折弯结构

2024-06-24

折弯结构（精选八篇）

折弯结构篇1

钣金加工技术是一类等厚度金属板材的剪冲折焊粘等加工工艺,主要包括剪板、冲压、切板、复合、折板、焊接、拼接、成型等加工技术。一般来说,钣金加工工厂必备的设备有剪板机、冲压机床、折弯机床等机床。其中,折弯工艺是对钣金加工的进一步结构完善,为设计制造结构复杂的五金工序提供了强大的技术支撑。折弯工艺必须考虑折弯件材料的强度以及材料的塑性,在保证折弯件不损坏的前提下,完成相应的折弯变形,最后形成所需要的复杂结构件的形状,满足对应的强度、力学性能等需要。复杂结构的钣金加工在电子电路、仪器仪表、精密仪器等结构中得到广泛使用。

日前,政府发布了相关制造业的发展计划。作为行业中的技术支撑,钣金制造工艺与时俱进,吸收先进技术,完善力学结构,改善相应操作,以期达到当今产业以及行业的需求。本文主要以钣金折弯加工中的难点出发,提出一类力学模型在钣金加工中的应用,随后提出相应的加工方案。

1 钣金折弯加工难点

在钣金加工中,当折弯加工材料强度大时,板材的塑性性能较强,折弯时必须考虑材料受到的各种力。此外,材料导热性差,会导致板材折弯过程中折弯区域受热集中导致的材料发生塑性形变,且高温往往集中折弯受力方向,从而影响板材的后续使用。由于不锈钢以及一些高温合金不锈钢为奥氏体组织,快速折弯会使部分硬化现象明显,导致材料发生严重的缺陷。

一般,还会出现下列情况。

(1)带斜边的折弯边应避开变形区。当对带斜边的板材进行钣金加工时,首先明确板材对应斜边的变形区域,划定变形范围。随后对板材进行折弯加工时,操作人员需要适当避开变形区域。如遇到无法避开的情况,需要当即避开斜边部位,以免加工出无法使用的板材。

(2)当遇到打死边的设计时,需要根据材料的厚度计算打死边的死边长度。一般死边最小长度满足:L≥3.5t+R。其中,t为材料厚度,R为打死边前道工序的最小内折弯半径,L为死边的最小长度。

(3)设计时需要添加的工艺定位孔。为保证毛坯在模具中准确定位,防止弯曲时毛坯偏移而产生废品,应预先在设计时添加工艺定位孔。特别是多次弯曲成形的零件,均必须以工艺孔为定位基准,以减少累计误差,保证产品质量。

(4)标注弯曲件相关尺寸时,要考虑工艺性。换句话来说,需要考虑加工工艺的顺序。当材料先冲孔后折弯时,折弯容易保证尺寸精度,而且加工十分简单。若是尺寸精度要求十分高,则需要先折弯后加工孔。这种工序较为麻烦,无法达到高效简单的加工过程。

(5)适当规避弯曲件的回弹。影响回弹的因素有材料的机械性能、壁厚、弯曲半径以及弯曲时的正压力等多种因素。其中,折弯件的内圆角半径与板厚之比越大,回弹就越大。一般从设计上就可以抑制回弹,如利用改进结构让回弹角变小,在弯曲区压制加强筋,不仅可以提高工件的刚度,也有利于抑制回弹。

2 折弯技术模型

2.1 折弯技术的应用

折弯技术目前被普遍用于复杂机械构件的加工领域,为技术的进步以及经济的发展提供了强大的基础支撑。折弯技术是机械制造中的一项重要技术,是许多精密复杂产品制造不可缺少的加工方法。折弯是钣金加工复杂零部件中常见的技术,复杂结构的钣金加工在电子电路、仪器仪表、精密仪器等结构中得到广泛的使用。为了进一步减少配合工序,考虑组件受力问题,弯折部位通常采用相应的模型达到一定的通用性能。本文将提出一种力学模型来解决折弯过程中的一些精度问题。

2.2 力学模型

折弯机床在进行钣金折弯工艺时,受到来自各个方向的力以及力矩的作用。但是,在进行理论计算的过程中,设计人员仅仅考虑到单一的弯曲应力或是力矩作用,导致实际加工出来的折弯结构误差大,不满足精密装配的要求,对一些领域的发展带来了阻碍。所以,提出一种模型来解决复合应力情况。

模型构想如图1所示。找到折弯过程中的各处应力,类比千斤顶的理论力学模型,将各处应力垂直拟合到对应的两个方向或是一个方向,其中可以忽略一些微小的理论应力或是变形。

所提到的最终的两个复合应力方向可以如图呈90°垂直,也可以呈任意的一个角度,最终形成两个垂向的力。当结构弯折还需要相应的力矩时,利用右手螺旋定则,以x向或是y向为基准,存在有一定的复合力矩。

最后,可以采用Mises屈服准则,得到正应力x与剪应力y满足的塑性方程:

要达到以上模型的拟合,必须达到以下要求:

假设折弯材料是理想情况下的弹性材料,才能保证得到这类基础模型。

必须保证折弯材料处于相对静力学的条件下,才能得到与理论相差无几的实际应用,并保证折弯过程中各方面误差的精密计算。

误差相较于弯折应力以及力矩而言十分小,才能保证在中性层的应力分析中有较为理想的结果。

综上所述,此模型的应用可以保证折弯机床在进行钣金折弯工艺时受到的多种力以及力矩,使得理论计算以及实际加工匹配度达到较小的误差范围,满足精密装配的要求,为在电子电路、仪器仪表、精密仪器等结构中复杂结构的钣金加工技术发展提供了重要的技术支持。

