冲压工艺与模具设计第5章弯曲工艺.ppt

第5章　弯 曲 工 艺 5.1　弯曲变形过程5.1.1 弯曲基本概念　　弯曲是将板坯、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度和曲率，形成所需形状零件的冲压工序，如图5.1(a)所示。弯曲是冲压加工的基本工序之一，在飞机机翼、汽车大梁、自行车车把、门窗铰链等零件成形中均可用到弯曲工序，如图5.1(b)所示。 图5.1　弯曲零件 弯曲对象：板料、棒料、管材和型材等，如图5.2所示。 图5.2 弯曲板坯 　　弯曲方法主要分为在压力机上利用模具进行的压弯和在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等四种，尽管各种弯曲方法不同，但它们的变形特点类似。　　(1) 压弯：指利用模具将板坯弯曲成形的一种冲压工艺，最典型的压弯方式有V形弯曲、U形弯曲，如图5.3所示。 图5.3　典型压弯方式 　　(2) 折弯：指使用折弯机等将板坯弯曲成形的一种冲压工艺，如图5.4所示。 图5.4　折弯原理图 　　(3) 滚弯：利用滚轮滚动将送入的板坯弯曲成形的一种冲压工艺，采用该工艺可以获得质量较好的环形弯曲件，如图5.5所示。 图5.5　滚弯原理图 　　(4) 拉弯：以模具为支承，在板坯两端施加拉力使之弯曲成形的一种冲压工艺，如图5.6所示。 图5.6　拉弯原理图 　　根据压弯中施加力的大小不同，压弯可分为自由弯曲与校正弯曲两种：　　? 自由弯曲：弯曲过程中板料两端都向凸模方向靠拢，板料的直边、圆角都与模具相应部分未完全压合的弯曲称为自由弯曲，如图5.7(a)所示。　　? 校正弯曲：自由弯曲后凸模继续下行施加更大的压力，使板料的直边、圆角都与模具相应部分完全贴合的弯曲称为校正弯曲，如图5.7(b)所示。 图5.7　自由弯曲与校正弯曲 　　这两种弯曲方法有以下区别：　　? 凸模下止点位置不同：校正弯曲是在自由弯曲结束后的继续加压，使工件在下止点受到刚性镦压。　　? 与自由弯曲相比，校正弯曲力大得多，工件的回弹小。　　? 自由弯曲表现为凸模、板坯与凹模间的线接触，而校正弯曲表现为面接触。　　? 自由弯曲过程中板料两端向凸模方向靠拢，而校正弯曲时板料两直边向远离凸模方向张开。 5.1.2 弯曲变形过程分析　　1. 弯曲变形过程　　V形弯曲是最典型的弯曲变形，变形区主要集中在其圆角部位。弯曲变形过程通常经历弹性变形、弹-塑性变形、塑性变形和校正弯曲四个阶段，如图5.8所示。 图5.8　V形弯曲过程 　　(1) 弹性弯曲变形阶段(如图5.8(a)所示)：弯曲开始时，模具的凸、凹模分别与板坯在A、B处相接触。假设凸模在A处施加的弯曲力为2F，此时凹模与板坯的接触支点B产生反作用力并与弯曲力构成弯曲力矩M=F(l1/2)，使板坯产生弯曲。在弯曲的开始阶段，弯曲圆角半径r很大，弯曲力矩很小，仅引起材料的弹性弯曲变形。 　　(2) 弹-塑性弯曲变形阶段(如图5.8(b)所示)：随着弯曲的进行，相对弯曲半径r/t逐渐变小，一般认为当r/t<200时，弯曲区材料即开始进入弹-塑性弯曲阶段，毛坯变形区内(弯曲半径发生变化的部分)板坯的内、外表面首先开始出现塑性变形，随后塑性变形向毛坯内部扩展。在弹-塑性弯曲变形过程中，促使材料变形所需的弯曲力矩M逐渐增大，而弯曲力臂l继续减小，故弯曲力F不断加大。 　　(3) 塑性弯曲变形阶段(如图5.8(c)所示)：凸模继续下行，当比值r/t<200时，变形由弹-塑性弯曲逐渐过渡到纯塑性弯曲变形。这时弯曲圆角变形区内弹性变形部分所占比例已经很小，可以忽略不计，认为板坯整个圆角截面都已进入塑性变形状态。　　(4) 校正弯曲阶段(如图5.8(d)所示)：B点以上部分在与凸模的V形斜面接触后被反向弯曲，再与凹模斜面逐渐靠紧，直至板坯与凸、凹模完全贴紧，此时弯曲力急剧增大。 　　2. 弯曲表现形式　　弯曲圆角区是主要变形区，弯曲变形围绕着该区域展开。板坯的内、外表面首先开始出现塑性变形，随后向毛坯内部扩展。　　弯曲成形过程是弯曲半径r和弯曲力臂l均不断减小，而弯曲力F和弯矩M不断增大的过程，即rn<r3<r2<r1和ln<l3<l2<l1，如图5.8所示。 5.1.3 弯曲变形特点　　为了观察板坯弯曲时的金属流动情况，便于分析材料的变形特点，通常采用网格法对其进行分析，即用机械刻线或照相腐蚀等方法在板坯侧面制作正方形网格，弯曲后用工具显微镜观察、测量弯曲前后网格的形状和尺寸变化情况，如图5.9所示。 　　根据试验根据试验结果，得出弯曲变形的特点如下：　　(1) 圆角部位是主要变形区，且其变形不均匀：圆角部位αb的网格形状由正方形变成了扇形，且内、外层的扇形大小不同，而直角部分网格基本不发生变化，如图5.9所示。图5.9　弯曲变形区图中，α表示弯曲中心角，φ表示弯