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1、37680-4A,主编,第一节 弯曲变形分析,一、弯曲变形过程,图4-1 V形弯曲的变形过程 和载荷行程曲线,为了说明弯曲变形，我们先观察最常见的V形制件在弯曲模中的弯曲过程。 图4-1为V形制件在弯曲模中的弯曲过程与载荷行程曲线。,一、弯曲变形过程,图4-2 自由弯曲示意图,由弯曲，如图4-2所示。板料在折边机上的弯曲多属于这种弯曲。最后阶段对凸、凹模之间的板料进行强行加压展平所作的压制方法称为校正弯曲，如图4-3所示。校正弯曲所需的弯曲力比自由弯曲力大得多，一般为510倍自由弯曲力。,图4-3 校正弯曲示意图,一、弯曲变形过程,图4-4 U形弯曲的变形过程,U形制件的弯曲过程如图4-4所示
2、。弯曲开始时，板料的底部材料向下凸起，而不与凸模底部接触，,二、弯曲变形的应力、应变特点,1)弯曲变形主要发生在弯曲制件的圆角部分，此处的坐标网络由正方形变成扇形，扇形两侧的直边则未发生塑性变形，网格仍保持原来的正方形。 2)在变形区内靠凹模一侧的板料外缘切向纤维受拉应力(+)作用而伸长()，靠凸模一侧的板料内缘切向纤维受压应力而缩短()，在内、外层之间存在一个纤维既未伸长、也未缩短的中性层。 3)变形区的板料有变薄现象，仔细测量还可发现，由于板厚方向外层受拉应力作用，故其变薄的程度比内层大，此时应变中性层向内侧移动。,二、弯曲变形的应力、应变特点,图4-5 弯曲板料变形区切向应力分布示意图,
3、4)从弯曲制件变形区的横截面来看，断面形状发生了畸变，畸变程度随板宽不同有明显差别,如图4-5所示。,二、弯曲变形的应力、应变特点,料在弯曲时，变形区宽度方向的应力和应变状态取决于弯曲毛坯的相对宽度b/t。相对宽度b/t3时，称为宽板；相对宽度b/t3时，称为窄板。宽板和窄板宽度方向的应力、应变状态见表4-1。,表4-1 弯曲时变形区的应力、应变状态,二、弯曲变形的应力、应变特点,图4-6 弯曲变形分析 a)弯曲前 b)弯曲后,弯曲的应力和变形规律，如图4-6所示。 观测变形前后制件侧面的坐标网线的变化可以发现：,第二节 弯裂与最小弯曲半径,一、弯曲变形程度与最小弯曲半径,由上节分析可知，弯曲
4、时变形区金属外层在切向拉应力作用下，产生切向伸长变形，且变形最大，所以最容易断裂造成废品。变形区外层金属伸长变形的大小，在板料厚度t为定值时，主要取决于弯曲件的弯曲半径(即凸模圆角半径)。弯曲半径越小，外侧金属伸长变形越大。,将=R+t2(视弯曲时板料厚度不变)代入上式得,二、影响最小弯曲半径的因素,1.材料的力学性能 材料的塑性越好，其最小弯曲半径就越小。因此，不同材料或同一材料随轧制和热处理状态不同，最小弯曲半径也有所不同。如加热可提高材料的塑性，加热弯曲相对冷弯而言最小弯曲半径就小些，因此，在厚板弯曲中经常采用热弯。部分材料的最小弯曲半径可参阅表4-2。,表4-2 部分材料的最小弯曲半径
5、,2.板料的方向性 冷冲压所用的板材，多为冷轧板料，板料顺纤维方向(轧制方向)的塑性好于垂直于纤维方向的。所以，弯曲时当弯曲线与纤维方向垂直时，可具有较小的最小弯曲半径；反之，弯曲线与板料纤维方向平行时，其最小弯曲半径就大。对于多向弯曲制件，弯曲线应与板料纤维方向成一定夹角，如图4-7所示。因此，在弯曲制件下料时应十分注意板料的方向性。,图4-7 材料纤维方向对最小弯曲半径的影响,3.板料表面和下料断面质量 板料表面和下料断面质量较差时，极易造成应力集中而破裂，这时就应采用较大的最小弯曲半径，并处理好弯曲线方向。对冲裁得到的坯件进行弯曲时，应在弯曲前将毛刺清除掉，或将有毛刺及缺陷的一面朝向弯曲
