對微型精密沖壓件彎曲回彈的控制方法(共6頁)

1、對微型精密沖壓件彎曲回彈(hu dn)的控制方法 摘要(zhiyo)窗體頂端(dngdun)本論文研究了彎曲過程中回彈的自然原因和決定性因素。該分析顯示在板材彎曲變形區(qū)域內(nèi)，內(nèi)外纖維相反方向的應(yīng)力導(dǎo)致了板料回彈的產(chǎn)生。并且通過控制由于不同應(yīng)力方向引起的彎矩是控制板料在彎曲過程中主要的方法。本文分析并對比了在彎曲成形過程中使用壓印工藝與未使用壓印工藝兩種情況下的板料內(nèi)外纖維的應(yīng)力狀態(tài)。在使用壓印之后，在彎曲過程中板料內(nèi)、外纖維都受到了拉伸應(yīng)力的作用。同時板材的彎矩也大幅降低了。通過選擇合理的壓印深度、寬度，壓印工藝被應(yīng)用于控制一些微型、精密沖壓件的回彈。生產(chǎn)結(jié)果表明：回彈的沖壓控制方法具有精度高

2、、可以簡化機械結(jié)構(gòu)并且相當(dāng)適合于控制微型、精密沖壓件在彎曲過程中產(chǎn)生的回彈。窗體底端關(guān)鍵詞：回彈；彎曲；壓印一、簡介回彈在板料彎曲成形過程中是無法避免的并且對彎曲精度產(chǎn)生不利影響。因此運用有效的方法來控制彎曲高精度沖壓件時的回彈是非常有必要的。文獻(xiàn)回顧發(fā)現(xiàn)對彎曲過程回彈控制的理論研究和過程主要關(guān)注點在大型零件上。常用的用于控制回彈方法是在制造模具表面是進(jìn)行過量補償。但是過量補償法在控制彎曲微型、精密沖壓件回彈時受到了很大的限制。擁有眾多彎曲特征的微型、精密沖壓件被廣泛運用在IT產(chǎn)品中，例如手機，數(shù)碼相機以及電腦等。如圖1所示，這些彎曲特征擁有尺寸微小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度較高的特點。這些微型、精密沖

3、壓件的普通彎曲精度都高達(dá)，因此任何微小的回彈都是不可以被接受的。圖1.微型(wixng)、精密沖壓件通過理論分析和實踐運用，本論文將過程方法和壓印過程用于控制彎曲微型、精密(jngm)沖壓件回彈。二、彎曲回彈的力學(xué)(l xu)原理顯然，在板材彎曲過程中材料的外纖維是呈拉伸狀態(tài)的，而此時內(nèi)纖維是處于壓縮狀態(tài)。由于所有的材料都具有有限的彈性模量，因此當(dāng)外力卸載以后塑性變形中會存在一些彈性回復(fù)。在彎曲成形過程中，這種回復(fù)成為回彈。當(dāng)彎曲力矩增加時，塑性變形逐漸從板材最遠(yuǎn)處的外纖維和內(nèi)纖維向應(yīng)力中性軸擴散。圖2a指出了在彈性變形階段彎曲變形區(qū)域內(nèi)板材上切應(yīng)力的分布情況。圖2b指出了塑性變形開始時切應(yīng)力

4、分布。圖2c指出了在彎曲結(jié)束時整個材料都進(jìn)入了塑性變形階段。外力卸載后，彈性回復(fù)會不可避免的出現(xiàn)，這就降低了外纖維的拉伸應(yīng)變同時增加了內(nèi)纖維的壓縮變形?？梢钥闯觯瑧?yīng)變模式的差異在實質(zhì)上導(dǎo)致了板材在彎曲變形過程中的回彈。在彎曲變形之后板料的回彈量可以用以下的公式加以表述： （） 式中：M表示彎曲量；E表示楊氏模量；J表示作用在板料橫截面上慣性力矩。參數(shù)E和J分別代表了材料的性能和板料的幾何特征。因此對于一種給定的材料而言，控制板料回彈的最佳方法就是控制板料的彎曲量M。無論其他兩個方向主應(yīng)力如何分布，都應(yīng)該考慮在板材厚度方向的切應(yīng)力的作用。彎曲的應(yīng)力中性軸被認(rèn)為是不會移動，并固定在板材橫截面的中心

5、。彎矩可以表示為： （） 其中，B為板材寬度；為板材厚度方向的切應(yīng)力；t為板材厚度。對于一種給定的產(chǎn)品和材料，控制彎矩彎矩M的最好方法就是控制板材厚度方向的切應(yīng)力。通過式（1），彎矩M是可以被控制的，因此彎曲的回彈也是可以被控制的。 圖2 彎曲變形區(qū)域(qy)上的切應(yīng)力狀態(tài)三、回彈控制中得精密(jngm)沖壓的應(yīng)用通常控制回彈的方法有兩種。一種是過量補償法，另一種是過程控制方法。根據(jù)(gnj)回彈的趨勢，在模具中制造與預(yù)期回彈想一致的補償角，或者是控制沖頭過量沖壓，這就是所謂的補償方法。這是一種被廣泛運用的控制回彈的方法。但是存在復(fù)雜造型的彎曲產(chǎn)品和高精度要求時，回彈的精度控制有所局限，因為很

