弯曲工艺与模具设计.ppt
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1、弯曲工艺与模具设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望弯曲弯曲将板料、棒料、管料和型材等弯曲成具有一定形状及将板料、棒料、管料和型材等弯曲成具有一定形状及角度零件的成形方法。角度零件的成形方法。弯曲成形的应用相当广泛,是板料冲压中常见加工工序之一。弯曲成形的应用相当广泛,是板料冲压中常见加工工序之一。用弯曲方法所加工零件的种类很多,如用弯曲方法所加工零件的种类很多,如V V形件、形件、U U形件以及其他形件以及其他形状的零件。形状的零件。v铰支板弯曲成
2、形铰支板弯曲成形v电控支架弯曲成形电控支架弯曲成形 第第3 3章章 弯曲工艺与模具设计弯曲工艺与模具设计2第第3 3章章 弯曲工艺与模具设计弯曲工艺与模具设计生产中弯曲成形所用的工具和模具不同,便形成各种不同的弯生产中弯曲成形所用的工具和模具不同,便形成各种不同的弯曲方法曲方法:本章主要介绍板料在压力机上用模具弯曲本章主要介绍板料在压力机上用模具弯曲压弯工艺压弯工艺。3 【主要内容主要内容】v弯曲变形机理弯曲变形机理v弯曲件毛坯尺寸的确定弯曲件毛坯尺寸的确定v最小弯曲半径最小弯曲半径v弯曲力的计算弯曲力的计算v弯曲件的回弹弯曲件的回弹v弯曲模工作部分尺寸的确定弯曲模工作部分尺寸的确定 【重点重
3、点】v弯曲变形机理弯曲变形机理v弯曲件的回弹弯曲件的回弹第第3 3章章 弯曲工艺与模具设计弯曲工艺与模具设计43.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理一、弯曲过程及弯曲变形的特点一、弯曲过程及弯曲变形的特点1.1.变形过程变形过程 弯曲弯曲-变形过程变形过程v自由弯曲自由弯曲v校正弯曲校正弯曲2.2.变形特点变形特点网格线实验法网格线实验法在板料在板料侧壁画上网格线,然后进侧壁画上网格线,然后进行弯曲。通过观察弯曲后行弯曲。通过观察弯曲后网格线及工件横断面的变网格线及工件横断面的变化情况,可以发现其变形化情况,可以发现其变形规律与特点。规律与特点。53.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理弯曲
4、变形的特点:弯曲变形的特点:(1)(1)弯曲变形区主要是在弯曲件的圆角部分弯曲变形区主要是在弯曲件的圆角部分工件分成了直边和圆角两部分,圆角部分是变形区,其网格变成工件分成了直边和圆角两部分,圆角部分是变形区,其网格变成了扇形,而远离圆角的直边部分网格没有变化,在靠近圆角处的了扇形,而远离圆角的直边部分网格没有变化,在靠近圆角处的直边的网格有少许变化。直边的网格有少许变化。(2)(2)在圆角变形区内,变形不均匀在圆角变形区内,变形不均匀在圆角变形区,板料的外层在圆角变形区,板料的外层(靠凹模一侧靠凹模一侧)纵向纤维受拉而伸长,纵向纤维受拉而伸长,内层内层(靠凸模一侧靠凸模一侧)纵向纤维受压而缩
5、短。由板料的内、外表面至纵向纤维受压而缩短。由板料的内、外表面至板料的中心,这种缩短与伸长的程度都将逐渐变小。由于板料材板料的中心,这种缩短与伸长的程度都将逐渐变小。由于板料材料的连续性,其间必有一层纤维的长度在弯曲前后保持不变,此料的连续性,其间必有一层纤维的长度在弯曲前后保持不变,此层称为层称为应变中性层应变中性层,其曲率半径为,其曲率半径为 。63.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理(3)(3)在圆角变形区内,应力不均匀在圆角变形区内,应力不均匀在圆角变形区,板料在圆角变形区,板料外层切向受拉应力外层切向受拉应力,内层切向受压应力内层切向受压应力。由内层过渡到外层,其间必有一层的切向应