6、凸模，如图4-8b所示，这样弯裂的危险性相对较小； 4.材料厚度 从弯曲变形的概念可知，在弯曲半径相同时，材料厚度增大，变形程度就增加，所以，材料厚度越大，Rmin就越大，但当t3mm时，此影响就并不显著。 由于影响最小弯曲半径的因素很多，所以生产中常以实验为根据，参考经验数据来确定。,图4-8 冲裁坯件的弯曲,第三节 弯曲中的回弹,第三节 弯曲中的回弹,任何弯曲变形都是由弹性变形过渡到塑性变形的，变形过程中不可避免地残存着弹性变形，致使弯曲后制件的形状和尺寸都将发生与加载时变形方向相反的变化，从而造成弯曲制件的弯曲角和弯曲半径与模具尺寸不一致。这种现象称为回弹，如图4-9所示。回弹值可以用回
7、弹前后弯曲角的差值或弯曲半径的差值来表示。弯曲角的差值称为回弹角，即,弯曲半径的差值为,一、影响回弹的因素,弯曲制件回弹的大小和方向首先取决于弯曲变形区的应力状态和变形条件。例如，校正弯曲的回弹就比自由弯曲小，而校正弯曲时，校正力的大小，以及弯曲终了时，凸模在行程下止点时与凹模的相对位置对回弹有着重大影响。 影响自由弯曲回弹的因素包括以下方面。,1)材料的力学性能。 2)相对弯曲半径R/t。Rt越大，回弹值越大。 3)材料厚度。当弯曲半径为定值时，材料厚度越大，则回弹越小。 除上述因素影响回弹外，回弹还与制件的形状和尺寸，模具间隙，凸、凹模圆角半径，凹模深度及材料与凹模的摩擦力的大小等因素有关
8、。,图4-9 弯曲中的回弹现象,一、影响回弹的因素,图4-10 V形制件弯曲塑变形条件 a)角部外侧无约束 b)角度外侧有约束,二、回弹值的初步确定,由于弯曲变形的复杂性和引起回弹原因的多样性，目前要准确地确定回弹值还做不到，仅能通过定性分析和给出一些经验数据以减少模具设计和制造中的盲目性。在设计弯曲模时，一般按图表查出经验数据或按计算法求出回弹角估计值，再在试模中进行修整。对不同的相对弯曲半径，回弹的确定方法也不同，下面分别讨论。 1. R/t5 R/t5为小弯曲半径弯曲。自由弯曲时半径变化不大，故只考虑回弹角。表4-3列出的为V形制件自由弯曲90时的回弹值。,表4-3 自由弯曲90时的平均
9、回弹角,1. R/t5 当弯曲角度大于或小于90时，回弹角应作如下修正,2. R/t10 R/t10时，由于弯曲半径较大，卸载后不仅弯曲制件的夹角会变，而且弯曲半径也有较大变动。这时凸模圆角半径Rp和回弹角可分别按下式计算参考值，待试模后再加以修整。,3. V形制件校正弯曲 V形制件校正弯曲的回弹角可参考图4-11。其他形状制件的弯曲回弹值可参阅有关手册。,3. V形制件校正弯曲,图4-11 弯曲的回弹值 a)08、10及Q195钢回弹角 b)15、20及Q215、Q235钢回弹角,三、减少回弹的措施,弯曲回弹一般不可能完全消除，但却可采取合理结构的弯曲制件、弯曲工艺及模具设计等措施来减少或补
10、偿由于回弹所产生的误差。 1.从弯曲制件设计上采取措施 在弯曲制件转角处压制加强筋，如图4-12a、b所示，不仅能减小回弹而且还能增加制件的刚度。图4-12c所示为先弯两侧再弯中间，也可减少回弹，原因是总变形量增加的情况下，弹性变形量相对变小。 2.从工艺上采取措施 采用校正弯曲代替自由弯曲可以减小回弹。对于加工硬化后的钢铁材料，弯曲前可先进行退火，以降低s，然后再弯，可收到较好的效果。,图4-12 在制件结构上考虑减小回弹的方法,3.从模具设计上采取措施,1)对一般软钢、软黄铜等材料，其回弹角t时，可将凹模上的顶件器做成圆弧面(图以造成制件底部的局部反弯。,图4-13 克服回弹的措施 a)克
11、服回弹措施之一 b)克服回弹措施之二 c)克服回弹措施之三,第四节 弯曲制件的工艺性,1)弯曲制件的弯曲半径不能小于材料的最小弯曲半径，否则会弯裂；但过大也不好，过大导致回弹增大，弯曲制件精度不易保证。 2)弯曲制件的直边高度H不应小于2t，若H2t，则应预先压槽，如图4-14所示，或加高直边，经弯曲后再切掉。 3)对阶梯形坯料进行局部弯曲时，根部容易撕裂，这时，应减小不弯曲部分的长度B，使其退出弯曲线之外(图4-16)，或在弯曲部分压槽(参阅图4-14)。,图4-14 弯曲制件 直边高度,图4-15 弯曲制件直边高度对工件影响,图4-16 阶梯形毛坯,第四节 弯曲制件的工艺性,4)弯曲带孔的
