冷作工工艺第七章 弯形与压延

1、2021-5-71 北京铁路局石家庄职工培训基地北京铁路局石家庄职工培训基地 主讲：邢建章主讲：邢建章 职务：工程师职务：工程师 e-maii:e-maii: 2021-5-72 把平板毛坯、型材、管材等弯成一定的曲率、角度，从而把平板毛坯、型材、管材等弯成一定的曲率、角度，从而 形成一定形状的零件，这样的加工方法称为弯形。形成一定形状的零件，这样的加工方法称为弯形。 第七章第七章 弯形与压延弯形与压延 71 弯形加工基础知识弯形加工基础知识 一、钢材的弯曲变形过程及特点一、钢材的弯曲变形过程及特点 图71材料的弯曲变形过程 过渡到塑过渡到塑 性变形性变形 材料发生材料发生 弹性变形弹性变形

2、材料发生材料发生 断裂破坏断裂破坏 弯曲定义：把钢材按照图纸要求完成工件 2021-5-73 图72 板料弯曲时横截面的变化 a)窄板 b)宽板 横截面便产生横截面便产生 扇形畸变扇形畸变 横截面无显横截面无显 著变形著变形 无论宽板、窄板，在变形区内材料的厚度均有无论宽板、窄板，在变形区内材料的厚度均有 变薄现象。这种材料变薄的现象，在材料的弯形加变薄现象。这种材料变薄的现象，在材料的弯形加 工中应该予以考虑。工中应该予以考虑。 中性层：在内层和外层中间，存在金属既不伸长，也不缩短 的一个层面。 2021-5-74 二、钢材的变形特点对弯形加工的影响二、钢材的变形特点对弯形加工的影响 钢材弯

3、曲变形特点对弯形加工的影响，主要有以下几方面：钢材弯曲变形特点对弯形加工的影响，主要有以下几方面： 1弯形力弯形力 弯形是使被弯曲材料发生塑性变形，而塑性变形只有在材弯形是使被弯曲材料发生塑性变形，而塑性变形只有在材 料内应力超过其屈服点时，才能发生。料内应力超过其屈服点时，才能发生。 2弹复现象弹复现象 弯形时，材料的变形由弹性变形过渡到塑性变形，通常材弯形时，材料的变形由弹性变形过渡到塑性变形，通常材 料在发生塑性变形时，总还有部分弹性变形存在。料在发生塑性变形时，总还有部分弹性变形存在。 影响弹复的因素：影响弹复的因素： (1)材料的力学性能材料的力学性能 (2)材料的相对弯形半径材料的

4、相对弯形半径 (3)弯形角弯形角 (4)其他因素其他因素 2021-5-75 3最小弯形半径最小弯形半径 材料在不发生破坏的情况下，所能弯曲的最小材料在不发生破坏的情况下，所能弯曲的最小 曲率半径，称为最小弯形半径。曲率半径，称为最小弯形半径。 影响最小弯形半径的因素：影响最小弯形半径的因素： (1)材料的力学性能材料的力学性能 (2)弯形角弯形角 (3)材料的方向性材料的方向性 (4)材料的表面质量与剪断面质量材料的表面质量与剪断面质量 (5)其他因素其他因素 最小弯曲率半径：材料不被破坏弯度最小的叫做 最小弯曲率半径。 2021-5-76 4横截面变形横截面变形 图图73 材料纤维方向与弯

5、曲线的关系材料纤维方向与弯曲线的关系 图图7-4扁钢与钢管弯形扁钢与钢管弯形 弯制扁钢圈时出现内侧变厚、外侧 变薄(见图7-4a)；弯管时则出现椭圆截 面(见图7-4b)等。在这些情况下，就需 采用一些特殊的工艺措施来限制横截面 的变形，以保证弯形件的质量。 2021-5-77 三、钢材加热对弯形加工的影响三、钢材加热对弯形加工的影响 钢材的加热温度规范，一般在技术文件中规定。表钢材的加热温度规范，一般在技术文件中规定。表71 为常用材料的热弯形温度。为常用材料的热弯形温度。 表7-1 常用材料的热弯形温度 材料牌号材料牌号 加加 热热 终止终止(不低于不低于) q235a、15、20 16m

6、n、16mnr、15mnv、15mnvr 15mnti、14mnmov 18momnnb、15mnvn 15mnvnre cr5mo、12crmo、15crm0 14mnmovbre 12mncrnimovcu 14mnmonbb 0crl3、1crl3 1crl8ni9ti、12crlmov 黄铜黄铜 h62、h68 铝及其合金铝及其合金 1.2、lf2、lf21 钛钛 钛合金钛合金 900l 050 950l 050 9501 050 950l 050 950l 050 900l 000 l 050一一l 100 l 050l 100 1 000一一1 100 1 000l 100 950

