压弯成型工艺分析与计算

3．压弯变形的特点

压弯时金属材料产生外拉内压，材料中间有一层既 不受拉也不受压的中性层。弯曲变形受最小弯曲半径的限 制和材料回弹的影响。 第二节、管材弯曲形式
一、圆管子弯曲形式 1、管子手动弯曲工具如图示：这类工具制造成本较低，调节方 便，适用于弯件品种繁多，生产最小而又缺乏专有设备。
图2-1.1 中小型弯管工具

3、管子挤压弯曲模 把管子放在定位块2中，通过凸模1的挤压，管子被迫通过型 槽中受挤压成形。见图2-1.5，凹模3由二块拼成。弯曲后， 分开凹模取出工件
2-1.5 摆块式矩形管弯曲模
二、矩形截面管件的弯曲

1、单角弯曲 模具结构见图2-1.6，凹模由两个可旋转的确良杠杆及夹 组成。
2-1.6 矩形管弯曲模

弯曲半径R按下式计算：
l (t t1 ) R .K t1
t1
l
K
t
——矩形管壁厚 ——刀口切入深度 ——矩形管高度 ——系数，根据材料性能和生产试验确定
三、 杆形件螺旋弯曲

各种杆形件见图2-1.9
2-1.9 各种形状的杆形件




用杆料（线材）来制造杆件形一般有以下几种方法： 1、在专用夹具上挠弯。 2、在车床上将线材卷绕在芯棒上，然后切断并校直 3、使用复杂的楔形摆块弯模弯曲 4、采用专用弯曲机进行自动弯曲。 在以上方法中，前二种方法生产效较低，后二种方法生产 效率高，但比较复杂，自动机的调整也较困难。 在普通冲床上采用螺旋弯曲的方法，弯制各种杆形（线材） 工件是一种的成形方法，螺旋弯曲不但模具结构简单，生 产率高，调整、维修也方便。配备上自动送料机构后，可 实现自动化或半自动化生产。
2-1.2 大型弯管工具

2、管子弯模 图2-1.3为管子弯槽结构，凹模3的凹槽直径小于管子直径 0.3~0.4mm.为了使管子不发生畸变，管子在里外支承面 的作用下，进行压弯。
图2-1.3 管子弯曲模 1—上模楔柱，2—斜楔支撑，3—成形下模。
2-1.4 管子挤压模 1—压柱；2—料腔；3—弯曲型模。

另一方面也影响管件在结构中的功能效果;管材内壁起皱不但 会削弱管子强度，而且容易造成流动介质速度不均，产生涡
流和弯曲部位积聚污垢，影响弯制管件的正常使用;回弹现象
( a b ) E
D
100%
图2-2。3 弯管的椭圆度 A—椭圆长轴直径 b—椭圆短轴直径 D—管子外径
2、弯管减速薄量的计算 管子弯曲后壁厚由于受拉，壁厚一般都有一定的减 薄现象，其减薄率的计算公式为
(t t1 ) C [ ] 100% t
式中
t
t1
——弯曲前管坯的壁厚 ——弯曲后管子壁厚
图2-82 管子受力后弯曲变形情况
一般情况下，管子弯曲后剖面形状近似于椭圆，当有填料和芯子弯曲时， 管子弯曲后剖面形状变化不大，见图2-2.2。 弯管剖面形状为近似椭圆形时，管壁厚度变薄量可按下式计算：
图2-2.2管子弯曲时的开裂与起皱 （a）有填料和芯子弯曲 （b）无填料限制时的弯曲
t0 t D0 t0 1 2r D0
二、管子弯曲变形过程 管子在弯曲过程中，外侧受拉，管壁变薄；内侧受压，管壁 增厚。当变形量过大时，外侧会开裂，内侧会起皱，见图2-2.1。
图2-2.1 管子弯曲时的开裂与起皱
（a）外侧开裂 （b）内侧起皱
三、弯管的椭圆度和减薄量

1、弯管的椭圆度 管材在自由弯曲时，其横 剖面会产生很大的变形，且 外侧管壁会减薄，内侧管壁 相应增厚如图的示： 变形取决于 R 与
α——工件的圆角半径r所对弧长的中心角； αp——凸模的圆角半径rp所对弧长的中心角。
t——毛坯的厚度（mm）。 E——弯曲材料的弹性模量（MPa）。
σs——弯曲材料的屈服强度（MPa）。
由于影响弯曲回弹的因素很多，而且各因素又相互影响， 因此，计算回弹角比较复杂，也不准确。生产中一般是按经 验数表或按力学公式计算出回弹值作为参考，再在试模时修 正。
4）模具间隙,间隙越大,回弹也越大 在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有较大的影 响。间隙越大，回弹角也就越大。
5)．弯曲的形状. (U形回弹小于V形) 校正弯曲时圆角部分的较小正回弹与直边部分负回弹 的抵销 ，回弹可能出现正、零或是负三种情况。
校正弯曲圆角部分的回弹比自由弯曲时大为减小。
第二章、管子弯曲
(２).影响回弹的因素
１)．材料的力学性能来自百度文库
S / E 越大，回弹越大。
材料的力学性能对回弹值的影响
1、3－退火软钢 2-软锰黄铜 4-经冷变形硬化的软钢
２)．相对弯曲半径
r /t
r /t
越大，回弹越大。
３)．弯曲中心角

