5弯曲工艺讲解

1、5 弯曲工艺本章内容：确定毛坯尺寸及弯曲力大小、选择合适的冲压设备、模具工作零件的尺寸计算。按照弯曲工艺规范进行工艺设计。本章难点：最小弯曲半径、弯曲回弹及控制。弯曲将金属板料、棒料、管料或型材等弯成一定的角度和曲率，从而获得所需形状工件的冲压工艺。弯曲方法可分为压弯、折弯、滚弯、拉弯等表5-1 弯曲件的基本类型类 型简 图弯曲方法敞开式用模具在压力机上压弯半封闭式用模具在压力机上压弯封闭式批量较小的大型制件可在折弯机上折弯重叠式批量较小的大型制件可在折弯机上折弯a。弯曲模压弯 （压力机上使用） b。折弯机上的折弯, c。拉弯机上的拉弯,d。辊弯机上的辊弯, e。辊压成形 (图31)。 虽然方

2、法不同，但变形过程及特点有相同的规律。5.1 弯曲工艺设计基础 弯曲变形分析.1. 弯曲变形过程(a) (b) (c) (d)图5.1 弯曲过程随着凸模的下行，弯曲半径 r 和弯曲力臂 L 逐渐减小，行程终了时，弯曲半径r继续减小，而直边部分反而向凹模方向变形，直至板材与凸、凹模完全贴合。.2. 弯曲变形的特点 侧臂坐标网的变化，可以看到：（圆角部分变成了扇形，而两直边处没有变化，靠近圆角的直边，仅有少量的变形）。 (1) 弯曲变形区的位置：弯曲带中心角范围内。(2) 应变中性层弯曲时靠近凹模的外侧纤维切向受拉伸长，靠近凸模的内侧纤维切向受压缩短，在拉伸与压缩之间存在的一个既不伸长也不缩短的中

3、间纤维层。(3) 变形区厚度和板料长度：变形区变薄，板料长度略有增加。 图5.2 材料弯曲前后的网格变化 图5.3 弯曲角与弯曲带中心角(4) 变形区的断面：(与板宽有关)窄板(b/t3)：内层受压缩，宽度增加；外层受拉伸，宽度减小。宽板(b/t3)：基本不变。图5.4 窄板弯曲后的断面变化.3. 应力、应变状态分析1) 应力状态特点(1) 长度方向(切向)：外侧受拉应力，内侧受压应力。(2) 厚度方向(径向)：外侧内侧都为压应力。(3) 宽度方向(轴向)：窄板弯曲(b/t3)时内侧外侧的应力均可忽略为零；宽板弯曲(b/t3)时外侧产生拉应力，内侧产生压应力。图5.5 板料在弯曲过程中的应力、

4、应变状态 （4）应力突变面（或中性层）分析宽板弯曲时的应力分析：在变形区取一微元体，如图3-5a所示 平衡方程式为 代入平面应变条件下的Mises屈服条件 上式积分的边界条件：在外表面R，p0；在内表面r，p0。 （a）材料是理想刚塑性体时，即， 有 （b）材料是按幂函数模型硬化， 即 , 因为 , 有 把突变（可能等于零）的金属层称为应力中性层。其位置可由处的连续条件确定，即： 2) 应变状态特点（1) 长度方向(切向)：外侧伸长应变，内侧压缩应变。(2) 厚度方向(径向)：外侧压缩应变，内侧伸长应变。(3) 宽度方向(轴向)：窄板弯曲(b/t3)时外侧为压缩应变，内侧为伸长应变宽板弯曲(b

5、/t3)时外侧内侧方向的应变近似为零。 （4）应变中性层分析：设想分成10层，初始阶段，以初始中面（即几何中性面，标号5）为界，内区5层（05）受压缩，外区5层（610）受拉伸。由于体积不变，切向受压而产生压缩变形的内区5层，径向应变增量，总是大于零（d>0），因此，随着弯曲半径的减小，材料必然要从板的内区向外区做径向移动。 如图3-6b所示，初始中面层在纯弯曲后的板内的位置（曲率半径0），可由体积不变条件得到。因为 ，从外区 内区 联解两式得同样，根据体积不变条件 因塑性变形后应变中性层（曲率半径）的长度不变，即有L，并以Rr+t代入，得 由于有 即：应力中型层半径小于应变中型层半径