7、1 100 600一一700 350450 420一一560 600840 700 750 750 750 750 750 850 850 750 850 850 400 250 350 500 2021-5-78 72 压弯压弯 一、压弯力的特点及压弯力的计算一、压弯力的特点及压弯力的计算 1压弯的特点压弯的特点 在压力机床上使用压弯模进行弯形的加工方法，称为压弯。在压力机床上使用压弯模进行弯形的加工方法，称为压弯。 图图75 材料压弯时的三种变形方式材料压弯时的三种变形方式 a)自由弯形自由弯形 b)接触弯形接触弯形 c)校正弯形校正弯形 压弯压弯 2021-5-79 2压弯力计算压弯力计

8、算 为使材料能够在足够的压力下成形，必须计算其压弯力，为使材料能够在足够的压力下成形，必须计算其压弯力， 作为选择压力机床工作压力的重要依据。在生产中常用经验公作为选择压力机床工作压力的重要依据。在生产中常用经验公 式计算压弯力，见表式计算压弯力，见表72 表表7-3 计算压弯力的经验公式计算压弯力的经验公式 弯形方式弯形方式 经验公式经验公式 弯形方式弯形方式 经验公式经验公式 v形自由弯形形自由弯形 u形自由弯形形自由弯形 v形接触弯形形接触弯形 u形接触弯形形接触弯形 v形校正弯形形校正弯形 u形校正弯形形校正弯形 l c f b 2 2 bt b kbtf t 6 . 0 2 凸 r

9、cbt f b t 7 . 0 2 凸 r cbt f b aqf aqf 2021-5-710 表表7-3 单位面积上的校正力单位面积上的校正力q值值 nmm2 材科厚度材科厚度 (mm) 材材 料料 l 13 36 610 铝铝 黄铜黄铜 1020钢钢 q235a、2530钢钢 1520 2030 3040 4050 2030 3040 4060 5070 30一一40 4060 6080 70一一100 4050 6080 80100 100120 表中表中 f压弯力，压弯力，n； b弯形件的宽度，弯形件的宽度，mm； t 弯形件的厚度，弯形件的厚度，mm； r凸 凸凸模圆角半径， 凸模

10、圆角半径，mm； l凹模槽口两支点间距离，凹模槽口两支点间距离，mm b材料的抗拉强度，材料的抗拉强度，mpa； c系数，取系数，取c = 113； k系数，取系数，取k：0306； a校正部分投影面积，校正部分投影面积，mm2； q单位面积上的校正力，单位面积上的校正力，nmm2(mpa)，见表，见表73。 2021-5-711 二、压弯模二、压弯模 冷作工所用的压弯模，多数采用焊接制成，并且尽量少用冷作工所用的压弯模，多数采用焊接制成，并且尽量少用 或不用切削加工零件。这样，制作方便，可以缩短模具制造周或不用切削加工零件。这样，制作方便，可以缩短模具制造周 期，还可以多利用生产边角料，降低

11、生产加工成本。期，还可以多利用生产边角料，降低生产加工成本。 图7- 6压弯模具结构形式 a)、b)整体铸造后加工 c)、d)型钢焊制 2021-5-712 当采用接触弯形或校正弯形时，制作压弯模应考当采用接触弯形或校正弯形时，制作压弯模应考 虑以下几个方面。虑以下几个方面。 1压弯模具工作部分尺寸确定压弯模具工作部分尺寸确定 a) u形模 b) v形模 图图77 压弯模工作部分结构压弯模工作部分结构 2021-5-713 表7-4 压弯模工作部分尺寸及系数c 板厚板厚 t (mm) l (mm) 0.5 0.5 2 2 4 4 7 l (mm)r凹 凹 （mm) c l (mm)r凹 凹 （

12、mm) cl (mm) r凹 凹 （mm) cl (mm) r凹 凹 （mm) c 10 20 35 50 75 100 150 200 6 8 12 15 20 3 3 4 5 6 0.1 0. 1 0.15 0.2 0.2 _ _ _ 10 12 15 20 25 30 35 45 3 4 5 6 8 10 12 15 0.1 0.1 0.1 01.5 0.15 0.15 0.2 0.2 10 15 20 25 30 35 40 50 4 5 6 8 10 12 15 20 0.08 0.08 0.08 0.1 0.1 0.1 0.15 0.15 - 20 25 30 35 40 50 6

