弯曲卸载后弯曲回弹

3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹 3.2 弯曲卸载后弯曲件的回弹 3.2.1 回弹现象 常温下的塑性弯曲和其它塑性变形一样，在外力作用下产生的总变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。当弯曲 结束，外力去除后，塑性变形留存下来，而弹性变形则完全消失。弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短，内侧因弹性 恢复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象。这种现象称为弯曲件的弹性回跳 （简称回弹）。回弹是弯曲成形时常见的现象(图3.2.1)。但也是弯曲件生产中不易解决的一个棘手的问题。 图 3.2.1 弯曲件的弹性回跳 　　 弯曲件的回弹现象通常表现为两种形式：一是弯曲半径的改变，由回弹前弯曲半径 r t 变为回弹后的 r 0 。二是 弯曲角度的改变，由回弹前弯曲中心角度 α t （ 凸 模的中心角度）变为回弹后的工件实际中心角度 α 0 , 如图 3- 7 所示。回弹值的确定主要考虑这两个因素。若弯曲中心角 α 两侧有直边，则应同时保证两侧直边之间的夹角 θ （ 称作弯曲角 ） 的精度，参见图 3-8 。弯曲角 θ 与弯曲中心角度 α 之间的换算关系为： θ = 180 o － α ， 注意 两者之间呈反比关系 。 　　回弹性的表现形式： (1)弯曲半径增大• 　　卸载前板料的内半径rp(与凸模的半径吻合)在卸载后增加至r。弯曲半径的增加量为： 　　　　　　　　　　　　△r＝r－r p (3.2.1)• (2)弯曲中心角的变化 　　卸载前弯曲中心角为α(与凸模顶角相吻合)，卸载后变化为α’。弯曲件角度的变化量△α为：• 　　　　　　　　　　　　△α＝α－α’ (3.2.2)• 3.2.2影响弹性回跳的主要因素 一 ． 材料的力学性能 http://211.83.32.106/jpkc/cygysj/top_all/w_kecheng/k_jieshao/1.2.3.9.10.11/test/3.2.htm（第 1／8 页）2008-12-4 16:22:57 第三章 弯曲工艺与弯曲模具设计 3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹 　　材料的屈服点σs越高，弹性模量E越小，弯曲弹性回跳越大。这一点从图3.2.2曲线上很容易理解，a)图所示的 两种材料的屈服极限基本相同，但E１＞Ｅ２。在弯曲变形程度相等的情况下，卸载后的两种材料的回弹量却不一 样(ε2＞ε1)。b)图所示的两种材料的弹性模数基本相同（E１=E２），而屈服极限不同（ε4＞ε3），在弯曲变 形程度相同的条件下，卸载后的回弹量则不同，经冷作硬化而屈服极限较高的软钢的回弹大于屈服极限较低的退火 软钢。 (a)σs相同，E不同； (b)σs不同，E相同• Ⅰ、Ⅲ—退火软钢；Ⅱ—软锰黄铜；Ⅳ—冷变形硬化钢 图3.2.2材料力学性能对回弹的影响 （2）相对弯曲半径r／t 　　　相对弯曲变径r／t越大，板料的弯曲变形程度越小，在板料中性层两侧的纯弹性变形区增加越多（图 3.1.4），塑性变形区中的弹性变形所占的比例同时也增大。故相对弯曲变径r／t越大，则回弹也越大。 （3）弯曲中心角α •弯曲中心角α越大，表明变形区的长度越长(rα)，故回弹的积累值越大，其回弹角大。但对弯曲半径的回弹影响 不大。 （4）弯曲方式及弯曲模 　　　板料弯曲方式有自由弯曲和校正弯曲。在无底的凹模中自由弯曲时，回弹大；在有底的凹模内作校正弯曲 时，回弹值小。原因是：校正弯曲力较大，可改变弯曲件变形区的应力状态，增加圆角处的塑性变形程度。 （5）弯曲件形状 　　　工件的形状越复杂，一次弯曲所成形的角度数量越多，各部分的回弹值相互牵制以及弯曲件表面与模具表面 之间的摩擦影响，改变了弯曲件各部分的应力状态（一般可以增大弯曲变形区的拉应力），使回弹困难，因而回弹 角减小。 如Π形件的回弹值比U形件小，U形件又比V形件小。• （6）模具间隙 　　　在压弯U形件时，间隙大，材料处于松动状态，回弹就大；间隙小，材料被挤压，回弹就小。• http://211.83.32.106/jpkc/cygysj/top_all/w_kecheng/k_jieshao/1.2.3.9.10.11/test/3.2.htm（第 2／8 页）2008-12-4 16:22:57 3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹 （7）非变形区的影响• 　　　变形区和非变形区是相对的，非变形区并非一点也不变形，即然有变形，多少要产生与变形区相反的回弹。 在对V形件(r／t＜0.2～0.3)进行校正弯曲时，图3.2.3。