6、分析可知，临近板初始中面而偏于内区的一层(如图36a中第4层)金属，一开始受压缩，随着弯曲过程的进行，这一层不再进一步承受压缩，到某一时刻其塑性应变增量变为零；以后就会受到拉伸，并逐渐恢复它的初始长度，成为应变中性层。 从应变历史来看， 应力中性层先于应变中性层向曲率中心处移动， 因此，板的弯曲变形区应分为三个不同的区域：I区：包括曲率半径大于初始中面的各层， 在弯曲过程中切向始终受拉；区：包括曲率半径小于最终应力中性层的 各层在弯曲过程中切向始终受压； 区：包括初始中面与最终应力中性层之间的 各层在弯曲过程中切向先受压后受拉 应变中性层位置向内移动的结果是：外层受拉变薄区范围逐渐扩大，内层受

7、压增厚区范围不断减小，外层的变薄量会大于内层的增厚量，从而使弯曲变形区板厚总体变薄。结论：窄板弯曲是三维应变、平面应力状态；宽板弯曲是三维应力、平面应变状态。 弯曲质量分析.1. 弯曲裂纹与最小相对弯曲半径板料弯曲时外层受拉，当拉伸应力超过材料的强度极限时，板料外层将出现弯曲裂纹。对于同一种材质的板料而言，能否出现裂纹取决于 的大小。最小相对弯曲半径在保证毛坯最外层纤维不发生破裂的前提下，所能达到的内表面最小圆角半径与厚度的比值。对于一定厚度的材料，弯曲半径越小，外层金属的相对伸长量越大。图5.6 压弯时的变形情况影响因素：弯曲带中心角，材料的力学性能，板料的热处理状态，板料的边缘及表面状况，

8、板料的弯曲方向。(a) 好(小) (b) 不好(大) (c) 双弯曲线夹角45°图5.7 板料纤维方向对弯曲半径的影响表5-2 最小弯曲半径(单位：mm)材 料退火正火状态冷作硬化状态弯曲线位置垂直轧制纹向平行轧制纹向垂直轧制纹向平行轧制纹向08、10、Q195、Q21515、20、Q23525、30、Q25535、40、Q27545、5055、60Cr18Ni9磷铜半硬黄铜软黄铜纯铜铝0.1t0.1t0.2t0.3t0.5t0.7t1.0t0.1t0.1t0.1t0.1t0.4t0.5t0.6t0.8t1.0t1.3t2.0t0.35t0.35t0.35t0.35t0.4t0.5t

9、0.6t0.8t1.0t1.3t3.0t1.0t0.5t0.35t1.0t0.5t0.8t1.0t1.2t1.5t1.7t2.0t4.0t3.0t1.2t0.8t2.0t1.0t.2. 弯曲回弹1）现象弯曲回弹板料在常温下的弯曲卸载后，塑性变形保留下来，弹性变形完全消失，使弯曲件的弯曲半径与弯曲角发生变化。又称回复、回跳。弯曲回弹是弯曲成形不可避免的现象，它将直接影响弯曲件的精度。回弹角弯曲角变化量。回弹半径弯曲半径变化量。图5.8 弯曲时的回弹影响因素：材料的力学性能。相对弯曲半径r/t。弯曲工件的形状。模具间隙。弯曲力。表5-3 单角自由弯曲90°时的平均回弹角材料r/t材料厚度

10、 t/mm0.80.822软钢软黄铜铝、锌11554°5°6°2°3°4°0°1°2°中硬钢硬黄钢硬青钢11555°6°8°2°3°5°0°1°3°硬钢11557°9°12°4°5°7°2°3°6°2) 回弹值的确定 (1) 大变形自由弯曲(r/t5)时，补偿回弹角。回弹角应作如下修改：(2) 小变形自由弯曲(r/t10)时，计