13、5 8 8 10 12 15 20 25 0.06 0.06 0.08 0.1 0.1 0.1 0.15 u形件弯形时，凸模与凹模间的间隙值可按下式确定： z = tmax + c t (71) 式中 tmax材料最大厚度，mm； c系数，按表7-4选取； t材料名义厚度，mm。 v形件弯形时，凸、凹模的间隙是靠调整压床闭合高度来控 制的，不需要在制造模具时确定。 2021-5-714 2解决弹复的措施解决弹复的措施 接触弯形或校正弯形，主要靠模具解决弹复问题，其措施如下：接触弯形或校正弯形，主要靠模具解决弹复问题，其措施如下： 图图78利用模具结构、形状解决弹复利用模具结构、形状解决弹复 (

14、1)修正模具形状修正模具形状 (2)采用加压校正法采用加压校正法 图图7-9利用压边装置减少弹复利用压边装置减少弹复 1一凸模一凸模 2工件工件 3一压边装置一压边装置 4一凹模一凹模 2021-5-715 3定位与防止偏移定位与防止偏移 弯形前，通常采用定位板或利用毛坯料上的孔来定位。防 止弯形过程中毛坯料偏移，多采用托料装置 。 图710防止坯料偏移的措施 采用托料装置 毛坯料上的孔定位 图7一11自由弯形压弯模 图7一12压弯模 内加垫块控制 弯形件曲率 图713角钢 压弯时的模具 夹持 2021-5-716 三、压力机床三、压力机床 1液压机液压机 图714液压机工作原理 液压机是利用

15、液体作为介质传递液压机是利用液体作为介质传递 动力，根据所用介质容器中的液体动力，根据所用介质容器中的液体 各不同，分为油压机和水压机。各不同，分为油压机和水压机。 液压机是利用液压机是利用“密闭部分压强密闭部分压强 相等相等”的原理，而获得巨大压力的。的原理，而获得巨大压力的。 图715闭式水压机 l一固定横梁 2一导向钢柱 3一可动横梁 4一活塞 5一上横梁 6、14工作缸 7一提升缸 8拉杆 9一活塞 10一上横板 11一密封圈 12、13一管路 2021-5-717 “万吨水压机是什么？ 打个简单的比方，就是打 铁的锤子。现代工业零部 件越做越大，小锤子自然 打不动，所以发明了水压 机

16、。”中国第一重型机械 集团公司（一重）总经理 吴生富对记者这么解释。 “咱们的一万五千吨 水压机，是全世界最大的 锤子。” 水压机成型水压机成型 水压机水压机 2021-5-718 2气压机气压机 气压机是以压缩空气为动力的一种压力机床，分为直压式和杠杆式。气压机是以压缩空气为动力的一种压力机床，分为直压式和杠杆式。 适用于金属薄板压延、压印、适用于金属薄板压延、压印、 成型及塑性材料的浅拉深工艺。如成型及塑性材料的浅拉深工艺。如 表壳、表底盖、表带、各种金银首表壳、表底盖、表带、各种金银首 饰、徽章、纪念币、眼镜、灯饰外饰、徽章、纪念币、眼镜、灯饰外 壳的压制等。壳的压制等。 图717单缸直

17、压式气压机 l一气缸 2一活塞 3一弹簧 4一顶杆 5压力头 6一工作台 7一三通开关 8一床身 2021-5-719 四、压弯的一般工艺要求四、压弯的一般工艺要求 图7一18局部弯形的止裂措施 1选择压力机床时，要同时满足所需弯形力和压弯工件所 需空间尺寸范围两个要求。 2安装压弯模时，应尽量使模具压力中心与压力机床压力 中心吻合，上、下模间隙均 匀装夹要牢固。 3弯形件的直边长度，一般不得小于板厚的两倍，以保证 足够的弯曲力矩。 4为防止弯形件横截面畸变，板料弯形件宽度一般不得小于 板厚的三倍。 5局部需要弯成 折边的零件，为避免 角上的弯裂，应预先 钻出止裂孔，或将弯 曲线外移一定距离(