3 总结

Z型折弯及一次成型模具结构分析篇2

关键词：Z型折弯；一次成型；模具结构；复合模

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0010-03

1 概述

如图1所示的Z形弯工件是我所在生产中经常遇到的一种零件，其中h的尺寸受到下模的限制，现有的下模能弯出的h最小尺寸如表1所示：

在实际生产中遇到大量的小于以上尺寸的Z形弯曲模，现设计1副复合弯曲模，实现1次弯曲成形，并且能一模多用，在不同的板料上折出不同尺寸的Z形弯曲模来。

2 弯曲变形的过程

如图2所示：一件板料在弯曲时，它承受弯矩作用、剪切作用和局部压力作用，但使板料产生弯曲变形的主要作用是弯矩。在外力作用下必然产生相应的变形，同时在板料内部将出现抵抗变形的内力，此内力和外力相平衡（物体单位面积上的内力称为应力），外力越大，应力就越大，变形也越大。当材料外层应力小于材料的弹性极限，板料处于弹性变形状态，根据胡克定律，变形（外层伸长，内层缩短）与中心层之距离呈直线变化，所以截面上的应力也呈直线变化（如图2），若去掉外力，板料可以恢复到弯曲变形以前的形状。若继续增加外力，则弯曲部分的变形程度不断增大，直到外力引起的应力等于材料的屈服极限，外层材料发生塑性变形，随着外力的增加，塑性变形即由表层向中心发展，此时若去掉外力，板料内弹性变形立即消失，而塑性变形却保存下来，使板料产生弯曲的永久变形。

当外力引起的应力大于材料的强度极限，板料则由塑性变形发展至破裂。板料弯曲是内侧受压，同样产生塑性变形，但这种塑性变形增大了受力面而不引起破坏，通常不予考虑。

3 弯曲的计算方法

现在我们对塑性弯曲变形进行仔细观察，在弯矩作用下，板料断面上不同的三条相等的线段即ab=a1b1=a2b2。弯曲后，内层缩短，外层伸长，即弧ab

计算弯曲件的方法，是将弯曲件分成若干直线段和弧线段的基本几何单元，分别计算出各单元部分的长度，然后求出各单元长度的总和，即为该弯曲件的展开长度。图1所示的Z形弯曲件，可按图2分成五个单元，1、3、5为直线段，2、4为圆弧线段。

由上面的讨论可知，坯料弯曲前后，中间长度不变的纤维层叫中性层。我们计算圆弧段的展开长度，实际就是计算圆弧段的中性层长度。

中性层离圆弧内侧的位置x（如图3），一般由r/t比值大小来确定。

x=kt

式中：

t——材料厚度

k——中性层位置系数（或称中性层系数）

k=R-r/t

R=r+kt

式中：

R——从半径r的中心至折弯中性线的距离

k值随内侧半径与板料厚度t的比值而变化。见表2：

在生产实践中，将钢板折成直角形状最为普遍。计算各种不同的r和t的弯曲90°的弧长可以在实际应用中查表而知。本篇着重考虑90°直角弯。

板金折弯90°的零件，它的尺寸不是像图中那样分别计算直线和弧线，很不方便。而是像图1那样标注，我们计算展开料时直接利用所标注的尺寸，得到其简便的计算方法。

按图1计算展开料长：

L=a+b+h-2x

式中：

x——常用折弯系数

4 Z型弯复合模的结构和工作过程

这套简易模有别于正规模具，它在设计思路上要求简洁、快速、易于加工、易于成型，它在精度上稍逊于正规模具，但它快速、准确地应用于我所产品的加工。复合模的成型示意图如表3所示。

加工原理：调整垫片的厚度来达到所需的上下模V槽宽度，要加压的情况下，一次性形成Z折的加工。

模具结构：Z弯模由上模、下模、垫片和角度棱钢组成。

垫片厚度：垫片厚度采用0.5mm厚钢片，叠加达到所需厚度。

棱钢：模具中一条长方形钢材，其四个棱角分别倒成0.5mm、1.0mm、2.0mm、4.0mm的四个面，如表3所示。利用特殊的简易模，通过调整角度棱钢的大小和垫片的厚度来达到所需的上下模V槽宽度，要加压的情况下，一次性形成Z折的加工。

它的选择由于有增大V槽和减少折痕的可能，故不同的板厚要选择不同的棱，见表4所示：

Z弯模的调试方法：（1）由于直边Z折的两折均为90°，两刀尖的距离为：1.414/2×h；（2）若工件折痕太深，则a：选用大棱角。b：垫铁皮。c：增大棱角R；（3）若高度达到，但角度大于90°时，则a：模具偏心。b：加大垫片厚度；（4）若Z折两边不平行，则可以通过增减垫片厚度来实现，上折大于90°时增大下模垫片厚度，下折大于90°时增大上模垫片厚度。

Z弯展开计算方法：

当h>正常折弯尺寸时，按两折进行展开。

L=a+b+h-2x

式中：

L——展开料长

当h<正常折弯尺寸时，按一次成型进行展开。

L=a+b+h-1.5x

式中：

x——常用折弯系数

其中一次成型外形尺寸减去1.5x是实践中的经验公式。

折弯机滑块结构分析及优化设计篇3

1 创建分析模型

1.1 模型建立

数控液压折弯机主要由床身、滑块、挠度补偿、换模装置、后挡料装置、安全防护、液压系统和电气系统等组成。折弯时, 两侧油缸对滑块产生向下的折弯力, 滑块通过球面块与油缸活塞杆球铰连接。在滑块的背面, 有4对导向轮对滑块的上下运动提供平面约束。滑块下部通过快速换模装置连接折弯模具的上模。下模工作台中部安装有数组不同斜度的楔块和电动推杆组成的维拉补偿装置用以补偿工作台的变形。折弯机滑块在运行到下极限位置时, 油缸处于保压状态, 此时的滑块与床身、油缸之间不会产生相对位移, 滑块处于静力平衡状态。这里主要对此时的滑块变形情况进行有限元分析。

