冷作工工艺与技能训练（第三版）第七单元　弯形与压延

第七单元弯形与压延课题二滚弯课题一压弯课题四容器封头的压延课题三手工弯形课题五水火弯板与其他成形加工课题一压弯一、钢材的弯曲变形过程及特点弯形加工所用的材料，通常为钢材等塑性材料，这些材料的变形过程及特点如下。当材料上作用有弯矩M时，就会发生弯曲变形。材料变形区内靠近曲率中心一侧（以下称内层）的金属，在弯矩引起的压应力作用下被压缩缩短；远离曲率中心一侧（以下称外层）的金属，在弯矩引起的拉应力的作用下被拉伸伸长。在内层和外层中间，存在金属既不伸长也不缩短的一个层面，称为中性层，如图所示。子课题1板料折弯材料的弯曲变形过程在材料弯形的初始阶段，弯矩的数值不大，材料内应力的数值尚小于材料的屈服强度，仅使材料发生弹性变形（见图a）。当弯矩的数值继续增大时，材料的曲率半径随之缩小，材料内应力的数值开始超过其屈服强度，材料变形区的内、外表面由弹性变形过渡到塑性变形状态，随后塑性变形由内、外表面逐步地向中心扩展（见图b）。材料发生塑性变形后，若继续增大弯矩，则当材料的弯形半径小到一定程度时，将因变形超过材料自身变形能力的限度，在材料受拉伸的外层表面首先出现裂纹（见图c）并向内伸展，致使材料发生断裂破坏。这在成形加工中是不应该发生的。二、钢材弯曲变形过程中横截面形状的变化弯形过程中，材料的横截面形状也要发生变化。例如板料弯形时，将出现如图所示的两种变化情况。板料弯曲时横截面形状的变化a）窄板b）宽板三、最小弯形半径材料在不发生破坏的情况下，所能弯曲的最小曲率半径称为最小弯形半径。影响最小弯形半径的因素有以下几个方面。1.材料的力学性能。2.弯形角α。3.材料的方向性。4..材料的表面质量与剪断面质量。5..其他因素。材料纤维方向与弯形线的关系四、折弯机折弯机主要用于将板料折角弯曲成各种形状，一般是在上模一次行程后，便可将板料压成一定的几何形状。如采用不同形状的模具或通过几次冲压，还能得到较为复杂的各种截面形状的零件。若给折弯机配备相应的装备，还可用于剪切和冲孔。折弯机有机械传动和液压传动两种形式。机械传动的板料折弯机结构都是双曲轴式的；液压传动的折弯机以油压作为动力，利用高压油推动油缸内的活塞运动，从而使模具产生运动。1.WC67Y-100/3200型液压板料折弯机（1）WC67Y-100/3200型液压板料折弯机的型号含义（2）WC67Y-100/3200型液压板料折弯机的主要规格和技术参数C67Y-100/3200型液压板料折弯机的主要规格和技术参数（3）WC67Y-100/3200型液压板料折弯机的主要结构WC67Y-100/3200型液压板料折弯机外观2.数控液压折弯机数控液压折弯机一、压弯的特点及压弯力计算1.压弯的特点在压力机床上使用压弯模进行弯形的加工方法称为压弯。子课题2料斗压弯材料压弯时的三种弯形方式a）自由弯形b）接触弯形c）校正弯形2.压弯力计算（1）弯形力弯形时被弯曲材料发生塑性变形，而塑性变形只有在材料的内应力超过其屈服强度时才能发生。因此，无论采用何种弯形方法，其弯形力都必须能使被弯曲材料的内应力超过其屈服强度。实际弯形力的大小，要根据材料的力学性能、弯形方式和性质、弯形件形状等多方面因素来确定。（2）压弯力计算方法计算压弯力的经验公式表中F——压弯力，N；

