笫四章弯曲文档格式.docx
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三.自由弯曲时应力-应变状态:
图4-1-03
四.弯曲变形区内切向应变的分布和计算:
图4-1-04
(一)在板厚方向不同位置上的切向应变值εθ按线性规律变化,其值为
εθ=γì
α-ρ0α╱ρ0α=Y∕ρ0(4-1)
式中γi--计算切向应变值位置上的曲率半径
ρ0――应变中性层的曲率半径
α――弯曲角
Y――计算切向应变的位置与应变中性层之间的距离
(二)在弯曲毛坯内表面和外表面上切向应变的数值相等,其最大应变值为:
当Y=t/2代入(4-1)式得
εθ=Y/ρ0=t/2/ρ0=t/2ρ0(4-2)
以ρ=r+t/2代入(4-2)式得
εθmax=t/2ρ0=t/2(r+t/2)=1/‹2r/t›+1(4-3)
式中r弯曲毛坯内表面的园角半
t毛坯的厚度
分析(4-3)式:
r/t称相对弯曲半往
r/t↗变形程度小εθ↙
r/t↘变形程度大εθ↗
4-2弯曲力的计算
为了选择压力机和模具设计,必须计算弯曲力。
弯曲力的大不仅与毛坯尺寸、材料机械性能、凹模支点间的距离、弯曲半径、模具间隙、弯曲方式等有关,因此,要从理论上计算弯曲力是很复杂的,计算正确性也不高,通常生产中是采用经验公式或经过简化的理论公式计算。
一.自由弯曲力
(一)对于V形工件图4-2-01a
F自=0.6KBбbt2/r+t(4-4)
(二)对U形工件图4-2-01b
F自=0.7KBσbt2/r+t(4-5)
式中
F自材料在冲压行程结束时的自由弯曲力N
B弯曲件的宽度mm
t弯曲件的厚度mm
r弯曲件的内弯曲半径mm
σb材料的强度术极限MPa
K安全系数一般取K=1.3
二.校正弯曲力
如果弯曲件在冲压行程结束时受到模具的校正(图4-2-02),则校正弯曲力按下式近似计算:
F校=Aq(4-6)
式中F校校正弯曲力N
A校正部分投影面积mm2
q单位校正力MPa其值参阅冲压手册P148表3-17
三.顶件力或压料力
对于没有顶件装置或压料装置的弯曲模,其顶件力或压料力F值可近似取自由弯曲力的30-80%。
即:
F=30-80%F自(4-7)
(四)弯曲时压力机压力的确定
1.对于有压料的自由弯曲:
F压机≥F自+F(4-8)
2.对于校正弯曲:
由于校正弯曲是发生在接近于下死点位置,校正力与自由弯曲力并非重叠关系,而且校正力的数值比压料力大得多,F值可以忽略不计,因此只按校正力选择设备就可以了。
F压机≥F校(4-9)
4-3弯曲件展开尺寸计算
一.中性层位置的确定和中性层曲率半径的计算(ρ0).
(一).当变形程度较小时(r/t较大时).
ρ0=r+t/2(4-10)
(二).当变形程度较大时(r/t较小时).
1.ρ0向内侧移动,为什么?
(1).在塑性弯曲时,由于径向压应力σ3的影响,受拉的外部金属的切向应力的绝对值|(+、-)|,比受压的内部金属的切向应力的绝对值|(-、-)|要小,要力平衡,则ρ0需内移。
(2).当毛坯宽度较小时,受拉的外部金属在宽度上的变形为负值,而受压的内部金属在宽度的变形值为正值,造成应变不平衡,要变形平衡,则ρ0需内移。
2.ρ0理论计算.图4-3-01
中性层的位置,可利用变形前、后弯曲毛坯的体积恒等的条件来确定。
弯曲前体积V0:
V0=L、B、t=ρ0、α、B、t
弯曲后体积V:
V=π(R2-r2)×
α/2π×
B
因为V0=V
所以ρ0×
α×
B×
t=π(R2-r2)×
B
ρ0=(R2-r2).B′/B
将R=r+t代入上式整理后得:
ρ0=(r/t+η/2)η、β、t(4-11)
式中:
η=t′/t<
1变薄系数与r/t有关参阅冲压手册P124表3-1
β=B′/B展宽系数当B/t>
3时,β=1
B,B′分别为弯曲前、后,毛坯平均宽度
t,t′分别为弯曲前、后,毛坯平均厚度
3.生产中常用的经验公式:
ρ0=r+xt(4-12)
式中x系数查阅冲压手册P135表3-9
二.弯曲件毛坯尺寸的计算
根据弯曲件结构形状不同、弯曲半径大不同以及弯曲方法不同,其毛坯尺寸的计算方法也不相同。
下面分别叙述它们的展开长度计算方法。
(一)园角半径r>
t/2的弯曲件
1.冲件有一个900弯曲角时,其毛坯长度为:
图4-3-02:
L=L1+L2+L3=L1+L2+π/2(r+xt)(4-13)
2.冲件有几个弯曲角肘(α1,α2,α3……αn)时,其毛坯长度为:
图4-3-03
L=L1+L2+L3+……+LN+LN+1+2πɑ1/3600(r1+x1t)+2πɑ2/3600(r2+x2t)+……+2παn/3600(rn+xnt)(4-14)
(二)无园角半径或园角半径r<
t/2的弯曲件.