1.2 材料的力学性能

折弯机滑块采用厚度为50 mm的Q235A碳素结构钢钢板与4块80 mm×200 mm的连接板焊接而成, 其材料力学性能如表1所示。

1.3 滑块的载荷与约束

WDB100-3100型数控液压折弯机的公称压力是1 000 k N, 在静力平衡状态时, 受到两侧油缸向下的压力和模具向上的反作用力。在滑块的下端面和肩部50 mm×80 mm两端面分别施加1 000 k N向上、500 k N向下的压力。因为在静力平衡状态时, 滑块与床身之间不会产生相对位移, 因此在滑块背部安装导向轮的四个平面上创建位移约束。

1.4 结果分析

对滑块的三维模型进行网格划分, 建立静态分析, 得到滑块的位移云图, 从中可以看出滑块的最大位移为0.382 mm, 调取下端面一条棱边的位移曲线图, 如图1所示。从曲线图上可以看到滑块变形呈对称状态分布, 最大位移点位于下端面的中间部位, 并且在全长3 100 mm的范围内均有变形发生, 变形量为0.04~0.382 mm。

2 优化方案的比较

将滑块的结构和尺寸进行修改, 重新建立模型进行有限元分析。通过指定设计变量, 在给定的变化范围内对新模型进行敏感度分析, 从而确定设计尺寸与最大变形量的线性关系, 为结构改进提供数据支持, 并得出可行的优化方案。

2.1 滑块加厚

在原设计模型的基础上, 将滑块厚度尺寸50 mm定义为设计变量, 定义变化范围为40~80 mm, 并建立敏感度分析, 可得到滑块厚度与最大变形量的线性关系, 如图2所示。从关系图中可以看出, 当滑块厚度从40 mm增加到80 mm时, 滑块的最大变形量从0.70 mm减小到了0.13 mm。因此, 增加滑块厚度可以减小滑块的刚度变形。

2.2 滑块加筋

在原设计模型的基础上, 在滑块背部增加一处长3 000 mm、高100 mm、宽50 mm的筋板, 重新划分网格, 施加约束与载荷并进行有限元分析, 得到位移云图和位移曲线图。通过与原模型的分析结果进行对比可得, 增加加强筋后, 滑块的最大变形量由原来的0.382 mm减小到了0.315 mm。同时, 将筋板厚度尺寸50 mm定义为设计变量, 变化范围为40~60 mm, 并建立敏感度分析, 可得到筋板厚度与最大变形量的线性关系, 如图3所示。从曲线图上可以看出, 筋板厚度从40 mm增加到60 mm, 最大变形量仅仅减小了0.025 mm。

2.3 改变滑块下端面的受力位置

考虑到加载后的滑块在全长范围内均有变形, 尝试改变滑块的设计结构。重新施加载荷与约束, 并划分网格划分、建立有限元分析, 得到新结构的位移云图, 如图4所示。从位移云图上可以看出, 改变结构后, 滑块的最大变形量从原来的0.382 mm减小到0.108 mm, 滑块的变形得到了很好的改善。为进一步找出受力位置与最大变形量的关系, 将滑块厚度方向的位置尺寸12 mm定义为设计变量, 定义变化范围为10~24 mm, 经过敏感度分析, 得到受力位置与最大变形量的线性关系, 如图5所示。从曲线图上可以看出, 当位置尺寸在12左右时, 滑块的最大变形量最小, 也就是滑块下端面的受力位置在板厚中央时, 滑块的变形量最小。

2.4 方案比较

综合分析上述结果, 三种优化方案都在一定程度上减小了滑块的最大变形量。方案一通过加厚滑块可在很大程度上减小滑块变形, 但同时也大大增加了滑块重量, 增加了制造成本, 因此在实际设计中应慎重选择;方案二增加加强筋对减小滑块变形的效果不是很明显, 同时也增加了滑块本身的重量, 增加了制造成本, 给操作带来了不便, 因此, 增加加强筋的方法并不可取;方案三改变受力位置能够很好地改善滑块在工作时的受力状况, 减小滑块的刚性变形, 该方案仅仅改变了滑块的结构尺寸, 不会增加生产制造成本。可见, 在三个方案中, 方案三是最经济有效的。

3 结束语

综上所述, 上文使用有限元方法对折弯机滑块的刚性进行了分析, 探讨了影响滑块变形关键设计参数的敏感度, 得出了滑块各设计参数与最大变形量的线性关系, 并对比了几种优化方案, 找出了引起滑块变形的主要原因, 这样的分析方法和优化设计值得我们在工业生产中推广利用。

摘要：综合分析折弯机的滑块结构, 并对其进行优化设计, 以提高折弯机的工作性能。对影响折弯机滑块直线度的因素进行了探讨, 滑块弹性变形的理论数据为折弯机滑块的结构设计提供了理论指导和依据, 结合折弯机的实际情况, 使用软件建立了有限元分析模型, 分析了其受力情况和敏感度, 说明了各模型尺寸与弹性变形的数据关系, 以此制订可行的优化方案。

关键词：机械设计,折弯机,敏感度分析,结构优化

参考文献

[1]谈传明, 张子东, 曹光荣, 等.折弯机滑块的有限元分析及优化[J].锻压设备与制造技术, 2011, 46 (6) :37-40.