18、见 图718)c 2021-5-720 73 滚滚 弯弯 一、滚弯的特点 在滚床上进行弯形的加工方式称为滚弯，如图7一19所 示。滚弯时，板料置于滚床的上、下轴辊之间，当上轴辊下降， 时，板料受到弯曲力矩的作用，发生弯曲变形。由于上、下轴 辊的转动，并通过轴辊与板料间的摩擦力带动板料的移动，使 板料受压位置连续不断地发生变化，从而形成平滑的弯曲面， 完成滚弯成形。 图719滚弯过程 冷滚冷滚: 压成形的允许弯形半径r， 不能以板料的最小弯曲半径为 界线，而应大些。 通常 r = 20 t (t为板厚)， 当当r 20t时，则应进行热滚弯时，则应进行热滚弯。 2021-5-721 二、滚板机二、

19、滚板机 1滚板机的类型及其特点滚板机的类型及其特点 滚板机的基本类型有对称式三辊滚板机、不对称式三辊滚滚板机的基本类型有对称式三辊滚板机、不对称式三辊滚 板机和四辊滚板机三种。板机和四辊滚板机三种。 四辊滚板机四辊滚板机 三辊滚板机三辊滚板机 卷板机卷板机 2021-5-722 三辊卷板机示意图 卷板机卷板机 滚弯：在滚床上进行弯曲加工的方式。滚板机的类型？ 1.对称式三辊滚板机 2.不对称式三辊四辊滚板机。 2021-5-723 图7-22对称式三辊滚板机传动系统 1一活动轴承一活动轴承 2一上轴辊一上轴辊 3下轴辊下轴辊 4 固定轴承固定轴承 5-平衡螺杆平衡螺杆 6、7、8、9、11、1

20、2、13、14、16、17、18、20、2l一齿轮一齿轮 10-摩擦式离合器摩擦式离合器 15一电动机一电动机 19-啮合式离合器啮合式离合器 22、25一联轴器一联轴器 23、27一蜗杆一蜗杆24、26蜗轮蜗轮 28、30-升降丝杆升降丝杆 29-蜗杆轴蜗杆轴 2021-5-724 三、滚弯的工艺方法三、滚弯的工艺方法 1.柱面的滚制柱面的滚制 图7-23在压力机压力机上预弯板料端部 图7-24在滚板机上预弯板料 1一下模2一板料3一上模 l一下轴辊2一垫板3一板料4一上轴辊 图7-26板料在滚板机上找正位置 2021-5-725 图725留余量消除滚弯件的直边 1)板料的两端预弯。 下料两

21、端预弯措施：下料两端预弯措施： 2)板料两端留余量。 (3)为使滚弯件不出现歪 扭现象(见图726a)，板 料放入滚板机后要找正 位置。 (4)调节轴辊间的距离，以 控制滚弯件的曲率。 (5)较大的工件滚弯时，为避免其自重引起附加变形，应将板料 分为三个区域，先滚压两侧区，再滚压中间区。 (6)滚制非圆柱面工件时，应依次按不同的曲率半径，在板料 上划分区域。 (7)滚弯前，应将轴辊和板料表面清理干净，还要将板料上气割留 下的残渣和焊接留下的疤痕除去、磨平，以免损伤工件和轴辊。 2021-5-726 2锥面的滚制锥面的滚制 图7-27锥面的分段滚制 图7-28小口减速法滚制锥面 b)滚板机上分段

22、滚制 a)坯料分段及滚制顺序 在检查锥面工件的曲率时，对锥面 的大口与小口都要进行测量，只有 当锥面两口的曲率都符合要求时， 工件曲率才算合格。 锥面的滚制：1.调整上轴，使其与下轴辊成一定角度倾斜。 2.为使上轴辊能始终接近压在锥面素线上，应使锥面素线上，应 使锥面的大小口两端有不等的进给速度 2021-5-727 74 压延压延 一、压延成形过程及特点 图729 压延过程 图730压延时金属的流动 图7-31毛坯起皱 图7-32压延件厚度的变化情况 压延过程压延过程 毛坯起皱毛坯起皱 冲压过程冲压过程 2021-5-728 带弹性压边圈的首次拉深模（正装）带弹性压边圈的首次拉深模（正装）

23、返回 2021-5-729 带弹性压边圈的首次拉深模（带弹性压边圈的首次拉深模（倒装倒装） 返回 2021-5-730 无压边圈的二次拉深模（无压边圈的二次拉深模（正拉深正拉深 ） 返回 2021-5-731 压边圈在上模的反向拉深模压边圈在上模的反向拉深模 返回 2021-5-732 压边圈在下模的反向拉深模压边圈在下模的反向拉深模 返回 2021-5-733 带弹性带弹性卸料板卸料板复合模复合模 返回 2021-5-734 三大件：凸模、凹模、压边圈；三大件：凸模、凹模、压边圈； 三大尺寸要素：三大尺寸要素：d d、r r、c( c(间隙）。间隙）。 3. 3. 结构设计要点结构设计要点

