西北工业大学飞机钣金零件成形弯曲课件

飞行器制造工程系1弯曲飞行器制造工程系2一、概述1.概念将板料、型材或管材等弯成一定曲度和角度，形成一定形状的零件的工序称为弯曲。弯曲飞行器制造工程系3一、概述2.应用弯曲常见的弯曲件飞行器制造工程系4一、概述3.分类弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的弯曲以及在专用弯曲设备上进行的闸压弯曲、滚弯、拉弯等。闸压弯曲滚弯拉弯模具弯曲弯曲飞行器制造工程系5二、板料弯曲的基本原理板料弯曲过程弯曲的主要问题弯曲飞行器制造工程系6二、板料弯曲的基本原理1.板料弯曲过程V形弯曲是最基本的弯曲变形自由弯曲校正弯曲弹性弯曲塑性弯曲弯曲校正弯曲：在弯曲终了时凸模、板料、凹模三者贴合后还瞬时加载，从而对弯曲件起矫正作用。飞行器制造工程系7二、板料弯曲的基本原理1.板料弯曲过程弯曲前后坐标网格的变化弯曲2)变形区内，板料的外区纵向金属纤维受拉而伸长；内区纵向纤维受压而缩短；1)变形区主要在弯曲件的圆角部分，此处的矩形网格变成了扇形。在远离圆角的两直角边，没有变形；靠近圆角处的直边，有少量的变形；飞行器制造工程系8二、板料弯曲的基本原理1.板料弯曲过程弯曲前后坐标网格的变化弯曲变形区的横截面变化情况弯曲3)在变形区内，板料厚度变薄；窄板（B/t≤3）：宽板（B/t＞3）：内区宽度增加，外区宽度减小，原矩形截面变成了扇形横截面几乎不变，仍为矩形4)横截面飞行器制造工程系9二、板料弯曲的基本原理弹性弯曲阶段弹—塑性弯曲阶段线性纯塑性弯曲阶段立体纯塑性弯曲阶段1.板料弯曲过程弯曲飞行器制造工程系10二、板料弯曲的基本原理弹性弯曲阶段1.板料弯曲过程()+=+=ραραρεθyy1ln.ln++−=+3231211lnρρρρyyyyρρεθyy≈+=1lnρεσθθyEE==sσσ≤maxstrEσ≤+21−≥121sEtrσ弯曲飞行器制造工程系11二、板料弯曲的基本原理弹—塑性弯曲阶段和线性纯塑性弯曲阶段1.板料弯曲过程弯曲飞行器制造工程系12二、板料弯曲的基本原理1.板料弯曲过程立体纯塑性弯曲阶段弯曲1）应变中性层位置从板料中间逐步向内层移动，变形量愈大，内移量也愈大。2）应力中性层在塑性弯曲时从板料中间向内层移动，且内移量比应变中性层还大。()brRtlbπαπ222−=0αρ=ltrRξ+=ξξξξρ+=+=trttr2120飞行器制造工程系13二、板料弯曲的基本原理窄板宽板ρεθεθσρσbσρεθεθσρσbσ内区外区θσρσρεθεbερεθεbεθσρσ内区外区1.板料弯曲过程立体纯塑性弯曲阶段弯曲—切向应力—径向应力—宽度方向应力θσρσbσ飞行器制造工程系14二、板料弯曲的基本原理2.弯曲的主要问题外层裂纹弯曲回弹截面畸变弯曲飞行器制造工程系15三、弯曲毛坯尺寸的确定依据:应变中性层在弯曲前后长度不变的特点，确定毛坯长度。对于形状比较复杂或精度要求高的弯曲件，在利用上述公式初步计算坯料长度后，还需反复试弯不断修正，才能最后确定坯料的形状及尺寸。有圆角半径的弯曲圆角半径很小（）时的弯曲3.0tr弯曲飞行器制造工程系161）为了选择弯曲压力和设计弯曲模，必须计算弯曲力。2）影响因素：毛坯尺寸；材料的机械性能；板料在凹模上支点的距离；弯曲半径以及弯曲方式等。3）一般采用经验公式进行计算。四、弯曲力的确定弯曲飞行器制造工程系17自由弯曲示意图校正弯曲示意图弯曲力的变化曲线1、弹性弯曲2、自由弯曲3、校正弯曲四、弯曲力的确定板料弯曲时，开始是弹性弯曲，其后是变形区内外层纤维首先进入塑性状态，并逐步向板料的中心扩展进行自由弯曲，最后是凸、凹模与板料互相接触并冲击零件的校正弯曲。弯曲飞行器制造工程系18四、弯曲力的确定自由弯曲校正弯曲ApF=校—校正弯曲应力A—校正部分投影面积P—单位面积校正力校FV形件弯曲力U形件弯曲力trKBtFb+=σ26.0自trKBtFb+=σ27.0自弯曲飞行器制造工程系19四、弯曲力的确定弯曲力的变化曲线1、弹性弯曲阶段2、自由弯曲阶段3、校正弯曲阶段冲压设备的选择自由弯曲pFF+=自压力机校正压力机FF=校正弯曲有压料板或推件装置的压力−p弯曲飞行器制造工程系20五、最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径影响最小相对弯曲半径的因素最小相对弯曲半径的确定提高弯曲极限变形程度的方法弯曲飞行器制造工程系21五、最小相对弯曲半径1212220+±=+±=±=trtrttρεθ()nntrBB+±==121θθεσ弯曲()+=+=0001ln.lnραραρεθyy飞行器制造工程系22五、最小相对弯曲半径1.