折弯结构篇4

高强度板目前主要有WELDOX高强度结构钢板和HARDOX耐磨钢板等系列, 宝钢自主研发生产的BW系列热轧耐磨钢也属于高强度板。与普通板材相比, 高强度板具有强度高、硬度高、质量轻等优点, 在汽车、大型船舶、压力容器、工程机械、航空航天等对材料性能要求较高的行业中得到了越来越多的应用。

1 折弯原理及要求[2,3]

由于高强度板材具有非常高的强度、较好的应变硬化能力、较强的均匀变形能力、更高的疲劳特性而得到广泛应用。但在高强度板材应用特别是在精密制造中, 由于板材强度的大幅度提高, 给成形工艺和模具设计制造带来了许多新的问题。采用普通折弯模具进行折弯时, 往往会首先破坏模具而无法进行折弯, 高强度板折弯模具正是针对这一需求进行设计制造的。

折弯方式主要分为两大类, 一个是自由折弯, 另一个是压底折弯。该模具采用自由折弯方式, 即采用凹模的形状固定不变, 板料架于凹模之上, 折弯机滑块带动凸模向下折弯, 将板料在凹模中折弯成一定角度。板料折弯的角度取决于凸模进入凹模的深度, 因此可以利用一副模具将工件折弯成不同的角度。与普通折弯模具相比, 高强度板折弯模具具有如下优点及要求:

(1) 上、下模组件采用低合金高强度结构钢加工组装而成, 加工、安装方便。

(2) 高强度板折弯后回弹量较大, 下模V型口角度要小。

(3) 上模尖R弧部分经过局部淬火处理, 提高表面硬度, 在折弯时不会产生压缩变形, 如图1所示。

F-折弯力S-板料厚度V-下模开口宽度r-板料弯曲时的内半径K-弯曲变形区水平投影宽度

(4) 下模采用高硬度材料, 提高下模抗磨损性能, 下模模口采用防划伤设计, 两侧安装两根辊子, 辊子采用合金圆棒制成, 不易磨损。当进行折弯作业时, 两根辊子可随工件的折弯而转动, 从而使工件与辊子之间没有滑动摩擦, 仅有滚动摩擦, 可保护工件表面不被划伤。

(5) 上模R弧比普通模具大, 否则折弯会出现裂纹, 根据板材供应商提供的参数, 取R≥4s (s为折弯板材厚度) 。

(6) 可实现300~500t/m以上的折弯能力。

2 自由折弯时折弯力计算及适用范围[4,5]

折弯力是折弯工艺设计和选择设备、设计模具的重要依据, 折弯力大小受材料性能、零件形状、折弯方法和模具结构等多种因素的影响。在通用模具上进行自由折弯时, 大都将板料折弯90°, 这里仅介绍折弯90°高强度板材时所需折弯力的理论计算过程。

折弯时V形槽的宽度一般以板料厚的8~10倍为最佳。如果凹模开口距离过小, 由于弯曲半径减小, 可能会导致折弯层断裂。开口过大, 弯曲力和挤压痕会减小, 但会带来回弹值的增加, 所以下模开口必须考虑回弹。折弯时工件内径一般取r= (0.16~0.17) V, 本文选取宽厚比V/S=9, 径宽比r/V=0.16。

板材在折弯过程中, 变形区处于高度塑性变形状态, 并围绕中心线弯转一个角度, 变形区除弯曲中心层附近, 其余各处的应力均接近于材料的抗拉强度, 且在中心层上部受压, 下部受拉。图2为折弯过程中变形区截面与应力图。

变形区截面所受弯矩:

折弯力在变形区产生的弯矩:

折弯90°时:

将K代入上式可得:

式中:F———折弯力, k N;

S———板材厚度, mm;

l———折弯长度, m;

V———下模开口宽度, mm;

σb———材料抗拉强度, MPa。

实际折弯力比理论计算要大些, 这是因为折弯稳定性的原因, 折弯压力小时, 折弯机滑块容易受到负载产生抖动现象, 增大折弯力之后抖动现象好转。且钢板的抗拉强度和硬度越高, 所需的折弯力越大。

3 折弯模具方案与比较

折弯模具经过严格选材, 细致加工, 高标准的热处理, 细致的精磨, 严格的检验, 从而保证了模具的质量。其主要要求是高强度、高韧性和良好的耐磨性能。

折弯模具的材料通常有9Cr Si、6Cr W2Si、Cr12Mo V等[6]。选用冷作模具钢, Cr12Mo V是很好的材料, 使用性能可满足需要, 工艺性能也好, 但价格略高。42Cr Mo是强度较高的合金调质钢, 强度很高, 强韧性也好。表1、2分别列举了几种上、下模设计方案, 分别对比了制造成本、制造难度、选材、承载、精度、强度、寿命等多个影响因素。

4 结束语

本文通过对高强板折弯模具的理论设计, 介绍了与普通模具相比的优越之处。并对理论折弯力做了详细推导计算。最后还从制作成本、制作难度、精度、承载等多个方面对上、下模几种设计方案进行对比, 对合理选用折弯模具有非常重要的经济意义。

参考文献

[1]丁静.钣金数控折弯工艺系统研究[D].武汉:华中科技大学, 2004.

[2]余新陆.板件柔性制造系统[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[3]谭曼华, 罗玉峰, 何国雄.无擦伤折弯模的结构设计[J].模具工业, 2005, (8) .