24、1) 1) 用压边圈否？用压边圈否？ 2) 2) 凸模设排气孔，作用？凸模设排气孔，作用？ 凹模要润滑；凹模要润滑； 3) 3) 金属流动要均匀金属流动要均匀调节调节qq、设拉、设拉 深筋；深筋； 4) 4) 设置限位器设置限位器调节压边力调节压边力:p209 :p209 f8-12.f8-12. 冲压模具设计冲压模具设计 三、 拉深模 2021-5-735 现场实例：现场实例：1. 1.水壶嘴胀形水壶嘴胀形 2.2.水壶口收口（旋压）水壶口收口（旋压） 四、 成形模 2021-5-736 二、压延力的计算二、压延力的计算 计算压延力的目的是为了正确地选择压延设备。压延力的计算 与压延件的形状

25、、尺寸和材料性质有关，一般采用经验公式。 压制封头时压延力，用下式计算： 压延中，为防止材料起皱而采用压边圈时，压边力必须适中。 压边力太小起不到防皱作用；压边力太大又易引起材料拉裂。 压边力q可用下式计算： 压延时为什么采用压边圈：为防止材料起皱皮而采用压边圈。 2021-5-737 q 单位压边力，对于钢 q = 0.0110.016 ，热压时取 下限，冷压时取上限。 当采用压边圈压延时，总的压延力应包括压边力。即 b 2021-5-738 加热温度 () 20600650700750800850900950l 0001050l 100 q235a381713107.56.57.56.56

26、.54.543.2 10.1538 2l 117.57.57o53.5 20.254215108.5 6o 302414129.57.65.73.5 20g 41432212.28.37.3 6o 5o3.8 22g 4143201512109.88.664.4 18mnmonb 60679.67.75.84.7 4mnmov 20mnmov 86.5 1crl8ni9ti5532158.552 表7-5 常见钢材的高温抗拉强度 (107 pa) b 2021-5-739 三、旋转体压延件的坯料尺寸计算三、旋转体压延件的坯料尺寸计算 1.形状简单的旋转体压延件 在进行计算时，首先将压延件划分成

27、若干个便于计算的组 成部分，分别求出各部分的面积并相加，即可得到零件的总面 积a，然后按下式计算出圆形毛坯的直径： 式中 d0毛坯直径，mm； a压延件的外表总面积，mm2。 图733筒体坯料尺寸的确定 例如，图7-33所示的圆筒形件，按 便于计算的原则，可以划分为三部 分，各部分的面积分别为： 2021-5-740 2椭圆形封头 图7-34椭圆形封头 (1)周长法 (2)等面积法 (3)经验法 d0 d + b + h )(4)(38. 1 1 2 10 htdtdd 2021-5-741 75 水火弯板水火弯板 一、水火弯板原理 用火焰局部加热材料时，被加热处金属的膨胀受到周围较用火焰局部

28、加热材料时，被加热处金属的膨胀受到周围较 冷金属的限制，而产生压缩应力。当加热温度达到冷金属的限制，而产生压缩应力。当加热温度达到600700 时，压缩应力超过加热金属的屈服点，而使其产生压缩塑性时，压缩应力超过加热金属的屈服点，而使其产生压缩塑性 变形，因此在冷却时形成收缩变形。变形，因此在冷却时形成收缩变形。 图735钢板局部加热、冷却时的变形 若能适当控制加热速度，使板料加热处沿厚度方向存在较大若能适当控制加热速度，使板料加热处沿厚度方向存在较大 的温度差，就会使加热面的冷却收缩量，远远大于其背面，也就的温度差，就会使加热面的冷却收缩量，远远大于其背面，也就 形成了图形成了图735所示的角变形。水火弯板就是利用板材被局部加所示的角变形。水火弯板就是利用板材被局部加 热、冷却所产生的角变形与横向变形达到弯曲成形的目的。热、冷却所产生的角变形与横向变形达到弯曲成形的目的。 2021-5-742 二、水火弯板工艺二、水火弯板工艺 1火焰功率 2加热温度和速度 水火弯板的加热温度随弯板材料的不同而有所不同，见表7-6。 材 料 钢板表面加热温度() 水火距离(mm) 普通碳素钢 600800 50100 低强度低合金钢 600750 120150 中强度低合金钢 600700 150 高强度低合金钢 600650 在空气中自然冷却 表7-6 不同钢材加