钢材的变形特点对弯曲加工的影响

二、钢材的变形特点对弯曲加工的影响

弯曲成型加工是要被弯曲材料按指定的加工要求发生塑性变形，而被弯曲材料自身又有着一定的变形特点，因此，为获得良好的弯曲成型件，就必须了解被弯曲材料的变形特点对弯曲加工的影响，以求能正确、合理地确定弯曲成型加工方法和工艺参数。

(1)弯曲力。

弯曲成型是使被弯曲材料发生塑性变形，而塑性变形只有在被弯曲材料内应力超过其屈服极限时才能发生。因此，无论采用何种弯曲成型方法，其弯曲力都必须能使被弯曲材料的内应力超越其屈服极限。

实际弯曲力的大小，要根据被弯曲材料的机械性能、弯曲方式和性质、弯曲件形状等多方面因素来确定。

(2)弹复现象。

弯曲成型时，被弯曲材料的变形是由弹性变形过渡到塑性变形的，通常在材料发生塑性变形时，总还有部分弹性变形存在，而弹性变形部分在卸载时(除去外弯矩)要恢复原态，以致被弯曲材料内层被压缩的金属又有所伸长，外层被拉长的金属又有所缩短，结果使弯曲件的曲率和角度发生了变化，这种现象叫做弹复。弹复现象的存在直接影响弯曲件的几何精度，必须加以控制。

影响弯曲弹复的因素如下。

①材料的机械性能。材料的屈服极限越高，弹性模数越小，加工硬化越激烈，弯曲变形的弹复也越大。

②材料的相对弯曲半径r/t。r/t越大，材料的变形程度就越小，则弹复越大。

③弯曲角α。在弯曲半径一定时，弯曲角越大，表示变形区的长度越大，弹复也越大。

④其他因素。例如零件的形状、模具的构造、弯曲方式及弯曲力的大小等，对弯曲件的弹复也有一定的影响。

影响弯曲件弹复的因素很多，到目前为止，还无法用公式计算出各种弯曲条件下的准确弹复值，生产中多靠对各种弯曲加工条件的综合分析及工作经验来确定弹复值。批量弯曲加工时，则需要经试验确定。

(3)最小弯曲半径。

材料在不发生破坏的情况下所能弯曲的最小曲率半径，称最小弯曲半径。材料的最小弯曲半径，是材料性能对弯曲加工的限制条件。采用适当的工艺措施，可以在一定程度上改变材料的最小弯曲半径。部分材料最小弯曲半径值列于表7－1。

表7－1　材料的最小弯曲半径值

注:δ为材料厚度。

影响材料最小弯曲半径的因素如下。

①材料的机械性能。材料的塑性越好，其允许变形程度越大，则最小弯曲半径可以越小。

②弯曲角α。在相对弯曲半径r/t相同的条件下，弯曲角α越小，材料外层受拉伸的程度越小且不易裂，最小弯曲半径可以小些;反之，弯曲角α越大，最小弯曲半径也应增大。

③材料的方向性。轧制的钢材形成各向异性的纤维组织，钢材平行于纤维方向的塑性指标大于垂直于纤维方向的塑性指标。因此，当弯曲线与纤维方向垂直时，材料不易断裂，弯曲半径可以小些。零件弯曲线与钢材纤维方向的关系如图7－3(a)和图7－3(b)所示。当弯曲件有两个互相垂直的弯曲线、弯曲半径又较小时，应按图7－3(c)所示的方位排料。

④材料表面质量和剪断面质量。当材料的表面和剪断面质量较差时，弯曲时易造成应力集中，使材料过早破坏，这种情况下应采用较大的弯曲半径。

⑤其他因素。材料的厚度和宽度等因素也对其最小弯曲半径有影响。例如，薄板料可以取较小的弯曲半径，窄板料也可以取较小的弯曲半径。

图7－3　材料纤维方向与弯曲线的关系

(4)横截面变形。

如前所述，弯曲过程中，材料横截面形状也要发生变化，其变化程度主要与相对弯曲半径、横截面几何特点及弯曲方式等因素有关。当弯曲过程中材料横截面形状变化较大时，也将影响弯曲件的质量。例如窄板弯曲时横截面出现图7－2(a)所示的畸变;弯制扁钢圈时，出现内侧变厚、外侧变薄，见图7－4(a);弯管时出现椭圆截面见图7－4(b)等。在这种情况下，就需采用一些特殊的工艺措施来限制横截面的变形，以保证弯曲件的精度。

图7－4　扁钢与钢管弯曲时横截面的变形