[4]曹光荣, 张子东, 刘进, 等.高强度板材折弯工艺数据的分析[J].锻压装备与制造技术, 2011, 46 (5) :76-79.

[5]刘进, 孔飞, 刘宏道.板料折弯机自由折弯时折弯力计算[J].锻压装备与制造技术, 2011, 46 (3) :36-37.

折弯结构篇5

板料折弯机是一种使用广泛的板材加工设备。板料折弯机使用相对简单的通用折弯模具即能折出各种各样的复杂零件, 配备相应的工艺设备, 还可以完成冲槽、浅拉伸、冲孔、压波纹等工艺。另外, 它还具有模具简单、通用性好、调整和更换方便等特点, 可以灵活地实现各种板料成形工艺。现代制造技术是一个国家发展经济的重要手段之一, 而作为现代制造技术的一个重要分支, 精密机械制造技术的开发与研究也受到经济发达国家的高度重视。精密和超精密加工技术的发展和推广, 提高了整个机械制造业的加工精度和技术水平, 并普遍提高了机械产品的质量、性能和竞争力。相关产业对折弯加工的精度要求越来越高, 提高折弯精度已成为折弯机研发中一个亟待解决的课题。

折弯机的折弯精度是决定板件折弯质量的首要因素。板料加工误差的存在影响后续的装配、增加试修模以及成形后校形的工作量, 延长了产品的开发周期, 制约着渐进折弯成形的进一步推广和应用, 尤其是对用高强度高回弹钢板成形大型工件的应用[1,2]。因此分析板料折弯机加工误差产生的机理, 找出影响加工误差的主要因素, 提出提高折弯机加工精度的有效方法与措施, 对提高板料折弯机的市场竞争力与附加值有着重要的现实意义。

本文以江苏亚威机床股份有限公司PBH110-3100型数控板料折弯机为研究对象, 依据弹性力学理论, 建立折弯误差的分析模型, 分析机床制造精度对金属板材折弯精度的影响规律。

1 板材折弯精度定义及国家标准

根据国家标准GB/T 14349-93, 折弯机工作精度检验主要包含试件折弯角度及直线度两部分内容[3], 如表1所示。

工作精度检验时对试件的要求:

(1) 试件长度:工作台长度<2000mm时为工作台长度;工作台长度>2000mm~3200mm时为2000mm;工作台长度>3200mm时为3000mm。

(2) 试件宽度不应小于100mm。

(3) 试件厚度:公称力≤l000k N为2mm;公称力>1000~2500k N为3mm;公称力>2500~6300k N为4mm。

(4) 试件材料为A3钢板, 其抗拉强度σb≤450MPa。

2 工作台平面度 (纵向) 对折弯精度的影响分析

2.1 工件折弯角度精度

当工作台纵向存在平面度误差时, 其会影响上模刀具进入下模槽口的深度, 深度偏差ΔH的大小和工作台纵向平面误差a的大小相等。工作台平面度 (纵向) 对折弯角度误差的影响见图1[4]。

上模刀具进入下模槽口的深度偏差ΔH为:

工件的折弯角度为:

则折弯工件的角度偏差为:

2.2 工件折弯直线度精度

当工作台存在平面度误差时, 其平面度误差对折弯工件直线度误差的影响如图2所示。

折弯工件的直线度误差的大小与纵向平面度误差的大小相等。即:

2.3 工件折弯边线精度

工作台平面误差对边线精度无影响。

3 工作台平面度 (横向) 对折弯精度的影响

工作台横向平面度对折弯精度的影响与其纵向平面度对折弯精度的影响类似。

3.1 工件折弯角度精度

工件的折弯角度误差为:

3.2 工件折弯直线度精度

工件的折弯直线度误差为:

3.3 工件折弯边线精度

工作台横向平面度对折弯边线长度的精度无影响

4 滑块行程对工作面的垂直度对折弯精度的影响

4.1 工件折弯角度精度

滑块行程对工作面的垂直度对折弯精度的影响如图3所示。

当滑块行程对工作台面的垂直度偏差为t时, 滑块进入模具的深度H′为:

折弯工件的折弯角度为:

折弯工件的折弯角度误差为:

4.2 工件折弯直线度精度

当滑块行程对工作台面的垂直度偏差为t时, 折弯工件的直线度误差为:

4.3 工件折弯边线精度

当滑块行程对工作台面的垂直度偏差为t时, 上模偏移折弯中心线的距离S1为:

可求出:

实际折弯边线长度L′为:

折弯边线长度误差为:

5 结论

分析可得PBH110-3100型数控板料折弯机制造精度的各因素对工件折弯精度的影响如表2所示。

从分析表中可以得出折弯角度偏差约为工作台面平面度的3倍, 国家标准中对上模具安装面的平面度的要求较低, 其产生的折弯角度误差较大, 折弯机生产厂家可根据生产实际适当提高工作台平面度。而折弯角度受滑块行程对工作面垂直度的影响不大。工作台平面度会直接反映到折弯的直线度偏差上来, 折弯直线度误差受滑块行程对工作面垂直度的影响较小。

摘要：由于板料折弯机结构原理、折弯机自身制造精度、模具制造精度、被加工板材性能以及性能不均匀性等方面的原因, 板料加工不可避免存在角度误差、直线度误差与边长误差。板料加工误差的存在影响后续的装配、增加试修模以及成形后校形的工作量, 延长了产品的开发周期, 制约着渐进折弯成形的进一步推广和应用, 尤其是对用高强度高回弹钢板成形大型工件的应用。本文以江苏亚威机床股份有限公司PBH110-3100型数控板料折弯机为研究对象, 依据弹性力学理论, 建立折弯误差的分析模型, 分析机床制造精度对金属板材折弯精度的影响规律。研究结果对提高金属板材的折弯精度与可靠性, 提高产品的竞争力与附加值有着重要的现实意义。

关键词：机械设计,折弯机,机床制造精度,折弯精度,理论分析

参考文献

[1]潘殿生, 潘志华, 阮康平.折弯机机械补偿装置数值模拟结构分析[J].锻压装备与制造技术, 2009, 44 (3) :29-31.

