正文 5.1 彎曲變形過程分析(1 / 1)

彎曲工序是將材料彎曲成一定角度和形狀的工序。如汽車大梁、自行車把、門搭鉸鏈等的生產都是用彎曲工序來成形的。

彎曲所用材料有板料、棒料、管材和型材。

彎曲可以在壓力機(曲柄壓力機、液壓機、摩擦壓力機)上進行,也可在專用的彎板機、彎管機、滾彎機、拉彎機和自動彎曲機上進行。

本章將在分析彎曲變形過程的基礎上,研究解決彎曲件的回彈、彎曲件的破裂、彎曲件所需毛坯尺寸和形狀、彎曲力的計算、彎曲件工序安排和彎曲模設計等問題。

5.1.1彎曲變形過程

為了說明彎曲過程,先觀察V形零件在彎曲模中的校正彎曲過程:

在彎曲的開始階段,毛坯是自由彎曲;隨著凸模的下壓,毛坯的直邊與凹模工作表麵逐漸靠緊,彎曲半徑由R0變為R1,彎曲力臂也由l0變為l1;凸模繼續下壓,毛坯彎曲區逐漸減小,直到板料與凸模三點接觸,這時的曲率半徑已由R1變成了R2;此後毛坯的直邊部分則向與以前相反的方向彎曲;到行程終了時,凸、凹模對板料進行校正,使板料的圓角、直邊與凸模全部靠緊,得到所需要的零件。

觀察變形後的零件可以看到:

①彎曲變形區域主要是在零件的圓角部分,而在直臂部分基本沒有變化。

②在變形區內,板料毛坯的外層縱向纖維(靠近凹模一邊)受拉而伸長(bb

3t)彎曲時,斷麵畸變不大。

5.1.2彎曲的應力應變

在彎曲過程中,凸模作用在毛坯上的外力P,與力臂l構成了外力矩M外,毛坯在外力矩作用下,材料內部必然產生抵抗變形的抗彎力矩M內。外力矩不斷增加,抗彎力矩也隨之強化,板料內部的縱向應力也不斷增加。當彎曲所引起的毛坯內、外層縱向應力σ壓和σ拉未達到屈服極限σs以前,毛坯處於彈性變形狀態,此時毛坯內存在的應力分布情況。隨著彎曲半徑R的進一步減小,最外層的表麵就由彈性變形階段過渡到塑性變形階段。然後,塑性變形由毛坯的內、外表麵逐漸向斷麵中心擴展,內、外表麵的應力σ拉和σ壓由於加工硬化也不斷增大。毛坯各層纖維的縱向應力σ1的變化。窄料彎曲時,橫向可以自由變形,使縱向纖維受壓區的寬度增大(ε2為拉伸變形),而使縱向纖維受拉區的寬度減小(ε2為壓縮變形)。由於毛坯寬度方向能自由變形,因此其橫向應力σ2接近於零。寬板彎曲時,其斷麵的畸變受到阻礙,產生橫向應力σ2,而其橫向變形ε2接近於零。

同時,在板厚方向也產生變形。外側部分的材料,在板厚方向產生壓縮變形ε2,因此材料有向曲率中心移近的傾向。越靠近板料外表麵的材料,因縱向的拉伸越大,故材料移近曲率中心的傾向也越大,這就使板厚方向產生了壓應力σ3。另一方麵,在板的內側,將產生拉伸變形ε3。但由於內側拉伸變形ε3的傾向,受到外側材料向內側移近的阻礙,故在板厚方向的內側部分同樣產生壓應力σ3,而拉伸變形ε3則受到σ3的限製,這就是板材在彎曲時變薄的原因。

從以上分析不難理解,在寬板彎曲時,在板厚方向產生壓應力σ3的傾向比窄板更嚴重,因而板厚的變薄也就更嚴重些。

彎曲時的變薄現象從本質上講,是不可避免的。但是當R/t(R——內側彎曲半徑,t——板厚)較大時變薄不嚴重。當R/t>3時,變薄一般就可不予考慮了。

自由彎曲時的應力-應變狀態。