b——弯形件的宽度，mm；

t——弯形件的厚度，mm；

r凸——凸模圆角半径，mm；

L——凹模槽口两支点间距离，mm；

Rm——材料的抗拉强度，MPa；

c——系数，取c=1.0～1.3；

K——系数，取K=0.3～0.6；

A——校正部分投影面积，mm2；

q——单位面积上的校正力，MPa，见表。单位面积上的校正力MPa二、压弯模压弯模的结构形式应根据弯形件的形状、精度要求及生产批量等进行选择，最简单而且常用的是无导向装置（利用压床导向）的单工序压弯模。这种压弯模可以整体铸造后加工制成，也可以利用型钢焊接制成，还可以由若干零件组合、装配而成。冷作工使用的压弯模，多数采用焊接制成，并且尽量少用或不用切削加工零件。这样制作方便，可以缩短模具制造周期，还可以充分利用生产中的边角料，降低生产加工成本。压弯模的结构形式a、b）整体铸造后加工制成c）、d）型钢焊接制成当采用接触弯形或校正弯形时，制作压弯模应考虑以下几个方面。1.压弯模工作部分尺寸确定2.弹复现象及解决弹复的措施3.定位与防止偏移一、压力机床1.曲柄压力机（1）曲柄压力机的分类1）按工艺用途划分，曲柄压力机可分为通用压力机和专用压力机两大类。2）按机身结构形式划分，曲柄压力机可分为开式压力机、半闭式压力机和闭式压力机。子课题3托辊支臂压弯J23系列开式双柱可倾式压力机闭式压力机a）JH31-250型闭式单点压力机b）JC36-630型闭式双点压力机JA36-400型半闭式双点压力机3）按运动滑块的数量划分，曲柄压力机可分为单动压力机、双动压力机和三动压力机，如图所示。压力机按运动滑块的数量划分a）单动压力机b）双动压力机c）三动压力机1—凸轮2—工作台（2）曲柄压力机的工作原理J23-63型压力机的传动原理1—电动机2—小带轮3—大带轮4—中间传动轴5—小齿轮6—大齿轮7—离合器8—机身9—曲轴10—制动器11—连杆12—滑块13—上模14—下模15—垫板16—工作台2.液压机液压机利用液体作为介质传递动力，根据所用介质不同，分为油压机和水压机。液压机是利用“密闭容器中的液体各部分压强相等”的原理而获得巨大压力的。液压机的工作原理四柱上压式液压机1—油箱及工作缸2—上横梁3—立柱4—工作活塞5—活动横梁6—下横梁7—顶出缸8—操纵控制系统9—动力部分3.新型、专用压力机（1）双动拉深压力机上传动式双动拉深压力机（2）高速压力机高速压力机及其辅助装置二、压弯的一般工艺要求1.选择压力机床时，要同时满足所需弯形力和压弯工件所需空间尺寸范围两个要求。2.安装压弯模时，应尽量使模具压力中心与压力机床压力中心吻合，上、下模间隙均匀，装夹牢固。3.弯形件的直边长度一般不得小于板厚的2倍，以保证足够的弯曲力矩；当其小于2倍板厚时，可将直边适当加长，弯形后再行切除。4.为防止弯形件横截面畸变，板料弯形件宽度一般不得小于板厚的3倍；当其小于3倍板厚时，应先在同一块板上弯形，弯形后再切开分为若干件。5.局部需要弯成折边的零件，为避免角上弯裂，应预先钻出止裂孔或将弯曲线外移一定距离，如图所示。6.当弯形件圆角半径较小时，为避免弯裂，应注意坯料的表面质量，去除剪断面毛刺及其他表面缺陷，或将质量差的表面放在弯曲内侧，使其处于受压状态而不易开裂。7.当需要加热弯形时，材料的加热温度要控制好，加热面的温度要均匀。弯形中注意不要使模具温度过高，以免变形。8.弯形操作应严格按照企业有关安全技术规程进行。局部弯曲课题二滚弯一、滚弯的特点在滚床上进行弯曲成形的加工方法称为滚弯，如图7-32所示。滚弯时，板料置于滚床的上、下轴辊之间，当上轴辊下降时，板料受到弯曲力矩的作用发生弯曲变形。上、下轴辊的转动，通过轴辊与板料间的摩擦力带动板料移动，使板料受压位置连续不断地发生变化，从而形成平滑的弯曲面，完成滚弯成形。子课题1滚弯柱面在滚弯过程中，板料弯曲变形的方式相当于压弯时的自由弯曲，滚弯件的曲率取决于轴辊间的相对位置、板料的厚度和力学性能。滚弯往往不能一次成形，而多次的冷滚压又会引起材料的冷加工硬化。滚弯成形方法的优点是通用性强。二、滚板机1.滚板机的类型及其特点滚板机轴辊布置形式及运动方向a）对称式三辊滚板机b）不对称式三辊滚板机c）四辊滚板机2.