[2]宋黎, 杨坚, 黄天泽.板料弯曲成形的回弹分析与工程控制综述[J].锻压技术, 1996, (1) :18-22.

[3]赵国伟.板料成形回弹的数值模拟与影响因素[J].锻压装备与制造技术, 2005, 40 (3) .

钣金件折弯系数探讨篇6

关键词：折弯系数,理论计算,经验计算,软件计算

0 引言

成套电气设备制造中, 钣金设计及加工主要是面向电器箱体、柜体、箱柜的支架以及许多小批量的形状特殊的金属薄壁件, 其制作过程一般要经过剪、冲、弯及后续焊接等工序。对于一般的箱柜设计, 在考虑到电器散热和电气安装安全距离的情况下, 箱柜的尺寸公差应按照国标执行;对于精度要求高的柜体 (如抽出式抽屉柜) , 则需要对钣金加工过程的每道工序进行公差控制。公司现有的钣金加工产品主要涉及高低压柜体、双层壳体箱式变电站及少量桥架, 对于大多数部件, 尺寸公差按照国标执行, 对于少量部件, 则需要加强尺寸公差控制。由于公司现有设备加工精度不高, 前期剪板测量方式多采用卷尺测量, 为保证零部件尺寸满足国标公差, 需要折弯成型这道工序来保证公差要求。

在钣金零件展开料计算时, 工艺人员是按照经验确定板料展开延伸长度的, 不同的算料方式可能对于尺寸要求高的零部件就无法保证精度要求。计算机三维软件应用对于钣金展开有一个精确的尺寸算法, 随着公司对剪、冲、折三大钣金加工机械的数控化投入, 高精度产品的开发和生产必将逐步进行, 三维软件的应用可提高整个产品生产效率。本文将对钣金展开算料的理论计算、经验计算、三维软件计算的精度进行对比。

公司现有主要产品是箱式变电站及配套的内柜, 现对箱式变电站产品的中立柱进行一个举例演示 (采用冷轧板σ2) , 其尺寸示意图如图1所示。

1 展开板料的理论计算

钣金折弯加工时, 其内侧产生压缩, 外侧产生拉伸, 内侧的压缩由内向外逐渐缩小, 外侧的拉伸由外向内逐渐缩小, 在接近板厚的中间位置时, 变形接近于0。

在实际一线生产中, 采用普通冷轧钢板, 折弯角度为90°时, 理论折弯系数大小取决于刀槽宽度V和钢板厚度T。

图2为公司现有折弯机下刀槽, 如图所示, 根据产品结构形式, 折弯1.0 mm冷轧板采用刀槽宽度为8 mm, 折弯1.5 mm冷轧板采用刀槽宽度为12 mm, 折弯2.0 mm冷轧板刀槽宽度为16 mm。

根据《钣金冲压工艺手册》得出折弯系数C的计算公式为:

式中, V为折弯机刀槽宽度;T为冷轧板板厚。

根据公式得出:

采用图1的尺寸标注方式, 板料展开计算公式为:

根据理论公式计算展开尺寸:

2 展开板料的经验计算

现有车间对展开板料计算主要是取1.75的值, 对于上述板料, 展开下料尺寸为:

3 展开板料的软件计算

对于现有的软件, 钣金制图主要采用的是CAD二维制图, 在同一张图中进行多面表示, 不能及时发现零部件中的干涉。故选用具有三维软件功能的Solidedge制图软件, 该软件具有一个独立的钣金制图功能。利用三维软件对图1所示零件进行展开, 展开尺寸为236.4 mm, 如图3所示。

4 结语

综上所述, 三种钣金折弯系数计算数据分别是234.92 mm、236 mm、236.4 mm, 现有生产钣金下料尺寸确定为236 mm, 加工尺寸能满足成型尺寸要求。因此, 通过三维软件立体设计并进行展开板料计算, 尺寸能完全满足实际生产需要, 对中置式柜体等高要求柜型, 能完全满足尺寸公差, 同时可以配合数控编程, 大大缩短生产周期。

参考文献

[1]张永军.钣金加工中折弯系数的探讨[J].铁道技术监督, 1999 (7) .

