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冲压工艺及模具设计三.docx
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冲压工艺及模具设计三.docx
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第三章弯曲
内容简介:
弯曲是冲压基本工序。 本章在分析弯曲变形过程及弯曲件质量影响因素的基础上,介绍弯
曲工艺计算、工艺方案制定和弯曲模设计。涉及弯曲变形过程分析、弯曲半径及最小弯曲半
径影响因素、弯曲卸载后的回弹及影响因素、减少回弹的措施、坯料尺寸计算、工艺性分析
与工艺方案确定、弯曲模典型结构、弯曲模工作零件设计等。
章节内容:
3.1 弯曲变形分析
3.2 弯曲力的计算
3.3 弯曲件坯料展开
3.4 弯曲的质量问题与分析
3.5 弯曲件的工艺性
3.6 弯曲模工作部分设计
学习目的与要求:
1.了解弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素;
2.掌握弯曲工艺计算方法。
3.掌握弯曲工艺性分析与工艺设计方法;
4.认识弯曲模典型结构及特点,掌握弯曲模工作零件设计方法;
5.掌握弯曲工艺与弯曲模设计的方法和步骤。
重点内容:
1.弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素;
2.弯曲工艺计算方法;
3.弯曲工艺性分析与工艺方案制定;
4.弯曲模典型结构与结构设计;
5.弯曲工艺与弯曲模设计的方法和步骤。
难点内容:
1.弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素;
2.影响回弹的因素与减少回弹的措施 ;
3.弯曲工艺计算;
4.弯曲模典型结构与弯曲模工作零件设计。
主要参考书:
[1] 王同海.实用冲压设计技术.北京:机械工业出版社,2000
[2] 冯炳尧.模具设计与制造简明手册.上海:上海科学技术出版社,2000
复习思考题:
3-1 减少弯曲回弹的措施有哪些?
3-2 如果弯曲件的相对弯曲半径小于最小相对弯曲半径,压弯时会出现什么质量问题?应采
用什么措施加于防止?
3-3 简述偏移、截面畸变的成因及防止措施。
3-4 弯曲件的工艺分析通常应包括哪些?
3-5 计算图 3.52 弯曲件的坯料展开尺寸?
3-6 计算图 3.53 坯料展开尺寸,计算弯曲模的工作部分尺寸并画出示意图?
例题与解答:
[1]弯曲工艺及模具设计综合实例
电子教材
3.1 弯曲变形分析
图 3.1 所示为板料在 U 形弯模与 V 形弯模中受力变形的基本情况。凸模对板料在作
用点 A 处施加外力 p(U 型)或 2p(V)型,则在凹模的支承点 B 处引起反力 p,并形成弯曲力
矩 M=pa,这个弯曲力矩使板料产生弯曲。
图 3.1.2 是 V 型弯曲件的弯曲过程。弯曲开始时,模具的凸、凹模分别与板料在 A、B
处相接触,使板料产生弯曲。在弯曲的开始阶段,弯曲圆角半径 r 很大,弯曲力矩很小, 仅
引起材料的弹性弯曲变形。随着凸模进入凹模深度的增大,凹模与板料的接触处位置发生变
化,支点 B 沿凹模斜面 不断下移,弯曲力臂 l 逐渐减小,即 ln<l3 <l 2 <l1 。 同时弯曲圆
角半径 r 亦逐渐减小,即 rn <r3 <r2 <r1 ,板料的弯曲变形程度进一步加大。接近行程终
了时,弯曲半径 r 继续减小,而直边部分反而向凹模方向变形,直至板料与凸、凹模完全贴
合。
图 3.2 弯曲前后坐标网络的变化
1.弯曲圆角部分是弯曲变形的主要变形区
通过对网格的观察,弯曲圆角部分的网格发生了显著的变化,原来正方形网格变成了扇