1.理论计算.图4-3-04
利用等体积进行理论计算,确定其毛坯长度尺寸.
毛坯体积:
V0=L.B.t
弯曲后体积:
V=(L1+L2).B.t+πt2B/4
由于V0=V
L.B.t=(L1+L2).B.t+πt2B/4
L=L1+L2+πt/4=L1+L2+0.785t(4-15)
公式(4-14),因为弯曲后,园角部分与直臂交接处要变薄,材料会多出一部分来,所以公式要修正。
查阅冲压手册P144表3-12,共7个计算公式
(三)目前很多单位,都使用计算机如CAD、UG语言-‘钣金’进行直接计算,正确而快捷。
4-4最小弯曲半径
一.最小弯曲半径定义:
在保证板料弯曲时,毛坯外层纤维不发生破裂条件下,这时弯曲件内表面的最小园角半
径,这种极限状态,称弯曲件的最小弯曲半径。
用rmin表示.
材料的rmin值愈小则说明该材料的弯曲性也愈好
二.最小弯曲半径值rmin的确定.
(一)理论计算:
弯曲件最外层纤维拉伸变形,常用延伸率ε或断面收缩率ψ表示.
1.最小弯曲半径数值,可根据图4-3-01用下列计算方法求得:
ε=‹Rα-ρ0α›/ρ0α=‹R-ρΟ›/ρ0=‹(r+ηt)-ρo›/ρ0(4-16)
则弯曲半径r=ρ0(1+ε)-ηt(4-17)
2.断面收缩率ψ与延伸率ε有如下关系:
ψ=ε/‹1+ε›(4-18)
将式(4-16)代入式(4-18)得
ψ=‹r+ηt-ρo›/‹r+ηt›(4-19)
将式(4-10)ρ0值代入式(4-18),则得弯曲半径
r=(2-2ψ-η)ηt/2(η+ψ-1)(4-20)
3.如果不考虑材料变薄情况,η=1则最小弯曲半径为
rmin=(1-2ψmax)t/2ψmax(4-21)
4.分析公式(4-21)
(1)ψmax值大,即材料塑性愈好,则rmin也愈小。
(2)t愈大,即材料愈厚,则rmin也愈大。
(二)经验值选用:
各种材料的最小弯曲半径<
rmin>
数值.查阅冲压手册P125表3-2
三.影响最小弯曲半径<
的因素.<
定性分析>
(一).材料的机性和热处理状态.
塑性好<
即ψ大.ε大>
则rmin↗
退火<
同一种料>
则rmin↗
硬化后<
则rmin.↙
(二).工件弯曲角的影响:
工件弯曲角<
Q>
↗则rmin↙.
↙则rmin↗.
(三).工件弯曲线与板材的轧制方向,对rmin的影响:
当⊥时则rmin↙
当∥时则rmin↗
(四).工件弯曲毛坯的毛刺方向对rmin的影响:
如毛刺放在弯曲角的外侧,因为外层受拉应力,易拉裂,所以rmin↗
如毛刺放在弯曲角的内侧,因为内层受压应力,不易拉裂,所以rmin↙
(五).工件弯曲宽度对rmin的影响:
当B/t↗则r/t↗
当B/t↘则r/t↘
如果设计上的r<
[rmin]则工艺上要采取措施:
1.中间退火2.加热弯曲3.改变应力状态如拉弯工艺
(六).工件弯曲厚度对rain的影响:
t↗则rmin↗
t↘则rmin↘
4-5弯曲时弹复现象及弹复的计算
弯曲时弹复又叫回弹
一.弹复时的弹复现象
(一)弹复现象和弹复值:
(图4-5-01)
当弯曲进入最后阶段卸载后(即工件从模具中取出)
(即凸凹模闭合状态)
凸模园角Q1凸模园角Q1
工件的弯曲角Q1工件的弯曲角Q2
凸模半径r1凸模半径r1
工件的弯曲半径r1工件的弯曲半径r2
结果产生:
△Q=Q2-Q1△r=r2-r1这种现象叫弹复现象。
△Q、△r叫弹复值。
(二)为什么会产生弹复现象:
塑性弯曲与任何一种塑性变形一样,在外载荷作用下毛坯产生的变形,由塑性变形和弹性变形两部分组成。
当外载荷去除后,毛坯的塑性变形保留下来,而弹性变形完全消失,使其形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反的变化。
加载时:
坯料内层发生压缩变形,
坯料外层发生拉伸变形。
卸载后:
坯料内层发生弹胀,
坯料外层发生弹缩。
从而使工件的弯曲角与弯曲半径发生改变,因此所得工件与模具的形状、尺寸不一样。
二.弹复值的实用计算
由于影响弹复的因素很多,如材料的机性、材料的厚板、弯曲半径大小、弯曲角大小、弯曲时校正力的大小与弯曲模间隙大小等。
因此理论上计算弹复值是有困难的,通常模具设计,按试验总结的数据(图表或表格)来选用,经试模后,再对模具工作部分加以修正。
(一).相对弯曲半径r/t较小的工件
当相对弯曲半径较小时,弯曲后弯曲中心角发生了变化,而弯曲半径变化不大,在这种情况之下,弹复角数值可根据下述情况来确定:
1.对街锡磷青铜弹性材料进行900单角校正弯曲时,其弹复角数值,参阅冲压手册P129图3-11查出。
2.对于单角900自由弯曲和单角900校正弯曲,其弹复角数值,参阅冲压手册P129-130表3-5和表3-6查出。
3.对于U形件的弯曲,弹复角还与凹模和凸模的间隙C成正比,弹复角数值可参阅冲压手册P130-131图3-12或表3-7。
(二)相对弯曲半径r/t较大的工件(r/t>
10)
这时的弹复主要决定于材料的机械性能,因此,凸模园角半径和弹复角可按下式进行计算:
1.凸模园角半径为r凸=ro/(1+‹kro/t›)(4-22)
2.弹复角的数值为△α=(1800-α0)(<
ro/r凸>
-1)(4-23)
式中r凸凸模园角半径mm
ro工件园角半径mm
αo工件弯曲角度度
бs工件材料屈服强度MPa
t工件材料厚度mm
E工件材料弹性模数MPa
K=3бs/E简化系数查阅冲压手册P132表3-8
三.影响弹复值的因素
(一)材料的机械性能:
1.材料σs↗则△Q↗成正比.