6、難準(zhǔn)確的估計回彈量。通過改變板材的應(yīng)力狀態(tài)，過程控制方法被用于控制回彈。通常這個過程包括：沖壓、拉彎、熱彎曲。在沖壓過程中，板厚方向上的額外應(yīng)力改變了彎曲變形區(qū)域的應(yīng)力分布狀態(tài)。通過在彎曲產(chǎn)品內(nèi)纖維上施加一個切向拉伸變形和減小彎矩，這樣板料的回彈就得到了控制。在拉伸彎曲時，在金屬板材的兩端施加拉力以控制回彈，此時改變了應(yīng)力狀態(tài)的分布并且減小了彎矩。在熱彎曲中，通過加熱材料來降低屈服應(yīng)力和彎矩來控制彎矩。壓印工藝是三種方法中最為簡單和靈活的。當(dāng)壓印工藝作用在彎曲區(qū)域，板材內(nèi)部纖維上的壓縮應(yīng)力將會被統(tǒng)一的拉伸應(yīng)力所取代。這就意味著卸載與彈性恢復(fù)時內(nèi)外纖維上產(chǎn)生了相同的應(yīng)力狀態(tài)。這也意味著在卸載的時

7、候存在一個反作用力作用在板材上。彎曲壓印過程中應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系從圖3可以看出。 圖3 壓印的加載過程(guchng) 圖4 的分布(fnb)B點代表了在板材彎曲中材料外纖維的拉伸屈服應(yīng)力，f點澤代表了內(nèi)纖維的壓縮屈服應(yīng)力。在壓印過程中，材料的內(nèi)纖維開始被拉緊，屈服應(yīng)力逐漸從f向F變化。最終，材料外纖維的壓應(yīng)力完全被拉伸應(yīng)力取代。在壓印過程中作用的拉伸應(yīng)力是不均勻的并隨板厚方向減小。因此在壓印過程中，也許在內(nèi)層的某些(mu xi)點的材料（比如e點）到中性軸只承受了卸載而不承受加載。所以在彎曲和壓印之后，f到e處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)，而e到d段仍然處于壓應(yīng)力狀態(tài)下。這是由于缺乏足夠拉伸力的原因。壓

8、印過程中得彎矩可以用下式來表示。 （3）其中(qzhng)表示將壓印工藝(gngy)運用在彎曲過程中時，作用的板料厚度方向上的切應(yīng)力。由于材料外纖維上部分(b fen)切應(yīng)力被抵消，如圖4所示，等式3中得的在板料厚度方向上的積分值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于等式2中在厚度方向上的積分值。根據(jù)等式1，通過壓印工藝進(jìn)行彎曲的過程的彎曲回彈量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沒有使用壓印工藝的凈彎曲過程中的彎曲回彈量。正如上所述，在彎曲過程中施加在內(nèi)側(cè)圓角上的壓印過程可以改變切應(yīng)力沿板料厚度方向上的分布。并且建立統(tǒng)一的拉應(yīng)力狀態(tài)以有效的控制回彈。這種方法的控制精度是相當(dāng)高的，并且十分適合用于微型、精密沖壓件上回彈的控制。四、壓印工藝的運用激光頭

9、是電子和電器的一個重要的感應(yīng)塊，例如，和激光測量裝置。并且激光頭上的夾具是相當(dāng)重要的金屬部件。如圖所示的激光頭夾具，在制造夾具四個支撐腿的過程中需要七次彎曲工藝加工。未經(jīng)彎曲的零件最大外形輪廓尺寸為，厚度只有。夾具的彎曲特征也特別的需要高的形狀精度和垂直度。垂直度誤差為。所以其中的回彈必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制。正如前文所述，包括分形維度和厚度在內(nèi)的特征存在許多的彎曲特征，因此高精度要求使得控制過程變得相當(dāng)困難。如何控制回彈并確保彎曲精度成為了夾具設(shè)計過程中的關(guān)鍵性因素。壓印工藝被用于夾具彎曲過程中以控制回彈。正如圖所示，沖壓的寬度為，沖壓的深度為。產(chǎn)品實踐表明彎曲后的回彈得到了精確的控制并且彎曲精度符合要求。圖激光頭夾具圖壓印過程(guchng)草圖五、結(jié)論(jiln)基于(jy)上述的研究，可以得出以下結(jié)論?；貜椓渴顷P(guān)于彎矩、楊氏模量和材料慣性力矩的函數(shù)。對于一個給定材料的給定產(chǎn)品，彎矩是關(guān)于回彈的決定性因素。降低板料厚度方向上的切應(yīng)力可以減小彎矩。當(dāng)壓印工藝被用于彎曲區(qū)域，板料厚度方向上的切應(yīng)力將大大的降低，然后彎矩和回彈量也將大大減少。通過選擇合理的壓印寬度和深度，微型、精密彎曲沖壓件中的回彈可以得到精確的控制。內(nèi)容總結(jié)（1）對微型精