形;而在远离圆角的直边部分,则没有这种变化;在靠近圆角处的直边,有少量的变化,这
说明弯曲变形区主要在圆角部分。通过不同角度的弯曲,会发现弯曲圆角半径越小,该变形
区的网格变形越大。因此,弯曲变形程度可以用相对弯曲半径来表示(r/t)。
2.弯曲变形区的应变中性层
比较变形区内弯曲前后相应位置的网格线长度可知,板料的外区(靠凹模一侧),纵向纤
维受拉而伸长;内区(靠凸模一侧),纵向纤维受压缩而缩短。内、外区至板料的中心,其缩
短和伸长的程度逐渐变小。由于材料的连续性,在伸长和缩短两个变形区域之间,其中必定
有一层金属纤维材料的长度在弯曲前后保持不变,这一金属层称为应变中性层(图中 o-o
层)。 应变中性层长度的确定是今后进行弯曲件毛坯展开尺寸计算的重要依据。当弯曲变
形程度很小时,应变中性层的位置基本上处于材料厚度的中心,但当弯曲变形程度较大时,
可以发现应变中性层向材料内侧移动,变形量愈大,内移量愈大。
3. 变形区材料厚度变薄的现象
弯曲变形程度较大时,变形区外侧材料受拉伸长,使得厚度方向的材料减薄;变形区内
侧材料受压,使得厚度方向的材料增厚。由于应变中性层位置的内移,外侧的减薄区域随之
扩大,内侧的增厚区域逐渐缩小,外侧的减薄量大于内侧的增厚量,因此使弯曲变形区的材
料厚度变薄。变形程度愈大,变薄现象愈严重。变薄后的厚度 t′ =ηt(η 是变薄系数)。
4.变形区横断面的变形
板料的相对宽度 B/t(B 是板料的宽度,t 是板料的厚度)对弯曲变形区的材料变形有很
大影响。一般将相对宽度 B/t >3 的板料称为宽板,相对宽度 B/t ≤ 3 的称为窄板。
窄板弯曲时,宽度方向的变形不受约束。由于弯曲变形区外侧材料受拉引起板料宽度方
向收缩,内侧材料受压引起板料宽度方向增厚,其横断面形状变成了外窄内宽的扇形(图
3.3a)。变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变。
宽板弯曲时,在宽度方向的变形会受到相邻部分材料的制约,材料不易流动,因此其横
断面形状变化较小,仅在两端会出现少量变形(图 3.3b),由于相对于宽度尺寸而言数值较
小,横断面形状基本保持为矩形。虽然宽板弯曲仅存在少量畸变,但是在某些弯曲件生产场
合,如铰链加工制造,需要两个宽板弯曲件的配合时,这种畸变也会影响产品的质量。
(a)窄板,B/t ≤ 3; (b)宽板,B/t >3
图 3.3 弯曲变形区横断面的变形
3.2 弯曲变形时的应力应变状态
对于厚度为 t 的板材,在弯曲变形的初始阶段,弯曲力矩不大,变形区受最大压应力内
层金属和受最大拉应力的外层金属,都没有达到屈服极限,仅产生弹性变形,其应力的分布
见图 3.5a。当弯矩继续增大,毛坯的曲率半径 r 变小,变形区内、外层金属首先进入塑性变
形状态,,然后逐步从内、外层向板厚中心扩展(图 3.5b、c)。
(a)弹性弯曲; (b)弹-塑性弯曲; (c)塑性弯曲
图 3.5 弯曲毛坯变形区的切向应力分布
1.弹性弯曲条件
在弹性弯曲时,受拉的外区与受压的内区以中性层为界,中性层正好通过毛坯的中间层,
其切向应力应变为零。若弯曲内表面圆角半径为 r,中性层的曲率半径为 ρ=r+t/2,弯曲中心
角为 α,则距中性层 y 处(图 3.1.6)的切向应变 εθ 为
(3.1.1)
切向应力为: (3.1.2)
从上式可知,材料的切向应力 σθ 和切向应变 εθ 的大小只决定于 y/ρ,与弯曲中心角无
关。当变形不大,可以认为材料不变薄,且中性层仍在板料中间。板料变形区的内表层和外
表层的切向应变与应力值(绝对值)最大,为:
(3.1.3)�
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