11、算回弹补偿弯曲凸模的圆角半径及角度。 式中：弯曲凸模圆角半径；弯曲凸模角度；r 弯曲件的弯曲半径；弯曲件的弯曲角；材料屈服强度；E材料弹性模量；t 材料厚度。(3) 校正弯曲时的回弹角比自由弯曲时的回弹角小。3) 减少回弹量的措施(1) 改善制件的结构，提高材料塑性。图5.9 压制加强筋减少回弹(2) 采用正确的弯曲工艺，改善变形区应力状态。图5.10 用局部校正减少回弹图5.11 拉弯法(3) 改善模具结构，补偿回弹。图5.13 V形弯曲件回弹补偿 图5.14 U形弯曲件回弹补偿 图5.15 橡胶或聚酯胺酯软凹模弯曲图5.16 活动式凹模.3. 弯曲偏移弯曲偏移在弯曲过程中，由于制件形状不对

12、称，坯料沿凹模滑动时受到的摩擦阻力不等，坯料会产生滑移，使弯曲线不在指定的位置，因而制件边长不符合要求。减少措施：(1) 采用弹性压料装置。图5.17 弹性压料装置(2) 利用孔和销钉定位。(3) 受力平衡，以防弯曲偏移。图5.18 销钉定位 图5.19 成对弯曲.4. 直边高度不稳定稳定性不好直角弯曲时，直立部分过小将产生不规则形状。一般使直立部分的高度H2.5t。当H2.5t时，则应在弯曲部位加工出槽，使之便于弯曲，或者加大此处的弯边高度H，在弯曲后再切去加高的部分。图5.20 弯边高度.5. 孔变形预先冲出的孔离弯曲线太近。 (a) 弯曲件的孔边距离 (b) 弯曲孔变形的防止措施图5.2

13、1 孔与弯曲处的最小距离.6. 对弯曲形状的要求 图5.22 形状对称的弯曲件 图5.23 工艺槽或工艺缺口.7.弯曲时的主要质量问题 a、拉裂-多发生在弯曲外侧表面。 变形过大、塑性较差时易产生。b、截面畸变-板材截面变为梯形。窄板弯曲时易产生，同时 内外层表面发生微小的翘曲。c、翘曲-纵向翘曲 宽板弯曲时易产生。d、回弹 -弯曲角形状和尺寸发生变化 弯曲工艺的共性问题 5.2 弯曲工艺计算 弯曲件展开长度.1. 概算法图5.24 弯曲中心角为的弯曲件 式中：L弯曲件展开长度；、弯曲件直边长度；r 弯曲件弯曲半径；层位移系数，见表5-6；弯曲件的弯曲带中心角。表5-6 层位移系数值V形弯曲r

14、/t0.5以下0.51.51.53.03.05.05.0以上0.20.30.330.40.5U形弯曲r/t0.5以下0.51.51.53.03.05.05.0以上0.250.30.330.40.40.5.2. 外侧尺寸加算法图5.25 外侧尺寸标注式中：L弯曲件展开长度；l1、l2、l3弯曲件直边外侧尺寸；n 弯曲件的弯曲次数；C伸长补正系数，见表5-7。表5-7 伸长补正系数C值板厚/mm1.01.21.62.02.33.2以上C1.51.82.53.03.55.0.3. 内侧尺寸加算法图5.26 内侧尺寸标注式中：L弯曲件展开长度；l1、l2弯曲件直边内侧尺寸；a伸长补正系数，见表5-8。

15、表5-8 伸长补正系数a值r板厚t0.10.20.30.40.50.811.21.522.534568100.30.130.100.070.040.000.130.210.300.420.640.851.051.501.902.343.204.070.40.180.150.120.090.050.060.140.220.350.560.781.001.401.842.253.104.000.50.220.200.180.150.120.000.070.160.280.480.700.901.341.752.203.003.900.80.360.350330.310.280.180.110.04

16、0.070.300.500.701.121.571.962.803.6610.430.430.430.410.380.300.230.150.050.140.350.570.961.381.822.663.501.20.520.530.530.510.480.400.350.250.150.010.230.450.821.251.672.523.381.50.650.650.660.630.560.500.450.350.150.020.210.621.021.472.303.1220.850.860.870.880.810.760.700.630.460.280.090.270.681.10

