金属薄板弯曲性能与试验方法

◆ 弯曲性能 ( Bendability ) 弯曲成形时，金属薄板抵抗变形区外层
拉应力引起破裂的能力。
金属薄板弯曲性能试验方法
直接试验 又称工艺试验，分为实际成形试验和模拟成形
试验。
间接试验 指通过测定各种与成形性能相关的金属薄板性
能试验或金属学试验等。最常用的间接试验是单向 拉伸。金属学主要用来测定金属薄板的硬度、表面 粗糙度、结晶方位、晶粒度和化学成份及组织结构 等。
性能对相对弯曲半径（r/t）的影响。 • 碳钢板组：根据实验数据和结果分析影响弯曲件成形的工艺要素；
分析板厚和弯曲角度对相对弯曲半径（r/t）的影响，若采用本实 验使用的折弯机，当板厚3mm时，为何不推荐V=16mm的槽进行弯 曲？试分析原因。 • 完成思考题（1）。 • 写出实验体会（自选）。
上模装有精度补偿机构，以保证较高的折弯精度。
结构简述
机身 机身采用焊接结构制成。 滑块及下程调节 滑块由整块钢板制成，左右油缸安置在滑块两端的空腔内并与活塞连杆
连接在一起，油缸固定在机身上，通过液压驱动使活塞杆带动滑块运 动。为保证滑块在下死点的精度定位，在左右油缸内设有机械挡块机 构，通过机器右端手轮可调节挡块位置，并有计数器显示。 同步机构 滑块在运行中的同步，采用机械强迫同步机构，滑块两端有连杆与一扭 轴相连，又扭轴强迫同步，结构简单、稳定可靠，具有一定的同步精 度，并有偏心套用来调整滑块与工作台面间的平行度。
回弹的抑制
板料的纤维方向
• 冲压所用的板材多为冷轧板材，由于经过多次轧 制，板材具有方向性，平行于纤维方向(轧制方向) 的塑性指标大于垂直于纤维方向的指标。因此当 弯曲件的折弯线与板料纤维方向相垂直时，rmin/t 的数值最小；如果折弯线与板料纤维方向平行， rmin/t的数值最大。在弯制r/t较小的弯曲件时，板 料的排样应使折弯线尽可能垂直于板料的纤维方 向，当r/t较大时，折弯线的布置主要是考虑材料 利用率的大小。如果在同一零件上具有不同方向 的弯曲要求，那么在考虑弯曲件排样经济性的同 时，应尽可能使弯曲线与板料纤维方向的夹角不 小于30°。
金属薄板弯曲性能实验
清华大学基础工业训练中心
基本概念
冲压的基本概念
• 冲压成形是塑性加工的一种方法。 • 冲压（Stamping）是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的
模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性成形，从而获得所需 形状和尺寸的毛坯或零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工 方法。 • 冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来 加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。相对于冷冲压加 工而言，将材料加热后进行的冲压称为热冲压。
3. 观察弯曲过程和弯曲回弹现象。 4. 掌握万能角度尺、半径规等测量工具的使用，测量模具尺寸参数和
板料基本尺寸。 5. 熟悉板料折弯机的操作使用。
实验报告要求
• 实验报告用A4纸打印，应注明：报告人、实验日期、实验报告日 期、同组人员名单
• 实验目的、内容、实验简单原理 • 试件材料：牌号、供应状态、尺寸。 • 根据实验结果，分析弯曲过程及弯曲回弹现象。 • 铝板组：根据实验数据和结果分析板料轧制纤维方向和板料成形
弯曲力分析与计算
• 简化的理论计算公式如下
F= b s2δb/ v
WE67Y-40/2000 板料折弯机
• 机器的用途和特点 用途 本机器是一种完成板料折弯的通用设备。采用较简
单的通用模具，具有较高的的劳动生产率和折弯 精度，可把金属板料压制成一定几何形状，对不 同厚度的板料，应选用不同开口尺寸的V形下模， 详见板料折弯压力表，如配备相应的工艺设备， 还可以用作冲槽，冲孔，压波纹，浅拉伸等。
模具
上模采用螺钉和压板与滑块固定。滑块上设 置可调节楔块，调整楔块位置可保证折弯 件的精度。
下模装入模座凹槽内，并置于工作台上，利 用调节螺钉可使下模座前后移动，以便模 口对准上模中心。