中亚机床大型数控折弯机下线篇7

日前, 由中亚机床公司生产制造的安徽省内单机最大吨位和长度的机床———2000吨/12米大型数控折弯机正式下线, 并一次性通过了安徽省机床检验检测中心产品性能和技术指标验收, 2月9日, 产品进行装箱后启运往山东泰安航天特种车辆有限公司。

中亚机床为安徽省优质剪折机床及刃模具生产示范企业, 具有多行业机床制造经验, 目前年生产能力为2400台 (套) 各类机床。近年来, 该公司立足人才创新、科技创新, 潜心产品核心技术研发, 产品成功进入包括中核工业华兴核电站、韩国现代、格力空调、海尔集团、澳大利亚A.S.工程机械集团等国内外百亿级企业。

高强度板材折弯工艺数据的分析篇8

由于折弯成形模具通用性好、工艺简单、加工范围广,在机床电器、家电、机械、建筑等行业中得到广泛应用[1]。折弯工序是大多数零件成形(除焊接工序外)的最后一道工序,折弯工艺的好坏直接影响到产品的尺寸标准和外观。了解弯曲工件的要求与折弯工艺的特点,优化工艺过程,才能提高折弯机的生产潜力,满足市场要求[2]。本文主要从工艺角度出发,通过试验对板材零件的折弯过程进行分析,探讨高强度板材的的加工工艺和加工方法。

2 折弯工艺参数

2.1 最小相对弯曲半径

工件弯曲时,材料圆角区外层受到拉伸,内层则受到压缩。弯曲时,相对折弯半径r/t(t为板材厚度)越小,弯曲时的切向变形程度就越大。即当材料厚度t一定时,折弯内圆角r越小,材料的拉伸和压缩比就越大,变形区外表面所受的拉伸应力和拉伸应变越大。当拉伸应变超过工件材料性能所允许的极限时,甚至会出现裂纹或者折断。

弯曲工件的最小弯曲圆角半径与材料的力学性能、表面质量、硬化程度及纤维方向等因素有关,具体数据在各种相应的板材加工手册上都可查到[3]。最小弯曲半径一般在产品设计需要时才采用,通常应采用较大的弯曲半径。

在自由弯曲中,最小相对弯曲半径与上模圆角半径、板料厚度、弯曲角度、下模开口宽度及材料性质有关。其中,起主要作用的是下模开口宽度L,由经验公式可求得。

2.2 弯曲件直边高度

当弯曲90°时,为了便于成形,保证工件加工的质量,则工件直角边高度h必须满足h≥2t。同时还要考虑直角边宽与下模体V形槽槽口的宽度的关系,即直角边宽应大于或等于V形槽斜边的长。

当弯曲工件的弯曲侧边带有斜角,而且弯曲变形区域在斜线上,工件在弯曲后会出现变形,原因是斜线末端直线高度低。解决措施为弯曲侧边的最小高度应满足h≈(2~4)t和增加弯曲件直边高度或对工件的材料结构进行相应的改变。

2.3 弯曲件的弯曲方向

弯曲方向有垂直于轧制方向和平行于轧制方向两种。由于板料的各向异性存在差异,同时影响着材料的弯曲变形,特别是对塑性较差的材料。

在弯曲加工中,由于钢板在轧制方向的伸长率大于垂直于轧制方向的伸长率,要避免弯曲线与轧制方向平行,尽可能在垂直于轧制方向进行弯曲[4]。如果必须多方向弯曲时,则应使弯曲线与纤维方向成一定角度(70°)或进行退火处理[5,6]后再折弯。

2.4 弯曲件的回弹

板料加工中不可避免的存在回弹现象[7],这是由于板料塑性变形使弯曲件离开模具后发生形状与尺寸的改变,弯曲横截面上不仅存在塑性变形,还存在弹性变形。回弹的程度通常用弯曲后工件的实际弯曲角与模具弯曲角的差值即回弹角的大小来表示。

回弹现象的出现影响零件成形,还增加后续校正的工作量,所以尽量做到在弯曲加工中减小回弹的角度。对回弹的控制,国内采用的方法有[8,9]:补偿法、拉弯法、加压校正法。目前大多是通过模具设计时,采取一定的措施来减小回弹或折弯后增加校正工序来解决。本试验中采用的是补偿法,利用数控系统在编程时对折弯角度进行校正,达到减小回弹角度的目的。

2.5 折弯半径

折弯半径即工件折弯后内圆弧半径,也是折弯工艺中需要考虑的问题。

自由折弯工艺的折弯角度取决于上模尖圆弧和工件进入下模口V型槽的深度,因而可以利用一副模具将工件折弯成各种角度。其特点是折弯力较小,因而模具和机器的寿命较长,上模更换少,用简单的模具能完成多种角度的折弯,对不同板材厚度或圆角半径,可随时更换凹模的V形开口度。

在自由弯曲时,不管板料厚度如何,试验中采用的折弯半径约等于弯曲下模V形槽开口距的1/3~1/2。折弯半径小于或等于板料厚度时,弯曲层很容易断裂。

3 折弯模具设计及折弯力的计算

这里用PBB-400/5100数控板料折弯机作折弯成形试验,利用机床所配备的通用模具或专用模具,将高强度的板材进行90°折弯。

数控折弯机可通过机床的数控系统对滑块行程(上模进入下模深度)和后挡料位置进行多工步自动控制,实现对工件的不同角度和折弯尺寸的折弯成形。

折弯过程中如何选用恰当的模具是折弯工艺必须要考虑的问题。折弯模具分为折弯上模和折弯下模两种。

3.1 折弯上模

上模R弧半径不能小,否则出现的压痕比较严重。如图1所示。

对于强度较小的钢,即对于低于或等于WELDOX500的钢,推荐使用半径等于或小于弯曲半径的上模。对于强度较大的钢,则推荐使用半径等于或大于弯曲半径的上模。

3.2 折弯下模

折弯时V形槽的宽度一般以板料厚的8~14倍为最佳。假如凹模开口距过小,则由于弯曲半径减小,可能会使折弯层断裂。开口过大,弯曲力和挤压印记会减小,但会带来回弹值的增加,无法满足板材回弹量的需要。下模的开口必须考虑钢板的回弹。例如,如果将HARDOX500钢板弯曲90°,其下模开口角应不大于70°。此外,下模开口边的硬度必须等于或者大于被弯曲件的硬度,以免损坏模具。