由于对非变形区的直边部分有校直作用，所以弯曲后直边区 的回弹和圆角区回弹方向是相反的。最终零件表现得的回弹是二者的叠加，则角度回弹量Δα可能为正、零或负 值。当直边的回弹大于圆角的回弹，此时就会出现负回弹，弯曲件的角度反而小于弯曲凸模的角度。 图3.2.3 V形件校正弯曲的回弹 3.2.3 回弹值的确定 由于回弹直接影响了弯曲件的形状误差和尺寸公差，因此在模具设计和制造时，必须预先考虑材料的回弹值，修 正模具相应工作部分的形状和尺寸。 回弹值的确定方法有理论公式计算和经验值查表法。 1.小半径弯曲（大变形程度）的回弹值的确定 　　当弯曲件的相对弯曲半径 r / t < ( 5 ~ 8 ) 时，弯曲半径的变化一般很小，可以不予考虑。而仅考虑弯曲角度的回 弹变化。可以运用查表法（表3.2.1），查取回弹角的经验修正数值。当弯曲角不是90 o 时，其回弹角则可用以下公 式计算： 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　（3.2.3） 式中： Δα—弯曲件的弯曲中心角为α时的回弹角（°）； 　　　　　α－弯曲件的弯曲中心角（°）； 　　　Δ α—弯曲中心角为 90°时的回弹角（见表3.2.1）。 表3.2.1单角自由弯曲90°时的平均回弹角 材料 r/t 材料厚度t/㎜ <0.8 0.8～2 >2 软钢σb=350MPa 黄铜σb=350MPa 铝和锌 <1 1～5 >5 4° 5° 6° 2° 3° 4° 0° 1° 2° http://211.83.32.106/jpkc/cygysj/top_all/w_kecheng/k_jieshao/1.2.3.9.10.11/test/3.2.htm（第 3／8 页）2008-12-4 16:22:57 3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹 中硬钢σb=400～500MPa 硬黄铜σb=350～400MPa 硬青铜 <1 1～5 >5 5° 6° 8° 2° 3° 5° 0° 1° 3° 硬钢σb>550MPa <1 1～5 >5 7° 9° 12° 4° 5° 7° 2° 3° 6° 硬铝LY12 <2 2～5 >5 2° 4° 6°30′ 3° 6° 10° 4°30′ 8°30′ 14° 2.大半径弯曲的回弹值的确定 　　当相对弯曲半径 r / t ≥( 5~8 ) 时，卸载后弯曲件的弯曲圆角半径和弯曲角度都发生了较大的变化，凸模工作部 分的圆角半径和角度可按以下公式计算： （3.2.4） （3.2.5） 式中 : r — 工件的圆角半径 (mm) ； rt — 凸 模的圆角半径 (mm) ； α — 工件的圆角半径 r 所对弧长的中心角 ( 度 ) ； α t — 凸 模的圆角半径 r t 所对弧长的中心角 ( 度 ) ； σ s — 弯曲材料的屈服极限 ( MPa ) ； t — 弯曲材料的 厚度 (mm) ； E — 材料的 弹性模量 ( MPa ) ； 有关手册给出了许多计算弯曲回弹的公式和图表，选用时应特别注意它们的应用条件。 由于弯曲件的回弹值受诸多因素的综合影响，如材料性能的差异(甚至同型号不同批次性能的差异)、弯曲件形 状、毛坯非变形区的变形弹复、弯曲方式、模具结构等等，上述公式的计算值只能是近似的，还需在生产实践中进 一步试模修正，同时可采用一些行之有效的工艺措施来减少、遏制。 3.2.4减小弹性回跳的措施 　　　弯曲件产生弹性回跳造成形状和尺寸误差，很难获得合格的制件。因此，生产中要采取措施来控制和减小回 http://211.83.32.106/jpkc/cygysj/top_all/w_kecheng/k_jieshao/1.2.3.9.10.11/test/3.2.htm（第 4／8 页）2008-12-4 16:22:57 3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹 弹。常用控制弯曲件的回弹的措施有： 1.改进零件的结构设计• 　　　在变形区压加强肋或压成形边翼，增加弯曲件的刚性，使弯曲件回弹困难，如图3.2.4。 图3.2.4 　　改进零件的结构设计 2.从工艺上采取措施• （1）采用热处理工艺 　　 对一些硬材料和已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少弯曲时的回弹，待弯曲后 再淬硬 。在条件允许的情况下，甚至可使用加热弯曲。 （2）增加校正工序 运用校正弯曲工序，对弯曲件施加较大的校正压力，可以改变其变形区的应力应变状态，以减少回弹量。通常， 当弯曲变形区材料的校正压缩量为板厚的2%～5% 时，就可以得到较好的效果。 3. 采用拉弯工艺 对于相对弯曲半径很大的弯曲件，由于变形区大部分处于弹性变形状态，弯曲回弹量很大。