液压系统调压原理简介
• 液压系统的远程调压回路原理如图1所示。 远程调压阀（图1中的“2”所示）的控制管 路接在先导式溢流阀（图1中的“1”所示） 的遥控口上，远程调压阀可在溢流阀1所调 定的系统安全压力之下，任意调节工作压 力。这种回路既起到安全保护作用，又可 实现系统工作压力的调节，当加压载荷产 生时，系统工作压力的数值由压力表显示。
成形性能不是金属薄板的固有物性，而是一 种与材料变量、加工过程变量和产品设计变量相 关的状态，这种状态反映制件的成形难度，在不 通冲压成形方式下具有不同的表现。
破裂（或缩颈）、皱曲和回弹是影响制件质 量的三大成形缺陷。
金属薄板在冲压成形过程中抵抗缩颈或破裂 的能力称为抗破裂性；在冲压加载过程中获取模 具形状和尺寸并不产生皱曲等板面缺陷的能力称 为贴模性；在冲压成形之后能使脱模制件抵抗回 弹保持其既得形状和尺寸的能力称为定形性。
• 冲压一般没有切屑碎料产生，材料的消耗较少，且不需其他 加热设备，因而是一种省料、节能的加工方法，冲压件的成 本较低。
• 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自 动化。
• 冲压模具结构复杂，加工精度要求高，制造费用大，因此冲 压加工适用于大批量生产。
冲压的应用
• 冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十 分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压方法 加工产品零部件，如航空、航天、船舶、轨道列车、 汽车、农机、军用武器、仪器仪表、电子、家庭日用 品、家电及轻工等行业。
根据基本冲压成形方式，成形性能分为 以下5种：
◆ 胀形性能 ( Stretchability ) ◆ 拉深性能 ( drawability ) ◆ 扩孔性能 ( Hole Expansibility,Hole
Flangability ) ◆ 弯曲性能 ( Bendability ) ◆ 复合成形性能 ( Complex Formability )
调压螺钉 弹簧 滑阀
图2 溢流阀示意图
板料折弯机
板料折弯机：油箱、电机、液压泵
板料折弯机控制按纽
板料折弯机调压手柄
实验内容和要求
• 实验板料： 纯铝1060，t=1.1mm，3mm，供应状态：半硬态，退火态 低碳钢（08钢），t=1.5mm，供应状态：冷轧
• 内容：（1） t=1.1mm纯铝板（半硬态和退火态）， 进行300压弯和1800压扁。
◆ V形压弯试验方法的实际应用： （1）商用板材供货验收依据之一； （2）板料折弯机工作精度常规检测方法之一； （3）通用弯曲模具设计与制造参数依据之一； （4）确定板料折弯展开长度修正系数的依据。
与本实验相关的基本概念
• 弯曲是将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成一 定曲率和角度的制件的成形方法。弯曲的应用相 当广泛，用弯曲方法加工的零件种类非常多。在 生产中由于所用的工具及设备不同，因而形成了 各种不同的弯曲方法。例如在压力机上采用模具 的压弯，折弯机上的折弯，辊弯机上的辊弯，拉 弯设备上的拉弯等。尽管各种弯曲的方法不同， 但它们的变形过程及变形特点，都存在着一些共 同的规律。
板料V型的弯曲过程分步演示及弯曲力分析
• 如图所示，凸、凹模与金属板料在A、B处相接触，凸 模在A点处所施加的外力为2F，凹模在B点处产生的反 力与此外力构成弯曲力矩M=Fll2。
• 随着凸模逐渐进入凹模，支承点B将逐渐向模中心移动， 即力臂逐渐变小，直至为零，同时弯曲件的弯曲圆角
半径逐渐减小，直至所确定的弯曲半径R。
• 在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大， 少则60%以上，多则90%以上。大到汽车车身覆盖件， 小到日常用品，餐具、饮料罐等等。
轿车车身覆盖件及内部冲压成形件
压力容器
金属薄板成形性能试验的应用
◆ 金属薄板成形性能评估
按照现• 特点 位于机身两端的油缸安置与滑块相应空腔内直接驱动滑块工