表1中列出了最小的上模半径,在钢板弯曲90°时,它能有效地避免钢板开裂。还给出了相适应的下模口宽度L,能够匹配较小的回弹(表1中WELDOX1300的厚度值为8≤t<10)。折弯加工时应根据实际情况合理选用模具的种类及模具长度,并采用合理的加工顺序,防止折弯成形时发生干涉。

3.3 折弯力的计算

折弯工艺力通常按下式计算:

式中:p——折弯工艺力,ton;

t——板料厚度,mm;

b——板料宽度,mm;

L——下模V形槽宽度,mm;

Rm——典型抗拉强度,MPa。

利用此公式可估算所需弯曲力,精度±20%。如果弯曲中所用的上模半径比表1中的列出的半径大许多,则所需的力就比公式计算的力大许多,但可以增加下模口宽度来减小这种增大的趋势。由于板料折弯力和被折弯工件的材料厚度成正比,可在折弯前对板料进行V型开槽,减小剩余板料的厚度,折弯力也会相应的减小[10]。

4 试验数据分析

4.1 回弹角

回弹的大小与折弯的压力P大小有关,而压力又取决于折弯下模的槽宽L与材料的厚度t,所以回弹的大小与折弯下模槽宽L和材料厚度t有关。槽宽L变大,压力P变小,回弹就变大,否则相反;料厚t变大,压力P变大,回弹变小,否则也相反[11]。因此,如果折弯上模尖圆弧半径相同或圆弧半径相近时,折弯后内圆弧半径R的大小,影响最大的因素是折弯下模槽宽L及材料的厚度t。

从表2中不难看出,在相同材料、厚度、折弯力以及下模口宽度的情况下,平行于轧制方向回弹角比垂直轧制方向大,约为4.9%。不论平行于轧制方向还是垂直轧制方向,在下模口增加了10mm时,回弹角增加了0.5mm。

在表3中,理论折弯角度为90°,根据材料抗拉强度和硬度的增加会采用更大的上模尖R弧,参照板材理论回弹角度,采用编程修正度进行修正,修正后的误差大约为1.4%,增加了工艺精度。

此外,还可通过改变凸模圆角半径和凹模形状深度,对工件的圆角处进行过盈挤压塑性变形,使角部的材料变薄,或在弯曲过程中采用远比实际所需弯曲力大的弯曲力来进行强力弯曲,效果很好[12]。

4.2 折弯半径

在表3中,90°折弯常使用标准的70°下模,对WELDOX板材作垂直轧制方向的折弯试验时,其V形槽开口宽度分别为50mm、80mm、90mm、100mm等多种规格,工件折弯后内半径分别为R10mm、R30mm、R35mm、R40mm。试验中,板材的厚度大都为10mm,工件折弯后内圆半径随着板材抗拉强度和V形槽开口宽度的增加而增加。

4.3 折弯方向

HARDOX400板材的平行和垂直方向的折弯对比试验,如表3所示。试验数据表明钢板的轧制方向对于折弯R弧和回弹影响较大,在相同的压力的情况下,垂直于轧制方向折弯R弧和回弹比平行轧制方向小。

4.4 折弯的上模和下模

上模尖圆弧半径不能过小,否则会出现压痕。上模圆弧半径随着工件硬度和强度的增加而增加,同时还影响着折弯后内圆弧的半径。下模V形槽的开口尺寸是重要的折弯参数,它与折弯板厚和折弯力有关。如表2所示,在相同的板厚情况下,开口尺寸越大,所需折弯力越小,但是相应的回弹量也会增大;表3中的数据还说明了在相同厚度的情况下,随着板材的抗拉强度和硬度的增加,开口的尺寸要相应的增大,折弯力也随之变大;板厚越厚,所需开口尺寸越大,折弯力也会变大。

折弯下模有不同宽度和不同角度的V形槽。由于折弯存在回弹现象,通常板材进行90°折弯时,V形槽口应小于90°。标准模具都是设计成88°进行直角折弯的。试验对象的厚度和强度比较大,在折弯时应选择较小的下模开口角,正常选择不大于70°的模具。

4.5 折弯力

折弯力实际值都比理论计算的大些,实际的折弯力P′≈1.2P,这是因为折弯稳定性的缘故,折弯压力小的时候,机床滑块在下行折弯板材时,容易出现滑块受到负载产生抖动现象,加大压力后,抖动现象好转。钢板的抗拉强度和硬度越高,所需的折弯力越大,角度越大,内R弧越大。

5 总结

试验通过对国际上通用的各种高强度板材进行折弯加工和测量,了解到高强度板材折弯精度的影响因素,掌握了各种高强度板材折弯的基本数据和控制方向,确定了各种板材折弯的安全方法。

摘要：用PBB-400/5100数控板料折弯机,对WELDOX和HARDOX高强度板作了折弯试验,分析对比了在板材不同下模口宽度和轧制方向时折弯的结果,得到了一些工艺数据。通过对数据进行归纳分析,总结出高强度板材的折弯工艺以及安全操作方法。

关键词：机械制造,折弯,高强度板,工艺分析

参考文献

[1]丁静.钣金数控折弯工艺系统研究[D].华中科技大学,2004.

[2]陈国清,沈其文.板材折弯工艺过程优化[J].锻压机械,1994,29(1):52-54.

[3]商洪清.钣金折弯工艺分析[J].金属加工,2010,(1):46-50.

[4]楚念良.提高弯曲件精度的工艺措施[J].模具制造,2001,(2):43.