越大，变形区的长度越长，
回弹积累值也越大，故回弹角
越大。
变形程度对弹性恢复值的影响
2-1.7切刀式矩形管弯曲模示意图 a—短边弯曲； b —长边弯曲
2-1.8 矩形管切口式弯曲工件
2、复杂形状的弯曲


模具结构见图1.6，适用于弯曲较小半径（r=10~25mm） 的矩形管件。 矩形管件弯曲的填充料由0.1~0.3mm厚的成束弹簧钢带叠 成，与管子的内形磨配，装入后再用0.5~3mm的楔楔住， 弯事再卸除。 3、用切发模专用压弯机上的弯曲，模具结构及刀口位置 调整见图2-1.7，工件图见图2-1.8。
第一节、管子弯曲概述
管子弯曲一般分为压弯、挤弯、拉弯及专用弯管机弯曲等。
一、管子压弯
(一)压弯原理和压弯变形特点


1．压弯原理 压弯是用机械加压的方法对金属材料施加弯矩，使其弯 曲成形的方法。 2、工艺 一般按管坏直径和壁厚不同情况选择不同的加工工艺。 小直径薄壁管 冷弯 大直径管材 热弯
图1-3 板的弯曲实验
1）纤维变化情况：如上图所示，平面弯曲时，其横截面 仍保持为平面，只产生了相对转动，一部分纵向“纤维”伸 长，一部分纵向 “纤维”缩短。中性层不变，其余的越远离 中层性的纵向“纤维”伸长（或缩短量）越大。
2）中性轴上应力分析

中性轴是横截面上压力、拉应力的分界线，中性轴上各点为压应 力 y 。以下的各点为拉应力 1 。由虎克定律 E 可 知，横截面上各点的应力大小与所在点到中性轴z的距离y成正比，
最小弯曲半径rmin的数值查相关表
图1-5 板料弯曲状态及中性层位置
二.弯曲件卸载后的回弹 1、回弹现象。
塑性弯曲时伴随有弹 性变形，当外载荷去除后， 塑性变形保留下来，而弹 性变形会完全消失，使弯 曲件的形状和尺寸发生变 化而与模具尺寸不一致， 这种现象叫回弹。
图1-6
弯曲时的回弹
图1-7
弯曲时的回弹
矩形板料： z
图1-4 梁截面上的弯曲应力分布
y
h b3 12
第二节、 弯曲件的质量分析
一、最小弯曲半径 r min/t：
(1)最小弯曲半径rmin/t的概念 :在板料不发生破坏的条件下，所 能弯成零件内表面的最小圆角半径。 常用最小相对弯曲半径rmin/t表示弯曲时的成形极限。其值 越小越说明板料弯曲性能越好。
t 0 ——管材厚度
t
——弯曲后外侧管壁厚
r ——弯曲半径，见图2-82
D ——管材外径
第四节、弯管质量分析
一、弯管常见的缺陷及其解决措施

从工艺分析可知，常见的弯管缺陷主要有以下几种形式:圆弧 处变扁严重(椭圆形)、圆弧外侧管壁减薄量过大、圆弧外侧 弯裂、圆弧内侧起皱及弯曲回弹等。随着弯管半径的不同， 前四种缺陷产生的方式及部位有所不同，而且不一定同时发 生，而弯曲工件的弹性回弹却是不可避免的。弯管缺陷的存 在对弯制管件的质量会产生很大的负面影响。管壁厚度变薄， 必然降低管件承受内压的能力，影响其使用性能;弯曲管材断 面形状的畸变，一方面可能引起横断面积减小，从而增大流 体流动的阻力，
1.弯曲变形过程
为例来说明材料弯曲变形的过程。
图1-1 弯曲过程 a）r=r0 b）r=r1 c）r=r2
d）r=r
2.弯曲变形的特点
为了观察板料弯曲时的金属流动情况，便于分
析材料的变形特点.
图1-2
材料弯曲前后的网格变化
三、 板料弯曲正应力。 1、 板料弯曲时截面上弯曲正应力的分布规律。