2.材料弹性模数E↗则△Q↘成反比.
3.机性不稳定则弹复值也不稳定.
(二)相对弯曲半径r/t:
r/t↗即变形程度↘,则△Q↗<
板材中性层两侧的纯弹性变形区以及塑性变形区,总变形中弹性变形的比重坛大>
(三)弯曲角Q:
Q↘则△Q↗<
变形区↗,回弹积累值↗>
.
(四)弯曲方式:
在无底凹模作自由弯曲,回弹大.
校正弯曲,弯曲力大,回弹小.
(五)工件形状:
U形件弹复小于V形件.<
U形件由于两边受限制>
形状复杂的弯曲件若一次弯成,弹复小.<
由于各部分互相牵制,弹复困难>
(六)模具凸、凹模间隙:
单边间隙大于板材厚度时,材料处于松动状态,弹复就大.
单边间隙小于板材厚板时,材料被挤紧,弹复就小.
四.克服弹复的方法
(一)从工件设计上来考虑:
1.弯曲区压制加强筋.参查冲压手册P160图3-50
2.在满足使用的条件下,选用小的bs、大的E、机械性能稳定的材料.
(二)从工艺上来考虑
1.校正弯曲代替自由弯曲.
2.经过冷作硬化的材料,退火后再弯曲.
(三)从模具结构上耒考虑:
1.对一般材料,可以在凸模和凹模上做出等于弹复角的斜度,使工件弹复估恰好等于所要求的角度.<
参阅冲压手册P160图3-51a、c、e>
2.对于厚度在0.8mm以上的塑性材料,可在凸模上做出‘突起’部分,压弯时‘突起’部分对工件园角处进行校正,以此耒克服弹复.<
参阅冲压手册P160图3-51d、f>
。
3.对于弹复较大的材料,可将凸模和顶板做成园弧曲面,当压弯的工件从模具中取出后,曲面部分伸直补偿了弹复.<
参阅冲压手册P160图3-51b>
4-6弯曲模工作部分尺寸计算
一.弯曲凸、凹模间隙的计算:
1.弯曲凸、凹模间隙Z是指单边间隙.
2.Z↗使弹复↗工件尺寸精度↘,Z↘使工件材料厚度变薄,降低模具使用寿命.
3.V形弯曲件Z是靠调整冲床的闭合高度来控制的,不需要在设计和制造模具时确定间隙Z.
4.U形弯曲件单边间隙可按下式计算:
Z=t+3+Kt(4-24)
式中
Z单边间隙mm
t材料厚度mm
△材料厚度正偏差查阅冲压手册P506-519.
K系数查阅冲压手册P148表3-18K一般在0.05-0.2之间.
[注意]当工件的精度要求高时,可取Z=t。
二.凸、凹模宽度尺寸计算:
根据工件尺寸的标注方式不同,可按冲压手册P149表3-9所列公式进行计算。
三.凸、凹模的园角半径与弯曲凹模深度的确定:
(一)凸模园角半:
1.当r/t较小时:
凸模园角半径=弯曲工件的弯曲园角半径
即r凸=r但r>
rmin
2.当r/t>
10较大时:
要考虑〉△Q和△r的修正值.
(二)凹模园角半径与深度:
1.凹模园角半径一般不要小于3mm,以免弯曲时材料表面出现划痕.
2.凹模园角半径两边应当一致,否则弯曲时毛坯会发生偏移.
3.凹模深度要适当;
若过小,毛坯自由边部分太多,弹复大,不平直;
若过大,凹模材料增多,冲床行程增大.所以凹模园角半径和深度查阅冲压手册P150表3-20。
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