作，故机器结构简单，高度降低。 滑块由扭轴强制实现同步，并能承受一定偏载。 机架采用厚钢板焊接的整体结构，具有足够的刚度和强度。
采用电器－液压控制，可进行单次、连续、点动和中途停止 的动作，易实现单机自动和用于流水线上。
滑块向下行程的位置有机械挡块任意调节，以满足自由折弯 的需要，滑块向上行程的位置有电气挡块调节以控制其返 回长度。
（2） t=1.5mm低碳钢板， t=3mm纯铝板， 进行指定槽宽（V=8，16，24mm）的弯曲。
1. 认识弯曲过程，分析板料轧制纤维方向和板料成形性能对相对弯曲 半径（R/t）的影响。
2. 了解如何通过调整行程完成指定弯曲角度的弯曲，如何进行定位完 成指定边高的弯曲，分析板厚和弯曲角度对相对弯曲半径的影响。
• 当板料弯曲到一定程度时，板料与凸模有三点相互接触， 这之后凸模便将板料的直边朝与以前相反的方向压向凹模，
形成五点甚至更多点接触。
• 当凸模在最低位置时，板料的角部和直边均受到凸模的压 力，弯曲件的圆角半径和夹角完全与凸模吻合，弯曲过程 结束。
弯曲变形时的弹复
• 和所有的塑性加工一样，弯曲时，在毛坯的变形区里，除产生塑性变 形外，也一定存在有弹性变形。当弯曲工作完成并从模具中取出弯曲 件时，外加的载荷消失，原有的弹性变形也随着完全或部分地消失掉， 其结果表现为在卸载过程中弯曲毛坯形状与尺寸的变化。这个现象为 弹复，也叫回弹。回弹可以通过补偿法（图3（a），（b））、校正 法（图3（c））、三点式折弯（图3（d））等方法进行抑制。
• 成形工序是指坯料在不破裂的条件下，产生塑性变形而 获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。常见的成形工序 有弯曲、拉深、胀形、翻边、缩口、旋压等。
冲压的特点
• 冲压时由模具保证冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏 冲压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件 的质量稳定，互换性好。
• 冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，加上冲压 时材料的冷变形硬化效应，冲压件的强度和刚度均较高。
◆ 弯曲(Bending)加工工艺的特点是在工件的外表面 产生拉伸（抗拉伸长），而在工件的内表面产生压缩。 在弯曲过程中（a）全部应力-应变曲线都是横向的；
（b）弹性应力导致回弹和残余应力的驻留。
• 这一工艺的特点是在外表面施以张拉（拉伸）而 在内表面施以压缩，对于给定的板厚h，拉伸和压 缩应变随成形半径R的减小（即随R/h比的减小） 而增加。为使零件保持形状、 R/h比必须小到足 以使大部分横断面成塑性流动状态。正如在弹性 弯曲中那样，仅有一条（中性线）保持其原始长 度。当弯曲相当平缓的半径时，中性线在中心， 当绕小的半径弯曲时，中性线向压缩边移动，中 心线伸长，体积常量通过将板减薄保持。
（1）对于某种冲压成形制件，即使采用最高 等级的材料仍然会产生严重的成形缺陷或很高 的废品率。
（2）采用相同级别的材料，但改用不同厂家 生产或生产期不同的板材，本来正常的冲压成 形生产会突发成形缺陷或废品。
成形性能的涵义
金属薄板的成形性能 ( Sheet Metal Formability )，指其在冲压成形过程中对成形工艺的 适应能力。它取决于： 1. 金属薄板的静态品质， 2. 薄板在动态冲压过程中承受的应力应变条件， 3. 薄板制件的几何特征。
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冲压加工的三要素
• 冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工 的三要素。
冲压工艺
• 冲压工艺方法可以归纳为分离工序和成形工序两大类。 • 分离工序是指通过冲压使坯料沿一定的轮廓线相互分离
而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压件（俗称冲裁 件）的工序。常见的分离工序有切断、落料、冲孔、切 口、切边、剖切等。