V形件弯曲变形过程分析及弯曲凹模深度的计算.doc

V形件弯曲变形过程分析及弯曲凹模深度的计算 1 前言 弯曲凹模深度是弯曲模结构的重要参数。V形件弯曲凹模深度通常用其斜壁长度L0(图1)表示。对于L0的确定，一般冲压书刊文献均未提出任何计算公式，只介绍了一种查表方法，即根据V形件两侧直边长度L和板料厚度t查表1确定。 表1 弯曲V形件的凹模深度L0(mm) Tab.1 Diedepth L0 for V-shape bending 弯曲件边长L(mm) 材料厚度(mm) ＜ 2～4 ＞4 10～25 10～15 15 ＞25～50 15～20 25 30 ＞50～75 20～25 30 35 ＞75～100 25～30 35 40 ＞100～150 30～35 40 50 这种查表方法的依据，是“L0不宜过小，若L0过小，则V形件两侧的自由部分较长，弯曲的回弹会增大，使得工件两侧不平直”。所以“边长L愈大，凹模深度L0也愈大”。 本文认为表1的数据及其依据值得商榷，因为： 1) 从理论上看，弯曲回弹的计算公式是：弯曲半径回弹： 弯曲角度回弹： 式中，r，α，t—工件上的弯曲半径、弯曲角度和板料厚度 r凸，α凸—凸模的圆角半径、弯曲角度 E，σs—材料的弹性模量和屈服应力 由式(2)可见，影响回弹的尺寸因素是工件弯曲区段的弯曲半径r、弯曲角度α和材料厚度t，跟未参与变形的工件直边长度L和自由部分长度(L-L0)并没有直接关系。 2) 从生产实例看，在用折弯机折弯板料时，尽管工件直边长度L很大，其所用的弯曲凹模深度L0并不大，远远小于表1所列数据范围，但加工后的工件两侧却依然平直。 由此可见，V形弯曲件边长L不应作为确定凹模深度L0的依据。对于L0的确定，本文在分析弯曲变形过程的基础上，提出一种计算方法，简介如下。 2 弯曲变形过程分析 众所周知，V形件弯曲变形过程可分3个阶段(见图2)，即正向自由弯曲(图2a)，正、反向弯曲(图2b)和较正弯曲(图2c)。 由图2可见，这种加工方式并不尽如人意，主要有两点： 1) 变形部位。V形件实际需要弯曲的区段并不长，但弯曲过程材料的变形区却扩及很大的范围，使不需要弯曲的两侧，也产生了弯曲变形。为了消除这种不需要的多余弯曲，就只好增大凹模深度L0来进行反弯校直定形，而增大深度L0又进一步扩大了变形区范围。 2) 变形方式。工件只要求正向弯曲，但在弯曲过程中却出现了反向弯曲，使弯曲变形及其回弹的规律更加复杂化，更加难于掌握和控制，以致影响弯曲件的尺寸精度。这种反向弯曲，对工件材质性能、模具寿命及力能消耗也有不利影响。 怎样避免出现反向弯曲，避免变形区出现超出实际需要弯曲的范围等不利现象，做到“按需变形”，即按V形件实际需要的弯曲部位和弯曲方式变形呢，下面通过两种特殊情况来说明。 2.1 无圆角弧形凹模(见图3) 结构特点：没有圆角半径(r凹=0)，没有凹模斜壁(L0=0)，只有一个与V形件弯曲部分形状完全一致的弧形凹槽。 变形特点： 1) 整个弯曲过程中，工件都是由凹模口部的AA点支承。两支承点之间为“变形区”，两支承点以外为“非变形区”。两支承点间距离2W为固定值。 2) 设变形区恒保持圆弧状，随着凸模的下压，圆弧半径ρ逐渐减小，弯曲中心角θ逐渐增大，圆弧长度s逐渐增大。 s=(ρ+t/2)θ (3) 由此可见，弯曲变形是通过将凹模口外(非变形区)的材料源源不断地拉入凹模(变形区)来实现的。所以凹模口外的变形区可分为两部分：一是将被拉入凹模参与变形的“待变形区”；一是直至弯曲过程结束，仍留在凹模口外，依然保持平直状态的“不变形区”。 由图3可见，开始弯曲时，毛坯上的01区段为变形区，12区段为待变形区，其长度为l12 而23区段为不变形区。 采用这种弧形凹模就不会出现反向弯曲，其变形区是逐渐增大的，最后才达到工件实际需要的弧长(r+t/2)φ。所以变形区不会超出实际需要的弯曲范围，真正实现“按需变形”。 但这种凹模结构是不能用于实际生产的，因为没有圆角半径，凹模口呈尖角，材料流入困难，会产生严重摩擦，刮伤工件，损坏模具，弯曲变形为剧增，会促使工件弯裂，对弯曲成形极限极为不利。 2.2 有圆角半径r凹，但没有斜壁(L0=0)的凹模(见图4) 变形特点 1) 开始弯曲时，工件的支承点在A-A，随着凸模的下压，支承点逐渐内移，两支承点间距离由开始的2ω逐渐缩短，变形区弧长s=(ρ+t/2)θ也随之变化。 2) 讨论变形区弧长s是如何变化的，是增长还是减短。 由式(3)可知，弧长s随ρ和θ而变，但ρ是逐渐减小，θ是逐渐增大的。由图4知： ω=(ρ+r凹+t)sinθ (5) 即：