【正文】 ，可按公稱壓力 (59)的原則選取壓??總壓 ~6?力機(jī) [19]。參照附錄可選取公稱壓力為 160KN 的開(kāi)式雙柱固定臺(tái) J2316 型壓力機(jī)，該壓力機(jī)與模具設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)為 [1]：公稱壓力為：160KN；滑塊行程：55mm；最大閉合高度：550mm；封閉高度調(diào)節(jié)量：220mm；工作臺(tái)尺寸：300mmx450mm；模柄孔尺寸： 。m604??第六章 彎曲工藝與模具設(shè)計(jì)把板料、管材或型材等彎曲成一定的曲率或角度，并得到一定形狀的沖壓工序稱為彎曲。用彎曲的方法加工的零件種類非常多，如汽車縱梁、自行車車把、儀表電器外殼、門搭鉸鏈等。最常見(jiàn)的彎曲加工是在普通壓力機(jī)上使用彎曲模壓彎，此外還有折彎?rùn)C(jī)上的拉彎、輥彎?rùn)C(jī)上的輥彎及輥壓成形等等（圖 61） 。雖然成形方法不同，但變化過(guò)程及特點(diǎn)卻存在某些相同的規(guī)律。 (a) (b) (c) (d) (e)圖 61 （a）模具壓彎（b）折彎（c）拉彎（ d）輥彎（e）輥形 彎曲變形分析 彎曲變形過(guò)程及特點(diǎn)1．彎曲變形過(guò)程為了說(shuō)明彎曲變形過(guò)程，我們來(lái)觀察 V 形件在彎曲模中的校正彎曲過(guò)程。圖 62 板材在 V 型模內(nèi)的校正彎曲過(guò)程由 V 形件的彎曲過(guò)程可以看出，彎曲成形的過(guò)程是從彈性彎曲到塑性彎曲的過(guò)程，彎曲成形的效果表現(xiàn)為彎曲變形區(qū)彎曲半徑和角度的變化 [20]。2．彎曲變形特點(diǎn)為了分析彎曲變形特點(diǎn)，可采用網(wǎng)格法，如圖 62 所示。通過(guò)觀察板料彎曲變形后位于彎曲件側(cè)壁的坐標(biāo)網(wǎng)格的變化情況，可以看出以下幾點(diǎn)。圖 63 彎曲前后坐標(biāo)網(wǎng)格的變化 (1)彎曲變形區(qū)域主要是在制件的圓角部分。(2)在變形區(qū)內(nèi)，板料的外層縱向纖維(靠近凹模一邊)受拉而伸長(zhǎng)(bb ?。綽b 弦)，內(nèi)層縱向纖維( 靠近凸模一邊)受壓而縮短(aa 弧＜aa 弦 )。由內(nèi)外表面至板料中心，其伸長(zhǎng)和縮短的程度逐漸變小，其間有一層纖維的長(zhǎng)度不變，這層纖維稱為變形中性層。(3)在彎曲變形區(qū)內(nèi)板料厚度略有變薄。(4)從彎曲件變形區(qū)域的橫斷面看，變形有兩種情況： ①對(duì)于窄板(B＜3t)，彎曲內(nèi)側(cè)材料受到切向壓縮后，便向?qū)挾确较蛄鲃?dòng)，使板寬增大；而在彎曲區(qū)外側(cè)的材料受到切向拉延后，則寬度變窄，結(jié)果使斷面略呈扇形。②對(duì)于寬板(B ＞3t)，由于彎曲時(shí)寬度方向變形阻力大，材料不易流動(dòng)，因此彎曲后在寬度方向無(wú)明顯變化，斷面仍為矩形 [21]。 彎曲變形時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)缜八觯辶舷鄬?duì)寬度 B／t 直接影響板料沿寬度方向的應(yīng)變，進(jìn)而影響其應(yīng)力，因此隨著 B／ t，的不同，具有不同的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。窄板和寬板塑性彎曲時(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變狀態(tài)。 1．窄板 彎曲時(shí)，在切線方向上的應(yīng)力應(yīng)變最大，其彎曲處內(nèi)側(cè)應(yīng)力為壓應(yīng)力－ 、應(yīng)變1?為壓應(yīng)變－ ，外側(cè)應(yīng)力為拉應(yīng)力＋ ，應(yīng)變?yōu)槔瓚?yīng)變+ ；在寬度方向上，彎曲處1?1?1?