第3章 弯曲工艺及弯曲模设计,弯曲是根据需要，通过模具和压力机把板料、型材、管材、棒料等弯曲成一定角度和曲率，从而形成所需要形状零件的冲压工艺方法。 冲压时，若折弯线是直线则为弯曲，折弯线是曲线或圆弧则属于翻边，不属于弯曲。,图3.1 各种弯曲件,图3.1所示为弯曲产品实例。,图3.2 各种弯曲形式,最常见的弯曲加工如图3.2所示。 本章主要介绍普通压力机上进行压弯的弯曲工艺和弯曲模的设计。,3.1 弯曲的基本原理,图3.3所示为V形件的校正弯曲过程图,3.1.1 弯曲变形过程,图3.3 V形件校正弯曲过程,1弹性变形阶段 当凸模下降到与板料接触时，在接触部分产生集中载荷，使板料弯曲。,该阶段外力矩较小，在变形区L0内，内外表面产生的切向应力没有超过材料的屈服极限，若外力矩去掉后，板料能恢复原状，故此阶段为弹性变形阶段，如图3.3（a）所示。,2弹-塑性变形阶段 随着凸模的继续下压，弯矩继续增大，当内、外表面产生的切向应力达到材料的屈服极限s时，便进入塑性变形阶段。,在塑性变形开始阶段，半径由r0变为r1，弯曲力臂长由L0变为L1，如图3.3（b）所示，此时弹性变形的比例还比较大，故此阶段为弹-塑性变形阶段。,3塑性变形阶段 凸模继续下降，直到板料与凸模呈三点接触状态，如图3.3（c）所示，这时曲率半径减小成r2，此时弹性变形所占比例可以忽略，故此阶段为完全塑性变形阶段。 在行程终了，对板料进行校正，使其圆角、直边完全与凸模贴合，最终形成V形弯曲件，如图3.3（d）所示。,弯曲过程中的实测压力曲线如图3.3（e）所示。 OA为弹性变形阶段,AB为塑性变形阶段，由于力臂变化和材料的加工硬化，AB段仍呈上升趋势； 当弯曲进行到板料往回弯曲时，压力曲线显示BC段； 最后进入校正阶段，此时处于凸、凹模之间的板料被压平、校直，弯曲力急剧上升,3.1.2 弯曲变形的规律,分析弯曲变形规律，了解弯曲变形时金属的流动情况，通常采用网格法，如图3.4所示。,图3.4 弯曲前后坐标网格的变化,由图3.4可知： 弯曲中心角a的范围内，正方形网格变成扇形；而远离a的直边部分网格形状不变，所以弯曲变形只发生在弯曲件的圆角部分。 在弯曲区内，纤维沿厚度方向变形不同。aaaa，表示内缘纤维受压变短； bbbb，表示外缘纤维受拉变长。,内外缘之间长度保持不变的一层称为应变中性层。 板料的弯曲变形程度可用相对弯曲半径r/t来表示 r/t越小，表明弯曲变形程度越大。, 在变形区中，板料变形后将产生厚度变薄的现象，r/t越小，厚度变薄越大 板料厚度由t变薄至t1，其比值t1/t称为变薄系数。, 变形区内板料横断面的变化视板料的宽窄有所不同。 在宽板弯曲 （B/t3）时，横断面形状几乎不变，仍然保持矩形如图3.5（b）所示； 而窄板弯曲（B/t3）时，断面由矩形变成了扇形，如图3.5（a）所示。,图3.5 弯曲区域的断面变化,3.1.3 弯曲变形的应力与应变,1变形区的应力状态 图3.6所示为板料弯曲变形区的应力分布图,图3.6 弯曲变形区应力分布图, 弹性弯曲阶段 板料断面应力分布为直线，如图3.6（a）所示。弯曲圆弧内侧受压，是压应力；外侧受拉，是拉应力。, 弹-塑性变形阶段 塑性变形和弹性变形共存，如图3.6（b）所示.塑性变形区也有弹性变形的恢复，这在宏观上表现为弯曲角的回弹。, 纯塑性变形阶段 塑性变形区由外及里扩大到内外汇合，如图3.6（c）所示。,2变形区的应变状态 板料的宽度B将直接影响变形区的应力和应变状态，如图3.7所示。, 切向 外层金属纤维受拉，产生伸长应变；内层金属纤维受压，产生压缩应变。切向应变为绝对值最大的主应变。,图3.7 弯曲时窄（宽板）应力、应变状态图, 径向 沿着板料的宽度和厚度方向，必然产生与绝对值最大的应变（切向）符号相反的应变。