【知识准备】

一、弯曲成形概述

把平板毛坯、型材、管材等弯成一定的曲率、角度，从而形成一定形状的零件，这样的加工方法称为弯曲成形。目前飞机制造中常采用压弯、滚弯和拉弯等弯曲成形方法。

二、压弯

1.概述

在板料上加压产生弯矩，使其弯曲成形的加工方法称为压弯。压弯成形时，材料的弯曲变形可以有自由弯形、接触弯形和校正弯形三种方式。如图3.2所示，在V形模上进行三种方式弯形的情况。如图3.2（a）所示，材料变形时，仅与凸、凹模在三条线接触，弯形圆角半径 r ₁ 是自然形成的，这种弯形方式为自由弯形；如图3.2（b）所示，材料弯形到直边与凹模表面平行，而且在长度 ab 上相互靠紧时，停止弯形，弯形件的角度等于模具的角度，而弯形圆角半径 r ₂ 仍是自然形成的，这种弯形方式为接触弯形；如图3.2（c）所示，将材料弯形到与凸、凹模完全靠紧，弯形圆角半径 r ₃ 等于模具圆角半径 r 凸，这种弯形方式为校正弯形。自由弯形、接触弯形和校正弯形三种方式，是在材料弯形时的塑性变形阶段依次发生的。

2.特点

压弯时材料产生外拉内压，中间有一层不受拉也不受压，称为中性层，弯曲变形受最小弯曲半径的限制和回弹影响。弯曲件的圆角半径不宜过大和过小。过大时因受回弹的影响，弯曲件的精度不易保证；弯曲半径过小时易产生裂纹。

3.压弯力的计算

选用压弯机床时，需进行弯曲力的计算。弯曲作用力与下列因素有关：

（1）金属的力学性能。金属的强度越高，所需的弯曲力越大。

（2）坯料的厚度和宽度。坯料越厚越宽，所需的弯曲力越大。

（3）弯曲时变形程度。变形程度越大，所需的弯曲力越大。

（4）其他因素。如弯曲时有无压料装置，模具的间隙等对弯曲力的大小都有影响。

弯曲力的计算公式：

式中： F ——一个弯角弯曲作用力，N；

B ——毛料宽度，mm；

σ _b ——抗拉强度极限，MPa；

t ——毛料厚度，mm；

k ——系数，取决于弯曲半径 R 与毛料厚度 t 之比，见表3.1所示。

三、弯曲时的回弹

弯曲时塑性变形与弹性变形同时存在，当外载荷去除后，弹性变形即消失，因而使工件尺寸与模具尺寸不一致，这种现象称为回弹。回弹一般以角度的变化来表示，当用大圆角半径弯曲时，除需求出回弹角外，还应求出弯曲半径的变化。

1.影响回弹的主要因素

（1）材料的力学性能。材料的屈服极限越高，弹性模数越小，加工硬化越激烈，则回弹越大。

（2）相对弯曲半径 。相对弯曲半径 越大，材料回弹越小，反之，则回弹越大。

（3）弯曲角 α 。在弯曲半径一定时，弯曲角 α 越大，表示变形区的长度越大，回弹也越大。

（4）其他因素。零件的形状、模具的结构、弯曲方式及弯曲力的大小、摩擦等，对弯曲件的回弹也有一定的影响。

2.减小回弹的主要措施

（1）根据计算或经验数据对弯曲模工作部分的形状做必要的修正。

（2）利用弯曲坯料不同部位回弹方向不同的规律，适当调整各种影响因素（模具的圆角半径、间隙、开口宽度、校正力、压料力等），使相反方向的回弹相互抵消。

（3）利用聚氨酯橡胶的软凹模代替金属的刚性凹模进行弯曲。

（4）改变模具结构，如带摆动块、局部突起等。

四、压弯模

在用机床设备进行压弯时，往往需要配合弯曲模进行压弯成形。弯曲模的结构形式，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，如图3.3（a）（b）所示，也可以利用型钢焊制，如图3.3（c）（d）所示，或由若干零件组合、装配而成。

压弯模具工作部分的结构形状如图3.4所示。凸模的圆角半径 r _凸 和角度，根据弯形件的内圆角半径，用回弹值修正后确定。凹模非工作圆角半径 r ′ _凹 ，应取小于弯形件相应部分的外圆角半径（ r _凸 ＋ t ）。其他尺寸见表3.2所示。