6、力为零,此层称为由内层过渡到外层,其间必有一层的切向应力为零,此层称为应力中性层应力中性层,其曲率半径为,其曲率半径为 。在弹性弯曲或弯曲变形程度较小时,应变中性层与应力中性层在弹性弯曲或弯曲变形程度较小时,应变中性层与应力中性层重合,位于板料的中央,其曲率半径为重合,位于板料的中央,其曲率半径为 。当弯曲变形程度较大时,应变中性层与应力中性层都从板料的当弯曲变形程度较大时,应变中性层与应力中性层都从板料的中央向内区移动,且有中央向内区移动,且有 。(4)(4)相对弯曲半径相对弯曲半径 较小时,变形区中的板料在变形后将产生较小时,变形区中的板料在变形后将产生变薄的现象(厚度变小)。变薄的现象(
7、厚度变小)。越小,变薄程度越大。越小,变薄程度越大。73.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理(5)(5)板料相对宽度板料相对宽度b/tb/t对变形区的变形有很大影响对变形区的变形有很大影响弯曲后工件横断面形状如图所示。弯曲后工件横断面形状如图所示。v宽板(宽板()弯曲时,)弯曲时,横断面几乎不变,仍保持原横断面几乎不变,仍保持原 来的来的矩形矩形;v窄板(窄板()弯曲时,)弯曲时,横断面形状产生了变化,由横断面形状产生了变化,由 矩形变成了矩形变成了扇形扇形,而且,而且内宽内宽 外窄外窄。83.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理二、弯曲过程中变形区的应力应变状态二、弯曲过程中变形区的应力应
8、变状态窄板和宽板弯曲变形区的应力应变状态是不同的:窄板和宽板弯曲变形区的应力应变状态是不同的:1 1窄板弯曲时窄板弯曲时(1 1)应变状态)应变状态v切向应变为切向应变为绝对值最大的主绝对值最大的主 应变应变,其,其外层为拉应变,内外层为拉应变,内 层为压应变层为压应变。v因板宽方向可自由变形,由因板宽方向可自由变形,由 体积不变定律可知:宽度方体积不变定律可知:宽度方 向向外层为压应变,内层外层为压应变,内层 为拉应变为拉应变;在径向;在径向外层外层 为压应变,内层为拉应变为压应变,内层为拉应变。93.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理(2 2)应力状态)应力状态切向:按最大主应力与主应变
9、同向切向:按最大主应力与主应变同向 原理,外层的原理,外层的 为拉应力,为拉应力,内层的内层的 为压应力。为压应力。宽度方向:由于材料可自由变形,宽度方向:由于材料可自由变形,故内、外层的故内、外层的 。径向:内、外层的径向:内、外层的 均为压应力。均为压应力。窄板弯曲时内、外层的应变状态为窄板弯曲时内、外层的应变状态为立体状态立体状态,应力状态则,应力状态则 为为平面状态平面状态。103.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理2 2宽板弯曲时宽板弯曲时(1 1)应变状态)应变状态v切向和径向的应变状态与窄切向和径向的应变状态与窄 板的相同。板的相同。v宽度方向,由于变形阻力较宽度方向,由于变形
10、阻力较 大,弯曲后板的宽度基本不大,弯曲后板的宽度基本不 变,即内外层的变,即内外层的 均接近均接近 于零。于零。113.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理(2 2)应力状态)应力状态v宽板的切向应力和径向应力与宽板的切向应力和径向应力与 窄板相同。窄板相同。v宽度方向上由于材料不能自由宽度方向上由于材料不能自由 变形,外层的收缩及内层的伸变形,外层的收缩及内层的伸 长都受到限制,故外层的长都受到限制,故外层的 为为 拉应力,内层的拉应力,内层的 为压应力。为压应力。宽板弯曲时内、外层的应变状态为宽板弯曲时内、外层的应变状态为平面状态平面状态,应力状态则,应力状态则 为为立体状态立体状态。1
