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1、第4章 弯曲弯曲(又称压弯)是将板料、棒料、管料等弯成一定角度、曲率和形状的工艺方法，它在冲压生产中占有很大比例。弯曲件的基本类型，如图4.1所示。弯曲件可用滚弯机、压弯机、折弯机等设备进行加工，但最常见的是用弯曲模在普通压力机上进行压弯。图4.1 弯曲件的基本类型4.1 弯曲过程分析4.1.1 弯曲变形过程图4.2所示为板料在V形模内的弯曲变形过程。在弯曲开始时，板料在凸模作用下，产生弹性变形，如图4.2(a)所示；随着凸模下压，板料与凹模工作表面逐渐靠紧，弯曲半径由r0变为r1，弯曲力臂则由L0变为L1，如图4.2(b)所示；凸模继续下压，板料弯曲区逐渐减小，直到与凸模三点接触，此时曲率半
2、径已由r1变为r2，弯曲力臂也由L1变为L2，如图4.2(c)所示；此后，板料直边部分则向与以前相反的方向变形，直至圆角、直边与模具全部贴合，如图4.2(d)所示，此为弯曲过程的塑性变形阶段。以上整个过程均为自由弯曲。而在行程终了时，凸、凹模对板料进行墩压，致使冲床和模具产生弹性变形，弯曲力瞬间急剧增加，使制件形状获得校正，这就是校正弯曲。 (a) (b) (c) (d)图4.2 弯曲过程综上所述，弯曲过程是由自由弯曲和校正弯曲组成，而自由弯曲包括弹性变形和塑性变形这两个阶段。4.1.2 弯曲变形的特点为了分析板料在弯曲时的变形情况，可在长方形的板料侧面上画出正方形网格，对它进行弯曲，如图4.
3、3所示。观察网格的变化，可看出弯曲时变形的特点：1.弯曲时，在弯曲中心角的范围内，网格发生显著变形，而板料的平直部分，网格仍保持原来的状态(正方形)。这表明弯曲变形区域主要是在制件的圆角部分，直线部分则不产生塑性变形。2.分析网格的纵向线条可以看出，在弯曲前aabb，弯曲后则aabb。由此可见，在弯曲区域内，纤维沿厚度方向变形是不同的，即弯曲后，内层纵向纤维受压缩而缩短，外层纵向纤维受 (a) 弯曲前拉伸而伸长，由内外表面至板料中心，其伸长和缩短的程度逐渐变小，其间存在一层纤维既不伸长也不缩短，这层纤维称为变形中性层。3.从弯曲件变形区域的横断面来看，变形有以下两种情况，如图4.4所示：(1)
4、对于窄板(B3t)，在宽度方向产生显著 (b) 弯曲后变形，弯曲内侧材料受到切向压缩后，便向宽度 图4.3 弯曲变形分析方向流动，内侧宽度增加，在弯曲区外侧的材料受到切向拉延后，外侧宽度减小，断面略呈扇形。 (2)对于宽板(B3t)，由于弯曲时宽度方向变形阻力大，材料不易流动，因此弯曲后在宽度方向无明显变化，断面仍为矩形。此外在弯曲区域内制件的厚度有变薄现象。4.1.3 弯曲的应力与应变状态如前所述，平板坯料在塑性弯曲时，因其相对宽度Bt的不同，其应力、应变的性质也不同。板料弯曲时的应力应变状态如图4.4所示，分析如下： (a) (b)图4.4 弯曲时应力应变状态(a)窄板(B3t) (b)
5、宽板(B3t)1.应变状态 切向(长度方向)1 弯曲变形区内区为压缩应变，外区为拉伸应变。该应变为绝对值最大的主应变max。 径向(厚度方向)2 因为弯曲变形时，切向主应变1为绝对值最大的主应变max。根据塑性变形体积不变条件可知，另外两个方向则产生与1符号相反的应变。由此可以判断：在弯曲变形区的内区，因切向主应变1为压应变，所以径向的应变2为拉应变；在弯曲变形区的外区，因切向主应变1为拉应变，故径向应变2为压应变。 轴向(宽度方向)3 根据相对宽度Bt的不同，分两种情况：对于Bt3的窄板，因金属在宽度方向可以自由变形，故在内区，宽度方向应变3与切向应变1符号相反为拉应变。在外区3则为压应变；
