對(duì)微型精密沖壓件彎曲回彈的控制方法(共6頁(yè))

1、對(duì)微型精密沖壓件彎曲回彈(hu dn)的控制方法 摘要(zhiyo)窗體頂端(dngdun)本論文研究了彎曲過(guò)程中回彈的自然原因和決定性因素。該分析顯示在板材彎曲變形區(qū)域內(nèi)，內(nèi)外纖維相反方向的應(yīng)力導(dǎo)致了板料回彈的產(chǎn)生。并且通過(guò)控制由于不同應(yīng)力方向引起的彎矩是控制板料在彎曲過(guò)程中主要的方法。本文分析并對(duì)比了在彎曲成形過(guò)程中使用壓印工藝與未使用壓印工藝兩種情況下的板料內(nèi)外纖維的應(yīng)力狀態(tài)。在使用壓印之后，在彎曲過(guò)程中板料內(nèi)、外纖維都受到了拉伸應(yīng)力的作用。同時(shí)板材的彎矩也大幅降低了。通過(guò)選擇合理的壓印深度、寬度，壓印工藝被應(yīng)用于控制一些微型、精密沖壓件的回彈。生產(chǎn)結(jié)果表明：回彈的沖壓控制方法具有精度高

2、、可以簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)并且相當(dāng)適合于控制微型、精密沖壓件在彎曲過(guò)程中產(chǎn)生的回彈。窗體底端關(guān)鍵詞：回彈；彎曲；壓印一、簡(jiǎn)介回彈在板料彎曲成形過(guò)程中是無(wú)法避免的并且對(duì)彎曲精度產(chǎn)生不利影響。因此運(yùn)用有效的方法來(lái)控制彎曲高精度沖壓件時(shí)的回彈是非常有必要的。文獻(xiàn)回顧發(fā)現(xiàn)對(duì)彎曲過(guò)程回彈控制的理論研究和過(guò)程主要關(guān)注點(diǎn)在大型零件上。常用的用于控制回彈方法是在制造模具表面是進(jìn)行過(guò)量補(bǔ)償。但是過(guò)量補(bǔ)償法在控制彎曲微型、精密沖壓件回彈時(shí)受到了很大的限制。擁有眾多彎曲特征的微型、精密沖壓件被廣泛運(yùn)用在IT產(chǎn)品中，例如手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)以及電腦等。如圖1所示，這些彎曲特征擁有尺寸微小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度較高的特點(diǎn)。這些微型、精密沖

3、壓件的普通彎曲精度都高達(dá)，因此任何微小的回彈都是不可以被接受的。圖1.微型(wixng)、精密沖壓件通過(guò)理論分析和實(shí)踐運(yùn)用，本論文將過(guò)程方法和壓印過(guò)程用于控制彎曲微型、精密(jngm)沖壓件回彈。二、彎曲回彈的力學(xué)(l xu)原理顯然，在板材彎曲過(guò)程中材料的外纖維是呈拉伸狀態(tài)的，而此時(shí)內(nèi)纖維是處于壓縮狀態(tài)。由于所有的材料都具有有限的彈性模量，因此當(dāng)外力卸載以后塑性變形中會(huì)存在一些彈性回復(fù)。在彎曲成形過(guò)程中，這種回復(fù)成為回彈。當(dāng)彎曲力矩增加時(shí)，塑性變形逐漸從板材最遠(yuǎn)處的外纖維和內(nèi)纖維向應(yīng)力中性軸擴(kuò)散。圖2a指出了在彈性變形階段彎曲變形區(qū)域內(nèi)板材上切應(yīng)力的分布情況。圖2b指出了塑性變形開(kāi)始時(shí)切應(yīng)力

4、分布。圖2c指出了在彎曲結(jié)束時(shí)整個(gè)材料都進(jìn)入了塑性變形階段。外力卸載后，彈性回復(fù)會(huì)不可避免的出現(xiàn)，這就降低了外纖維的拉伸應(yīng)變同時(shí)增加了內(nèi)纖維的壓縮變形。可以看出，應(yīng)變模式的差異在實(shí)質(zhì)上導(dǎo)致了板材在彎曲變形過(guò)程中的回彈。在彎曲變形之后板料的回彈量可以用以下的公式加以表述： （） 式中：M表示彎曲量；E表示楊氏模量；J表示作用在板料橫截面上慣性力矩。參數(shù)E和J分別代表了材料的性能和板料的幾何特征。因此對(duì)于一種給定的材料而言，控制板料回彈的最佳方法就是控制板料的彎曲量M。無(wú)論其他兩個(gè)方向主應(yīng)力如何分布，都應(yīng)該考慮在板材厚度方向的切應(yīng)力的作用。彎曲的應(yīng)力中性軸被認(rèn)為是不會(huì)移動(dòng)，并固定在板材橫截面的中心

5、。彎矩可以表示為： （） 其中，B為板材寬度；為板材厚度方向的切應(yīng)力；t為板材厚度。對(duì)于一種給定的產(chǎn)品和材料，控制彎矩彎矩M的最好方法就是控制板材厚度方向的切應(yīng)力。通過(guò)式（1），彎矩M是可以被控制的，因此彎曲的回彈也是可以被控制的。 圖2 彎曲變形區(qū)域(qy)上的切應(yīng)力狀態(tài)三、回彈控制中得精密(jngm)沖壓的應(yīng)用通?？刂苹貜椀姆椒ㄓ袃煞N。一種是過(guò)量補(bǔ)償法，另一種是過(guò)程控制方法。根據(jù)(gnj)回彈的趨勢(shì)，在模具中制造與預(yù)期回彈想一致的補(bǔ)償角，或者是控制沖頭過(guò)量沖壓，這就是所謂的補(bǔ)償方法。這是一種被廣泛運(yùn)用的控制回彈的方法。但是存在復(fù)雜造型的彎曲產(chǎn)品和高精度要求時(shí)，回彈的精度控制有所局限，因?yàn)楹?/p>

