弯曲

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1．压(折)弯

按所使用的弯曲设备不同，弯曲工艺可分为折边、折弯和模具压弯三种。

(1)折边

将板件边缘压成叠边，以提高制件的强度和刚度的弯曲方法称为折边。折边通常在折边机上进行，适用于简单直线大尺寸弯曲件。

折边机的折板可绕上工作台面回转，使夹在上下台面间的板件弯曲。折板的下镶条和压块上的上镶条可根据制件需要更换。

图6－52是用折板机折出直线匹茨堡扣的工艺步骤。

图6－52 用折边机加工匹茨堡扣的步骤

1－下镶条及折板；2－下工作台；3－上镶条；4－压块；5－工件；6工件B

(2)折弯

在折弯机上借助于折弯模具对制件进行弯曲的方法称为折弯，适用于复杂制件。

①折弯模具分通用折弯模具(如图6－53)和专用拆弯模具(图6－54)。

图6－53 通用折弯模具

图6－54 用专用弯曲模折弯圆管

②折弯机弯曲制件的一些断面形状见图(图6－55)。

图6－55 一些折弯制件的断面形状

③拆弯顺序(图6－56)一般是由外向内多次进行。

图6－56 四次V形弯曲成形步骤

④折弯力F(见图6－57)可参考下式计算：

图6－57 折弯力计算

式中 B——板宽(mm)；

L——V形槽口宽(mm)；

t——板厚(mm)。

该式适用于σ_b=450MPa的钢板。

(3)用压力机压弯

常用的压力机有机械式压力机和液压机两种。所用模具有V形模(又称单角模)、U形模(又称双角模)和半圆模组成的通用模具及按制件形状设计的专用模具。后者可压制双向曲率曲面的复杂形状制件。

1)压弯模

单角、双角压弯模的工作部分尺寸见图6－58、表6－2～表6－5。U形弯曲压弯模双边间隙2Z按下式计算，但当工作精度要求较高时，取Z=t。

图6－58 单(a)双(b)角压弯模工作部分尺寸

表6－2 V形件单角压弯模工作部分尺寸 (mm)

注：1．钛合金应取r_凸与R_凹均≥(2R_min+t)，R_min为最小弯曲半径。

2．回弹较大时，取及

R——工件弯曲内半径。

表6－3 U形件双角压弯模工作部分尺寸 (mm)

表6－4 双角压弯模工作部分尺寸计算 (mm)

注：ES(A)、ei(a)为凹模、凸模宽度制造偏差，按LT7～LT9级选择。2Z为双边间隙，2Z＞2t，但Z过大则回弹大，过小则压弯力大，坯料变薄。

表6－5 间隙系数C的值

有色金属：Z=t－δ_t+ct

黑色金属：Z=t+δ_t+ct

式中 δ_t——板厚的正负偏差；

c——与制件高H和弯曲线长度B有关的系数，见表6－5。

V形弯曲的间隙靠压力机调整闭合高度得到，与模具无关。

模具设计要求：

①板坯有可靠的定位，以防弯曲时偏斜。

②板坯所受外力对称，避免错位。

③板坯尽可能只受纯弯曲变形，避免大的局部变薄。

④弯曲区能得到校正。

⑤有补偿回弹的可能。

2)橡皮弯曲

用橡皮或橡皮囊作为弹性凹模(或凸模)，使金属按刚性凸模(或凹模)弯曲的方法称为橡皮弯曲。用该方法弯曲的制件可获得较高的成形精度且模具制造费用较低。

3)压弯工艺举例

图6－59是压制弧形柱面制件的方法与模具，该类制件又称瓦片。采用自由弯曲时，压弯前要对板坯划线(间距为20～40mm的平行线)，作为压弯时的定位基准。如果模具长度小于制件长度，在长度方向要分段压弯。采用扇形模压时的操作较为简单，经几次压制即可成形。自由弯曲和扇形模压都是逐步成形的且为冷压。整体成形法为热压一次成形，适于大批量生产。确定热压模尺寸时应增加一个冷却收缩量，即取凹模尺寸A=1．01L－2．73；L为制件相应的名义尺寸。凸模的相应尺寸为a=A－2t－2Z， 2Z为双边间隙，取Z=(0．05～0．10)t。

图6－59 瓦片压制

(a)自由弯曲法；(b)扇形模压法；(c)整体成形法

压制小于90°的角形件可采取图6－60所示的闭角弯曲模一次成形。

图6－60 闭角弯曲模

1－凹模；2－凸模；3－拉簧；4－定位箱；5－活模块

4)压弯力计算

①自由弯曲力。对V形件(即单角弯曲)

对U形件(即双角弯曲)

式中 F_自——冲压行程结束时的自由弯曲力(N)；

B、t——弯曲件的宽度和厚度(mm)；

r——弯曲件内弯半径(mm)；

σ_b——材料的抗拉强度(MPa)；

K——安全系数，一般取K=1．3。

②校正弯曲力。

F_校=qA(N)