6、对于Bt3的宽板，由于宽度方向受到材料彼此之间的制约作用，不能自由变形，无论内区还是外区应变很小，可以近似认为宽度方向的应变30。由此可见，窄板弯曲时的应变状态是立体(三向)的，而宽板弯曲的应变状态是平面的。 2应力状态切向(长度方向)1 内区受压，切向应力为压应力；外区受拉，切向应力为拉应力。径向(厚度方向)2 塑性弯曲时，由于变形区曲率增大，以及金属各层之间的相互挤压作用，因而在变形区内产生了径向压应力2，在板料表面应力10，由表及里逐渐递增，至中性层处应力达到了最大值。轴向(宽度方向)3 对于窄板，由于宽度方向可以自由变形，因而无论是内区还是外区即3 0；对于宽板，因为宽度方向受到材料的
7、制约作用，30。内区由于宽度方向的伸长受阻，所以3为压应力。外区由于宽度方向的收缩受阻，所以3为拉应力。从应力状态来看，窄板弯曲时的应力状态是平面的，宽板则是立体(三向)的。4.2 弯曲件的质量分析4.2.1 弯曲裂纹和最小弯曲半径从上一节的分析可知，弯曲件的外层纤维受拉，变形最大，所以最容易断裂而产生废品。外层纤维拉伸变形的大小，主要决定于弯曲件的弯曲半径(即凸模圆角半径)。弯曲半径越小，则外层纤维拉得越长，为了防止弯曲件的断裂，必须限制弯曲半径，使之大于导致材料开裂之前的临界弯曲半径最小弯曲半径rmin。1.影响最小弯曲半径的因素主要有以下几方面：(a) (b) (c) 图4.5 材料纤维
8、方向对弯曲半径的影响 (1)材料的机械性能 塑性好的材料，外层纤维允许变形程度就大，许可的最小弯曲半径就越小；塑性差的材料，最小弯曲半径就要相应大些。 (2)材料的热处理状态 由于冲裁后的零件有加工硬化现象，末经退火就进行弯曲，则最小弯曲半径就应大些；若经过退火后进行弯曲，则最小弯曲半径可小些。 (3)制件弯曲角的大小 弯曲角如果大于90，对最小弯曲半径影响不大，如弯曲角小于90时，则由于外层纤维拉伸加剧，最小弯曲半径就应增大。 (4)弯曲线方向 钢板经辗压以后得到纤维组织。由于纤维的方向性而导致材料力学性能的各向异性。因此，当弯曲线与材料的辗压纤维方向垂直时，材料具有较大的拉伸强度，外层纤维
9、不易破裂，可具有较小的最小弯曲半径；当弯曲线与材料的辗压纤维方向平行时，则由于拉伸强度较差而容易断裂，最小弯曲半径就不能太小如图4.5(a)、(b)所示。在双向弯曲时应该使弯曲线与材料纤维呈一定的夹角如图4.5(c)所示。(5)板料表面和冲裁断面的质量 板料表面不得有缺陷，否则弯曲时容易断裂。在冲裁或剪裁后，剪切表面常不光洁，有毛刺形成应力集中，降低了塑性，使允许的最小弯曲半径增大，因此不宜采用最小弯曲半径为零件的圆角半径，而应尽可能大些。当必须弯曲小圆角半径时，就应先去掉毛刺。在一般情况下，如毛刺较小，可把有毛刺的一边放于弯曲内侧(即处于受压区)，以防止产生裂纹。 最小弯曲半径数值由试验方法
