弯曲件回弹主要影响因素研究_王洪芬

第25卷第3期

吉林工程技术师范学院学报 V o l 125N o 13

2009年3月

Journa l of J ilin T eache rs Instit ute o f Eng i nee ri ng and T echno l ogy

M ar 12009

收稿日期:2008-02-27

作者简介:王洪芬(1980- ),女,吉林德惠人,吉林工程技术师范学院机电工程学院助教,主要从事机械制造及冲压模具设计教学研究。

弯曲件回弹主要影响因素研究

王洪芬1

,陶忠祥

2

(1.吉林工程技术师范学院机电工程学院,吉林长春130052;

2.空军航空大学航空机械工程系,吉林长春130022)

[摘 要]板料成形过程中普遍存在着回弹问题,特别在弯曲和浅拉深过程中回弹现象更严重,在板料

成形领域,回弹已成为模具设计中的关键问题。本文旨在浅析板料成形过程中弯曲件的回弹现象,研究影响回弹的主要因素。

[关键词]弯曲件;回弹;影响因素

[中图分类号]TH 16 [文献标识码]A [文章编号]1009-9042(2009)03-0064-03

Study on theM ain I nfluence Factors of Spring Back in Bending Parts

WANG H ong -fen 1

,TAO Zhong-x iang

2

(1.Co llege of E lectro m echanical Engineer in g,J ilin T eachers Institute of Eng i neering and T echnology,Changchun J ili n 130052,China ;2.D e p art m ent of A vi a tionM echanical Eng i neering ,A viation Un i vers it y of A ir Force ,Changchun J ilin 130022,Ch i na)

Abstract :Spring back ex ists w ide l y i n sheet m eta l for m ing processes ,and particularly in ben -ding and sha llo w dra w ing process .It has been the key prob le m of mould desi g n i n the fie l d o f

sheetm etal for m i n g .Through the research on the pheno m enon o f spri n g back i n sheet m etal for m ing processes ,t h is paper d iscussed the m a i n infl u ence factors o f spri n g back i n bending parts .

Key w ords :bend i n g parts ;spring back;i n fl u ence factors

板料成形过程中普遍存在着回弹问题,特别在

弯曲和浅拉深过程中回弹现象更严重,在板料成形领域,回弹已成为模具设计中要考虑的关键问题,由于回弹的存在,卸载后零件的形状尺寸与模具表面的形状尺寸不能完全符合,零件的尺寸精度达不到设计要求,对生产效率造成极大的影响,所以有必要对其进行深入的研究和有效的控制。回弹是不可避免的,在实际生产中,准确掌握回弹规律和回弹值大小,剖析影响回弹的因素,实用的工艺技术方法,有助于改善和消除弯曲回弹倾向,提高生产效率和工艺质量。因此,对回弹机理以及影响回弹因素的研究至关重要。本文旨在浅析板料成形回弹现象,研究影响回弹的主要因素。

1 弯曲件的回弹

1.1 回弹现象

与所有的塑性变形一样,塑性变形时伴随有弹性变形,塑性变形保留下来,而弹性变形会完全消失。由于弯曲时内、外区切向应力方向相反,因而弹性回复方向也相反,即外区弹性缩短而内区弹性伸长,这种反向的弹性回复加剧了工件形状和尺寸的改变,使弯曲件的形状和尺寸与模具尺寸不一致,这种现象叫弯曲回弹(简称回弹)。

另外,对整个坯料而言,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会弹,这是弯曲回弹比其他成形工艺回弹严重的另一个原因。他们对弯曲件的形状和尺寸变化影响十分显著,加之回弹是不可避免的,因此,与其他变形工序相比,弯曲过程的回弹现象是一个影响弯曲件精度的重要问题。

第25卷 第3期王洪芬等:弯曲件回弹主要影响因素研究

1.2 回弹现象的表征及模具相关尺寸的修正

弯曲件的回弹现象通常表现为两种形式,如图1

所示。

图1 弯曲时的回弹

1.2.1 曲率变化

卸载前弯曲中性层的半径为Q ,卸载后的弯曲半径为Q ,曲率则由1/Q c 减小为1/Q c 。1.2.2 弯曲中心角变化

由回弹前弯曲中心角度即凸模的中心角度A 变为回弹后的中心角度A c ,则弯曲中心角减小$A =A -A c 。

弯曲角B (弯曲件两直边夹角)与弯曲中心角A 互为补角,在回弹中变化趋势相反即$B =B -B c 。

计算曲率变化和弯曲中心角的目的在于修正相应的模具尺寸,从应用方便考虑,通常在设计及制造模具时,一般求出考虑回弹量的凸模弯曲角和凸模圆角半径,然后直接在模具上进行修改。

2 影响回弹的主要因素

由于弯曲变形的特殊机理,卸载后的回弹成为影响弯曲件质量的主要原因,所以必须对回弹影响因素进行认真分析。2.1 材料的力学性能

金属材料的变形特点,卸载时弹性恢复的应变量与材料的屈服强度成正比,与材料的弹性模量成反比,即R s /E 越大,卸载时弹性回弹越大。这是因为,材料屈服强度R s 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,所以回弹值也越大;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。

如图2(a)所示的两种材料,屈服强度基本相同,但弹性模量不同(E 1>E 2),在弯曲变形程度相同的条件下,退火软钢在卸载时的弹性恢复变形小于

软锰黄铜,即E c 1

。又如图2(b)所示的两种材料,弹性模量基本相同,但屈服强度不同(R s 4>R s 3),在弯曲变形程度相同的条件下,经冷作硬化而屈服强度较高的软钢在卸载时回弹变形大于屈服强度较低的退火软钢,即E c 4

。需要注意的是,所有钢材的弹性模量相差不大,但屈服强度和硬化指数却有较大差别,因此为减小回弹,在选取弯曲件材料时应重点考虑屈服强度和硬化指数小的材料。

图2 材料力学性能对回弹的影响

2.2 相对弯曲半径r

相对弯曲半径r =Q /t 表示弯曲成形的变形程度。回弹值$A 与相对弯曲半径r 成正比,r 越小,断面中塑性变形区越大,切向总应变中弹性应变分量所占的比例越小,因此,卸载时弹性回弹$A 随r 的减小而减小,而r 值较大时,虽然变形程度很小,但材料断面中心部分会出现很大的弹性区,所以回弹值越大,为了减小回弹,一般都选择较小的相对弯曲半径,但过小的弯曲半径易使工件弯曲处破裂,必须权衡利弊。2.3 弯曲角A

弯曲角越大表示变形区越大,则工件的角度回弹值也越大,且弯曲角与弯曲半径的回弹值有关。2.4 材料的表面质量

板材厚度的精度、表面质量和平度对回弹有较大的影响,若板料厚度公差范围大,其回弹值$A 的波动就越大,板料厚度越薄,受这方面的影响就越大。此外,若材料表面不平,凸起及有杂质,则在弯曲时将会产生应力集中,因而对回弹有较大的影响,甚至还会产生翘曲和扭弯、开裂等缺陷。2.5 弯曲件形状及模具工作部分尺寸

弯曲件形状及模具工作部分尺寸对回弹值有较大的影响,一般说来,U 形工件(双角弯曲)的回弹比V 形工件(单角弯曲)的回弹要小,这是因为U 形件的底部在弯曲中存在有拉伸变形的成份,故回弹

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