12、坯料时，必须使孔位于变形区之外(图4-17a)，以防止孔在弯曲时产生变形，且孔壁到弯曲半径R中心的距离应根据料厚取值:当t2mm时，Lt；当t2mm时，L2t。 5)弯曲形状对称的制件时，弯曲半径左右应一致，以保证弯曲时板料与模具表面的摩擦力平衡，防止产生偏移。,图4-17 弯曲制件孔边距离 a)孔边距 b)冲月牙槽 c)冲工艺孔,图4-18 成对弯曲成形,第五节 弯曲力计算,一、自由弯曲力,一、自由弯曲力 弯曲力的大小与弯曲制件毛坯尺寸、材料性能、弯曲半径等因素有关，理论计算复杂且精确性不高，实用性差。故生产中一般用经验公式计算，然后分析比较，选取估算结果。 V形制件弯曲力,U形制件弯曲力,
13、二、校正弯曲力,表4-4 单位校正压力p(单位：MPa),式中 F校校正弯曲力； A变形区投影面积； p单位校正力，其值参考表4-4。,三、顶件力和压料力,三、顶件力和压料力 对于设有弹顶装置或压料装置的弯曲模，其顶件力或压料力值可近似取自由弯曲力的30%80%，即,四、压力机公称压力的确定,四、压力机公称压力的确定 对有压料装置的自由弯曲,计，因此，只按校正力选择设备，即,第六节 弯曲制件毛坯尺寸的计算,第六节 弯曲制件毛坯尺寸的计算,图4-19 中性层的位置,一、应变中性层位置的确定 应变中性层的长度在弯曲过程中保持不变，所以，应变中性层的展开长度就是弯曲制件的展开长度。当弯曲变形很小时(
14、R/t10)，材料厚度变化很小，应变中性层可近似认为在材料厚度的二分之一处，次时，中性层的曲率半径=R+t/2。,当弯曲变形较大时，材料厚度减小，板料变薄，应变中性层内移，如图4-19所示。板料变薄的程度用角部弯曲后的材料厚度(t)与弯曲前的材料厚度之比表示，即,一、应变中性层位置的确定,料厚度的正中。此时，弯曲变形程度越大，应变中性层内移也越多。由于变薄规律比较复杂，在弯曲变形区内分布也不均匀一致，而且变薄规律还与弯曲方式等许多因素有关。所以，中性层的位置还不能用理论公式准确计算，通常用经验公式来确定，即,表4-5 10、20钢在宽板弯曲时的应变中性层位移系数X值,二、毛坯长度计算,如图4-
15、20所示。运用中性层的长度在弯曲过程中长度不变的结论，显然其展开长度等于弯曲制件直线部分的长度和圆弧部分的长度之和，即,2.圆角半径较小的弯曲制件(R0.5t) 如图4-21所示。这类弯曲制件的弯曲部分毛坯尺寸计算是根据弯曲前后材料体积不变原则确定的，考虑到弯曲时圆角变形区板料变薄的因素，计算公式如下：,图4-20 有圆角半径的弯曲,1.圆角半径较大的弯曲制件(R0.5t),3.铰链卷圆弯曲 如图4-22所示，对于R=(0.63.5)t的铰链卷圆弯曲制件，在卷圆过程中板料增厚，应变中性层外移，毛坯长度可按下式近似计算,计算弯曲制件的展开长度时，由于制件尺寸标注方法不同，所采用的计算方法也不同。
16、其他简便经验的计算方法，可查阅有关手册和资料。,图4-21 无圆角半径的弯曲,图4-22 铰链,第七节 弯曲工序与弯曲模,一、弯曲制件的工序安排,图4-23 一道工序弯曲成形,批量、制件精度、尺寸和变形程度等对弯曲制件的工序安排也有很大影响。图4-23所示为可在简单模中一次成形的简单弯曲制件。而图4-24所示的弯曲制件，当采用简单模时，必须分两次完成；若要在一次冲压中弯曲成形，则必须采用较复杂的模具。图4-25所示的弯曲制件更为复杂，采用简单模必须多次弯曲才能成形。,一、弯曲制件的工序安排,图4-24 两次弯曲成形的制件,一、弯曲制件的工序安排,图4-25 三次弯曲成形的制件,二、弯曲模结构的合理性,确定弯曲工序后，即可进行弯曲模具结构的设计。为确保制件质量，弯曲模结构应考虑以下几点： 1)模具结构应保证毛坯在弯曲时不产生偏移和滑动。 2)模具结构不应妨碍或阻止毛坯在合模过程中应有的转动和移动，但