对称式三辊滚板机的基本结构和传动分析对称式三辊滚板机1—插销2—活动轴承3—上轴辊4—下轴辊5—固定轴承6—卸料装置7—齿轮8—减速器9—电动机10—操纵手柄11—传动蜗杆轴12—拉杆对称式三辊滚板机的传动系统1—活动轴承2—上轴辊3—下轴辊4—固定轴承5—平衡螺杆6、7、8、9、11、12、13、14、16、17、18、20、21—齿轮10—摩擦式离合器15—电动机19—啮合式离合器22、25—联轴器23、27—蜗杆24、26—蜗轮28、30—升降丝杆29—蜗杆轴三、柱面滚弯的工艺方法1.柱面的几何特征是表面素线为相互平行的直线，因此在滚制柱面工件前，应检查滚板机上、下轴辊是否平行，若不平行，则要将其调整为平行，否则将会因滚板机上、下轴辊不平行而使滚制出的工件带有锥度。2.当采用对称式三辊滚板机滚弯时，通常采用以下两种措施消除工件的直边段。（1）板料的两端预弯。（2）板料两端留余量。3.为使滚弯件不出现歪扭现象，板料放入滚板机后，应找正位置。板料在滚板机上找正位置4.调节轴辊间的距离，以控制滚弯件的曲率。5.较大的工件滚弯时，为避免其因自重引起附加变形，应将板料分为三个区域，先滚压两侧区，再滚压中间区。6.滚制非圆柱面工件时，应依次按不同的曲率半径在板料上划分区域，分区域调节轴辊间的距离，进行滚压和测量。7.滚弯前，应将轴辊和板料表面清理干净，还要将板料上气割时留下的残渣和焊接时留下的疤痕除去、磨平，以免损伤工件和轴辊。锥面的滚制1.调整上轴辊，使其与下轴辊成一定倾斜角度。2.为使上轴辊能始终接近压在锥面素线上，应使锥面的大口与小口两端有不等的进给速度。子课题2滚弯锥面分段滚制法a）坯料分段及滚制顺序b）滚板机上分段滚制小口减速法滚制锥面1—上辊2—侧辊3—板料4—减速装置课题三手工弯形一、板材手工弯形的特点1.板材弯形若采用手工弯形方式，通常是指对薄板进行的加工。2.当板材较薄时，板材的刚度小，所以进行弯形加工通常不需要很大的弯形力。因此，板料的手工弯形多采取冷加工的方法。子课题1板材手工弯形3.板材弯形件成形面积往往较大，难以采用整体成形胎模，同时为了省力，一般用自由弯形模进行手工弯形。这样就需要在弯形过程中及时进行测量，以保证成形质量。4.板材弯形往往要求较高的表面质量，因此，弯形过程中要采取相应的工艺措施和加工工具。例如板厚很小的薄板在进行手工弯形时，应使用硬度较小的软金属锤或木锤。二、板材常用手工弯曲成形工艺1.板材的手工折角弯形薄钢板手工折角弯形时，首先应在薄钢板需要折弯处划出弯曲线，然后将薄钢板放在槽钢或带有棱角的方铁上，使所划的弯曲线与槽钢或方铁的棱角对齐，并用夹具将板料夹紧。弯形时，首先用木锤或锤子把板料两端敲弯成一定的角度以便定位，然后再一锤挨着一锤沿着折弯线顺次将板料全部敲弯成形。当折角弯形的零件尺寸不大时，也可直接在台虎钳上弯制。2.圆弧形零件的手工弯形圆弧形零件的手工弯形主要有两种情况，一种是弯形柱面，另一种是弯形锥面。但无论是柱面还是锥面，其弯形工艺基本上是一致的。具体操作方法如下。（1）首先在板料上划出若干条等分素线，作为锤击基准。（2）预弯板料两端，预弯的曲率半径应比零件的曲率半径略小。（3）弯形板料中间部分，并用样板检查成形质量。（4）将弯形好的板料进行装配、焊接，最后进行矫圆。一、热弯曲成形的加热方法与温度控制1.热弯曲成形的加热方法把钢材加热到一定温度后进行弯曲成形的加工方法，称为热弯曲成形。热弯曲成形加工，常用的有两种加热方法：一种是利用氧乙炔焰进行局部加热，这种方法操作简便，但是加热面积较小，效率低；另一种是利用焦炭炉进行加热，这种方法虽然没有前一种加热方法简便，但是加热面积大，并且可以根据工件的大小来确定焦炭炉的大小。当钢材的强度、硬度、刚度较大，常温下成形有困难或要求弯曲成形半径较小时，才应用热弯曲成形工艺。子课题2型材手工弯形2.热弯曲成形的温度控制钢材经加热后，力学性能将发生变化。一般钢材在加热至500℃以上时，屈服强度降低，塑性显著提高，弹性明显减小。所以加热弯形时，弯曲力下降，弹复现象消失，最小弯形半径减小，有利于按加工要求控制成形。但热弯形工艺比较复杂，高温下材料表面容易氧化、脱碳，因而影响弯形件的表面质量、尺寸精度和力学性能。若加热操作不慎，还会造成材料的过热、过烧甚至熔化，并且高温下作业劳动条件差。