5彎曲工藝講解

1、5 彎曲工藝本章內(nèi)容：確定毛坯尺寸及彎曲力大小、選擇合適的沖壓 設(shè)備、模具工作零件的尺寸計算。按照彎曲工 藝規(guī)范進(jìn)行工藝設(shè)計。本章難點：最小彎曲半徑、彎曲回彈及控制。彎曲將金屬板料、棒料、管料或型材等彎成一定的 角度和曲率，從而獲得所需形狀工件的沖壓工藝。彎曲方 法可分為壓彎、折彎、滾彎、拉彎等表5-1彎曲件的基本類型類 型簡 圖彎曲方法敞開式半封閉式封閉式V WAUOPO Q- 2 co用模具在壓力機(jī)上 壓彎用模具在壓力機(jī)上壓彎批量較小的大型制 件可在折彎機(jī)上折重疊式(=U=> p J批量較小的大型制件可在折彎機(jī)上折a。彎曲模壓彎（壓力機(jī)上使用）bo折彎機(jī)上的折彎,c。拉彎機(jī)上的拉彎d

2、o輻彎機(jī)上的輻彎,e 。輻壓成形（圖31)圖次】彎曲件的加工形式G模艮壓彎b）折彎C）拉彎d）鞭彎£）鞋形雖然方法不同，但變形過程及特點有相同的 規(guī)律。5.1 彎曲工藝設(shè)計基礎(chǔ)5.1.1 彎曲變形分析511.1.彎曲變形過程(a)(b)(c)(d)圖5.1 彎曲過程隨著凸模的下行，彎曲半徑r和彎曲力臂L逐漸減小，行程終了時，彎曲半徑r繼續(xù)減小，而直邊部分反而向凹模方向變形， 直至板材與凸、凹模完全貼合。5.1.1.2. 彎曲變形的特點側(cè)臂坐標(biāo)網(wǎng)的變化，可以看到：（圓角部分變成了扇形， 而兩直邊處沒有變化，靠近圓角的直邊, 僅有少量的變形）。(1)彎曲變形區(qū)的位置：彎曲帶中心角 中范圍

3、內(nèi)。(2)應(yīng)變中性層一一彎曲時靠近凹模的外側(cè)纖維切向受拉 伸長，靠近凸模的內(nèi)側(cè)纖維切向受 壓縮短，在拉伸與壓縮之間存在的 一個既不伸長也不縮短的中間纖 維層。(3)變形區(qū)厚度和板料長度：變形區(qū)變薄，板料長度略有 增加。圖5.2材料彎曲前后的網(wǎng)格變化圖5.3彎曲角與彎曲帶中心角(4)變形區(qū)的斷面：(與板寬有關(guān))窄板(b/tw3):內(nèi)層受壓縮，寬度增加；外層受拉伸,寬度減小。寬板(b/t> 3):基本不變圖5.4窄板彎曲后的斷面變化5.1.1.3. 應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)分析 1)應(yīng)力狀態(tài)特點(1)長度方向(切向)：外側(cè)受拉應(yīng)力，內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力(2)厚度方向(徑向)：外側(cè)內(nèi)側(cè)都為壓應(yīng)力。(3)寬度方向

4、(軸向)：窄板彎曲(b/tw3)時內(nèi)側(cè)外側(cè)的應(yīng)力均可忽略為零;寬板彎曲（b/t>3）時外側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng) 力。圖5.5板料在彎曲過程中的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)（4）應(yīng)力突變面（或中性層）分析寬板彎曲時的應(yīng)力分析：在變形區(qū)取一微元體，如圖3-5a所示d% (% dp P代入平面應(yīng)變條件下的 Mises屈服條件CJ CJ0 P平衡方程式為dcr_ dp1. 155。P上式積分的邊界條件：在外表面p =R,(rp=0;在內(nèi)表面p =r,=0。(a )材料是理想剛塑性體時，即 有L 15 54口 方1. 15 5凡In /<p<j < < R)la)1. 155”1 一

5、 In(Po V P < R)(3-lb)r<p< %)(3-10- 1. 155/(1 + In /)G = /(% + 3(b)材料是按曷函數(shù)模型硬化,因為工=1.155,卜吐冬（喉廣一（嘮門含卜嘮r-（-唳n1.155f 4（1吟廣 （1吟廣十（嗎），】 155叫毋（-1 咤廠（- In /'-（一q :（% + 為）把b e突變（可能等于零）的金屬層稱為應(yīng)力中性層。 其位置可由p = p （T處（T p的連續(xù)條件確定，即：In 等=-ln&R rp產(chǎn)通（3-3）2）應(yīng)變狀態(tài)特點（1）長度方向（切向）：外側(cè)伸長應(yīng)變，內(nèi)側(cè)壓縮應(yīng)變。（2）厚度方向（徑向）：