17、1.932.782.51.071.081.081.071.010.960.880.750.570.390.050.350.751.602.4531.281.301.311.321.261.201.131.000.870.690.350.020.401.252.2041.721.731.741.771.711.641.511.391.250.920.570.220.541.3652.142.152.162.172.222.182.071.911.771.551.160.800.100.70 弯曲力计算.1. 自由弯曲力计算V形自由弯曲力: U形自由弯曲力: 式中：F1自由弯曲力(冲压行程结束，尚

18、未进行校正弯曲时的压力)； b 弯曲件宽度； t 弯曲件材料厚度；r 弯曲件的弯曲内半径； 材料抗拉强度；K安全因数，一般取K1.3。.2. 校正弯曲力计算式中：F2校正力，N；q 单位校正力，MPa，见表5-9； A 工件被校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积，mm2。表5-9 单位校正力 q 值 (单位：MPa)材 料材料厚度/mm11225510铝1015152020303040黄铜152020303040406010、15、20钢203030404060608025、30、35钢30404050507070100.3. 顶件力和压料力.4. 弯曲时压力机的压力确定FF1+F2+ Q

19、式中：F压力机的公称压力，N。自由弯曲时，校正弯曲力F2不计。校正弯曲按F2大小来选择压力机。 弯曲模工作部分尺寸计算.1. 弯曲时凸模与凹模之间的间隙U形工件弯曲的凸、凹模单边间隙值：式中：c弯曲时凸模与凹模之间的间隙，mm； t 材料的公称厚度；k 间隙系数，见表5-10；板料厚度的正偏差。当工件精度要求较高时，凸、凹模间隙值应取小些，。表5-10 U形件弯曲模间隙系数k值弯曲件高度h/mm弯曲件宽度b2h弯曲件宽度b2h材料厚度t/mm0.50.622.144.150.50.622.144.17.57.61210202550701001502000.050.050.070.100.100

20、.050.050.050.070.070.070.100.100.040.040.040.050.050.050.070.070.030.030.040.050.050.050.070.100.100.150.200.200.100.100.100.150.150.150.200.200.080.080.080.100.100.100.150.150.060.060.060.100.100.100.150.060.060.060.080.080.100.10.2. 弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸图5.27 U形弯曲模尺寸表5-11 凸模与凹模的宽度尺寸计算工件尺寸标注方式工件简图凹模尺寸凸模尺寸用

21、外形尺寸标注以凹模为基准件按凹模尺寸配制，保证双面间隙为2c或以凹模为基准件用内形尺寸标注按凸模尺寸配制，保证双面间隙为2c或以凸模为基准件以凸模为基准件注：、弯曲凸模和凹模宽度尺寸，mm；弯曲件外形或内形公称尺寸，mm；弯曲件的尺寸公差，mm；c凸模与凹模的单面间隙，mm；、弯曲凸模、凹模的制造公差，采用IT9IT7。.3. 弯曲时模具圆角半径与凹模深度图5.28 弯曲模工作部分尺寸表5-12 凹模的圆角半径rd与凹模的深度值(单位：mm)料厚t00.50.52.02.04.04.07.0弯曲件直边长llrdlrdlrdlrd102035507510015020068121520334561

22、01215202530354534568101215101520253035405545681012152020253035405065881012152025 弯曲件的工序安排(1) 简单弯曲件， 采用一次压弯成形。图5.29 一次压弯成形(2) 形状复杂弯曲件，采用二次或多次压弯成形。图5.30 二次压弯成形图5.31 三次压弯成形(3) 批量大尺寸小的弯曲件，可采用多工序的冲裁、压弯、切断连续工艺成形。 图5.32 冲裁、压弯、切断连续成形 图5.33 成对弯曲成形(4) 不对称弯曲件可成对排列，弯曲后再剖切。本章小结一.弯曲定义 -把板料、管材或型材等弯曲成一定的曲率或角度，并得到一定形状零件的冲压工序