11、23.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理三、弯曲变形程度三、弯曲变形程度变形区中切向应变的变形区中切向应变的大小与其在板厚方向大小与其在板厚方向上的位置有关。沿板上的位置有关。沿板厚方向,厚方向,按线性规按线性规律变化:律变化:133.1 3.1 弯曲变形机理弯曲变形机理当变形不大时,可认为材料不变薄,且中性层仍在板料中间,当变形不大时,可认为材料不变薄,且中性层仍在板料中间,则板料内表面和外表面的切向应变数值相等,且为最大:则板料内表面和外表面的切向应变数值相等,且为最大:以以 代入得:代入得:上式表明:上式表明:弯曲件表面上的应变量与相对弯曲半径弯曲件表面上的应变量与相对弯曲半径 大致成
12、大致成反比关系。而外表面的最大拉应变受材料性能反比关系。而外表面的最大拉应变受材料性能(不产生拉裂不产生拉裂)的的限制。为获良好的弯曲件,限制。为获良好的弯曲件,便有一定的极值,故常用相对便有一定的极值,故常用相对弯曲半径弯曲半径 来表示弯曲的变形量,即弯曲变形程度。来表示弯曲的变形量,即弯曲变形程度。越越小,表示弯曲变形程度越大。小,表示弯曲变形程度越大。143.2 3.2 弯曲件毛坯尺寸的确定弯曲件毛坯尺寸的确定板料弯曲时应变中性层的长度始终是不变的,故可根据弯曲后板料弯曲时应变中性层的长度始终是不变的,故可根据弯曲后应变中性层的长度来确定弯曲件的毛坯长度。应变中性层的长度来确定弯曲件的毛
13、坯长度。一、应变中性层的位置一、应变中性层的位置(圆角部分圆角部分)弯曲前变形区的体积:弯曲前变形区的体积:弯曲后的体积:弯曲后的体积:153.2 3.2 弯曲件毛坯尺寸的确定弯曲件毛坯尺寸的确定由由 解得:解得:将将 ,代入可得:代入可得:-变薄系数;变薄系数;-展宽系数,展宽系数,时,时,。163.2 3.2 弯曲件毛坯尺寸的确定弯曲件毛坯尺寸的确定二、弯曲件毛坯长度的计算二、弯曲件毛坯长度的计算1 1 的弯曲件的弯曲件 按应变中性层展开,求展开长度即可,计算步骤如下:按应变中性层展开,求展开长度即可,计算步骤如下:由弯曲件图分割出变形区(圆角部分)由弯曲件图分割出变形区(圆角部分)确定各
14、直边的长度确定各直边的长度计算计算计算变形区中性层展开长度计算变形区中性层展开长度计算毛坯总长度计算毛坯总长度 173.2 3.2 弯曲件毛坯尺寸的确定弯曲件毛坯尺寸的确定2 2 的弯曲件的弯曲件与变形区相邻的直边部分也有变薄现象,需按经过修正的公式与变形区相邻的直边部分也有变薄现象,需按经过修正的公式进行计算。对于形状复杂、多角及精度要求高的弯曲件,还要进行计算。对于形状复杂、多角及精度要求高的弯曲件,还要经过试弯修正后才能最后确定合适的毛坯尺寸。经过试弯修正后才能最后确定合适的毛坯尺寸。183.3 3.3 最小弯曲半径最小弯曲半径一、最小弯曲半径的概念一、最小弯曲半径的概念弯曲变形区外表面
15、的材料在切向产生拉伸变形,其切向应变的弯曲变形区外表面的材料在切向产生拉伸变形,其切向应变的最大值前面已经得出:最大值前面已经得出:为保证弯曲件不产生拉裂,需限制弯曲件内表面的圆角半径。为保证弯曲件不产生拉裂,需限制弯曲件内表面的圆角半径。把不产生拉裂破坏时的最小圆角半径称为最小弯曲半径把不产生拉裂破坏时的最小圆角半径称为最小弯曲半径 ,其值为:其值为:193.3 3.3 最小弯曲半径最小弯曲半径二、影响弯曲系数的因素二、影响弯曲系数的因素1 1材料的机械性能材料的机械性能 影响较大影响较大材料的塑性越好,可采用的弯曲系数越小。生产中常采用提高材料的塑性越好,可采用的弯曲系数越小。生产中常采用
16、提高材料塑性的方法提高塑性变形能力,以减小弯曲系数,如进行材料塑性的方法提高塑性变形能力,以减小弯曲系数,如进行退火或正火热处理。退火或正火热处理。2 2板料的纤维方向板料的纤维方向弯曲线的方向与纤维组织方向的关系弯曲线的方向与纤维组织方向的关系弯曲线垂直于纤维方向时,弯曲线垂直于纤维方向时,塑性最好,弯曲系数最小。塑性最好,弯曲系数最小。当弯曲件的弯曲半径较小当弯曲件的弯曲半径较小时,应使折弯线时,应使折弯线垂直于垂直于板板料的纤维方向:料的纤维方向:203.3 3.3 最小弯曲半径最小弯曲半径3 3弯曲角弯曲角弯曲角等于弯曲件弯曲角等于弯曲件圆角部分所对应的圆心角圆角部分所对应的圆心角。板