式中 F_校——弯曲件在行程结束时，受到的模具校正力(N)；

A——被校正部分与行程垂直方向的投影面积(mm²)；

q——单位校正力(MPa)，见表6－6。

表6－6 单位校正弯曲力 (MPa)

③曲面自由压弯。

④顶料力或压料力。

Q≈0．8F_自(N)

⑤压力机压力。

自由弯曲时：F_压机≥F_自+Q=1．8F_自

校正弯曲时：F_压机≥F_校

(4)板弯件工艺性

①90°直边高H＞2t。如不满足该条件，则应先压出凹槽［图6－61(a)的A处］后压弯或加高直边后切去加高部分。如带有斜角侧边［图6－61(b)］，应保证H=(2～4)t＞3mm。

图6－61 直边高

②孔边距［图6－62(a)］。

图6－62 孔边距

当t＜2mm时，L≥t；当t≥2mm时，L≥2t。如不满足，则应在弯曲线上冲出工艺孔(图中的B处)后再弯曲。

③转移弯曲线［图6－63(a)］、开工艺槽［图6－63(b)］及工艺孔(亦称止裂槽、止裂孔)。其尺寸如下：l≥r；k≥t，L=t+r+k／2，止裂孔d≥t。

图6－63 防止弯角开裂

④圆角半径尽量成对相等布置。

⑤薄弱处的缺口弯后冲出。

⑥复杂制件之间应加定位孔，以免冲偏。

(5)板弯件工序安排的一般原则

①V形、U形、Z形等形状简单的弯曲件，应采用一次压弯成形。

②形状较复杂的弯曲件可采用两道工序或多道工序(图6－64)成形。但对于某些小而薄的复杂形状弹性接触件，应尽可能一次复合弯曲成形，以免多次定位而使误差加大。

图6－64 多工序弯曲成形

③大批量、小尺寸弯曲件的生产中，为提高生产率，可采用冲裁、弯曲、切断多工序连续加工工艺。

④具有一个对称轴的单面几何形状弯曲件，宜采用成对弯曲成形，以免弯曲时坯料偏移。

(6)弯曲件的质量分析及改进措施(见表6－7)

表6－7 弯曲件常见质量问题及对策

2．型钢弯曲

(1)型钢弯曲时的变形

型钢弯曲时，由于重心线与力的作用线不在同一平面上，如图6－65所示，所以型钢除受弯曲力矩外，还要受到扭矩的作用，使型钢断面产生畸变。角钢外弯时夹角增大，角钢内弯时夹角缩小。

图6－65 型钢弯曲时的受力和变形

(a)角钢外弯；(b)角钢内弯

此外，由于型钢弯曲时，材料的外层受拉应力，内层受压应力，在压应力作用下易出现皱褶变形，在拉应力作用下，易出现翘曲变形。

型钢的弯曲变形情况如图6－66所示，变形程度决定于应力的大小，而应力的大小又决定于弯曲半径，弯曲半径越小，畸变程度越大。为了控制应力与变形，规定了最小弯曲半径，其数值可按表6－8中所列的公式进行计算，式中z₀为型钢的重心距。由于型钢热弯时能提高材料的塑性，所以最小弯曲半径可比冷弯小。型钢结构的弯曲半径应大于最小弯曲半径。

图6－66 型钢弯曲时的断面变形

表6－8 型材最小弯曲半径计算公式

(2)型钢的弯曲方法

型钢的弯曲方法基本上有手工弯曲、卷弯、回弯、压弯和拉弯等几种。

手工弯曲是在工作平台上，利用弯曲模具、大锤、卡子、定位圆楔(或方楔)操作来进行弯曲。如图6－67所示。

图6－67 角钢的手工弯曲

(a)内弯；(b)外弯

卷弯可在专用的型钢弯曲机上进行，如采用三辊型钢弯曲机弯曲，如图6－68所示。在卷板机的辊筒上套上辅助套筒也可进行弯曲，套筒上开有一定形状的槽(视型钢形式而定)，便于将需要弯曲的型钢边嵌在槽内，以防弯曲时产生皱褶。如图6－69所示。

图6－68 型钢弯曲机工作部分

(a)角钢内弯；(b)角钢外弯

图6－69 在三辊卷板机上弯曲型钢

(a)角钢内弯；(b)槽钢外弯

回弯是将型钢的一端固定于弯曲模具上，模具旋转时型钢沿槽具外形而发生的弯曲变形。

压弯是在压力机或撑直机上，利用模具进行一次或多次压弯，使型钢发生弯曲变形。

拉弯是在专用的拉弯设备上进行的，如图6－70所示。型钢两端由两夹头夹住，一个夹头固定在工作台上，另一个夹头由拉力油缸的作用，使钢材产生拉应力，旋转工作台，型钢在拉力的作用下沿模具发生弯曲。

图6－70 型钢拉弯机

1－夹头；2－靠模；3－工作台；4－型材；5－拉力油缸