6、外側(cè)壓縮應(yīng)變，內(nèi)側(cè)伸長應(yīng)變。（3）寬度方向（軸向）：窄板彎曲（b/tw 3）時外側(cè)為壓縮應(yīng)變，內(nèi)側(cè)為伸 長應(yīng)變寬板彎曲（b/t>3）時外側(cè)內(nèi)側(cè)方向的應(yīng)變近似為李。（4）應(yīng)變中性層分析：設(shè)想分成10層，初始階段，以初始中面（即幾何中性面，標(biāo)號5）為界，內(nèi)區(qū)5層（05）受壓縮，外區(qū)5 層（6-10）受拉伸。由于體積不變，切向受壓而產(chǎn)生壓縮變形的內(nèi)區(qū)5層，徑向應(yīng)變增量，總是大于零（d£ p>0）,因此，隨 著彎曲半徑的減小，材料必然要從板的內(nèi)區(qū)向外區(qū)做徑向 移動。圖3-6純彎曲時板內(nèi)幾個有代表意義的層的位置 &）彎曲過程中各層金屬的徑向運動h）"曲后有代表意義

7、的各層位置如圖3-6b所示，初始中面層在純彎曲后的板內(nèi)的位置（曲 率半徑p 0）,可由體積不變條件得到。因為，從外區(qū)，tB，（R2-P；）aBP；=R2-Lt22內(nèi)區(qū)11-22LtB ( ; ; - r2)： B22Lta聯(lián)解兩式得2(R2 r2)同樣，根據(jù)體積不變條件122LtB (R2 - r2)： B 2因塑性變形后應(yīng)變中性層（曲率半徑 p £ ）的長度不變，即有L = a p £ ,:1（并以 R = r+r1t 代入，得 = I r + tin由于有2二二JRr = J(r t)ro oo( 1 o 22 一P： - P： = (1-" 2)(r + ”

8、 t)r + I “ 2t > 02即：應(yīng)力中型層半徑小于應(yīng)變中型層半徑分析可知，臨近板初始中面而偏于內(nèi)區(qū)的一層 （如圖3 6a中第4層）金屬，一開始受壓縮，隨著彎曲過程的進(jìn) 行，這一層不再進(jìn)一步承受壓縮，到某一時刻其塑性應(yīng)變 增量變?yōu)榱悖灰院缶蜁艿嚼?，并逐漸恢復(fù)它的初始長 度，成為應(yīng)變中性層。從應(yīng)變歷史來看， 應(yīng)力中性層先于應(yīng)變中性層向曲率中心處移動，因此，板的彎曲變形區(qū)應(yīng)分為三個不同的區(qū)域：I區(qū)：包括曲率半徑大于初始中面的各層，R> p > J"（R在彎曲過程中切向始終受拉；22口區(qū)：包括曲率半徑小于最終應(yīng)力中性層的r< p <各層在彎曲過程中切

9、向始終受壓；、Rr ”田區(qū)：包括初始中面與最終應(yīng)力中性層之間的 各層在彎曲過程中切向先受壓后受拉應(yīng)變中性層位置向內(nèi)移動的結(jié)果是：外層受拉變薄區(qū) 范圍逐漸擴(kuò)大，內(nèi)層受壓增厚區(qū)范圍不斷減小，外層的變 薄量會大于內(nèi)層的增厚量，從而使彎曲變形區(qū)板厚總體變 薄。結(jié)論：窄板彎曲是三維應(yīng)變、平面應(yīng)力狀態(tài)； 寬板彎曲是三維應(yīng)力、平面應(yīng)變狀態(tài)。5.1.2 彎曲質(zhì)量分析5.1.2.1. 彎曲裂紋與最小相對彎曲半徑板料彎曲時外層受拉，當(dāng)拉伸應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極 限時，板料外層將出現(xiàn)彎曲裂紋。對于同一種材質(zhì)的板料j _ . r而言，能否出現(xiàn)裂紋取決于的大小。最小相對彎曲半徑一一在保證毛坯最外層纖維不發(fā)生破 裂的前提下

