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第四节最小相对弯曲半径
一、最小相对弯曲半径的概念
前已叙及,弯曲时的相对弯曲半径r/t表示了弯曲时变形量的大小。当r/t小到一定值后,板料外侧纵向材料可能会因变形过大而产生破裂,或使板料断面出现大的畸变,厚度变薄严重,从而影响弯曲件的质量。增大r/t值,可减少或避免上述缺陷,但当r/t变得过大后,板料内的弹性变形区增大,塑性变形不充分,致使弯曲后回弹大,工件的圆角半径及角度不易保证。因此弯曲时,合理的相对弯曲半径r/t值应取在上述两种范围内。
防止外层纤维拉裂的极限弯曲半径,称为最小弯曲半径,以rmin/t来表示。由式(3-2)知,在最大应变中,不拉裂时的r/t就是弯曲半径的最小值,即:
(3-28)
二、影响最小相对弯曲半径rmin/t的因素
(一)材料的力学性能
材料的塑性越好,塑性指标如伸长率、断面收缩率等越高,便可采用越小的弯曲半径。材料的力学性能还受材料热处理状态的影响,如退火或正火后,因恢复、提高了材料的塑性,rmin/t亦可减小。
(二)板料的纤维方向
冲压所用的板材多为冷轧板材,由于经过多次轧制,板材具有方向性,顺着纤维方向(轧制方向)的塑性指标大于垂直于纤维方向的指标。因此当弯曲件的折弯线与板料纤维方向相垂直时,最小相对弯曲半径rmin/t的数值最小;如果折弯线与板料纤维方向平行,rmin/t的数值最大(图3-13)。
图3-13板料纤维与弯曲关系
在弯制r/t较小的弯曲件时,弯曲件在板料上的排样应使折弯线尽可能垂直于板料的纤维方向,当r/t较大时,折弯线的布置主要是考虑材料利用率的大小。如果在同一零件上具有不同方向的弯曲,在考虑弯曲件排样经济性的同时,应尽可能使弯曲线与纤维方向夹角不小于30°,见图3-14。
图3-14纤维线与弯曲线夹角
(三)板料的表面质量和侧边质量
板料表面有划伤、裂纹或板料侧边(剪切面)有毛刺、裂口及冷作硬化等缺陷时,弯曲中工件容易开裂,使材料过早地破坏。表面质量和侧面切口质量较差的板料,允许采用的变形程度较小,即rmin/t值较大。较小的rmin/t弯曲时,可采取下述措施,如清除剪切毛刺、把有毛刺的表面朝向弯曲凸模、去掉表面硬化层等后再进行。
(四)零件的弯曲角α
板料弯曲时,变形集中在圆角部分,直边基本不参与变形。但由于板料纤维之间的相互牵制,靠近圆角附近的直边材料也参与了弯曲变形。这对于弯曲区外层的受拉状态有缓解作用,因而有利于降低最小弯曲半径。弯曲角α越小,直边参与变形的分散效应越显著,图3-15中的rmin/t也越小,α<90°时的影响很大,但α>90°后,弯曲角的影响已很小了。
图3-15弯曲角α与rmin/t值的关系
(五)板料的厚度
弯曲变形区切向应变在板料厚度方向上按线性规律变化,外表面最大,在中心为零。当板料的厚度较小时,切向应变变化的梯度大,与最大应变的外表面相邻近的纤维层,能补充外表面的变形,从而起到阻止表面材料局部不均匀延伸的作用,所以薄料比厚料可有更小的r/t。
三、最小弯曲半径rmin/t的经验选用
根据板材塑性指标求最小弯曲半径值时,其中的εmax和ψmax为板料单向拉伸试验得出,而实际弯曲的许用εmax比单向拉伸试验值εmax大得多,故按塑性指标求得的rmin/t与实际值有一定的差距。生产中的最小相对弯曲半径,可从经过实验获得的表3-2中选取。
表3-2最小相对弯曲半径rmin/t
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