內(nèi)側(cè)應(yīng)變?yōu)槔瓚?yīng)變+ ，外側(cè)應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變－ 。由于材料在寬度方向上能自由變形，1 2?所以彎曲處內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力都接近于零（ ≈0） ；在厚度方向上，由于表層材料對(duì)里層材料產(chǎn)生擠壓，因此，彎曲處內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力均為壓應(yīng)力一 ，其應(yīng)變根據(jù)體積不3?變的原則，即有 + + ＝0，如果知道一個(gè)最大主應(yīng)變，則另外兩個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)1?23必然與最大主應(yīng)變相反，或者其中一個(gè)主應(yīng)變?yōu)榱?[1]。 在圖 64(a)中，彎曲內(nèi)側(cè)的切向壓縮應(yīng)變是最大主應(yīng)變－ ，則厚度方向的應(yīng)變?yōu)??拉應(yīng)變+ 。同理，彎曲外側(cè)的切向拉延應(yīng)變是最大主應(yīng)變+ ，而厚度方向的應(yīng)變則3?為壓應(yīng)變－ 。 (a) (b)圖 64 板料彎曲后斷面 （a）窄板（ b）寬板 2．寬板 寬板彎曲時(shí)，在切向和厚度方向的應(yīng)力應(yīng)變與窄板相同，只有在寬度方向上，由于寬度大，沿寬度方向變形困難，因而寬度基本不變，彎曲處內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)變均為零(＝0)，在彎曲處內(nèi)側(cè)拉延受阻，應(yīng)力為壓應(yīng)力一 ，在外側(cè)壓縮受阻，應(yīng)力為拉應(yīng)2? 2?力＋ ，見(jiàn)圖 64(b)。? 綜上所述，窄板在彎曲時(shí)為平面(兩向)應(yīng)力狀態(tài)和立體(三向)應(yīng)變狀態(tài)，寬板則為立體應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)。 彎曲工藝設(shè)計(jì)彎曲時(shí)板料的外側(cè)受拉伸，當(dāng)外側(cè)的拉伸應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度以后，在板料的外側(cè)將產(chǎn)生裂紋，此種現(xiàn)象稱為彎裂。實(shí)踐證明，板料是否會(huì)產(chǎn)生彎裂，在材料性質(zhì)一定的情況下，主要與彎曲半徑 r 與板料厚度 t 的比值 r／t( 稱為相對(duì)彎曲半徑)有關(guān)，r／t 越小，其變形程度就越大，越容易產(chǎn)生裂紋。 最小相對(duì)彎曲半徑 設(shè)中性層半徑為 ，彎曲中心角為 α，則最外層金屬(半徑為 R)的伸長(zhǎng)率 為 ?? ? = (61)?????????)Rtr設(shè)中性層位置在半徑為 處，且彎曲后厚度保持不變，則 R=r+t，故有2tr?? (62)t??]1)[(???如以材料斷后伸長(zhǎng)率 代入，則 r／t 轉(zhuǎn)化為 ，且有?trmin (63)??2in?t (64)1min???tr上述式中的最大伸長(zhǎng)率 和最大斷面收縮率 值，均可由材料單向拉伸試驗(yàn)??測(cè)得。從上式可以看出，相對(duì)彎曲半徑 r／t 越小，外層材料的伸長(zhǎng)率就越大，即板料切向變形程度越大，因此，生產(chǎn)中常用 r／t 來(lái)表示板料的彎曲變形程度。當(dāng)外層材料的伸長(zhǎng)率達(dá)到材料斷后伸長(zhǎng)率后，就會(huì)導(dǎo)致彎裂，故稱 為板料不產(chǎn)trmin生彎裂時(shí)的最小相對(duì)彎曲半徑。（1）彎曲中心角 理論上彎曲變形區(qū)外表面的變形程度只與 有關(guān)，而與彎? trmin曲中心角無(wú)關(guān)，但實(shí)際上由于接近圓角的直邊部分也產(chǎn)生一定的變形，這就相當(dāng)于擴(kuò)大了彎曲變形區(qū)的范圍，分散了集中在圓角部分的彎曲應(yīng)變，從而可以減緩彎曲時(shí)彎裂的危險(xiǎn)。