v形件弯曲变形过程分析及弯曲凹模深度的计算

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1、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.1DiedepthL0forV-shapebending弯曲件边长L(mm)材料厚度(mm)＜2～4＞410～2510～1515＞25～5015～202530＞50～7520～253035＞75～10025～303540＞100～15030～354050这种查表

2、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

3、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

4、。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(L

5、0=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

6、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

7、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：代入式(3)得：将s对θ求导，得：在弯曲最终时刻，ρ=r，θ=φ，代入式(5)知：ω=(r+r凹+t)sinφ(9)将式(9)代入式(8)知：因为一般情况下有同时又有sinφ＜1，所以在θ＜90°范围内，式(10)右边第一项较小，求得的(ds/dθ)基本上是负值。也就是说，变形区范围s是随着弯曲变形而逐渐向中间

8、缩小的。这与无圆角弧形凹