冲压工艺与模具设计弯曲.docx

第3章弯曲
弯曲方法有压弯、折弯、拉弯、辊弯、辊形等，但最常见的是在压力机上进行的压弯。尽管各种弯曲方法不同，但其弯曲过程及特点具有共同的规律。
3.1弯曲变形分析
由于V形弯曲是板料弯曲中最基本的一种弯曲形式，下面通过对V形弯曲的变形过程、变形特点及变形的应力应变状态的分析来了解弯曲变形。
3.1.1弯曲变形过程
图3.1所示为V形件压弯过程。随着凸模的下压，坯料的直边逐渐向凸(凹)模V形表面靠近，坯料的内侧半径逐渐减小，即r1＞r2＞r3＞r，变形程度逐渐增加；同时，弯曲力臂也逐渐减小，即L1＞L2＞L3＞Lk，坯料与凹模之间有相对滑动现象(如图3.1(b)所示)。从坯料与凸模有3点接触起，坯料的直边有一个反向转动的阶段(如图3.1(c)所示)。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。

图3.1V形件压弯过程
凸模、坯料与凹模三者完全压合后，如果再增加一定压力对弯曲件施压，则称为校正弯曲，没有这一过程的弯曲称为自由弯曲。
3.1.2弯曲变形的特点
为了叙述方便，有必要介绍弯曲变形的几个基本术语，见图3.2(a)(设坯料厚度为t，宽度为b)。
①弯曲角——制件产生弯曲变形后，以弯曲线为界，坯料的一部分相对于另一部分发生的转角。也就是弯曲变形区中心角。
②制件角——制件产生弯曲变形后，坯料的一部分与另一部分之间的夹角。也往往是制件图上标注的角度。显然，与互补。
③弯曲线l——制件角的平分面与坯料表面相交得到的线。
④弯曲半径r——弯曲变形后坯料内侧圆角半径。
⑤相对弯曲半径r/t——弯曲半径与坯料厚度的比值。

图3.2弯曲变形前后坐标网格的变化
—弯曲角；α—制件角；l—弯曲线；r—弯曲半径
在坯料侧壁画上坐标网格后进行弯曲，观察变形前后的变化，可以看到(图3.2)：
(1) 圆角部分的正方形网格变成了扇形，而远离圆角的两直边处的网格没有变化，紧邻区域略受影响，说明弯曲变形主要发生在弯曲角中心范围内。
(2) 变形区内，外侧(靠凹模一面)纵向金属纤维受拉而伸长，内侧(靠凸模一面)纵向金属纤维受压而缩短。其间必有一金属纤维层变形前后长度不变，这一金属层称为应变中性层。
(3) 坯料内区材料受压缩，因此厚度应增加，但由于凸模紧压坯料，抑制了厚度方向的增加；而外区材料受拉，厚度要变薄。因此整个坯料厚度方向，增加量少于变薄量，厚度在弯曲变形区内有变薄现象，使在弹性变形时位于坯料厚度中间的中性层发生内移。
(4) 板料弯曲时，分宽板和窄板两种情况，宽板(相对宽度b/t＞3)的横截面几乎不变，仍保持矩形；而窄板(相对宽度b/t≤3)的横截面则变成扇形。如图3.3所示。

图3.3板料弯曲后的横截面变化
(5) 坯料弯曲变形程度可用相对弯曲半径r/t来表示。r/t愈小，表明弯曲变形程度愈大，如图3.4所示。显然，图3.4(b)的弯曲变形程度大于图3.4(a)的弯曲变形程度。

图3.4板料弯曲变形程度比较
3.1.3弯曲变形时的应力应变状态
变形区的应力应变状态主要与板材的相对宽度b/t等因素有关。窄板弯曲时金属在宽度方向上可以自由变形，故为立体应变状态和平面应力状态；宽板弯曲时宽度方向上的变形阻力很大，材料不能自由变形，应变接近于零(≈0)，故为平面应变状态和立体应力状态。就绝对值来看，长度方向应变为最大主应变(外层为正，内层为负)，长度方向应力为最大主应力(外层为正，内层为负)。
板料在弯曲过程中的应力、应变状态如图3.5所示。其中：
、——长度方向应力、应变；
、——厚度方向应力、应变；
、——宽度方向应力、应变。

图3.5弯曲时的应力应变状态图
3.2弯曲力的计算
弯曲力是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。由于弯曲力受到材料性能、制件形状、弯曲方法、模具结构等多种因素的影响，因此很难用理论分析方法进行准确的计算，一般来讲校正弯曲力比自由弯曲力大。生产实际中常用表3.1中的经验公式作概略的计算。
表3.1弯曲力的计算公式