chapter 5 弯曲工艺设计

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1、第5章弯曲工艺设计弯曲：将金属板料、棒料、管料或型材等弯成一定的角度和曲率，从而获得所需形状工件的冲压工艺。弯曲件基本类型见表5-1，弯曲方法可分为压弯、折弯、滚弯、拉弯等。表5-1弯曲件的基本类型类型简图弯曲方法用模具在压力机敞开式上压弯用模具在压力机半封闭式上压弯批量较小的大型封闭式制件可在折弯机上折弯批量较小的大型重叠式制件可在折弯机上折弯5.1弯曲工艺设计基础5.1.1弯曲变形分析1.弯曲变形过程V形件弯曲过程如图5.1所示。开始弯曲时，板料与凸、凹模三点接触，板料弯曲内侧半径为r。随着凸模下压，板料直边与凹模V形表面逐渐靠紧，弯曲内侧半径

2、0逐渐减小变为r，同时弯曲力臂也逐渐减小，由l变为l，直到板料与凸模三点接触101，弯曲内侧半径和弯曲力臂分别减小为r和l。当凸模、板料与凹模三者完全压紧，22板料内侧弯曲半径及弯曲力臂达到最小时，弯曲过程结束，得到所需的零件。其变化过程为r＞r＞r＞r，l＞l＞l＞l。012012图5.1弯曲过程板料在弯曲变形过程中弯曲半径逐渐减小，弯曲变形程度逐渐增加；又由于弯曲力臂逐渐减小，弯曲变形过程中板料与凹模之间产生相对滑移。凸模、板料与凹模三者完全压紧后，如果对弯曲件继续施压，则称为校正弯曲。在这之前的弯曲称为自由弯曲。自由弯曲是凸模、板料与凹模间的

3、线接触，而校正弯曲是它们的面接触。BMRAρD(a)(b)(c)rCtα弯曲时板料变形区内切向应力分布示意图(a)弹性弯曲(b)弹塑性弯曲(c)纯塑性弯曲随着力矩M的逐步增大，弯曲变形的程度也随之增大，从弹性弯曲变形逐渐向塑性弯曲变形转化，可分为三个阶段：2.弯曲变形的特点采用画网格方法分析冲压变形规律，如图5.2。(1)弯曲变形区的位置。弯曲变形主要发生在弯曲带中心角ϕ范围内。弯曲后工件如图5.3所示，弯曲带中心角为ω，弯曲后直边部分弯曲角为α，两者关系为：ω=180°－α。图5.3弯曲角与弯曲带中心角图5.2材料弯曲前后的网格变化(2)应变中性

4、层。网格由正方形变成了扇形，靠近凹模的外侧纤维切向受拉伸长，靠近凸模的内侧纤维切向受压缩短，在拉伸与压缩之间存在一个既不伸长也不缩短的中间纤维层，称为应变中性层。(3)变形区厚度和板料长度。根据试验所知：弯曲半径与板厚之比r/t较小时（r/t≤4），弯曲中性层向内偏移。中性层内移的结果是：内层纤维长度缩短，导致厚度增加；外层纤维伸长，厚度相应变薄。由于厚度增加量小于变薄量，因此板料总厚度在弯曲变形区内变薄。同时，由于体积不变，故变形区的变薄使板料长度略有增加。(4)变形区的断面。内层受压缩，宽度增加；外层受拉伸，宽度减小。当板料相对宽度b/t≥3(

5、宽板)时，材料在宽度方向变形受到相邻材料制约，横截面尺寸几乎不变，基本保持为矩形；而当板料相对宽度b/t≤3(窄板)时，宽度方向变形约束较小，断面变成了内宽外窄的扇形（图5.4）。图5.4窄板弯曲后的断面变化3.弯曲变形时的应力、应变状态分析板料相对宽度b/t对板料宽度方向的应力、应变影响很大。1)应变状态(1)长度方向(切向)。外侧伸长应变，内侧压缩应变。其应变ε为绝对值最大的主应变。1(2)厚度方向（径向）。根据塑性变形体积不变条件可知，沿着板料的宽度和厚度方向，必然产生与ε符号相反的应变。在板料的外侧，厚度方向的ε为压缩应变；在板料的内侧12

6、，厚度方向的应变ε为伸长应变。2(3)宽度方向(轴向)。分两种情况：窄板弯曲（b/t≤3）时，材料在宽度方向可以自由变形，故外侧应为压缩应变，内侧为伸长应变；宽板弯曲（b/t＞3）时，沿宽度方向，板料变形受到材料彼此的限制，故外侧和内侧方向的应变ε近似为零。32)应力状态(1)长度方向（切向）。外侧受拉应力，内侧受压应力，其应力σ为最大主应力。1(2)厚度方向（径向）。在弯曲过程中，材料有挤向曲率中心的倾向。越靠近板料外表面，其切向拉应力σ越大，材料向内挤的倾向越大。这使板料在厚度方向产1生了压应力σ。在板料的内侧，也产生了压应力σ。22(3)宽度

7、方向（轴向）。两种情况：窄板弯曲（b/t≤3）时，由于材料在横向的变形不受限制，其内侧和外侧的应力均可忽略为零；宽板弯曲（b/t＞3）时，外侧材料在横向的收缩受阻，产生拉应力σ，内侧横向拉伸受阻，产生压应力σ。33如图5.5所示，宽板弯曲是三维应力状态，窄板弯曲则是平面应力状态；窄板弯曲是三维应变状态，宽板弯曲则是平面应变状态。图5.5板料在弯曲过程中的应力、应变状态5.1.2弯曲质量分析1.弯曲裂纹与最小相对弯曲半径板料弯曲时外层受拉，当拉伸应力超过材料的强度极限时，板料外层将出现弯曲裂纹。对于同一种材质的板料而言，能否出现裂纹取决于r/t的大小

8、。1)最小相对弯曲半径r/tmin设弯曲件中性层的曲率半径为ϕρ，弯曲带中心角为，如图5.6所示。由此可得最外层的断后伸长