第3章 弯曲工艺与弯曲模设计> 3.2弯曲变形分析

    V形弯曲是最基本的弯曲变形,任何复杂弯曲都可看成是由多个V形弯曲组成。所以我们以V形弯曲为代表分析弯曲变形过程。
图3.2.1为V形弯曲时板材的受力情况。在板材A处,凸模1施加外力2F,在凹模2支承点B处,则产生反力并与这外力构成了弯曲力矩M=F*L,该弯曲力矩使板材产生弯曲变形。
1—凸模 2—凹模
图3.2.1 V形弯曲板材受力情况 图3.2.2 弯曲过程

a)弯曲前  b)弯曲后

3.2.3 弯曲前坐标网格的变化

    从弯曲变形区的横截面变化来看,变形有两种情况:窄板(B/t 3)弯曲时,内区宽度增加,外区宽度减小,原矩形截面变成了扇形(图3.2.4a);宽板(B/t 3)弯曲时,横截面几乎不变,仍为矩形(图3.2.4b)。
由此可见,板料在塑性弯曲时,随相对宽度B/t的不同,其应力、应变的性质也不同,分析如下:
1.应变状态

a) 窄板(B/t 3)b) 宽板(B/t 3)
图3.2.4 弯曲变形区的横截面变化情况
    从应力状态来看,窄板弯曲时的应力状态是平面的,宽板则是立体的。
综上所述,将板料弯曲时的应力应变状态归纳于表3.2.1。
a)弹性弯曲  b)弹-塑性弯曲 c)纯塑性弯曲
图3.2.5 弯曲半径和弯曲中心角 图3.2.6 坯料弯曲变形区内切向应为的分布

      1.中性层的内移

图3.2.7 弯曲后的翘曲
图3.2.8  型材、管材弯曲后的剖面畸变
    1.影响最小弯曲半径的因素
    (1)材料的力学性能
材料的塑性越好,塑性变形的稳定性越强(均匀伸长率越大),许可的最小弯曲半径就越小。
(2)材料表面和侧面的质量
板料表面和侧面(剪切断面)的质量差时,容易造成应力集中并降低塑性变形的稳定性,使材料过早地破坏。对于冲裁或剪裁坯料,若未经退火,由于切断的面存在冷变形硬化层,就会使材料塑性降低。在上述的情况下应选用较大的最小弯曲半径。
(3)弯曲线的方向
    2.最小弯曲半径的数值
由于上述各种因素的影响十分复杂,所以最小弯曲半径的数值一般用试验方法确定。各种金属材料在不同状态下的最小弯曲半径的数值,参见表3.2.2。
3.提高弯曲极限变形程度的方法
在一般的情况下,不宜采用最小弯曲半径。当工件的弯曲半径小于表3.2.2所列数值时,为提高弯曲极限变形程度,常采取以下措施:
(1)经冷变形硬化的材料,可采用热处理的方法恢复其塑性,再进行弯曲。
(2)清除冲裁毛刺,当毛刺较小时也可以使有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘(即有毛刺的一面朝向弯曲凸模),以免应力集中而开裂。
(3)对于低塑性的材料或厚料,可采用加热弯曲。
(4)采取两次弯曲的工艺方法,即第一次采用较大的弯曲半径,然后退火;第二次再按工件要求的弯曲半径进行弯曲。这样就使变形区域扩大,减小了外层材料的伸长率。
(5)对于较厚材料的弯曲,如结构允许,可以采取先在弯角内侧开槽后再进行弯曲的工艺(图3.2.10)。
图3.2.9 纤维方向对的影响
图3.2.10 开槽后进行弯曲
    注:
1.当弯曲线与纤维方向成一定角度时,可采用垂直和平行纤维方向二者的中间值。
2.在冲裁或剪切后没有退火的毛坯弯曲时,应作为硬化的金属选用。
3.弯曲时应使有毛刺的一边处于弯角的内侧。
4.表中t为板料厚度。

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