第3章弯曲 332弯曲件坯料展开长度 确定了中性层位置后,就可进行弯曲件坯料展开长度的计算。但生产中模具结构和弯 曲方法等众多因素对弯曲变形区应力状态有一定影响,也会使应变中性层的位置发生改变 所以,弯曲件坯料展开长度的计算又分有圆角半径弯曲和无圆角半径弯曲。 (1)r>0.51的弯曲件 这类弯曲称为有圆角半径弯曲,其弯曲变薄不严重,且断面畸变较轻,可以按中性层 长度等于坯料展开长度的原则计算。如图3.8(a所示。 L=∑l+∑π(r+xm)a/l80 (3-5) 当零件的弯曲角为90°时(如图38(b)所示) (a)多角弯曲件 (b)弯曲角为90°的单角弯曲件 图3.8弯曲件坯料展开长度计算 L=1+h2+ I(r+xr)/2 式(3-5)、(3-6)中x见表34。 (2)r<0.5r的弯曲件 这类弯曲称为无圆角半径弯曲,其坯料展开长度是根据体积不变条件来确定的,计算 式见表3.5 表35r<0.5t的弯曲件坯料展开尺寸计算 序号弯曲特征 弯一个角 L=h1+h2+04t 弯一个角 L=l1+h-0.43t
第 3 章 弯曲 95 3.3.2 弯曲件坯料展开长度 确定了中性层位置后，就可进行弯曲件坯料展开长度的计算。但生产中模具结构和弯 曲方法等众多因素对弯曲变形区应力状态有一定影响，也会使应变中性层的位置发生改变。 所以，弯曲件坯料展开长度的计算又分有圆角半径弯曲和无圆角半径弯曲。 (1) r＞0.5t 的弯曲件 这类弯曲称为有圆角半径弯曲，其弯曲变薄不严重，且断面畸变较轻，可以按中性层 长度等于坯料展开长度的原则计算。如图 3.8(a)所示。 L=∑ li＋∑ (ri＋xt)αi/180° (3-5) 当零件的弯曲角为 90°时(如图 3.8(b)所示) 图 3.8 弯曲件坯料展开长度计算 L=l1＋l2＋ ·(r＋xt)/2 (3-6) 式(3-5)、(3-6)中 x 见表 3.4。 (2) r＜0.5t 的弯曲件 这类弯曲称为无圆角半径弯曲，其坯料展开长度是根据体积不变条件来确定的，计算 式见表 3.5。 表 3.5 r＜0.5t 的弯曲件坯料展开尺寸计算 序 号 弯曲特征 简 图 计 算 式 1 弯一个角 L=l1＋l2＋0.4t 2 弯一个角 L=l1＋l2－0.43t
中压工艺与模具设计 一次同时 弯两个角 L=l1+h+l+0.6t (3)铰链式弯曲件 对于铰链式弯曲,常用推弯的方法成形,此时材料同时受到挤压和弯曲作用,坯料不 是变薄而是增厚,应变中性层不是内移而是外移,如图3.9所示。此时坯料展开长度可按 下式近似计算: H+1.5(r+x10)+r≈1+5.747xt 式中:x-推弯时应变中性层外移系数,见表36 图3.9铰链的弯曲半径 表3.6卷圆时应变中性层外移系数值x1 h>05~06>06~0.8>08~1>1~12>12~15>15~1 0.59 0.56 0.52 上述各式中有很多影响弯曲变形的因素(如材料性能、模具结构、弯曲方式等)没有考 虑,所以,计算出来的坯料展开长度仅仅是一个参考值,与实际所需长度有一定误差。只 能用于形状简单和尺寸公差要求不高的弯曲件。对于形状复杂、弯角较多及尺寸公差较小 的弯曲件,可先用上述计算式确定试弯坯料,待试模后再确定准确的坯料长度。 34弯曲件的质量问题及分析 弯曲时的主要质量问题有弯裂、回弹、偏移、翘曲及截面畸变 341弯裂 如图3.10所示,弯裂多发生在弯曲半径较小、坯料较厚时,因此是否出现弯裂取决于
