2.4 矫正和弯曲的计算

2.4.1 矫正

1.矫正概述

（1）矫正概念 矫正是通过外力作用，消除材料或制件的不平、不直、弯曲、翘曲等缺陷的加工方法。缺陷产生原因：残余应力；运输和存放管理等处理不当。

（2）矫正的分类 按被矫正工件的温度分为冷矫正和热矫正。

冷矫正：常温条件下，矫正塑性较好、变形不严重的金属材料。

热矫正：变形十分严重或脆性较大以及长期露天存放而生锈的金属板材和型材，加热到700～1000℃的高温。

按矫正时产生矫正力的方法，还可分为手工矫正、机械矫正、火焰矫正及高频热点矫正。

2.手工矫正的工具

手工矫正是在平板、铁砧或台虎钳上用锤子等工具进行操作，矫正时一般采用锤击、弯曲和伸张等方法进行。

（1）平板、铁砧和台虎钳 平板、铁砧和台虎钳是矫正板材和型材的基座。一般材料的矫正，通常使用钳工锤子和方头锤子，如图2-20所示。

图2-20 手工矫正

a）用木锤敲平矫正 b）用平木块压推矫正

（2）抽条和拍板 抽条是采用由条状薄板料弯成的简易手工工具来抽打面积较大的板料，拍板是用由质地较硬的檀木制成的专用工具来敲打板料。如图2-21所示。

（3）螺旋压力工具 螺旋压力工具适用于矫正较大的轴类零件或棒料。

（4）检验工具 零件矫正精度的检验工具有平板、直角尺、钢直尺和百分表等。

图2-21 抽条

3.手工矫正的方法

（1）定义 采用锤击的方法或利用一些简单的工具、设备来进行矫正。

（2）所用工具 锤子（铜锤、木锤和橡胶锤）、平台（用来支承矫正的钢材和工件的基本设备）、台虎钳和V形块等。

（3）矫正方法 延展法、扭转法、弯形法和伸张法。

1）延展法。金属薄板最容易产生中部凸凹、边缘呈波浪形以及扭曲等变形，可采用延展法进行矫正，如图2-22所示。

如果薄板四周呈波浪形，说明板料四周变薄而延长了。如图2-23所示，锤击点应从四周向中间，按图中箭头所示方向，密度逐渐变稀，力量逐渐减小，经反复多次锤打后使板料达到平整。

图2-22 中间凸起薄板的矫正

a）错误 b）正确

图2-23 边缘呈波浪形薄板的矫正

2）扭转法。扭转法是用来矫正条料扭曲变形的。图2-24所示为扁钢扭曲的矫正，图2-25所示为角钢扭曲的矫正。

图2-24 扁钢扭曲的矫正

a）叉形扳手 b）活扳手

图2-25 角钢扭曲的矫正

3）弯形法。弯形法是用来矫正各种弯曲的棒料及宽度方向上有弯曲的条料。直径较小的棒料和薄条料可夹在台虎钳上用扳手矫正，如图2-26所示。直径大的棒料和较厚的条料采用压力机械矫正。

图2-26 扁钢弯曲的矫正

4）伸张法。伸张法是用来矫正各种细长线材的。只要将线材一头固定，然后在固定处开始，将弯曲线材绕圆木一周，捏紧圆木向后拉，使线材在拉力作用下绕过圆木而得到伸张矫正，如图2-27所示。

图2-27 用伸张法矫正线材

2.4.2 弯曲

1.弯曲概述

（1）弯曲概念 将坯料弯成所需形状的加工方法为弯曲成形，简称弯形如图2-28所示。

图2-28 钢板弯形前后的情况

a）弯形前 b）弯形后

（2）弯曲的分类 弯形时根据坯料温度可分为冷弯和热弯，根据弯形的方法可分为手工弯形和机械弯形。

2.弯曲变形过程

（1）初始阶段 当在弯曲力矩作用下，坯料发生弯曲。其内层金属在压应力作用下被压缩缩短，外层金属受拉应力作用而伸长。初始阶段应力较小，坯料只发生弹性变形。

（2）塑性变形阶段 弯矩足够大时，应力达到材料屈服强度后开始产生塑性变形。坯料的内外表面首先由弹性变形状态过渡到塑性变形状态，以后塑性变形由内、外表面向中心扩展。

（3）断裂阶段 随着弯矩的增大，当坯料弯曲半径小到一定程度时，将因变形超过自身变形能力的限度，而在坯料受拉伸的外表面首先出现裂纹，并向内伸展，致使材料发生断裂破坏。

3.钢材的变形特点对弯曲加工的影响

（1）回弹现象 弯曲后的零件，因材料的弹性变形作用，使其弯曲角度与模具角度不一致的现象。

减小回弹现象的措施有：将凸模角度减去一个回弹角，采用矫正弯曲，采用拉弯的工艺，采用加热弯曲。

（2）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的曲率半径。

影响最小弯曲半径的因素：

1）材料塑性越好，最小弯曲半径越小。

2）当r/t比值不变时，弯曲角越小，最小弯曲半径越小。

3）当弯曲线与钢板的纤维方向垂直时，弯曲半径可以小些。

4）表面质量较差时，弯曲半径较大。

5）材料的厚度和宽度等因素也对最小弯曲半径有影响。

4.板材的展开长度计算

（1）中性层概念 钢板弯曲变形的过程中，内缘受压缩短，外缘受拉伸长，在内缘和外缘之间必然存在弯曲时既不伸长也不缩短的一层纤维，该层称为中性层。

（2）中性层的确定 中性层的位置与弯曲的内半径与板厚之比r/t有关如图2-29所示。

当r/t≥16时，中性层的位置在板厚的中间，即R=r+t/2。

当r/t＜16时，中性层的位置由下式确定：R=r+x₀t（x₀为中性层的位置系数，见表2-17）。

一般情况下，为简化计算，当r/t≥8时，可取x₀=0.5进行计算。

图2-29 弯形时中性层的位置

表2-17 中性层的位置系数x₀

5.常见弯曲件的形状及计算方法

常见的弯形形式如图2-30所示。其中图2-30a、b、c所示为内边带圆弧的制件，图2-30d所示为内边为直角的制件。内边带圆弧制件的坯料长度等于直线部分与圆弧长度之和。

图2-30 常见的弯形形式

圆弧长度A可按下式计算：

式中 r——内弯曲半径（mm）；

t——材料厚度（mm）；

α——弯形角（图2-31）。

内边为直角的制件的圆弧长度可近似地按x₀=0.5计算，即A=0.5t。

此外，型材展开长度计算如下：

1）圆钢料长的计算。圆钢弯曲的中性层总是与中心线重合，所以圆钢的料长可以按中心线计算。

图2-31 弯形角

2）角钢料长的计算。角钢的断面是不对称的，所以中性层的位置不在断面的中心。而是位于角钢根部的重心处，即中性层与重心重合。