弯曲成形工艺

《汽车结构及制造技术》•将板料毛坯、棒料、管材和型材完成具有一定曲率、一定角度和形状的冲压成形工序称之为弯曲第6章弯曲成形工艺图6-1几种典型的弯曲件《汽车结构及制造技术》《汽车结构及制造技术》《汽车结构及制造技术》•弯曲成型工艺方法：压弯、折弯、拉弯、滚弯、辊弯（a）模具压弯；（b）折弯；（c）拉弯；（d）滚弯；（e）辊压6.2弯曲件的加工形式《汽车结构及制造技术》•6.1弯曲变形分析•6.1.1弯曲变形过程•弯曲变形过程：如图4.1.2所示，弯曲变形的过程一般可分为弹性弯曲变形、弹-塑性弯曲变形、塑性弯曲变形、校正四个阶段。板材在V形模内的校正弯曲过程:凸模下压，直边与凹模V形表面逐渐靠近，曲率半径的弯曲力臂逐步变小：r0→r1,l0→l1；凸模继续下压，弯曲变形区进一步减小，板料与凸模三点接触：r1→r2，板料直边部分向与以前相反的方向变形；到时行程终了时，凸、凹模对弯曲件进行校正，使其直边、圆角与模具全部靠紧。《汽车结构及制造技术》图6.3弯曲前后坐标网的变化6.1.2板料弯曲变形特点通过网格试验观察弯曲变形特点（如图4.1.3）。《汽车结构及制造技术》•1、圆角处为变形区•此处的正方形网格变成了扇形。在远离圆角的两直边，没有变形，靠近圆角处的直边，有少量变形。•2、弯曲变形区的应变中性层•应变中型层是指在变形前后金属纤维的长度没有发生改变的那一层金属纤维。•3、变形区材料厚度变薄的现象•变形程度愈大，变薄现象愈严重。•4、变形区横断面的变形•变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变。主要影响因素为板料的相对宽度。(窄板)b/t≤3：断面变成了内宽外窄的扇形(宽板)b/t≥3：横断面几乎不变《汽车结构及制造技术》窄板弯曲时，宽度方向的变形不受约束，外侧受拉收缩，内侧受压增厚。宽板弯曲时，在宽度方向上的变形会受到相邻部分材料剪切应力的制约，材料不易流动，因此横断面形状基本保持为矩形。《汽车结构及制造技术》6.1.3弯曲应力与应变•板料在塑性弯曲时,变形区内的应力应变状态取决于弯曲毛坯的相对宽度以及弯曲变形程度。•窄板弯曲的应力状态是平面的，应变状态是立体的。•宽板弯曲的应力状态是立体的，应变状态是平面的。tb/应力：材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力应变：在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量《汽车结构及制造技术》6.2.1弯曲件的回弹卸载后弯曲件曲率和角度发生变化的现象，称为弯曲回弹（简称回弹）。弯曲回弹表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化。•弯曲回弹是不可避免的。1、影响回弹量的因素材料力学性能屈服强度愈高，弹性模量愈小，加工硬化愈严重，则回弹量也愈大。相对弯曲半径r/t相对弯曲半径r/t越小，回弹值越小。'ρ1ρ1Δ00=K0ααΔα=曲率回弹：角度回弹：6.2弯曲件质量分析与工艺设计《汽车结构及制造技术》弯曲中心角α弯曲中心角α越大，弯曲后回弹角Δα越大。曲件形状形状愈复杂，由于各部分相互牵制，回弹困难。模具间隙弯曲模具的间隙愈大，回弹也愈大，所以板料厚度允差愈大，回弹值愈不稳定。模具圆角半径和摩擦等都对弯曲件回弹量有影响。