第三章弯曲.docx
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第三章弯曲
3.1弯曲变形过程分析
3.1.1弯曲变形过程
最基本的弯曲变形过程是板料的V形和U形弯曲,其受力情况如图3-1所示。
3.1.2塑性弯曲变形的特点
如图3-2所示,通过观察弯曲后网格形状的变化,可以看出弯曲变形的特点。
(1)长度方向
外长内短,中性层不变、弯曲圆角部分是弯曲变形的主要区域。
应变中性层是弯曲前后长度不变的那一层金属。
(2)厚度方向
变形区材料厚度变薄,变形程度愈大,变薄现象愈严重。
(3)宽度方向
畸变:
变形区横断面形状尺寸发生改变的现象。
窄板容易产生畸变,宽板的畸变少(图3-3)
宽板:
相对厚度B/t>3的板料。
窄板:
相对厚度B/t≤3的板料。
3.1.3塑性弯曲变形区的应力应变状态
(1)应变状态
(2)应力状态
如表3-1所示。
结论:
宽板弯曲时是立体应力状态、平面应变状态。
宽板弯曲后容易产生弓形翘曲,如图所示。
3.1.4弯曲变形程度及表示方法
如图3-4所示,弯曲变形程度常用相对弯曲半径R/t表示。
R/t越小,变形程度越大。
其值由大到小时,板料依次发生弹性弯曲、弹-塑性弯曲、纯塑性弯曲。
3.2最小弯曲半径
在板料不发生破坏的条件下,所能弯成弯曲件内表面的最小圆角半径,称为最小弯曲半径Rmin,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)材料的机械性能
材料的塑性愈好,许可的相对弯曲半径愈小。
(2)板料的纤维方向
弯曲件的折弯线与纤维方向垂直时,材料的最小相对弯曲半径最小。
如图3-5所示。
(3)板料的冲裁断面质量和表面质量
表面质量和断面质量好的板料,其最小相对弯曲半径较小。
(4)弯曲件角度α
弯曲件角度α较大时,最小弯曲半径小一些。
3.3.2最小弯曲半径的数值
最小弯曲半径的数值,一般用实验方法确定,如表3-2所示。
3.3弯曲件的回弹
3.3.1回弹现象
弯曲回弹:
弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短,内侧因弹性恢复而伸长,产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象。
如图3-6所示。
弯曲件的回弹现象通常表现为两方面:
(1)弯曲半径的增大
ΔR=R0-R
(2)弯曲角度的增大
Δα=α0-α
3.3.2影响回弹的因素
(1)材料的力学性能
材料的屈服点σb愈高,弹性模量E愈小,弯曲变形的回弹也愈大。
见图3-7。
(2)相对弯曲半径R/t
R/t愈小,回弹值愈小。
见图3-8。
(3)弯曲件角度α
弯曲件角度小,回弹角大。
(4)弯曲方式
自由弯曲时回弹大,校正弯曲时回弹小。
(5)凸、凹模之间的间隙
弯曲模具间隙愈大,回弹也愈大。
(6)工件的形状
形状复杂的弯曲件一次弯成时,回弹困难,因而回弹角减小。
3.3.3回弹值的确定
有理论公式计算法和经验值查表法。
(1)小半径弯曲的回弹
R/t<5时,弯曲半径变化小,不考虑,仅考虑弯曲角度的回弹变化。
(2)大圆角半径的回弹
R/t>10时,可按下式计算(如图3-9):
3.3.4减小回弹的措施
(1)弯曲件设计上采取措施
设计弯曲件时改进某些结构,加强弯曲件的刚度以减小回弹。
如在工件的弯曲变形区上压制加强筋或成形折边,如图3-10所示。
在满足弯曲件使用要求的条件上,尽可能选用弹性模量E大、屈服极限σs小,机械性能比较稳定的材料,以减少弯曲时的回弹。
(2)工艺上采取措施
1)采用热处理工艺
2)增加校正工序
3)采用拉弯工艺
如图1、2、3所示。
(3)模具设计上采取措施
1)硬料先计算回弹值,对凸模修正,再试模。
2)对软料可以采用图3-11所示的措施。
3.4弯曲力的计算
在生产实际中,通常根据板料的机械性能以及厚度和宽度,按照经验公式计算弯曲力。
3.4.1自由弯曲时的弯曲力
V形件弯曲力
U形件弯曲力
式中
b——弯曲件的宽度(mm);
t——弯曲件的厚度(mm);
R——内圆弯曲半径(mm);
σb——弯曲材料的抗拉强度(MPa);
K——安全系数,一般取1.3。
从公式可以看出,自由弯曲时,弯曲力随着材料抗拉强度的增加而增大,且弯曲力和材料的宽度与厚度成正比。
增大凸模圆角半径虽然可以降低弯曲力,但是将会使弯曲件发回弹加大。
3.4.2 校正弯曲时的弯曲力
校正弯曲是在自由弯曲阶段后,进一步对贴合于凸、凹模表面的弯曲件进行挤压,其弯曲力比自由弯曲力更多。
因两个力并非同时存在,校正弯曲时只需要计算校正弯曲力,即:
F校=Ap
p——为单位面积上的校正力(MPa),其值见表3-3;
A——为弯曲件被校正部分的投影面积(mm2).
