冷冲压模具设计 - 图文(5)

2020-02-20 14:16

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。这种现象称为弯曲回弹(简称回弹)。

在弯曲加载过程中,板料变形区内侧与外侧的应力应变性质相反,卸载时内侧与外侧的回弹变形性质也相反,而回弹的方向都是反向于弯曲变形方向的。另外综观整个坯料,不变形区占的比例比变形区大得多,大面积不变形区的惯性影响会加大变形区的回弹,这是弯曲回弹比其它成形工艺回弹严重的另一个原因。它们对弯曲件的形状和尺寸变化影响十分显著,使弯曲件的几何精度受到损害。

图 1 弯曲时的回弹

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 。

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图2 弯曲角 θ 与弯曲中心角度 α

影响回弹的主要因素 一 . 材料的力学性能

材料的屈服点σS愈高,弹性模量 E 愈小,弯曲变形的回弹也愈大。因为材料的屈服点σS愈高,材料在一定的变形程度下,其变形区断面内的应力也愈大,因而引起更大的弹性变形,所以回弹值也大。而弹性模量 E 愈大,则抵抗弹性变形的能力愈强,所以回弹值愈小 。 二 . 相对弯曲半径 r / t

相对弯曲半径 r / t 愈小,则回弹值愈小 。因为相对弯曲半径 r / t 愈小,变形程度愈大,变形区总的切向变形程度增大,塑性变形在总变形中占的比例增大,而相应弹性变形的比例则减少,从而回弹值减少 。反之,相对弯曲半径 r / t 愈大,则回弹值愈大 。这就是曲率半径很大的工件不易弯曲成形的原因。

三 . 弯曲中心角α

弯曲中心角α愈大,表示变形区的长度愈大,回弹累积值愈大,故回弹角愈大,但对曲率半径的回弹没有影响。 四 . 模具间隙

弯曲模具的间隙愈大,回弹也愈大。所以板料厚度允差愈大, 回弹值愈不稳定 。 五 . 弯曲件形状

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U 形件的 回弹由于两边互受牵制而小于 V 形件 。形状复杂的弯曲件一次弯成时,由于各部分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。 六 . 弯曲方式

弯曲力的大小不同使得 回弹值亦有所不同 。校正弯曲时,校正力愈大,回弹愈小,因为校正弯曲时校正力 比自由 弯曲时的弯曲力大得多,使变形区的应力应变状态与自由弯曲时有所不同。极大的校正弯曲力迫使变形区内侧产生了切向拉应变,与外侧切向应变相同,因此内外侧纤维都被拉长。

卸载后,变形区内外侧都因 弹性恢复而缩短,内侧回弹方向与外侧相反,内外两侧的回弹趋势相互抵消,产生了减小回弹的效果。例如V形件校正弯曲时,相对弯曲半径r / t < 0.2 ~0.3,则角度回弹量Δα可能为零或负值。

减少回弹值的措施 一 . 从选用材料上采取措施

在满足弯曲件使用要求的条件下,尽可能选用弹性模数 E 大、屈服极限σs 小,机械性能比较稳定的材料,以减少弯曲时的回弹。 二 . 改进弯曲件的结构设计

在弯曲 件设计 上改进某些结构,加强弯曲件的刚度以减小回弹。例如在工件的弯曲变形区上压制加强筋,见图 3 ( a )、3 ( b ),或利用成形折边见图 3 ( c )。

图 3 改进弯曲件的结构设计

三 . 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

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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 4所示。

图4 拉弯工艺示意图

工件在弯曲变形的过程中受到了切向(纵向)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)。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 5 );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6 ) ,以增加变形区的拉应变。

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图 5 压边 力拉弯示意图 图6 小

间隙拉弯示意图 四 . 从模具结构上采取措施 〔一〕 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 7 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 ) 、 c ) 亦为单角弯曲时的 凸 、凹模补偿形式。

图 7 用补偿法修正模具结构

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。或者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。

〔二〕 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8 a 所示为单角校正弯曲 凸 模的修正尺寸形状。图 8 b 所示为双角校正弯曲 凸 模的修正尺寸形状。

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