6、難準(zhǔn)確的估計(jì)回彈量。通過(guò)改變板材的應(yīng)力狀態(tài)，過(guò)程控制方法被用于控制回彈。通常這個(gè)過(guò)程包括：沖壓、拉彎、熱彎曲。在沖壓過(guò)程中，板厚方向上的額外應(yīng)力改變了彎曲變形區(qū)域的應(yīng)力分布狀態(tài)。通過(guò)在彎曲產(chǎn)品內(nèi)纖維上施加一個(gè)切向拉伸變形和減小彎矩，這樣板料的回彈就得到了控制。在拉伸彎曲時(shí)，在金屬板材的兩端施加拉力以控制回彈，此時(shí)改變了應(yīng)力狀態(tài)的分布并且減小了彎矩。在熱彎曲中，通過(guò)加熱材料來(lái)降低屈服應(yīng)力和彎矩來(lái)控制彎矩。壓印工藝是三種方法中最為簡(jiǎn)單和靈活的。當(dāng)壓印工藝作用在彎曲區(qū)域，板材內(nèi)部纖維上的壓縮應(yīng)力將會(huì)被統(tǒng)一的拉伸應(yīng)力所取代。這就意味著卸載與彈性恢復(fù)時(shí)內(nèi)外纖維上產(chǎn)生了相同的應(yīng)力狀態(tài)。這也意味著在卸載的時(shí)

7、候存在一個(gè)反作用力作用在板材上。彎曲壓印過(guò)程中應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系從圖3可以看出。 圖3 壓印的加載過(guò)程(guchng) 圖4 的分布(fnb)B點(diǎn)代表了在板材彎曲中材料外纖維的拉伸屈服應(yīng)力，f點(diǎn)澤代表了內(nèi)纖維的壓縮屈服應(yīng)力。在壓印過(guò)程中，材料的內(nèi)纖維開(kāi)始被拉緊，屈服應(yīng)力逐漸從f向F變化。最終，材料外纖維的壓應(yīng)力完全被拉伸應(yīng)力取代。在壓印過(guò)程中作用的拉伸應(yīng)力是不均勻的并隨板厚方向減小。因此在壓印過(guò)程中，也許在內(nèi)層的某些(mu xi)點(diǎn)的材料（比如e點(diǎn)）到中性軸只承受了卸載而不承受加載。所以在彎曲和壓印之后，f到e處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)，而e到d段仍然處于壓應(yīng)力狀態(tài)下。這是由于缺乏足夠拉伸力的原因。壓

8、印過(guò)程中得彎矩可以用下式來(lái)表示。 （3）其中(qzhng)表示將壓印工藝(gngy)運(yùn)用在彎曲過(guò)程中時(shí)，作用的板料厚度方向上的切應(yīng)力。由于材料外纖維上部分(b fen)切應(yīng)力被抵消，如圖4所示，等式3中得的在板料厚度方向上的積分值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于等式2中在厚度方向上的積分值。根據(jù)等式1，通過(guò)壓印工藝進(jìn)行彎曲的過(guò)程的彎曲回彈量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沒(méi)有使用壓印工藝的凈彎曲過(guò)程中的彎曲回彈量。正如上所述，在彎曲過(guò)程中施加在內(nèi)側(cè)圓角上的壓印過(guò)程可以改變切應(yīng)力沿板料厚度方向上的分布。并且建立統(tǒng)一的拉應(yīng)力狀態(tài)以有效的控制回彈。這種方法的控制精度是相當(dāng)高的，并且十分適合用于微型、精密沖壓件上回彈的控制。四、壓印工藝的運(yùn)用激光頭

9、是電子和電器的一個(gè)重要的感應(yīng)塊，例如，和激光測(cè)量裝置。并且激光頭上的夾具是相當(dāng)重要的金屬部件。如圖所示的激光頭夾具，在制造夾具四個(gè)支撐腿的過(guò)程中需要七次彎曲工藝加工。未經(jīng)彎曲的零件最大外形輪廓尺寸為，厚度只有。夾具的彎曲特征也特別的需要高的形狀精度和垂直度。垂直度誤差為。所以其中的回彈必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制。正如前文所述，包括分形維度和厚度在內(nèi)的特征存在許多的彎曲特征，因此高精度要求使得控制過(guò)程變得相當(dāng)困難。如何控制回彈并確保彎曲精度成為了夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵性因素。壓印工藝被用于夾具彎曲過(guò)程中以控制回彈。正如圖所示，沖壓的寬度為，沖壓的深度為。產(chǎn)品實(shí)踐表明彎曲后的回彈得到了精確的控制并且彎曲精度符合要求。圖激光頭夾具圖壓印過(guò)程(guchng)草圖五、結(jié)論(jiln)基于(jy)上述的研究，可以得出以下結(jié)論?；貜椓渴顷P(guān)于彎矩、楊氏模量和材料慣性力矩的函數(shù)。對(duì)于一個(gè)給定材料的給定產(chǎn)品，彎矩是關(guān)于回彈的決定性因素。降低板料厚度方向上的切應(yīng)力可以減小彎矩。當(dāng)壓印工藝被用于彎曲區(qū)域，板料厚度方向上的切應(yīng)力將大大的降低，然后彎矩和回彈量也將大大減少。通過(guò)選擇合理的壓印寬度和深度，微型、精密彎曲沖壓件中的回彈可以得到精確的控制。內(nèi)容總結(jié)（1）對(duì)微型精