采取措施（1）补偿法：根据回弹值，对模具工作部分的形状和尺寸进行修正，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹。回弹角小于5°时，可在模具上作出补偿角，并取较小的凸、凹模间隙，促使工件贴住凸模，开模后，工件两侧回弹至垂直。四、减少回弹的措施UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB（2）校正法：对于厚度在0.8mm以上的软材料，相对弯曲半径又不大时，可把凸模做成图a、b所示结构，使凸模的作用力集中在变形区，以改变应力状态达到减小回弹的目的。但易产生压痕，也可采用凸模角减小2~5°的方法来减小接触面积，减小回弹使压痕减轻（图c）；还可将凹模角度减小2°（图d）。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB弯曲时弯曲半径愈小，板料外表面的变形程度愈大，若弯曲半径过小，则板料的外表面将超过材料的变形极限而出现裂纹或拉裂。在保证弯曲变形区材料外表面不发生破坏的条件下，弯曲件内表面所能形成的最小圆角半径称为最小弯曲半径。最小弯曲半径与弯曲材料厚度的比值rmin/t称作最小相对弯曲半径。是衡