这时可以采用拉弯工 艺，如图3.2.5所示。 　　　 　　　　　　　　1—上模；2—夹子；3—弹簧；4—下模 　　　　　　 　 　　　图3.2.5 拉弯工艺示意图 　　　　　　　图3.2.6拉弯时弯曲件切向应变的分析 图3.2.4 拉弯工艺示意图 http://211.83.32.106/jpkc/cygysj/top_all/w_kecheng/k_jieshao/1.2.3.9.10.11/test/3.2.htm（第 5／8 页）2008-12-4 16:22:57 3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹 　　　工件在弯曲变形的过程中受到了切向拉伸力的作用。施加的拉伸力应使变形区内的合成应力大于材料的屈服 极限，中性层内侧压应变转化为拉应变，从而材料的整个横断面都处于塑性拉伸变形的范围（变形区内、外侧都处 于拉应变范围），图3.2.6。卸载后内外两侧的回弹趋势相互抵消，因此可大大减少弯曲件的回弹。 大曲率半径弯曲件的拉弯可以在拉弯机上进行。拉弯时，弯曲变形与拉伸的先后次序对回弹量有一定影响。先弯后 拉比先拉后弯好。但先弯后拉的不足之处是已弯坯料与模具摩擦加大，拉力难以有效地传递到各部分，因此实际生 产中采用拉+弯+拉的复合工艺方法。 　　　一般小型弯曲件可采用在毛坯直边部分加压边力限制非变形区材料的流动（见图 3.2.7）；或者减小凸、凹 模间隙使变形区的材料作变薄挤压拉伸的方法（见图3.2.8），以增加变形区的拉应变。 图 3.2.7 压边力拉弯示意图 图3.2.8 小 间隙拉弯示意图 4. 从模具结构上采取措施 （1）补偿法 　　　利用弯曲件不同部位回弹方向相反的特点，按预先估算或试验所得的回弹量，修正凸模和凹模工作部分的尺 寸和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹量,如图 3.2.9 所示，其中a）为单角弯曲时，根据工件可能产生 的回弹量，将回弹角做在凹模上，使凹模的工作部分具有一定斜度。b）为双角弯曲时的凸、凹模补偿形式。双角 弯曲时，可以将弯曲凸模两侧修去回弹角，并保持弯曲模的单面间隙等于最小料厚，促使工件贴住凸模，开模后工 件两侧回弹至垂直。、c）是将模具底部做成圆弧形，利用开模后底部向下的回弹作用来补偿工件两侧向外的回 弹。 （2）校正法 　　　当材料厚度在 0.8mm 以上，塑性比较好，而且弯曲圆角半径不大时，可以改变凸模结构，使校正力集中在 弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改变程度（迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变 ）。 从而使内 外侧回弹趋势相互抵消，图3.2.10 。 http://211.83.32.106/jpkc/cygysj/top_all/w_kecheng/k_jieshao/1.2.3.9.10.11/test/3.2.htm（第 6／8 页）2008-12-4 16:22:57 3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹 图 3.2.9 用补偿法修正模具结构 图3.2.10 用校正法修正模具结构 （3）纵向加压法 　　 在弯曲过程完成后，利用模具的 突肩在 弯曲件的端部纵向加压（如图 3.2.11所示）, 使弯曲变形区横断面上都 受到压应力，卸载时工件内外侧的回弹趋势相反，使回弹大为降低。利用这种方法可获得较精确的弯边尺寸，但对 毛坯精度较高。 http://211.83.32.106/jpkc/cygysj/top_all/w_kecheng/k_jieshao/1.2.3.9.10.11/test/3.2.htm（第 7／8 页）2008-12-4 16:22:57 3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹 　　 　　　　　　 　图 3.2.11　　纵向加压弯曲 　　　　　　　　图 3.2.12聚氨酯弯曲模 （4）采用聚氨酯弯曲模 　　 利用聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲（见图 3.2.12 ）。弯曲时金属板料随着凸模逐渐进入聚氨酯凹模， 激增的弯曲力将会改变圆角变形区材料的应力应变状态，达到类似校正弯曲的效果，从而减少回弹 。 返回章目录 http://211.83.32.106/jpkc/cygysj/top_all/w_kecheng/k_jieshao/1.2.3.9.10.11/test/3.2.htm（第 8／8 页）2008-12-4 16:22:57 211.83.32.106 3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