模块三 弯曲模设计
本模块教学载体:U形弯曲件.
材料:45钢,料厚3mm
学习项目一 弯曲概述
弯曲的概念与应用
金属材料被弯成一定形状和角度的零件的成形方法称为弯曲.弯曲是冲压的基本工序之一,在冲压生产中应用很广.日常生活中常见的弯曲件如下图所示.
用弯曲方法冲压的零件种类很多,如上图所示.
常用弯曲方法
常用弯曲方法包括在压力机上用模具弯曲成形,也可以用专用弯曲机进行折弯,滚弯或拉弯,如图所示.
弯曲模简介
下图是较为典型的V形件弯曲模.平板坯料由挡料销10和凹模4定位,凸模3向下进行弯曲,成形后由顶杆9顶出工件,顶杆9还起到压料的作用,以防止坯料在弯曲过程中发生偏移.
与冲裁模设计相比,弯曲准确工艺计算难,模具动作复杂,结构设计规律性不强.
学习项目二 弯曲变形分析与弯曲件主要质量问题
弯曲变形过程
V形件的弯曲,是坯料弯曲中最基本的一种,其弯曲过程如图1所示.在开始弯曲时,坯料的弯曲内侧半径大于凸模的圆角半径.随着凸模的下压,坯料的直边与凹模V形表面逐渐靠紧,弯曲内侧半径逐渐减小,即,同时弯曲力臂也逐渐减小,即.当凸模,坯料与凹模三者完全压合,坯料的内侧弯曲半径及弯曲力臂达到最小时,弯曲过程结束.
由于坯料在弯曲变形过程中弯曲内侧半径逐渐减小,因此弯曲变形部分的变形程度逐渐增加.又由于弯曲力臂逐渐减小,弯曲变形过程中坯料与凹模之间有相对滑移现象.凸模,坯料与凹模三者完全压合后,如果再增加一定的压力,对弯曲件施压,则称为校正弯曲.没有这一过程的弯曲,称为自由弯曲.
弯曲变形特点分析
研究材料的冲压变形,常采用网格法,如图2所示.在弯曲前的坯料侧面用机械刻线或照相腐蚀的方法画出网格,观察弯曲变形后位于工件侧壁的坐标网格的变化情况,就可以分析变形时坯料的受力情况,从坯料弯曲变形后的情况可以发现:
变形区的位置
弯曲变形主要发生在弯曲带中心角范围内,中心角以外基本上不变形.若弯曲后工件如右图所示,则反映弯曲变形区的弯曲带中心角为,而弯曲后工件的角度为,两者的关系为.
变形区变形特点
(1)长度方向:网格内正方形变成了扇形,靠近凹模的外侧长度伸长,靠近凸模的内侧长度缩短,说明在长度方向上内侧材料受压,外侧材料受拉.由内外表面到坯料中心,其缩短和伸长的程度逐渐变小.在缩短和伸长的两个变形区之间,必然有一层金属,它的长度在变形前后没有变化,这层金属称为中性层.
(2)厚度方向:由于内层长度方向缩短,因此厚度应增加,但由于凸模紧压坯料,厚度方向增加不易.外侧长度伸长,厚度要变薄.因为增厚量小于变薄量,因此材料厚度在弯曲变形区内有变薄现象,从而使在弹性变形时位于坯料厚度中间的中性层发生内移.弯曲变形程度越大,弯曲区变薄越严重,中性层的内移量越大.值得注意的是,弯曲时的厚度变薄不仅会影响零件的质量,而且在多数情况下会导致弯曲区长度的增加.
(3)宽度方向:内层材料受压缩,宽度应增加.外层材料受拉伸,宽度要减小.这种变形情况根据坯料的宽度不同分为两种情况:在宽板(坯料宽度与厚度之比b/t>3)弯曲时,材料在宽度方向的变形会受到相邻金属的限制,横断面几乎不变,基本保持为矩形;而在窄板(b/t≤3)弯曲时,宽度方向变形几乎不受约束,断面变成了内宽外窄的扇形.图3所示为两种情况下的断面变化情况.由于窄板弯曲时变形区断面发生畸变,因此当弯曲件的侧面尺寸有一定要求或要和其他零件配合时,需要增加后续辅助工序.对于一般的坯料弯曲来说,大部分属宽板弯曲.
三,弯曲件主要质量问题
1. 弯裂与最小相对弯曲半径
(1)最小相对弯曲半径
如图4所示,设弯曲件中性层的曲率半径为,弯曲带中心角为,则最外层金属的伸长率为
设中性层位置在半径为处,且弯曲后料厚保持不变,则,且有
如将以材料的延伸率代入上式,则转化为,且有
从上式可以看出,对于一定厚度的材料,弯曲半径越小,外层材料的伸长率越大.当外边缘材料的伸长率达到并超过材料的延伸率后,就会导致弯裂.在自由弯曲保证坯料最外层纤维不发生破裂的前提下,所能获得的弯曲件内表面最小圆角半径与弯曲材料厚度的比值,称为最小相对弯曲半径.
(2)最小弯曲半径的影响因素
1)材料的塑性和热处理状态 材料的塑性越好,其伸长率值越大.由上式可以看出,其最小相对弯曲半径越小.
经退火的坯料塑性好,可小些.经冷作硬化的坯料塑性降低,应增大.

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