2.4 矯正和彎曲的計(jì)算

2.4.1 矯正

1.矯正概述

（1）矯正概念 矯正是通過(guò)外力作用，消除材料或制件的不平、不直、彎曲、翹曲等缺陷的加工方法。缺陷產(chǎn)生原因：殘余應(yīng)力；運(yùn)輸和存放管理等處理不當(dāng)。

（2）矯正的分類 按被矯正工件的溫度分為冷矯正和熱矯正。

冷矯正：常溫條件下，矯正塑性較好、變形不嚴(yán)重的金屬材料。

熱矯正：變形十分嚴(yán)重或脆性較大以及長(zhǎng)期露天存放而生銹的金屬板材和型材，加熱到700～1000℃的高溫。

按矯正時(shí)產(chǎn)生矯正力的方法，還可分為手工矯正、機(jī)械矯正、火焰矯正及高頻熱點(diǎn)矯正。

2.手工矯正的工具

手工矯正是在平板、鐵砧或臺(tái)虎鉗上用錘子等工具進(jìn)行操作，矯正時(shí)一般采用錘擊、彎曲和伸張等方法進(jìn)行。

（1）平板、鐵砧和臺(tái)虎鉗 平板、鐵砧和臺(tái)虎鉗是矯正板材和型材的基座。一般材料的矯正，通常使用鉗工錘子和方頭錘子，如圖2-20所示。

圖2-20 手工矯正

a）用木錘敲平矯正 b）用平木塊壓推矯正

（2）抽條和拍板 抽條是采用由條狀薄板料彎成的簡(jiǎn)易手工工具來(lái)抽打面積較大的板料，拍板是用由質(zhì)地較硬的檀木制成的專用工具來(lái)敲打板料。如圖2-21所示。

（3）螺旋壓力工具 螺旋壓力工具適用于矯正較大的軸類零件或棒料。

（4）檢驗(yàn)工具 零件矯正精度的檢驗(yàn)工具有平板、直角尺、鋼直尺和百分表等。

圖2-21 抽條

3.手工矯正的方法

（1）定義 采用錘擊的方法或利用一些簡(jiǎn)單的工具、設(shè)備來(lái)進(jìn)行矯正。

（2）所用工具 錘子（銅錘、木錘和橡膠錘）、平臺(tái)（用來(lái)支承矯正的鋼材和工件的基本設(shè)備）、臺(tái)虎鉗和V形塊等。

（3）矯正方法 延展法、扭轉(zhuǎn)法、彎形法和伸張法。

1）延展法。金屬薄板最容易產(chǎn)生中部凸凹、邊緣呈波浪形以及扭曲等變形，可采用延展法進(jìn)行矯正，如圖2-22所示。

如果薄板四周呈波浪形，說(shuō)明板料四周變薄而延長(zhǎng)了。如圖2-23所示，錘擊點(diǎn)應(yīng)從四周向中間，按圖中箭頭所示方向，密度逐漸變稀，力量逐漸減小，經(jīng)反復(fù)多次錘打后使板料達(dá)到平整。

圖2-22 中間凸起薄板的矯正

a）錯(cuò)誤 b）正確

圖2-23 邊緣呈波浪形薄板的矯正

2）扭轉(zhuǎn)法。扭轉(zhuǎn)法是用來(lái)矯正條料扭曲變形的。圖2-24所示為扁鋼扭曲的矯正，圖2-25所示為角鋼扭曲的矯正。

圖2-24 扁鋼扭曲的矯正

a）叉形扳手 b）活扳手

圖2-25 角鋼扭曲的矯正

3）彎形法。彎形法是用來(lái)矯正各種彎曲的棒料及寬度方向上有彎曲的條料。直徑較小的棒料和薄條料可夾在臺(tái)虎鉗上用扳手矯正，如圖2-26所示。直徑大的棒料和較厚的條料采用壓力機(jī)械矯正。

圖2-26 扁鋼彎曲的矯正

4）伸張法。伸張法是用來(lái)矯正各種細(xì)長(zhǎng)線材的。只要將線材一頭固定，然后在固定處開(kāi)始，將彎曲線材繞圓木一周，捏緊圓木向后拉，使線材在拉力作用下繞過(guò)圓木而得到伸張矯正，如圖2-27所示。