最小相对弯曲半径为了防止外层纤维拉裂和保证弯曲质量，相对弯曲半径应有一定的限制。tr弯曲防止外层纤维拉裂的极限相对弯曲半径称为最小相对弯曲半径，用表示。或者表述为：弯曲件外表层不产生裂纹条件下的最小值，即安全条件下的相对弯曲半径最小值。trmin飞行器制造工程系23五、最小相对弯曲半径2.影响最小相对弯曲半径的因素材料的机械性能板料的纤维方向弯曲角度毛料剪切断面质量和表面质量毛料的宽度和厚度弯曲飞行器制造工程系24五、最小相对弯曲半径2.影响最小相对弯曲半径的因素材料的机械性能弯曲−=1121maxminθεtr1212220+±=+±=±=trtrttρεθ121maxmin−=ψtrθθεεψ+=1()nntrBB+±==121θθεσ飞行器制造工程系25五、最小相对弯曲半径2.影响最小相对弯曲半径的因素板料的纤维方向弯曲各向异性飞行器制造工程系26五、最小相对弯曲半径2.影响最小相对弯曲半径的因素弯曲角度弯曲弯曲角愈小，直边部分参与变形的分散效应越显著，最小相对弯曲半径值也越小。飞行器制造工程系27五、最小相对弯曲半径2.影响最小相对弯曲半径的因素毛料剪切断面质量和表面质量弯曲剪切断面质量和表面质量和相对宽度对最小相对弯曲半径的影响毛料的宽度和厚度材料厚度对最小相对弯曲半径的影响飞行器制造工程系28五、最小相对弯曲半径3.最小相对弯曲半径的确定理论计算1212220+±=+±=±=trtrttρεθ−=1121maxminθεtr121maxmin−=ψtrθθεεψ+=1经验选用弯曲飞行器制造工程系29五、最小相对弯曲半径4.提高弯曲极限变形程度的方法（1）经冷变形硬化的材料，可热处理后再弯曲。（2）清除冲裁毛刺，或将有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘。（3）对于低塑性的材料或厚料，可采用加热弯曲。（4）采取两次弯曲的工艺方法，中间加一次退火。（5）对较厚材料的弯曲，如结构允许，可采取开槽后弯曲。弯曲飞行器制造工程系30六、弯曲回弹与补偿措施弯曲回弹塑性弯曲时伴随有弹性变形，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。弯曲回弹的表现形式：1.曲率减小2.弯曲中心角减小'ααα−=∆'11ρρ−=∆K弯曲件的回弹量弯曲飞行器制造工程系31六、弯曲回弹与补偿措施弯曲产生弯曲回弹的根源影响弯曲回弹的主要因素减小弯曲回弹的措施飞行器制造工程系32六、弯曲回弹与补偿措施1.产生回弹的根源塑性变形总伴随有弹性变形应力分布不均匀弯曲飞行器制造工程系33六、弯曲回弹与补偿措施2.影响弯曲回弹的主要因素材料的机械性能相对弯曲半径弯曲角度弯曲方式和模具结构弯曲力摩擦板厚偏差tr弯曲飞行器制造工程系34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六、弯曲回弹与补偿措施2.影响弯曲回弹的主要因素材料的机械性能E越小，回弹越大。ES/σ越小，回弹越小。Sσ越大，回弹越大。弯曲飞行器制造工程系35六、弯曲回弹与补偿措施2.影响弯曲回弹的主要因素相对弯曲半径tr变形程度对弹性恢复值的影响越小，回弹越小。tr1212220+±=+±=±=trtrttρεθ弯曲飞行器制造工程系36六、弯曲回弹与补偿措施2.影响弯曲回弹的主要因素弯曲角度越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，故回弹角越大。αα∆弯曲飞行器制造工程系37六、弯曲回弹与补偿措施2.影响弯曲回弹的主要因素弯曲方式和模具结构不同的弯曲方式和模具结构，对与弯曲件的弯曲过程、受力状况以及对毛坯变形区和非变形区的影响都较大，因此，回弹值也不同。弯曲弯曲力自由弯曲力校正弯曲力摩擦摩擦在大多数情况下可以增大弯曲变形区的拉应力，可使零件形状接近于模具的形状。板厚偏差如果毛坯的厚度偏差大时，对于一定的模具来说，其实际间隙是忽大忽小的，因而回弹值也是波动的。