因此，加热弯形多用于常温下成形困难的弯形件的加工。另外，采用热弯形可以降低成本，减少工时。常用材料的热弯形温度℃钢材的加热温度规范一般在技术文件中会有规定。下表为常用材料的热弯形温度。二、型材手工弯形的特点1.型材刚度大，抵抗变形能力强，不易弯曲，通常采用胎模矫正加热弯形，故正确地设计弯形胎模是型材手工弯形技术的关键。2.在非专业化生产的工厂，型材的加热弯曲通常用焦炭炉加热。为了便于取放工件，多将炉子砌在地下，使炉面与地面平齐或略高于地面。3.型材加热弯形时，其加热温度必须控制在一定的范围内。若温度过高，易造成型材过热、过烧，严重时甚至使工件局部熔化；若温度过低，又会使成形困难，并容易造成型材的加工硬化。三、防止型钢弯曲成形产生废品的措施1.型钢弯形时的变形型钢弯形时的受力与变形a）角钢外弯形b）角钢内弯形2.防止型钢弯曲成形产生废品的措施型钢弯形时的变形程度往往决定于应力的大小，而应力的大小又决定于弯形半径，弯形半径越小，则畸变程度越大。为了控制应力与变形，就必须限制其弯形半径，即最小弯形半径。最小弯形半径是设计零件的重要依据，是防止型钢弯曲成形时产生废品的一项重要措施。型钢结构的弯形半径应大于其最小弯形半径。由于型钢加热时能提高材料的塑性，因此型钢加热弯形时的最小弯形半径可比冷弯时小一些。一、管子弯曲变形特点管子在外力矩作用下弯形时，中性层外侧的材料受到拉应力，管壁减薄；内侧的材料受到压应力，管壁增厚。而且外侧拉应力的合力N1和内侧压应力的合力N2的作用方向都是沿弯形半径指向管子截面中心，使管子弯形时在径向受压。由于管子截面为圆环形，刚度不足，因此在自由状态下弯形时，很容易发生压扁变形。子课题3管材手工弯形管子弯形时的应力与变形二、防止管子截面变形的措施1.在管子内塞满填充物后进行弯形，如在管内装沙、松香（用于有色金属小直径管子）或弹簧（用于大弯形半径）等。2.用带圆形槽的滚轮压在管子外面进行弯形。3.用特殊心棒穿入管子进行弯形。三、平面和空间弯管工艺在同一根管子上弯制几个弯头，而这几个弯头的弯形中心线都位于同一平面内，这种情况属于平面弯管。平面弯管的顺序是先弯制最靠近管端的弯头，然后依次弯制其他弯头。如果几个弯头的弯形中心线不都位于同一平面内，这种情况属于空间弯管。空间弯管在平台上弯好一个弯头后，管子的一端必须翘起定位，才能接着弯制下一个弯头。四、弯曲成形胎具的制作手工弯曲成形的胎具多数情况下是由冷作工自行设计与制造的。弯曲成形胎具通常用钢板、型钢或管材等金属材料焊接而成，其形状根据弯形件的形状而定，胎具的圆弧直径可取工件的内径。弯曲成形胎具制成后，应紧固在平台的合适位置上。课题四容器封头的压延压延也称为拉深或拉延，是利用模具使一定形状的平板毛坯变成开口的空心零件的冲压工艺方法。一、压延成形过程及特点压延是一种比较复杂的成形工艺方法。现以圆筒形压延件为例，说明板料的压延过程。如图所示，压延模的工作部分具有一定的圆角，并且凸模、凹模间隙稍大于板料的厚度。压延时板料置于凹模上，当凸模向下运动时迫使板料压入凹模孔，形成空心的筒形件。压延过程1—凸模2—压边圈3—板料毛坯4—凹模压延时金属的流动二、旋转体压延件的坯料尺寸计算虽然在压延中毛坯的厚度会发生一些变化，但在计算毛坯尺寸时，可以不计毛坯厚度的变化，按压延前后面积相等的原则进行近似计算。1.形状简单的旋转体压延件在进行计算时，首先将压延件划分成若干个便于计算的组成部分，分别求出各部分的面积并相加，即可得到零件的总面积∑A，然后按下式计算出圆形毛坯的直径：式中D0——毛坯直径，mm；

∑A——压延件的外表总面积，mm2。2.椭圆形封头（1）周长法（2）等面积法（3）经验法椭圆形封头三、压延力计算压制封头时，压延力F用下式计算：式中F——压延力，N；

e——压边力影响系数，无压边e=1，有压边e=1.2；

K——封头形状影响系数，椭圆形封头K=1.1～1.2，球形封头K=1.4～1.5；

D0——坯料直径，mm；

d——封头平均直径，mm；

t——封头壁厚，mm；

Rm——材料的高温抗拉强度，见表。常见钢材的高温抗拉强度Rm

107Pa课题五水火弯板与其他成形加工一、水火弯板1.水火弯板原理用火焰局部加热材料时，被加热处