《汽车结构及制造技术》2、减少回弹的措施（1）改进弯曲件设计和合理选材•设计产品时，在满足使用条件下，应选用屈服强度σs小、弹性模量E大、力学性能稳定的材料，以减小弯曲时的回弹。•在弯曲区压制加强筋，以增加弯曲角的截面惯性矩，有利于抑制回弹；•硬材料可预先进行退火处理。《汽车结构及制造技术》（2）拉弯法对板料施加拉力，使其整个剖面上均切向受拉而弯曲的方法。主要用于大曲率半径的弯曲零件。有时为提高精度，最后再加大拉力进行所谓的“补拉”。对于小型的单角或双角弯曲件，可用减小模具间隙，使弯角处的材料作变薄挤压拉伸，也可取得明显的拉弯效果。《汽车结构及制造技术》（3）补偿法利用回弹规律抑制回弹的方法。根据回弹趋势和回弹量大小，预先对模具工作部分做相应的形状和尺寸修正，使零件的回弹得到补偿。具体方法：•单角弯曲时，将凸模的圆角半径和顶角预先做小些，经调试修磨补偿回弹；有压板时，可将回弹量做在下模上，并使上下模间隙为最小板厚。•双角弯曲时，可在凸模两侧做出回弹角或在模具底部做成圆弧形，以补偿角部的回弹。《汽车结构及制造技术》《汽车结构及制造技术》（4）校正法弯曲变形终了时，对板料施加较大的校正压力，可以改变其变形区的应力应变状态，以减小回弹量。通常，采用角部凸起或带凸肩的凸模，校正压缩量为板厚的2％~5％时，会得到较好的效果。《汽车结构及制造技术》（5）软模弯曲用橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹。通过调节凸模压入橡胶或聚氨酯凹模的深度，控制弯曲力的大小，以获得满足精度要求的弯曲件。图3-26软凹模弯曲《汽车结构及制造技术》6.2.2弯裂分析及工艺设计1.最小相对弯曲半径的概念最小相对弯曲半径是指：在保证毛坯弯曲时外表面不发生开裂的条件下，弯曲件内表面能够弯成的最小圆角半径与坯料厚度的比值，用rmin/t来表示。该值越小，板料弯曲的性能也越好。2.影响最小弯曲半径的因素（1）材料的力学性能（2）工件的弯曲中心角（图6-13）（3）板材的纤维方向（图6-14）（4）板料的冲裁断面质量和表面质量（5）板料宽度的影响（图6-15）（6）板料厚度的影响（图6-16）图6-13弯曲角对rmin/t的影响《汽车结构及制造技术》图6-14板料纤维方向对弯曲半径的影响《汽车结构及制造技术》3.最小相对弯曲半径经验数值的确定《汽车结构及制造技术》6.2.3弯曲中的偏移及防止措施坯料在弯曲过程中沿制件的长度方向产生移动，使制件两边的高度不符合图样要求的现象。《汽车结构及制造技术》采用压料装置，使坯料在压紧的状态下逐渐弯曲成形，从而防止坯料的滑动，而且能得到较平整的制件。《汽车结构及制造技术》利用坯料上的孔或设计工艺孔，用定位销插入孔内再弯曲，使坯料无法移动《汽车结构及制造技术》将不对称形状的弯曲件组合成对称弯曲件弯曲，然后再切开，使坯料弯曲时受力均匀，不容易产生偏移《汽车结构及制造技术》6.3弯曲工艺计算6.3.1弯曲力的计算拟定弯曲工艺和选择设备的重要依据。由变形过程的自由弯曲阶段和校正弯曲阶段对应有自由弯曲力和校正弯曲力。⑴自由弯曲力弯曲力的数值与板料尺寸及其力学性能、模具结构参数、凹模支点间距和弯曲形式等多种因素有关。生产中常采用经验公式：btrkbtPσ2+=自式中b-板宽，t–板厚，r–弯曲半径，k–安全系数，U形件取0.91，V形件取0.78。《汽车结构及制造技术》⑵校正弯曲力为提高弯曲件的精度，减小回弹，在板材自由弯曲终了阶段，凸模继续下行将弯曲件压靠在凹模上，其实质是对弯曲件的圆角和直边进行精压，即校正弯曲。