10、，所能達(dá)到的內(nèi)表面最 小圓角半徑與厚度的比值r min 八。對于一定厚度的材料，彎曲半徑越小，外層金屬 的相對伸長量越大。圖5.6壓彎時的變形情況影響因素：彎曲帶中心角 弧 材料的力學(xué)性能，板料的熱 處理狀態(tài)，板料的邊緣及表面狀況，板料的彎 曲方向。彎曲線彎曲線纖維方向彎曲線(a)好(rm"小）（b）不好（f/t大） 雙彎曲線夾角45 圖5.7板料纖維方向?qū)澢霃降挠绊懕?- 2 最小彎曲半徑（單位：mm）退火正火狀態(tài)冷作硬化狀態(tài)彎曲線位置垂直軋制紋向平行軋制紋向垂直軋制紋向平行軋制紋向08、10、Q195、Q21515、20、Q23525、30、Q25535、40、Q27545、

11、5055、600.1t0.1t0.2t0.3t0.5t0.7tCr18Ni9磷銅半硬黃銅軟黃銅純銅鋁1.0t0.1t0.1t0.1t0.1t0.4t0.5t0.6t0.8t1.0t1.3t2.0t,*0.35t0.35t0.35t0.35t0.4t0.5t0.6t0.8t1.0t1.3t3.0t1.0t0.5t0.35t1.0t 0.5t0.8t1.0t1.2t1.5t1.7t2.0t4.0t3.0t1.2t 0.8t2.0t1.0t512.2.彎曲回彈1）現(xiàn)象彎曲回彈一一板料在常溫下的彎曲卸載后，塑性變形保留下來，彈性變形完全消失，使彎曲件的彎曲 半徑與彎曲角發(fā)生變化。又稱 回復(fù)、回跳。 彎

12、曲回彈是彎曲成形不可避免的現(xiàn)象，它將直接影響彎曲件的精度。回彈角彎曲角變化量口。回彈半徑一一彎曲半彳5變化量Ar o圖5.8彎曲時的回彈影響因素：材料的力學(xué)性能。相對彎曲半徑r/to彎曲工件的形狀。模具間隙。彎曲力。表5-3單角自由彎曲90°時的平均回彈角 風(fēng)。材料r/t材料厚度t/mm<0.80.8 22軟專岡 0 =3.5><103MPav 1420軟更銅 Cb < 3.5(03MPa15531鋁、鋅5642第5章 i雪曲工藝設(shè)計- 127 中硬鋼 5 =(45) Xl03MPaV 1520硬黃專岡 =(3.54) Ml03MPa15631硬青鋼5853V

13、 1742硬專岡 5 > 5.5 x103MP回彈值的確定(1)大變形自由彎曲(r/t< 5)時，補(bǔ)償回彈角。回彈角應(yīng)作如下修改：A a =aA ax八一9090(2)小變形自由彎曲(r/t> 10)時，計算回彈補(bǔ)償彎曲凸模的圓角半徑及角度or 二1 二 二p 1打 pr Et式中：rp 彎曲凸模圓角半徑； 彎曲凸模角度; r 彎曲件的彎曲半徑；“一一彎曲件的彎曲 角； 一材料屈服強(qiáng)度；E 材料彈性模量; t 一 一材料厚度。(3)校正彎曲時的回彈角比自由彎曲時的回彈角小。3)減少回彈量的措施(1)改善制件的結(jié)構(gòu)，提高材料塑性。圖5.9壓制加強(qiáng)筋減少

14、回彈(2)采用正確的彎曲工藝，改善變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)圖5.10用局部校正減少回彈凸模圖5.16活動式凹模圖5.14 U形彎曲件回彈補(bǔ)償 圖5.15橡膠或聚酯胺酯軟凹模彎曲活動網(wǎng)模5.1.2.3. 彎曲偏移彎曲偏移一一在彎曲過程中，由于制件形狀不對稱，坯料 沿凹?；瑒訒r受到的摩擦阻力不等，坯料會 產(chǎn)生滑移，使彎曲線不在指定的位置，因 而制件邊長不符合要求。減少措施：,(1)采用彈性壓料裝置。圖5.17彈性壓料裝置(2)利用孔和銷釘定位。(3)受力平衡，以防彎曲偏移。圖5.18 銷釘定位圖5.19 成對彎曲5.1.2.4. 直邊高度不穩(wěn)定穩(wěn)定性不好一一直角彎曲時，直立部分過小將產(chǎn)生不規(guī)則 形狀。一般使