96 冲压工艺与模具设计 3 一次同时 弯两个角 L=l1＋l2＋l3＋0.6t (3) 铰链式弯曲件 对于铰链式弯曲，常用推弯的方法成形，此时材料同时受到挤压和弯曲作用，坯料不 是变薄而是增厚，应变中性层不是内移而是外移，如图 3.9 所示。此时坯料展开长度可按 下式近似计算： L=l+1.5 (r+x1t)+r≈1+5.7r+4.7x1t (3-7) 式中：x1——推弯时应变中性层外移系数，见表 3.6。 图 3.9 铰链的弯曲半径 表 3.6 卷圆时应变中性层外移系数值 x1 r/t ＞0.5～0.6 ＞0.6～0.8 ＞0.8～1 ＞1～1.2 ＞1.2～1.5 ＞1.5～1.8 ＞1.8 x1 0.7 0.67 0.63 0.59 0.56 0.52 0.5 上述各式中有很多影响弯曲变形的因素(如材料性能、模具结构、弯曲方式等)没有考 虑，所以，计算出来的坯料展开长度仅仅是一个参考值，与实际所需长度有一定误差。只 能用于形状简单和尺寸公差要求不高的弯曲件。对于形状复杂、弯角较多及尺寸公差较小 的弯曲件，可先用上述计算式确定试弯坯料，待试模后再确定准确的坯料长度。 3.4 弯曲件的质量问题及分析 弯曲时的主要质量问题有弯裂、回弹、偏移、翘曲及截面畸变。 3.4.1 弯裂 如图 3.10 所示，弯裂多发生在弯曲半径较小、坯料较厚时，因此是否出现弯裂取决于
第3章弯曲 相对弯曲半径r/t的大小。当r/t过小时,弯裂即会出现。 1.最小相对弯曲半径rnlt 如图3.11所示,设弯曲件中性层的曲率半径为p,弯曲角为f,则最外层金属的伸长 率δ外为 n-p)f/pf=r-pp 设中性层位置在半径为p=r+m2处,且弯曲后料厚保持不变,则n=+t,即 6外=[(r+0)-(r+m2)/(r+u2)=1/2r/1+1) 将δ外以材料最大伸长率δ代入,可求得rmnt 6)/20 (3-9) 图3.10弯裂 图3.11压弯时的变形情况 从式(3-8)可以看出,对于一定厚度的坯料,弯曲半径愈小,外层材料的伸长率愈大 当外层材料的伸长率达到或超过材料的最大伸长率后,就会导致弯裂。所以在保证坯料最 外层纤维不破裂的前提下,所能获得的rmin/t,称为最小相对弯曲半径 2.影响rmnt的因素 (1)由式(3-9)可知,材料的塑性愈好(伸长率δ愈大),rmin就愈小。 2)如图3.12所示,弯曲角∫较小时(0°~70°),接近弯曲圆角的直边部分也参与变 形,从而使弯曲角处的变形得到一定程度的减轻,此范围内,随着弯曲角∫的增大,rmnt 迅速增大;弯曲角∫增大至70°以上时,rmim/变化不大。 (3)冷轧板(如钢板)具有方向性,轧制方向上的塑性指标δ和叭(最大断面收缩率)大于 垂直方向。因此压弯线垂直于板料轧制方向时,其rmin/的数值最小,如图3.13所示 (4)经退火的板料由于塑性得到提高,所以rm会减小。反之经冷作硬化的板料塑 性降低,rmmn/会增大。 (5)窄板弯曲时,在坯料的宽度方向的应力为零,宽度方向的材料可以自由流动,以 缓解弯曲圆角外侧的拉应力状态,因此,可使rmin/t减小 (6)下料(冲裁)时,坯料边缘的冷作硬化、毛刺以及坯料表面带有划伤等缺陷,弯曲 时易受拉应力而破裂,使rmin/t增大
第 3 章 弯曲 97 相对弯曲半径 r/ t 的大小。当 r/ t 过小时，弯裂即会出现。 1. 最小相对弯曲半径 rmin/t 如图 3.11 所示，设弯曲件中性层的曲率半径为 ρ，弯曲角为 f ，则最外层金属的伸长 率 δ 外为 δ 外= º º º aa oo oo - =(r1－ρ) f /(ρ f )=(r1－ρ)/ρ 设中性层位置在半径为 ρ=r＋t/2 处，且弯曲后料厚保持不变，则 r1=r＋t，即 δ 外=[(r＋t)－(r＋t/2)]/(r＋t/2)=1/(2r/ t＋1) (3-8) 将 δ 外以材料最大伸长率 δ 代入，可求得 rmin /t rmin /t=(1－δ)/2δ (3-9) 图 3.10 弯裂 图 3.11 压弯时的变形情况 从式(3-8)可以看出，对于一定厚度的坯料，弯曲半径愈小，外层材料的伸长率愈大。 