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:
F机=1.2F自
校正弯曲时压力机公称压力:
F机=1.2F校
一般情况下,压力机的公称压力应该大于或等于冲压总工艺力的1.3倍,因此,取压力机的压力为:
F机≥1.3F总
3.5.1弯曲件中性层位置的确定
计算依据:
(1)变形区弯曲前后体积不变;
(2)应变中性层弯曲变形前后长度不变。
中性层位置以曲率半径ρ表示(如图3-12),用经验公式确定:
ρ=R+xt
x是与变形程度有关的中性层位移系数,其值可由表3-4查得。
3.5.2弯曲件毛坯展开尺寸的计算
(1)R>0.5t的弯曲件
如图3-13所示,毛坯的展开长度为:
(2)R<0.5t的弯曲件
料厚变薄,根据经验公式计算,见表3-5所示。
(3)铰链式弯曲件
料厚变厚,中性层外移,见图3-14。
(4)简化计算法
即查表法,见表3-7。
3.6 弯曲件的工艺性
弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状、尺寸、精度、材料以及技术要求等是否符合弯曲加工工艺要求。
3.6.1弯曲件的结构
(1)圆角半径
弯曲件的圆角半径不宜小于最小许可弯曲半径,否则弯曲时会产生裂纹。
如需清角可以按图1、2改进。
半径过大则回弹也大。
(2)弯曲件的形状
弯曲件形状尽量对称(图3-15),否则会偏移(如图所示)。
(3)弯曲件孔边距
注意防止孔的变形(如图3-16所示)。
t<2mm时,l>t;
t≥2mm时,l≥2t。
(4)弯曲件直边高度
必须使弯曲件的直边高度H>2t;
若H<2t,则需开槽再弯曲,或者先增加直边高度,弯曲后再切除多余的部分。
弯曲件侧面带有斜边时也要保证直边的成形。
3.6.2弯曲件的精度
弯曲件的精度与材料性能及其厚度误差,模具结构与精度,弯曲工序设计,模具的安装与调整以及弯曲件本身的形状尺寸等有关。
弯曲件的长度和角度偏差可分别查表3-8和表3-9。
3.7弯曲件的工序安排
弯曲件的工序安排可以遵循一下方法:
(1)对于形状简单的弯曲件,可以采用一次弯曲成形的方法。
(2)对于形状复杂的弯曲件,一般需要采用两次(图3-18)或者多次弯曲成形(图3-19、图3-20)。
(3)对于大批量而尺寸较小的弯曲件,可以采用多工位级进冲压的工艺方法。
(4)采用工件成对弯曲成形,弯曲后再切开的方法。
可以防止偏移。
(5)先弯曲再冲孔可以保证孔的位置精度。
3.8 弯曲模工作部分结构参数的确定
(1)凸模圆角半径
1)当弯曲件的相对半径R/t较小时,取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径R,但不能小于材料所允许的最小弯曲半径Rmin。
2)若弯曲件的R/t小于最小相对弯曲半径,则应取凸模圆角半径RT>Rmin,然后增加一道整形工序,使整形模的凸模圆角半径RT=Ro。
3)当弯曲件的相对弯曲半径R/t较大时(R/t>10),且精度要求较高时,必须考虑回弹的影响,根据回弹值的大小对凸模圆角半径进行修正。
3.8.2 凹模尺寸的确定
弯曲模工作部分尺寸见图3-21.
(1)凹模圆角半径
通常根据材料的厚度选取凹模圆角半径:
当t≤2mm时,RA=(3~6)t;
当t=2~4mm时,RA=(2~3)t;
当t>4mm时,RA=2t。
对于V形弯曲件凹模。
其底部圆角半径可依据弯曲变形区坯料变薄的特点取
RA=(0.6~0.8)(RT+t)
或开退刀槽。
(2)凹模深度
对于V形弯曲件,凹模的深度及底部最小厚度如图3-21a所示,其数值可从表3-10中查出。
对于U形弯曲件,
1)若直边高度不大或要求两边平直,则凹模深度应大于工件的深度,如图3-21b所示,图中h0的值可从表3-11查出。
2)如果弯曲件的直边较长,而且对平直度的要求不高,凹模的深度可以小于工件的高度,如图3-21c所示,凹模深度h0的值可从表3-12查出。
(3)凹模的厚度H
图3-21b的凹模厚度:
H=RA+h0+l+l0
图3-21c的凹模厚度:
H=RA+h0+RT+t+l0
(4)U形件凹模长度和宽度
见表3-13.