10、确定。表4.1所列为最小弯曲半径数值。表4.1 最小弯曲半径注：1当弯曲线与纤维方向成一定角度时，可采用垂直和平行纤维方向二者的中间数值。 2在冲裁和剪裁后没有退火的坯料应作为硬化的金属选用。 3。弯曲时应使有毛刺的一边处于弯角的内侧。 4。表中t为板料厚度。 2.提高弯曲极限变形程度的方法 在一般的情况下，不宜采用最小弯曲半径。当工件的弯曲半径小于表4.1所列数值时，为提高弯曲极限变形程度，常采取以下措施： (1)经冷变形硬化的材料，可采用热处理的方法恢复其塑性。对于剪切断面的硬化层，还可以采取先去除然后再进行弯曲的方法。(2)清除冲裁毛刺，当毛刺较小时也可以使有毛刺的一面处于弯曲受压的内层
11、(即有毛刺的一面朝向弯曲凸模)，以免应力集中而开裂。 (3)对于比较脆的材料及厚料，可以进行加热弯曲。 (4) 当弯曲件的弯曲半径小于最小弯曲半径时，应分两次或多次弯曲。即先弯成具有较大圆角半径的弯角，而后再弯成所要求的弯曲半径。这样就使变形区域扩大，减小了外层材料的伸长率。 (5)对于较厚材料的弯曲，如结构允许，可以采取先在 图4.6 开槽后进行弯曲弯角内侧开槽后再进行弯曲的工艺，如图4.6所示。4.2.2 弯曲件的回弹4.2.2.1 回弹现象材料在弯曲过程中伴随着塑性变形总存在着弹性变形。当弯曲力消失后，由于弹性变形的恢复，弯曲零件与模具形状并不完全一致，这种现象称为回弹。回弹使工件形状，
12、尺寸与模具的形状，尺寸不一致，损害弯曲件的尺寸精确性。因此，回弹成为弯曲工艺设计中的一个非常重要的问题。弯曲回弹的表现有两个方面，如图4.7所示： 图4.7 弯曲回弹现象1曲率减小卸载前板料的内半径rp(与凸模的半径吻合)，在卸载后增加至r。曲率由卸载前的1/rp减小至卸载后的1/r。如以K表示曲率的减小量，则； K1rp1r (41)弯曲半径的增加量为： rrrp (42)式中 K曲率回弹量；r弯曲半径回弹量。2弯角增大 弯角指弯曲件两直边的夹角(见图4.7)。卸载前板料的弯角为p (与凸模的角度吻合)，卸载后增大到。弯角的增量为 p (43) 式中 弯曲角度的回弹量(回弹角)。 4.2.2
13、.2 影响回弹的主要因素有：1.材料的力学性能 回弹角的大小与材料的屈服应力s成正比，与弹性模量E成反比。即s/E越大，回弹越大。2.材料相对弯曲半径r/t 当其它条件相同时，回弹角随r/t值的增大而增大。3.弯曲工件的形状 一般U形工件比V形工件回弹要小；回弹量与工件弯曲半径也有关，当r/t0.20.3时回弹角可能为零，甚至达到负值。4.模具间隙 U形弯曲模的凸、凹模之间的间隙对回弹角有直接影响。间隙越大，则回弹越大。5.校正程度 在弯曲终了时进行校正，可增加圆角处的塑性变形程度，从而可减少回弹，校正程度决定于校正力的大小。而校正力的大小是靠调整冲床滑块位置来实现的。校正程度越大，则回弹角越小。4.2.2.2 回弹值的确定模具设计时，为保证生产出合格的弯曲件，必须预先考虑弯曲件回弹的影响，以适当的回弹量进行补偿。由于影响回弹量的因素很多，各因素往往相互影响，因此很难实现对回弹量的精确计算或分析。一般情况下，模具设计时，根据经验数值和简单的计算来初步确定回弹角的大小，然后通过实际试模修正。1.查表法如弯曲件的相对弯曲半径r/t58时，在弯曲变形后，曲率半径回弹量不大，只考虑角度的回弹，可查有关冲压手册初步确定回弹值，再根据经验修正给定制造时的回弹量。而后再在试模时进行修正。例如，当r/t5时，单角90校正弯曲时的回弹角度值可参考表4.2所列的推荐值