当外层材料的伸长率达到或超过材料的最大伸长率后，就会导致弯裂。所以在保证坯料最 外层纤维不破裂的前提下，所能获得的 rmin / t，称为最小相对弯曲半径。 2. 影响 rmin/t 的因素 (1) 由式(3-9)可知，材料的塑性愈好(伸长率 δ 愈大)，rmin /t 就愈小。 (2) 如图 3.12 所示，弯曲角 f 较小时(0°~70°)，接近弯曲圆角的直边部分也参与变 形，从而使弯曲角处的变形得到一定程度的减轻，此范围内，随着弯曲角 f 的增大，rmin /t 迅速增大；弯曲角 f 增大至 70°以上时，rmin /t 变化不大。 (3) 冷轧板(如钢板)具有方向性，轧制方向上的塑性指标 δ 和 ψ(最大断面收缩率)大于 垂直方向。因此压弯线垂直于板料轧制方向时，其 rmin /t 的数值最小，如图 3.13 所示。 (4) 经退火的板料由于塑性得到提高，所以 rmin /t 会减小。反之经冷作硬化的板料塑 性降低，rmin /t 会增大。 (5) 窄板弯曲时，在坯料的宽度方向的应力为零，宽度方向的材料可以自由流动，以 缓解弯曲圆角外侧的拉应力状态，因此，可使 rmin /t 减小。 (6) 下料(冲裁)时，坯料边缘的冷作硬化、毛刺以及坯料表面带有划伤等缺陷，弯曲 时易受拉应力而破裂，使 rmin /t 增大
中压工艺与模具设计 轧制方向 弯曲线 中/ 图312弯曲角∫对/t的影响 图3.13板料轧制方向对弯曲半径的影响
98 冲压工艺与模具设计 图 3.12 弯曲角 f 对 rmin/t 的影响 图 3.13 板料轧制方向对弯曲半径的影响
第3章弯曲 3.防止弯裂的措施 弯裂是弯曲时较常见的质量问题之一,生产实际中一般采用以下措施加以防止。 (1)适当增加凸模圆角半径,使r> rmin/t。 (2)m<rm/时,可采用2次多次)弯曲,并增加中间退火工序或先在弯曲角内侧压 槽后再进行弯曲,如图3.14所示 (3)使弯曲线与板料轧制方向垂直或成>30°方向,参见图3.13。 4)将有毛刺的一面放在弯曲凸模一侧 图3.14开槽后进行弯曲 34.2回弹 在板料弯曲变形结束,制件不受外力作用时,由于弹性恢复,使得弯曲件的角度、弯 曲半径与凸模的形状尺寸不一致,这种现象称为回弹。如图3.15所示。回弹产生的误差 降低了制件的尺寸精度 (a)弯曲件的回弹 (b)负回弹 图3.15弯曲件的回弹与负回弹 l一圆角回弹:2一直边回弹 1.回弹的表现形式 弯曲回弹表现形式有两个方面(图3.15(a) 弯曲半径增大卸载前制件的内半径为κ(与凸模的半径吻合),卸载后增大至 半径的增量
第 3 章 弯曲 99 3. 防止弯裂的措施 弯裂是弯曲时较常见的质量问题之一，生产实际中一般采用以下措施加以防止。 (1) 适当增加凸模圆角半径，使 r/t＞rmin /t。 (2) r/t＜rmin /t 时，可采用 2 次(多次)弯曲，并增加中间退火工序或先在弯曲角内侧压 槽后再进行弯曲，如图 3.14 所示。 (3) 使弯曲线与板料轧制方向垂直或成＞30°方向，参见图 3.13。 (4) 将有毛刺的一面放在弯曲凸模一侧。 图 3.14 开槽后进行弯曲 3.4.2 回弹 在板料弯曲变形结束，制件不受外力作用时，由于弹性恢复，使得弯曲件的角度、弯 曲半径与凸模的形状尺寸不一致，这种现象称为回弹。如图 3.15 所示。回弹产生的误差， 降低了制件的尺寸精度。 图 3.15 弯曲件的回弹与负回弹 1—圆角回弹；2—直边回弹 1. 回弹的表现形式 弯曲回弹表现形式有两个方面(图 3.15(a))。 (1) 弯曲半径增大 卸载前制件的内半径为 r(与凸模的半径吻合)，卸载后增大至 r0， 半径的增量 D r =r0－r＞0