15、直立部分的高度H>2.5tc當(dāng)H<2.5t時，則應(yīng)在彎曲部位加工出槽, 使之便于彎曲，或者加大此處的彎邊高度 H,在彎曲后再切去加高的部分。防riAH7圖5.20彎邊高度5.1.2.5. 形預(yù)先沖出的孔離彎曲線太近。(a)彎曲件的孔邊距離(b)彎曲孔變形的防圖5.21孔與彎曲處的最小距離圖5.22形狀對稱的彎曲件圖5.23 工藝槽或工藝缺口止措施512.6.對彎曲形狀的要求5.1.2.7.彎曲時的主要質(zhì)量問題a、拉裂一多發(fā)生在彎曲外側(cè)表面。變形過大、塑性較差時易產(chǎn)生。b、截面畸變一板材截面變?yōu)樘菪?。窄板彎曲時易產(chǎn) 生，同時內(nèi)外層表面發(fā)生微小的翹曲。c、翹曲一縱向翹曲寬板彎曲時易產(chǎn)生

16、。d、回彈-彎曲角形狀和尺寸發(fā)生變化彎曲工藝的共性問題圖-20彎曲時的主要質(zhì)量問題H）拉裂b）裁面畸變G襤曲d）回彈5.2彎曲工藝計算5.2.1 彎曲件展開長度521.1.概算法圖5.24彎曲中心角為中的彎曲件於L = I1 + l2 + （r + 九 t） 180式中：L 與曲件展開卜度；|1 >12彎曲件直邊長度；r彎曲件彎曲半徑；八 層位移系數(shù)，見表5-6;中彎曲件的彎曲帶中心角。表5- 6層位移系數(shù)兒值V形彎曲r/ t0.5以下0.51.51.53.03.05.05.0以上九0.20.30.330.40.5U形彎曲r/ t0.5以下0.51.51.53.03.05.05.0以上九

17、0.25 0.30.330.40.40.55.2.1.2. 外側(cè)尺寸加算法圖5.25外側(cè)尺寸標(biāo)注L= (li I2 I3 HI ln)- (n- 1)C式中：L彎曲件展開長度；li、I2、I3彎曲件直邊外側(cè)尺寸；n 彎曲件的彎曲次數(shù)；C伸長補(bǔ)正系數(shù)，見表5-7。表5- 7伸長補(bǔ)正系數(shù)C值板厚/mm1.01.21.62.02.33.2以上C1.51.82.53.03.55.05.2.1.3. 內(nèi)側(cè)尺寸加算法圖5.26內(nèi)側(cè)尺寸標(biāo)注L : 11 l2 a式中：L 彎曲件展開長度；11、12 彎曲件直邊內(nèi) 側(cè)尺寸；a伸長補(bǔ)正系數(shù),見表5- 8。表5- 8伸長補(bǔ)正系數(shù)a值r板厚t0.10.20.30.4

18、0.50.811.21.522.53456810,000.o.0.0.KnKKKK1112工3101000.10.3.4.6.8.0.5.9.33. on.0.33074032 1024550042070.0.0.0.0.0n00001112工A1100.00.A A.2.3.5.7.0.4.8.23. d n.0.48529561425680045i000.20.10. 10. 10.e00 .200011233.5220007.1.4.7.9.3.7.200.908526 188004500晨0.00.0.0.0.10.00001T123.830633328.0.3.5.7.1.5.9.6

19、1810480531700027660.4130.430.430. 410.380.300.230.150.050 .10 .30 .50 .9 61 .3 81 .8 22663 .545700.0.0.0.0.0.30.0.0000112315554.0.2.8.2.6.3.254052515.452233181352578.510.60.60.60.60.560.5 00.450.350.150 .00 .20 .61.01 .423.15563212230720.0.0.0.0.0.70.0.0.0.0.00122.2.6.11.7888881670634628097893856780

20、21.1.1.1.1.00.0.0.0.0.0.002n0808.3 5.7 5T.45.507071968875573905601.1.1.1.1.21.1.1.0.0.0.0-023.0.4T.22333262013008769358012025041.721.731.17LLLLL0.0.0.AT .3 674771645139259257225452. 12. 12.2d2.2.2.LLLL0.10 .716722 11807917755168004505.2.1.4. 彎曲力計算5.2.2.1.自由彎曲力計算F 0.6Kbt. bV形自由彎曲力:1 r十t20.7Kbt2, bu形自