此时，弯曲件受到凸、凹模的挤压，弯曲力急剧增大。顶件力和压料力可近似取弯曲力的30％-80％。式中F-弯曲件校正部分面积(mm2)；q-单位校正力。FqF=校压力机公称压力取工艺力的1.2-1.3倍《汽车结构及制造技术》模具结构和弯曲方式等多种因素，对弯曲变形区应力状态有一定的影响，也会使应变中性层的位置发生改变，xtr+=ρ6.3.2弯曲件毛坯长度的计算计算原则：应变中性层在弯曲前后长度不变应变中性层位置—用曲率半径表示，与弯曲半径、板厚和应变中性层位移系数x等有关。《汽车结构及制造技术》图6-21圆角r0.6t弯曲件（1）有圆角弯曲半径（r0.6t）《汽车结构及制造技术》⑵无圆角半径或r＜0.5t的弯曲件根据弯曲前后材料体积不变条件来确定毛坯的长度。考虑变薄，一般：L弯曲=(0.4~0.8)t•另外，一次同时弯曲三个角、一次弯曲四个角、分两次弯曲三或四个角等的毛坯尺寸计算公式可参考有关资料。《汽车结构及制造技术》R=9t=1X=0.5r0.6t变薄不严重，按中性层展开r/t=9/1=9例题1ρ180πα21++=llLz5.91*5.09ρ=+=+=xtr12060180α==68.201=l68.322=l26.735.9180120*π68.3268.20=++=zL《汽车结构及制造技术》•（3）铰链弯曲件•铰链弯曲和一般弯曲件有所不同，铰链弯曲常用推卷的方法成形。在弯曲卷圆的过程中，材料除了弯曲以外还受到挤压作用，板料不是变薄而是增厚了，中性层将向外侧移动，因此其中性层位移系数K≥0.6。图6.3.13所示为铰链中性层位置示意图。tr5.0≤图6.3.12铰链中性层位置图6.3.13铰链弯曲件《汽车结构及制造技术》《汽车结构及制造技术》•6.4弯曲模简介•弯曲模的结构主要取决于弯曲件的形状及弯曲工序的安排。最简单的弯曲模只有一个垂直运动；复杂的弯曲模具除了垂直运动外，还有一个乃至多个水平动作。弯曲模结构设计要点为：•(1)弯曲毛坯的定位要准确、可靠，尽可能是水平放置。多次弯曲最好使用同一基准定位。•(2)结构中要能防止毛坯在变形过程中发生位移，毛坯的安放和制件的取出要方便、安全和操作简单。•(3)模具结构尽量简单，并且便于调整修理。对于回弹性大的材料弯曲，应考虑凸模、凹模制造加工及试模修模的可能性以及刚度和强度的要求。《汽车结构及制造技术》6.4.1典型弯曲模具的结构1.V形件弯曲模这类形状的弯曲件可以用两种方法弯曲：（1）是沿着工件弯曲角的角平分线方向弯曲，称为V形弯曲；(如图6-23）（2）是垂直于工件一条边的方向弯曲，称为L形弯曲(如图6-24)（3）对于精度要求较高，形状复杂、定位较困难的V形件（如图6-25），可以采用折板式弯曲模。《汽车结构及制造技术》1-下模座；2、5-销钉；3-凹模；4-凸模；6-上模座；7-顶杆；8-弹簧；9、11-螺钉；10-可调定位板图6-23V形件弯曲模1-凹模；2-凸模；3-定位钉；4-压料板；5-靠板图6-24L形件弯曲模《汽车结构及制造技术》1-凸模；2-支架；3-定位板；4-活动凹模；5-转轴；6-支承板；7-顶杆图6-25V形件精弯模《汽车结构及制造技术》1弯曲变形过程弯曲变形特点？2影响回弹的因素减小回弹的措施？3最小弯曲半径影响因素弯曲毛坯尺寸的确定？总结提高学生归纳《汽车结构及制造技术》作业题1、简述弯曲变形过程及弯曲变形特点2、简述影响弯曲件回弹的主要因素3、简述影响最小相对弯曲半径rmin/t的因素《汽车结构及制造技术》