飞行器制造工程系38六、弯曲回弹与补偿措施弯曲3.减小回弹的措施在工件设计上采取措施在工艺上采取措施在模具结构上采取措施飞行器制造工程系39六、弯曲回弹与补偿措施弯曲选用合适材料改进工件结构在工件设计上采取措施尽量选用小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。ES/σ尽量避免选用过大的。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。tr飞行器制造工程系40六、弯曲回弹与补偿措施弯曲在工艺上采取措施利用校正弯曲替代自由弯曲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。采用拉弯工艺ES/σ飞行器制造工程系41六、弯曲回弹与补偿措施弯曲在模具结构上采取措施补偿法校正法用软凹模弯曲飞行器制造工程系42六、弯曲回弹与补偿措施弯曲补偿法根据弯曲件的回弹趋势（曲率变化量和角度变化量的值是增大，还是减小）和回弹量大小，修正凸模或凹模工作部分的形状和尺寸，使工件的回弹量得到补偿。用补偿法修正模具结构飞行器制造工程系43六、弯曲回弹与补偿措施弯曲校正法根据回弹趋势，在弯曲行程结束时，对板料施加一定的校正压力，迫使弯曲处内层的金属产生切向拉伸应变，则板料经校正以后，内、外层纤维都会伸长，卸载后都要缩短，回弹量将会减小，达到克服或减小回弹的目的。飞行器制造工程系44六、弯曲回弹与补偿措施弯曲用软凹模弯曲用橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹。飞行器制造工程系45七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析弯曲半径弯曲件的形状弯曲件孔的位置弯曲件的直边高度弯曲件上的工艺孔和工艺槽弯曲件的精度尺寸标注弯曲技术方面经济性方面飞行器制造工程系46七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析1)弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则要多次弯曲，增加工序数；弯曲件的弯曲半径也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度与弯曲半径的精度都不易保证。开槽后弯曲a)V形件开槽b)U形件开槽弯曲飞行器制造工程系47七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析2)弯曲件的形状一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯料受力平衡而无滑动。弯曲飞行器制造工程系48七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析2)弯曲件的形状弯曲飞行器制造工程系49七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析2)弯曲件的形状弯曲飞行器制造工程系50七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析3)弯曲件孔的位置tl≥tl2≥当t2mm时，当t≥2mm时，弯曲飞行器制造工程系51七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析4)弯曲件的直边高度弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为：弯曲tH2≥飞行器制造工程系52七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析5)弯曲件上的工艺孔和工艺槽弯曲飞行器制造工程系53七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析5)弯曲件上的工艺孔和工艺槽弯曲飞行器制造工程系54七、弯曲工艺性分析与弯曲模具1.弯曲工艺性分析6)弯曲件的精度弯曲件长度公差弯曲件角度公差一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15´。弯曲