21、由彎曲力：Fl =一不一式中：Fi自由彎曲力（沖壓行程結(jié) 束，尚未進(jìn)行校正彎曲時的壓力）；b 彎曲件寬度；t彎曲件材料厚度；r 彎曲件的彎曲內(nèi)半徑；明一一材料抗拉強(qiáng)度；K安全因數(shù)，一般取K=1.3o5.2.2.2.校正彎曲力計算F2 = qA式中：F2校正力，N; q單位校正力，MPa,見表5-9;A工件被校正部分在垂直 于凸模運動方向上的投影面積，mm2。表5- 9 單位校正力 q值（單位：MPa）材料材料厚度/mm< 11225>510鋁1015203040152030黃銅15202030304040 6010、 15、 20 鋼203030404060608025、 30、

22、35 鋼304040505070701005.2.2.3.頂件力和壓料力Q = (0.30.8)Fi5.2.2.4.彎曲時壓力機(jī)的壓力確定F>Fi+F2+ Q式中：F壓力機(jī)的公稱壓力,No自由彎曲時，校正彎曲力F2不計。校 正彎曲按F2大小來選擇壓力機(jī)。5.2.3彎曲模工作部分尺寸計算5.2.3.1. 彎曲時凸模與凹模之間的間隙U形工件彎曲的凸、凹模單邊間隙值：c 二 t kt式中：c彎曲時凸模與凹模之間的間隙，mm; t材料的公稱厚度；k 間隙系數(shù),見表5-10; 板第5章彎曲工藝設(shè)計 139 料厚度的正偏差。當(dāng)工件精度要求較高時，凸、凹模問 隙值應(yīng)取小些，c = t。表5-10 U形

23、件彎曲模間隙系數(shù) k值彎曲件高度h/mm彎曲件寬度b<2h彎曲件寬度b> 2h材料厚度t/mm<0.50.622.1 44.1 5<0.50.622.1 44.1 7.57.610 20255070 100 150 2000.050.050.070.10 0.10： r0.050.050.050.070.070.070.100.100.040.040.040.050.050.050.070.07k- 1 0.030.03 0.04 0.05 0.05 0.05 0.070.100.100.150.200.20.0.100.100.100.150.150.150.200.

24、200.080.080.080.100.100.100.150.150.060.060.060.100.100.100.15-n0.00.00.00.00.00.10.15.2.3.2. 彎曲時凸模與凹模的寬度尺寸圖5.27 U形彎曲模尺寸表5-11 凸模與凹模的寬度尺寸計算工件尺寸標(biāo)注方式工件簡圖凹模尺寸凸模尺寸用外形尺寸標(biāo)注用內(nèi)形尺寸標(biāo)注9i±4-d以凹模為基 準(zhǔn)件L凹=(LA)彩4以凹模為基準(zhǔn)件L凹=(L - ) 0回2L凹按凸模尺 寸配制，保證 雙面間隙為2c或 、L凹=(L凸2c) O用L凸按凹模) 寸配制，保證雙值間隙為2cLa =化凹2c)重以凸模為基準(zhǔn)件l凸=(L 2

25、 ：)：刈凸模為基準(zhǔn)件L 凸=(L + A)&l凹一一彎曲凸模和凹模寬度尺寸,mm ; l 一一彎曲件外形或內(nèi)形公稱尺寸，mm; 彎曲件的尺寸公差， mm; c凸模與凹模的單面間隙，mm;6凸、編一一彎曲凸模、凹模的制造公差，采用 IT9IT7。5.2.3.3.彎曲時模具圓角半徑與凹模深度圖5.28彎曲模工作部分尺寸表5-12凹模的圓角半徑rd與凹模的深度i值（單位：mm）料厚t彎曲件直邊長l1020355075100150200 00.5rd>0.5 2.0>2.0 4.0>4.0 人638314516lrdlrd10310P 41241551552062062582583010301035123512401545155520202530354050655.2.4彎曲件的工序安排(1)簡單彎曲件，采用一次壓彎成形圖5.29 一次壓彎成形(2)形狀復(fù)雜彎曲件，采用二次或多次壓彎成形圖5.30二次壓彎成形圖5.31 三次壓彎成形(3)批量大尺寸小的彎曲件，可采用多工序的沖裁、壓彎、 切斷連續(xù)工藝成形。圖