,在板料的外区，切向主应变为伸长应变所以径向应变P为压缩应变； 而内区切向主应变为压缩应变，所以径向方向的应变P为伸长应变。, 宽向 对于窄板，材料在宽度方向上可自由变形，所以在外区的应变B为压应变，内区为拉应变。 对于宽板，由于材料沿宽度方向流动受到阻碍，几乎不能变形，内、外区在宽度方向的应变B0。,所以:窄板弯曲时呈平面应力状态，立体应变状态；宽板弯曲呈立体应力状态，平面应变状态。,3.2 弯曲件的质量分析,弯曲件的主要质量问题: 回弹（弹复）、滑移、弯裂等。,3.2.1 弯曲件的回弹,弯曲变形是由弹性变形过渡到塑性变形，在塑性变形中伴有弹性变形的存在,弹性恢复往往表现为弯曲部分曲率半径和角度在外力卸去前后会产生变化。 我们把加工终了卸去外力后，从模具中取出的工件与加工中工件在模具里的形状不完全一致的现象称为回弹或弹性回跳。 如图3.8所示，回弹程度通常用表示。,图3.8 弯曲件回弹情况,1弹性回跳的表现形式,（1）弯曲半径增大 卸载前板料的内半径r在卸载后增加至r，弯曲半径的增加量为:rr-r,（2）弯曲中心角的变化 卸载前弯曲件中心角度为 （与凸模顶角相吻合），卸载后变化为 ，弯曲件角度的变化量：,2影响回弹的因素,弯曲时弹性回复方向相反，即外区弹性缩短，而内区弹性伸长. 直接影响弯曲件的尺寸精度，影响回弹量的因素一般有以下几种,（1）材料的机械性能 回弹的大小与材料的屈服极限s成正比，与弹性模数E成反比。即材料越硬，塑性越差，弯曲时回弹量越大。,图3.9（a）所示两种材料屈服极限基本相同，但E1E2，在弯曲变形相同的条件下，回弹量 ， 1 ， 2 ；,图3.9（b）所示两种材料弹性模数基本相同，但s4s3，在弯曲变形相同的条件下，回弹量 ， 4 ， 3 。,（2）相对弯曲半径r/t 其他条件相同时，r/t越小，弯曲板料的切向变形程度越大，总变形量中塑性变形比例大，回弹值小。 当r/t0.20.3时，回弹可能为负值或零。,图3.9 材料的机械性能对回弹值的影响 ，. 退火软钢 . 软锰黄铜 . 冷变形硬化钢,（3）弯曲方式 板料弯曲方式有自由弯曲和校正弯曲。,（4）摩擦与间隙 在U形弯曲时，间隙越小，摩擦力越大。,（5）弯曲件形状及其他 弯曲中心角越大，其回弹值大；如 形件的回弹值比U形件小，U形件又比V形件小。,3回弹值的确定,实际生产中通常是利用经验数值和简单的计算先初步确定回弹值，然后在试模时进行修正。 当r/t58时，只考虑角度的回弹。可按表3.1、表3.2、表3.3初步确定回弹值，然后修正,校正弯曲时，回弹角作如下修正 =K 90 不是90的角按下式修正 x=（ /90） 90,式中 90弯曲角为90时的回弹角，见表3.1； x弯曲角为x时的回弹角； 弯曲件的弯曲角； K修正系数，见表3.2。, 当r/t810时，在弯曲变形后，弯曲半径变化大，要分别计算弯曲半径和弯曲角的回弹值，再调试修正。 弯曲板料时： 凸模的圆角半径: rp=1/（1/r）+（3s/Et） 凸模圆弧所对中心角：p=（r/rp）,式中 rp， p凸模的圆角半径（mm）和凸模圆弧所对中心角（）； r， 弯曲件的圆角半径（mm）和弯曲件弯曲角（）； E，s，t材料弹性模量（MPa）、屈服极限（MPa）、厚度mm。,4减小回弹的措施,（1）从弯曲件的设计方面 在弯曲件设计上改进某些结构，如在变形区压制加强筋或压成形边翼，如图3.10所示。,图3.10 用加强筋减小回弹,（2）从工艺方面 增加弯曲力，采用校正弯曲。 对冷作硬化材料，在弯曲前先退火，降低屈服强度。 在允许情况下采用加热弯曲。 尽量选择较小的r/t，若r/t100，可采用拉弯工艺。,（3）从模具结构上采取措施 回弹补偿。 