17、料弯曲时,若靠近圆角附近的直边部分参与弯曲变形,会对板料弯曲时,若靠近圆角附近的直边部分参与弯曲变形,会对变形区外层的受拉状态起缓解作用,因而有利于减小最小弯曲变形区外层的受拉状态起缓解作用,因而有利于减小最小弯曲半径。半径。弯曲角越小,直边参与变形的弯曲角越小,直边参与变形的分散效应分散效应越显著,在越显著,在 时的影响很大,在时的影响很大,在 后后则影响很小:则影响很小:213.3 3.3 最小弯曲半径最小弯曲半径4 4板料的表面质量和侧边质量板料的表面质量和侧边质量板料表面有划伤、裂纹或板料侧边板料表面有划伤、裂纹或板料侧边(剪切面剪切面)有毛刺、裂纹等缺有毛刺、裂纹等缺陷时,弯曲中工件
18、易开裂,陷时,弯曲中工件易开裂,应较大,或采取下述措施减小应较大,或采取下述措施减小 :清除剪切毛刺、有毛刺的一面朝向凸模、弯曲前退火:清除剪切毛刺、有毛刺的一面朝向凸模、弯曲前退火处理(去硬化)。处理(去硬化)。5 5板料的厚度板料的厚度弯曲变形区切向应变在厚度方向上按线性规律变化。当板料的弯曲变形区切向应变在厚度方向上按线性规律变化。当板料的厚度较小时,切向应变变化的梯度大,与最大应变的外表面相厚度较小时,切向应变变化的梯度大,与最大应变的外表面相邻近的纤维层,能补充外表面的变形,从而起到阻止表面材料邻近的纤维层,能补充外表面的变形,从而起到阻止表面材料局部不均匀延伸的作用,所以薄料比厚料
19、可有更小的局部不均匀延伸的作用,所以薄料比厚料可有更小的 。223.3 3.3 最小弯曲半径最小弯曲半径三、最小弯曲半径的确定三、最小弯曲半径的确定常用经验法常用经验法由于影响的因素很多,用前面的公式计算出的数值与实际值差由于影响的因素很多,用前面的公式计算出的数值与实际值差别很大,因为公式是按单向拉伸的塑性指标确定的数值,而弯别很大,因为公式是按单向拉伸的塑性指标确定的数值,而弯曲中实际许用的要大得多。因此,在实际生产中主要是参照经曲中实际许用的要大得多。因此,在实际生产中主要是参照经验数据确定最小弯曲半径。验数据确定最小弯曲半径。233.4 3.4 弯曲力的计算弯曲力的计算 板料弯曲时开始
20、是弹性弯曲,然后是变形区内外层纤维首先进板料弯曲时开始是弹性弯曲,然后是变形区内外层纤维首先进入塑性状态,并逐渐向板厚中心扩展的入塑性状态,并逐渐向板厚中心扩展的自由弯曲自由弯曲,最后是凸、,最后是凸、凹模与板料相互接触并压实零件的凹模与板料相互接触并压实零件的校正弯曲校正弯曲。各阶段的弯曲力。各阶段的弯曲力显然不同,下图表示了各阶段弯曲力与弯曲行程变化关系:显然不同,下图表示了各阶段弯曲力与弯曲行程变化关系:弹性阶段的弯曲力较弹性阶段的弯曲力较小,自由弯曲阶段的小,自由弯曲阶段的弯曲力不随弯曲行程弯曲力不随弯曲行程变化,而校正弯曲的变化,而校正弯曲的弯曲力则随行程的推弯曲力则随行程的推移而移
21、而急剧增加急剧增加。243.4 3.4 弯曲力的计算弯曲力的计算一、自由弯曲力的计算一、自由弯曲力的计算 变形区应力应变状态的简化:变形区应力应变状态的简化:v立体应力状态简化为只有切向应力作用的单向应力状态,切立体应力状态简化为只有切向应力作用的单向应力状态,切 向应力与应变之间的关系与单向拉伸状态下的应力应变关系向应力与应变之间的关系与单向拉伸状态下的应力应变关系 完全一致。完全一致。v近似地用弹性弯曲理论来处理塑性弯曲问题。近似地用弹性弯曲理论来处理塑性弯曲问题。253.4 3.4 弯曲力的计算弯曲力的计算距中性层为距中性层为 处的切向应变为:处的切向应变为:塑性变形时,应力应变关系塑性
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- 弯曲 工艺 模具设计
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