圖2-27 用伸張法矯正線材

2.4.2 彎曲

1.彎曲概述

（1）彎曲概念 將坯料彎成所需形狀的加工方法為彎曲成形，簡(jiǎn)稱彎形如圖2-28所示。

圖2-28 鋼板彎形前后的情況

a）彎形前 b）彎形后

（2）彎曲的分類 彎形時(shí)根據(jù)坯料溫度可分為冷彎和熱彎，根據(jù)彎形的方法可分為手工彎形和機(jī)械彎形。

2.彎曲變形過(guò)程

（1）初始階段 當(dāng)在彎曲力矩作用下，坯料發(fā)生彎曲。其內(nèi)層金屬在壓應(yīng)力作用下被壓縮縮短，外層金屬受拉應(yīng)力作用而伸長(zhǎng)。初始階段應(yīng)力較小，坯料只發(fā)生彈性變形。

（2）塑性變形階段 彎矩足夠大時(shí)，應(yīng)力達(dá)到材料屈服強(qiáng)度后開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。坯料的內(nèi)外表面首先由彈性變形狀態(tài)過(guò)渡到塑性變形狀態(tài)，以后塑性變形由內(nèi)、外表面向中心擴(kuò)展。

（3）斷裂階段 隨著彎矩的增大，當(dāng)坯料彎曲半徑小到一定程度時(shí)，將因變形超過(guò)自身變形能力的限度，而在坯料受拉伸的外表面首先出現(xiàn)裂紋，并向內(nèi)伸展，致使材料發(fā)生斷裂破壞。

3.鋼材的變形特點(diǎn)對(duì)彎曲加工的影響

（1）回彈現(xiàn)象 彎曲后的零件，因材料的彈性變形作用，使其彎曲角度與模具角度不一致的現(xiàn)象。

減小回彈現(xiàn)象的措施有：將凸模角度減去一個(gè)回彈角，采用矯正彎曲，采用拉彎的工藝，采用加熱彎曲。

（2）最小彎曲半徑 材料在不發(fā)生破壞的情況下所能彎曲的最小的曲率半徑。

影響最小彎曲半徑的因素：

1）材料塑性越好，最小彎曲半徑越小。

2）當(dāng)r/t比值不變時(shí)，彎曲角越小，最小彎曲半徑越小。

3）當(dāng)彎曲線與鋼板的纖維方向垂直時(shí)，彎曲半徑可以小些。

4）表面質(zhì)量較差時(shí)，彎曲半徑較大。

5）材料的厚度和寬度等因素也對(duì)最小彎曲半徑有影響。

4.板材的展開(kāi)長(zhǎng)度計(jì)算

（1）中性層概念 鋼板彎曲變形的過(guò)程中，內(nèi)緣受壓縮短，外緣受拉伸長(zhǎng)，在內(nèi)緣和外緣之間必然存在彎曲時(shí)既不伸長(zhǎng)也不縮短的一層纖維，該層稱為中性層。

（2）中性層的確定 中性層的位置與彎曲的內(nèi)半徑與板厚之比r/t有關(guān)如圖2-29所示。

當(dāng)r/t≥16時(shí)，中性層的位置在板厚的中間，即R=r+t/2。

當(dāng)r/t＜16時(shí)，中性層的位置由下式確定：R=r+x₀t（x₀為中性層的位置系數(shù)，見(jiàn)表2-17）。

一般情況下，為簡(jiǎn)化計(jì)算，當(dāng)r/t≥8時(shí)，可取x₀=0.5進(jìn)行計(jì)算。

圖2-29 彎形時(shí)中性層的位置

表2-17 中性層的位置系數(shù)x₀

5.常見(jiàn)彎曲件的形狀及計(jì)算方法

常見(jiàn)的彎形形式如圖2-30所示。其中圖2-30a、b、c所示為內(nèi)邊帶圓弧的制件，圖2-30d所示為內(nèi)邊為直角的制件。內(nèi)邊帶圓弧制件的坯料長(zhǎng)度等于直線部分與圓弧長(zhǎng)度之和。

圖2-30 常見(jiàn)的彎形形式

圓弧長(zhǎng)度A可按下式計(jì)算：

式中 r——內(nèi)彎曲半徑（mm）；

t——材料厚度（mm）；

α——彎形角（圖2-31）。

內(nèi)邊為直角的制件的圓弧長(zhǎng)度可近似地按x₀=0.5計(jì)算，即A=0.5t。

此外，型材展開(kāi)長(zhǎng)度計(jì)算如下：

1）圓鋼料長(zhǎng)的計(jì)算。圓鋼彎曲的中性層總是與中心線重合，所以圓鋼的料長(zhǎng)可以按中心線計(jì)算。

圖2-31 彎形角

2）角鋼料長(zhǎng)的計(jì)算。角鋼的斷面是不對(duì)稱的，所以中性層的位置不在斷面的中心。而是位于角鋼根部的重心處，即中性層與重心重合。