彎曲中心角愈小，減緩作用愈明顯，因而 可以越小。trmin(2)材料的塑性及熱處理狀態(tài) 材料的塑性越好，其斷后伸長(zhǎng)率 越大，由式(6 —2)?可以看出 就越小。經(jīng)退火處理后的坯料塑性較好， 小些。經(jīng)冷作硬化的坯料trmin trmin塑性降低， 就大些。tin (3)板料的表面和側(cè)面質(zhì)量 板料的表面及側(cè)面 (剪切斷面)的質(zhì)量差時(shí)，容易造成應(yīng)力集中并降低塑性變形的穩(wěn)定性，使材料過(guò)早地破壞。對(duì)于沖裁或剪裁的坯料，若未經(jīng)退火，由于切斷面存在冷變形硬化層，也會(huì)使材料塑性降低。在這些情況下，均應(yīng)選用較大的相對(duì)彎曲半徑。(4)彎曲方向 板料經(jīng)軋制以后產(chǎn)生纖維組織，使板料性能呈現(xiàn)明顯的方向圖 65 板料方向性對(duì)彎曲影響性。一般順著纖維方向的力學(xué)性能較好，不易拉裂。因此，當(dāng)彎曲線與纖維方向垂直時(shí)（見(jiàn)圖 65） ， 可取較小值；當(dāng)彎曲線與纖維方向平行時(shí)， 則應(yīng)取較大值。trmin trmin當(dāng)彎曲件有兩個(gè)互相垂直的彎曲線時(shí)，排樣時(shí)應(yīng)使兩個(gè)彎曲線與板料的纖維方向成 45176。夾角。由于上述各種因素對(duì) 的綜合影響十分復(fù)雜，所以 的數(shù)值一般用試驗(yàn)方法確trmin trmin定。 拉裂、畸變與翹曲的控制 為了控制或防止彎裂，一般情況下應(yīng)采用大于最小相對(duì)彎曲半徑的數(shù)值。當(dāng)零件的相對(duì)彎曲半徑小于數(shù)值時(shí)，可采取以下措施。 (1)經(jīng)冷變形硬化的材料，可采用熱處理的方法恢復(fù)其塑性。對(duì)于剪切斷面的硬化層，還可以采取先去除然后再進(jìn)行彎曲的方法。 (2)去除坯料剪切面的毛刺，采用整修、擠光、滾光等方法降低剪切面的表面粗糙度值。 (3)彎曲時(shí)將切斷面上的毛面一側(cè)處于彎曲受壓的內(nèi)緣(即朝向彎曲凸模)。 (4)對(duì)于低塑性材料或厚料，可采用加熱彎曲。 (5)采取兩次彎曲的工藝方法，即第一次彎曲采用較大的相對(duì)彎曲半徑，中間退火后再按零件要求的相對(duì)彎曲半徑進(jìn)行彎曲。這樣就使變形區(qū)域擴(kuò)大，每次彎曲的變形程度減小，從而減小了外層材料的伸長(zhǎng)率。(6)對(duì)于較厚板料的彎曲，如果結(jié)構(gòu)允許，可采取先在彎角內(nèi)側(cè)開(kāi)出工藝槽后再進(jìn)行彎曲的工藝 [2]。 彎曲件的工序安排彎曲件的工序安排是在工藝分析和計(jì)算后進(jìn)行的一項(xiàng)工藝設(shè)計(jì)工作。安排彎曲件的工序時(shí)應(yīng)根據(jù)零件的形狀、尺寸、精度等級(jí)、生產(chǎn)批量以及材料的性能等因素進(jìn)行考慮。彎曲工序安排合理，則可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，提高零件質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。 (1)對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的彎曲件，如 V 形件、U 形件、Z 形件等，可以一次彎曲成形。而對(duì)于形狀復(fù)雜的彎曲件，一般要多次彎曲才能成形。 (2)對(duì)于批量大而尺寸小的彎曲件，為使操作方便、定位準(zhǔn)確和提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡可能采用級(jí)進(jìn)?；驈?fù)合模彎曲成形。 (3)需要多次彎曲時(shí)，一般應(yīng)先彎兩端，后彎中間部分，前次彎曲應(yīng)考慮后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響前次已彎成的形狀。(4)對(duì)于非對(duì)稱彎曲件，為避免彎曲時(shí)坯料偏移，應(yīng)盡可能采用成對(duì)彎曲后再切成兩件的工藝。 彎曲回彈回彈現(xiàn)象：在外載荷作用下，材料產(chǎn)生塑性變形的同時(shí)，伴隨著彈性變形。當(dāng)外載荷去掉后，彈性變形恢復(fù)，致使彎曲件的形狀和尺寸都發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為回彈，如圖 66 所示。在所有沖壓工序中，回彈是一個(gè)普遍現(xiàn)象，但在彎曲工序中，回彈是影響彎曲件質(zhì)量的主要因素 [1]~[3]。圖 66 彎曲回彈1．彎曲回彈及其影響因素(1)材料的機(jī)械性能：回彈的大小與材料的屈服強(qiáng)度 成正比，與彈性模數(shù) E 成反s?比，即 越大，則回彈越大。在材料性能不穩(wěn)定時(shí)，回彈值也不穩(wěn)定。Es?(2)工件的相對(duì)彎曲半徑 r／t 表示彎曲帶內(nèi)材料的變形程度，當(dāng)其他條件相同時(shí)，回彈角隨 r／ t，值的增大而增大。因此，可按 r／ t 值來(lái)確定回彈角的大小，見(jiàn)表 62。(3)彎曲件的形狀：一般彎曲 U 形件時(shí)比 V 形件的回彈角小。(4)模具間隙：在彎曲 U 形件時(shí)，凸、凹模之間的間隙對(duì)回彈有直接影響。間隙減小，由于模具對(duì)板料產(chǎn)生擠薄作用，可使回彈減小。反之，間隙越大，回彈越大。(5)校正程度：在彎曲終了時(shí)進(jìn)行校正，可增加圓角處的塑性變形程度，從而可減少回彈。校正程度決定于校正力的大小。而校正力的大小是靠調(diào)整沖床滑塊位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。校正程度越大，則回彈角越小。2．回彈量的計(jì)算如圖 66 所示，回彈后彎曲半徑和彎曲角都發(fā)生了變化，由卸載前應(yīng)變中性層曲率半徑 和彎曲角 變?yōu)榛貜椇蟮膽?yīng)變中性層曲率半徑 和彎曲角 。應(yīng)變中性層??0?????0?曲率的變化量為 (65)??????1K彎曲角的變化量為 (66)?0?曲率變化量和角度的變化量，均成為彎曲件的回彈量。圖 67 彎曲時(shí)的加載和卸載過(guò)程圖 67 給出了彎曲加載和卸載過(guò)程。加載過(guò)程沿折線 OAB，總應(yīng)變值為 (67)???2t?卸載過(guò)程沿線段 BC，其彈性應(yīng)變值和殘余塑形應(yīng)變值分別為和 (68)和(69)EIMte2???????2tp因?yàn)橛?，得???ee?? (610)IK??????1將上式稍加整理后，可得回彈前后彎曲件應(yīng)變中性層曲率半徑之間的關(guān)系 (611)??MEI??及 (612)??????I式中 M——卸載彎矩，其值等于加載時(shí)的彎矩； E——彈性模量； I——彎曲毛坯截面慣性矩， 。312btI?根據(jù)回彈前后彎曲件應(yīng)變中性層長(zhǎng)度不變的條件： ，可把上式改寫為 00?????? (613))1(????????即有 (614)0???EIM??不難發(fā)現(xiàn)回彈量 之間的關(guān)系為：?與K (615)0?K按上述公式計(jì)算出的理論回彈量 和實(shí)際生產(chǎn)中的回彈相比較，存在一定??與的差距，但他可以作為分析影響回彈因素的基礎(chǔ)。3. 控制回彈的措施在實(shí)際生產(chǎn)中，由于材料的力學(xué)性能和厚度的變動(dòng)等，要完全消除彎曲件的回彈是不可能的，但可以采取一些措施來(lái)控制或減小回彈所引起的誤差，以提高彎曲件的精度?？刂茝澢貜椀拇胧┯腥缦聨追N。(1)改進(jìn)彎曲件的設(shè)計(jì)1)盡量避免選用過(guò)大的相對(duì)彎曲半徑 r／t。如有可能，在彎曲變形區(qū)壓出加強(qiáng)筋或成形邊翼，以提高彎曲件的剛度