90
0
90
2）按纯塑性弯曲计算，凸模圆角半径及角度按下式计算。 当板料相对弯曲半径r/t＞5 ～ 8时，凸模圆角半径和中心 角可按下式计算，在试模时再修正。
1 rp s r 1 3 s 1 3 Et r Et
r
r p rp
t 1800 p
式中 r——工件的圆角半径（mm）； rp——凸模的圆角半径（mm）；
R R 相对弯曲半径 D


图2-2。2 弯管的截面变化


是指管子中性层的弯曲半径 R 和管子外径D的比值
相对壁厚 D 是指管子壁厚 与管子 外径的比值D。 相对弯曲半径和相对壁厚的 值越小，则弯曲变形越大， 甚至造成外侧管壁破裂和内 侧管壁起皱。 管子弯曲后的椭圆度不应过 大，应符合椭圆度E计算公 式
2、回弹的表现形式：
①弯曲回弹会使工件的圆角半径增大，即rz＞rp。则 回弹量可表示为： Δ r=rz - rp
②弯曲回弹会使弯曲件的弯曲中心角增大，即α ＜α p。 则回弹量可表示为： Δ α =α -α p
3、回弹值的确定 1）小圆角半径弯曲回弹： A、 当相对弯曲角900时，半径r/t＜5～8时，弯曲半径 变化很小,可以不考虑,仅考虑弯曲角变化回弹值时。可 查附录P及有关冲压手册初步确定回弹值，再根据经验 修正给定制造时的回弹量。然后在试模时进行修正。 B、当弯曲角不是900时,其回弹角则用公式计算

由于位于弯曲变形区最外侧和最内侧的材料所受的切向应力 最大，故其管壁的厚度变化也最大。因此，外侧管壁会过量 减薄。当变形程度过大时，最外侧管壁会产生裂纹，最内侧 管壁会出现失稳而起皱。同时，由于弯曲内、外侧管壁上切 向应力在法向的合力(外侧切向拉应力的合力N,向下，内侧 切向压应力的合力N2向上)的作用，使弯曲变形区的圆管横 截面在法向受压而产生畸变，即法向直径减小，横向直径增 大，从而成为近似椭圆形(见图2-2.23)。变形程度越大，则 畸变现象越严重。另外，由于从拉应力过渡到压应力的弹性 阶段的存在，卸载时外层纤维因弹性恢复而缩短，内层纤维 因弹性恢复而伸长，结果使工件弯曲的曲率和角度发生显著 变化，与模具的形状和设计要求的形状不一致，造成弯曲回 弹现象，降低了弯曲件的工艺精度。
第一章 板料压弯工作原理
第一节、压弯曲概述
一、压弯曲概念： 弯曲： 将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度
和一定的曲率，形成所需形状零件的冲压工序。 生活中的弯曲件
弯曲方法：弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以
及在专用弯曲设备上进行的压弯、绕弯、滚弯、拉 弯等。
二、
钢板在压弯曲变形过程及特点 图1-1所示为比较典型的V形校正弯曲，这里以此
距中性轴越远的点应力截越大。

y

max
ymax
式1-1
2、弯曲正应力的计算
My z
式1-2
式中M为弯矩，y是中性层到外受力点距离。
z
——惯性矩
对于管子； z y 0.05D 4 (1 a 4 ) 式中a d D

64
(D4 d 4 )
式1-3
b h3 12
压弯成型工艺
主讲：刘贤文 广东省机械研究所产学研中心
第一章 板料压弯工作原理 第一节、压弯曲概述 第二节、 弯曲件的质量分析 第二章、管子弯曲 第一节、管子弯曲概述 第二节、管材弯曲形式
第三节、管子弯曲工艺分析 第四节、管子弯曲产生的椭圆度分析 第五节、管子最小弯曲圆角半径
第六节、管子弯曲工艺方法 第七节、弯曲回弹
第三节、管子弯曲工艺
一、弯管工艺分析

管材弯曲与板材弯曲相比，虽然从变形性质等方面看非常 相似，但由于管材空心横断面的形状特点，弯曲加工时不仅 容易引起横断面形状发生变化，而且也会使壁厚发生变化。 因此，在弯曲加工方法、需要解决的工艺难点、产品的缺陷 形式和防止措施、弯曲用模具及设备等方面，两者之间存在 很大差别。我们知道 ，在纯弯曲的情况下，外径为D，壁厚 为S的管子受外力矩M的作用而弯曲时，弯曲变形区的外侧 材料受到切向拉伸应力的作用而伸长，从而使外侧管壁减薄: 内侧材料则受到切向压应力的作用而缩短，从而使内侧管壁 增厚。