图3.11（a）是V形件的补偿，根据已确定的回弹角，减小模具角度实现补偿；,图3.11（b）可采取两种措施： 凸模向内侧倾斜，角度为回弹角或采取凸、凹模单边间隙小于材料厚度，板料被压入凹模后其两侧都会向内紧贴凸模而实现回弹补偿；,图3.11（c）在工件底部形成一个圆弧状弯曲，凸、凹模分离后，工件圆弧部分回弹为直线，同时两侧向内倾斜，这种方法特别适合弹性较大的材料。,图3.11 回弹补偿, 改变应力状态 如图3.12所示，若材料厚度在0.8mm以上，弯曲半径部大，可将凸模作成图示形状增大弯曲区的变形程度来克服回弹。,图3.12 改变应力状态的弯曲方法, 摆动凹模或软凹模 如图3.13（a）所示将凹模圆角部分做成摆块结构，成形时摆块偏转一回弹角，卸载后工件将回弹至所需的弯曲角。,如图3.13（b）所示，采用橡胶或聚氨酯软凹模，直边部分不发生弯曲，且圆角部分所承受单位压力较大。,图3.13 摆动凹模和软凹模,3.2.2 弯曲件的滑移,在弯曲过程中，因弯曲件各边所受到的摩擦力不等而出现的弯曲件沿凹模边缘左右滑动的现象称为滑移。,1滑移产生的原因 不对称工件的弯曲，造成摩擦力不等，弯曲件向接触面大的一边滑移，如图3.14所示。,图3.14 不对称工件弯曲时毛坯的滑移, 在V形弯曲中，若凹模不是中心对称，角度小的一边正压力大，摩擦力大，弯曲件向角度小的一边滑移，如图3.15所示。,图3.15 毛坯向凸模角度小的一边滑移, 凹模刃口处的圆角半径不等，圆角半径小的摩擦力大，弯曲件向圆角半径小的一边滑移，如图3.16所示。,图3.16 圆角半径不等引起的滑移, 弯曲件两边折弯个数不一样，折弯个数多的一边摩擦力大，弯曲件向折弯个数多的一边滑移，如图3.17所示。,图3.17 折弯个数不等引起的毛坯滑移, 凹模两边间隙和润滑情况不一致。弯曲件向间隙小、润滑差的一边滑移。 2防止滑移产生的措施 弯曲模尽量采用对称凹模，凸、凹模两边间隙均匀。, 采用有弹顶装置的弯曲模，在整个弯曲过程中将弯曲件压紧，减少或消除回弹，如图3.18所示。,图3.18 装有弹顶装置的弯曲模,1. 凸模 2. 凹模 3. 弹顶装置, 采用装有定位销的弯曲模，如图3.19所示，弯曲件不能移动。,图3.19 装有定位销的弯曲模,1.凸模 2.凹模 3.定位销,3.2.3 弯裂,产生裂纹的原因有板料塑性差；弯曲件弯曲半径太小等。 其中弯曲件的弯曲半径对是否产生裂纹影响突出。 弯曲件的弯曲半径要尽量取大值。,减少和防止弯曲裂纹的措施主要有 改善毛坯条件，如选择好塑性材料、好表面质量毛坯板料； 合理选择弯曲半径； 减少凸、凹模工作表面的粗糙度及调整之间合理间隙； 改善润滑条件等。,3.3.1 弯曲件中性层位置的确定, 当变形程度较小（r/t较大）时 中性层的曲率半径：=r+t/2 式中 曲率半径；r弯曲件弯曲半径； t材料厚度。,计算的依据是假设应变中性层在变形前后长度不变的原则或变形区在变形前后体积不变原则。,3.3 弯曲件的毛坯尺寸计算, 当变形程度较大（r/t较小）时，应变中性层的位置随r/t的减小向内侧移动，应变中性层按体积不变原则计算。 采用经验公式确定：=r+kt 式中 k中性层位移系数 按r/t比值在表3.4、表3.5查得。,对于圈圆，通常采用推卷方法成形，在弯曲过程中板料增厚，中性层外移。中性层位移系数参考表3.6选取。 对于圆杆弯曲 当r1.5d时，剖面几乎无变化故取k=0.5；当r1.5d时，剖面发生畸变，中性层外移。中性层位移系数参考表3.7。,3.3.2 弯曲件毛坯尺寸计算,弯曲件毛坯展开尺寸的计算过程如下： 先将弯曲件分成直线部分和圆角部分。 各直线部分长度不变，圆角部分则要考虑相对位移。 按相对弯曲半径，变形区分为有圆角半径弯曲（r0.5t）和无圆角半径弯曲 （r0.5t）。 弯曲件的毛坯展开长度等于各直线部分和各弯曲部分长度的总和。,1有圆角半径的弯曲 如图3.20所示，毛坯尺寸：LLE