3.8.3 凸、凹模间隙
V形件弯曲时,凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。
U形件弯曲时必须合理确定凸、凹模之间的间隙,其单面间隙值一般可按下式计算:
Z=tmax+Ct
式中
Z——弯曲模凸、凹模单边间隙;
t——材料的厚度;
C——间隙系数,查表3-14。
3.8.4 U形件弯曲模凸、凹模工作部分尺寸及公差
(1)弯曲件标注在外形尺寸上的弯曲件(图3-22a)
弯曲件外形尺寸的标注应以凹模为基准件,先确定凹模尺寸,然后再减去间隙值确定凸模尺寸。
(2)弯曲件标注在内形尺寸上的弯曲件(图3-22b)
应以凸模为基准件,先确定凸模尺寸,然后再增加间隙值确定凹模尺寸。
3.9 弯曲模
进行弯曲模的结构设计时,应注意以下几点:
1、毛坯放置在模具上时必须保证有正确可靠的定位。
2、采用多道工序弯曲时,各工序尽可能采用同一定位基准。
3、设计模具的结构时,应注意放入和取出工件的操作要安全、迅速和方便。
4、弯曲凸、凹模的定位要准确,结构要牢靠,不允许有相对转动和位移。
5、对于对称弯曲件,弯曲模的凸模圆角半径和凹模圆角半径应保证两侧对称相等,以免弯曲时毛坯发生滑动、偏移。
6、弹性材料的准确回弹值需要通过试模,并对凸、凹模进行修正后确定,因此模具的结构要便于拆卸。
7、由于U形件弯曲件校正大时会贴附凸模,所以在这种情况下弯曲模需要设计卸料装置。
8、结构设计时应考虑当压力机滑块到达下极点时,使工件的弯曲部分在与模具相接触的工作部分间能得到校正。
9、设计制造弯曲模具时,可以先将凸模圆角半径做成最小允许尺寸,以便试模后根据需要修正放大。
为了尽量减少工件在弯曲过程中拉长、变薄和划伤等现象,弯曲模的凹模圆角应光滑,凸、凹模的间隙要适当。
不宜过小。
10、当弯曲过程中有较大的水平侧向力作用于模具上时,应设计侧向力平衡挡块德国能结构予以均衡。
当分体式凹模受到较大的侧向力作用时,不能采用定位销承受侧向力,要将凹模嵌入下模座内固定。
3.9.1V形件弯曲模
图3-23是最简单的V形件弯曲模,为了提高弯曲件精度可以做成图3-24所示,V形件不对称时可以做成图3-25、图3-26的结构。
对于精度要求高、形状复杂、定位困难的V形件(如图),可以采用折板式弯曲模。
3.9.2U形件弯曲模
如图3-27所示。
(1)计算毛坯展开长度
L=46.64mm
(2)凸、凹模工作部分尺寸计算
z=tmax+ct=1.5+0.05*1.5=1.57
LT=24.87-0.03mm
LA=28.04+0.04mm
(3)凸、凹模圆角
RT=1.5mm
RA=(3~6)t=5mm
(4)凹模厚度
H=RA+h0+l+l0=(5+4+12+6)=27mm
取28mm
(5)凹模外形尺寸的确定
选标准100*80,如图3-28;
凸模如图3-29;
顶板见图3-30;
中垫板见图3-31;
下模座见图3-32;
顶杆见图3-33;
螺杆见图3-34;
支板见图3-35;
定位板见图3-36。
凹模做成镶块时可以参考图3-37、图3-38和图3-39。
图1是夹角小于90°的U形件弯曲模。
图2是带斜楔的U形件弯曲模。
3.9.3圆形件弯曲模
按大小分三类:
衬套类,圆环类和介于两者之间的第三类。
(1)直径大于40mm圆环类弯曲件分两道工序,见图3-40和图3-41。
(2)直径小于10mm衬套类弯曲件也分两道工序,见图3-42。
模具结构见图
(3)直径为10~40mm的可以参考上述两类,图3-43是摆动式凹模结构的弯曲模,也可一次弯成。
铰链弯曲成形一般分两道工序进行,先将平直的毛坯端部预弯成圆弧,然后再进行卷圆。
3.9.4Z形件弯曲模
如图3-44所示。
或用图A和图B的Z形件弯曲模。
3.9.5其他形状弯曲件弯曲模
根据弯曲件的形状、尺寸大小、精度要求、材料的性能以及生产批量加以考虑,没有一个统一不变的弯曲方法。
如图A和图B所示。
图C是一次弯曲成形的复合弯曲模结构。
图D是摆块式弯曲模。
3.9.6级进冲裁弯曲模
对于批量大、尺寸较小的弯曲件,可以采用级进模,以利于提高生产率,保证弯曲件质量和操作安全。
如图3-45、图3-46、图3-47、图3-48和图3-49所示。
3.9.7复合弯曲模
如图3-50所示。
可以在同一工位上完成落料、冲孔、弯曲等几种不同的工序。
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