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压弯的变形特点及回弹

提示:

板料的压弯是指利用模具对板料施加外力,使它弯成一定角度或一定形状的加工方法。图5.1所示是日常生活中常见的弯曲件。    图5.1  冲压方法加工的零件 本章

板料的压弯是指利用模具对板料施加外力,使它弯成一定角度或一定形状的加工方法。图5.1所示是日常生活中常见的弯曲件。

    图5.1  冲压方法加工的零件

 本章讨论的压弯是在压力机上或冲床进行的弯曲。

 压弯时材料的变形特点

 1.压弯时材料的变形过程

 图5.2所示为钢板在V形弯曲模上的变形过程。开始压弯时,材料处于弹性变形阶段,当外力消除后,材料会恢复到原形状,随着凸模的下压,材料开始塑性变形,处于自由弯曲阶段,如图5.2(a)所示。此时材料的弯曲半径R。较大,与凸模半径无关,当凸模继续下压,弯曲半径R0和L1逐步减小,材料与凹模表面逐步靠近,如图5.2(b)所示。弯曲区不断减小,直到与凸模三点接触,如图5.2(c)所示。凸模再继续下压时,材料的直边部分开始向相反的方向弯曲,紧贴模具,如图5.2(d)所示。此时弯曲半径等于凸模的半径,达到预定的要求。由此可见,弯曲成形的效果表现为板料弯曲变形区曲率半径和两直边夹角的变化。

    图5.2板料的弯曲过程

    2.压弯时材料的变形特点

图5.3所示为变形后工件侧壁的坐标网格变化图,从中可以看出:在弯曲中心角α的范围内,正方形网格变成了扇形,而板料的直边部分,除靠近圆角的直边处网格略有微小变化外,其余仍保持原来的正方形方格。可见塑性变形区主要在弯曲件的圆角部分,弯曲后内缘的金属切向受压而缩短,外缘的金属切向受拉而伸长。由内、外表面至板料中心,其缩短和伸长的程度逐渐变小。其间必有一层金属,它的长度在变形前后保持不变,称为应变中性层。

图5.3弯曲前后坐标网格的变化

从弯曲变形区域的横截面变化来看,变形有两种情况:窄板(B/t<3)弯曲时,其横剖面发生了很大的畸变,内区宽度增加,外区宽度减小,原矩形截面变成了扇形,如图5.4(a)所示,由于材料的变薄及横剖面形状的畸变,结果使得中性层离开了剖面的中间,而向小半径的方向移动。宽板(B/t>3)弯曲时,宽条及板料在弯曲中,材料也会变薄,但横剖面差不多没有畸变,因为横向的变形,被宽度大的材料抵抗力所阻止了。但在厚度方向,无论是宽板、窄板弯曲后其弯曲变形区域厚度均减薄,如图5.4(b)所示。

    图5.4压弯断面和厚度的变化

    弯曲时的回弹

    1.回弹的影响因素

    弯曲成形时,在塑性变形的同时,有弹性变形存在,所以当外力去掉后,弯曲件要产生角度和半径的弹性回弹。回弹是冷弯曲工件的共有特性,因为有回弹,使工件不易达到弯曲要求,增加了矫正的工作量。

    影响回弹的主要因素有材料的屈服强度δs 、变形程度(r/t)、弯曲角等,此外也与弯曲方式以及弯曲模有关。如图5.5(a)所示,在无底凹模内作自由弯曲时回弹最大;如图5.5(b)所示,在有底凹模内作校正弯曲时回弹较小。分析其原因有以下两点:

    (1)从坯料直边部分的回弹来看,由于凹模V形面对胚料的限制作用,当坯料与凸模三点接触后,随着凸模的继续下压,胚料的直边部分则向与以前相反的方向变形,弯曲终了时,可以使产生了一定曲度的直边重新压平并与凸模完全贴合。卸载后弯曲件直边部分的回弹方向是朝向V形闭合方向(负回弹),而圆角部分的回弹方向是朝V形张开方向(正回弹),两者回弹方向相反。

(2)从圆角部分的回弹来看,由于板料受凸、凹模压缩的作用,不仅弯曲变形外区的拉应力有减小,而且在外区中性层附近还出现和内区同号的压缩应力,随着校正力的增加,压应力区向板材的外表面逐步扩展,致使板料的全部或大部分断面均出现压缩应力,于是圆角部分的内、外区回弹方向一致,故校正弯曲时圆角部分的较小正回弹加上直边部分负回弹的抵消,总的回弹可能是正、负或等于零。因而生产中选取适宜的凸模圆角半径、凹模开口宽度及校正力等,以此保证弯曲件的精度。

图5.5  回弹与弯曲模

    2.回弹值的确定

    为了得到一定形状与尺寸精确的工件,应当确定回弹值。由于影响回弹的因素很多,用理论计算方法很复杂,而且也不准确。通常在设计及制造模具时,往往先根据经验数值和简单的计算来初步确定模具工作部分尺寸,然后在试模时进行修正。

相对弯曲半径越大,变形程度越小,回弹则越大。当相对弯曲半径≥10时,卸载后弯曲件的角度和圆角半径变化都较大,在此情况下,凸模工作部分的圆角半径和角度计算可表示为

rt = r / (1 + 3 *δs r /Et)        (5-1)

αt = r / rt α                 (5-2)

式中:rt ——凸模工作部分的圆角半径;

      r ——弯曲件的圆角部分;

     αt ——凸模圆角部分中心角;

     α——弯曲圆角部分中心角;

     δs ——弯曲件材料的屈服点;

      E ——弯曲件材料的弹性模量;

      t ——弯曲件材料厚度。

r/t≤3~5时,变形程度比较大,一般认为板料的弯曲区已全部进入塑性状态。卸载后弯曲件的圆兔半径的变化是很小的,可以不予考虑,但弯曲中心角发生了变化。其回弹角可用下式计算:

△α = (α/ 90 )α90

式中:△α ——弯曲件的弯曲中心角为α时的回弹角;

      α90 ——弯曲中心角为90o时的回弹角(见表5.1)。

材料

r/t

材料厚度t/mm

<0.8

0.8-2

>2

软钢

δ= 350 MPa

<1

中硬钢

δ= 400 - 500 MPa

<1

硬钢

δ> 550 MPa

<1

1-5

>5

12°

黄铜

δ= 350 MPa

1-5

硬黄铜

δ= 350 - 400 MPa

1-5

硬青铜

 

>5

铝和锌

 

>5

硬铝

 

<2

4°30′

 

2-5

8°30′

 

>5

6°30′

10°

14°

表5.1单角自由弯曲90o时的平均回弹角α90

    3.减少回弹的措施

    在实际生产中,由于材料的力学性能和厚度的波动等,要完全消除弯曲件的回弹是不可能的。但可以采取一定措施来减小或补偿回弹所产生的误差,以提高弯曲件的精度。

    (l)改进弯曲件的设计,尽量避免选用过大的相对弯曲半径r/t。如有可能,在弯曲区设置加强筋,以提高元件的刚度,以抑制回弹。

    (2)尽量选用δs / E较小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。

    (3)采用校正弯曲代替自由弯曲。

    (4)对冷作硬化的材料须先退火,使其屈服点δs降低。对回弹较大的材料,必要时可采用加热弯曲。

    (5)合理设计弯曲模。


(责任编辑: 佚名 )

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