U形件弯形时，凸模与凹模间的间隙值可按下式确定：

式中： t _max ——材料最大厚度，mm；

c ——系数，按表3.2选取；

t ——材料名义厚度，mm。

V形件弯曲时，凸凹模间的间隙值，是靠调整压床闭合高度来控制的，不需要在制造模具时确定。

五、压弯的方式

1.折弯机弯曲

折弯机主要用来弯曲简单的直线零件，按加工方法来分，折弯机有普通折弯机和数控折弯机两种。

（1）普通折弯机。普通折弯机按传动方式分为机动折弯机和手动折弯机两种。手动折弯机如图3.5所示。

折弯机的工作部分是固定在台面和折板上的镶条，其安装情况如图3.6所示。上台面和折板的镶条一般是成套的，具有不同的角度和弯曲半径，可根据需要选用。

折弯机的操作过程如下：

①将选好的镶条装在台面和折板上，如果所弯制零件的弯曲半径比现有镶条稍大时，可加特种垫板，如图3.7所示，这样工作时，垫板要垫在坯料的下边。

②下降上台面，翻起折板至90°角，调整折板与台面间的间隙，以适应材料厚度和弯曲半径，为避免弯折时擦伤毛料，间隙应稍大些。

③退回折板，升起台面，放入的坯料靠紧后挡板。若弯折较窄的零件或不用挡板时，毛料的弯折线应对准台面镶条的外缘线。

④下降上台面，压住坯料。

⑤翻转折板，弯折至要求角度。为得到尺寸准确的零件，应注意回弹，必须很好地控制弯折角度。

⑥退回折板，升起上台面，取下零件。

（2）数控折弯机。使用数控折弯机可比普通折弯机节约20％～70％的加工成本，经济效果十分显著。比较先进的数控系统一般都具有以下主要功能：彩色图形显示，并能预先显示每一折弯工序的折弯过程；自动绘制折弯零件的毛料展开图；确定最优折弯顺序；选择模具；判断折弯过程中零件与模具是否发生干涉；自动编程。

数控折弯机如图3.8所示，数控折弯机的安全操作规程如下：

①严格遵守机床工安全操作规程，按规定穿戴好劳动防护用品。

②启动前须认真检查电机、开关、线路和接地是否正常和牢固，检查设备各操纵部位、按钮是否在正确位置。

③检查上下模的重合度和坚固性；检查各定位装置是否符合被加工的要求。

④在上滑板和各定位轴均未在原点的状态时，运行回原点程序。

⑤设备启动后空运转1～2分钟，上滑板满行程运动2～3次，如发现有不正常声音或有故障时应立即停车，将故障排除，一切正常后方可工作。

⑥工作时应由一人统一指挥，使操作人员与送料压制人员密切配合，确保配合人员均在安全位置方准发出折弯信号。

⑦板料折弯时必须压实，以防在折弯时板料翘起伤人。

⑧调板料压模时必须切断电源，停止运转后进行。

⑨在改变可变下模的开口时，不允许有任何料与下模接触。

⑩机床工作时，机床后部不允许站人。

严禁单独在一端处压折板料。

运转时发现工件或模具不正，应停车校正，严禁运转中用手校正以防伤手。

禁止折超厚的铁板或淬过火的钢板、高级合金钢、方钢和超过板料折弯机性能的板料，以免损坏机床。

经常检查上、下模具的重合度，压力表的指示是否符合规定。

发生异常立即停机，检查原因并及时排除。

关机前，要在两侧油缸下方的下模上放置木块将上滑板下降到木块上。

先退出控制系统程序，后切断电源。

2.闸压床弯曲

飞机框肋上的缘条和长桁都是用型材弯曲而成的。一般采用挤压型材，当缺乏适合的挤压型材或在轻型结构中，也可用板弯型材。型材的显著特点是窄而长，断面形状有V形、U形、几形和Z形等，除V形断面外，都包含两个或更多弯角。板弯型材须经多次压弯才能制成，因坯料很长，普通冲床不能适应压弯成形需要，而必须使用专用的闸压床，因而闸压床主要用来将金属条料或板料弯曲成各种型材，最适合加工窄而长的直线零件。闸压床可弯成的各种零件断面如图3.9所示。

闸压属于自由弯曲。将板料放在开有V形槽的凹模上，由V形凸模压向坯料，如图3.10所示。随着凸模下降，坯料弯成一定的角度，并形成一定的弯曲半径。弯角大小取决于凸模进入凹模的深度，准确地调节凸模的行程，便可弯出不同的弯角。自由弯曲的回弹很大，闸压弯曲时，可通过“过弯”来加以修正，先将角度弯小一些，卸载后经过回弹，获得所需弯角。“过弯”量须经过试压确定。

闸压床的种类很多，但主要有两大类，即机械双曲轴式和液压式。闸压床如图3.11所示，工作台一般由整块钢板制成埋入地下，以保证在最大工作压力下变形量小。当工作时拖板上、下运动好像闸门一样起落，故称闸压床。其传动原理如图3.12所示。

当主轴转动时，拖板上、下运动。在拖板的下端固定有上模座，上模座上钻有若干孔眼，用以安装上模。上模的上下位置可用螺杆加以调整，螺杆用一个小电动机带动，同时装有自动断电开关，使上模的上、下运动不超过所允许的限度。闸压床有一个很坚固的床身，台面上有安装下模的槽子，闸压床由脚踏板开动，动力部分是电动机，在电动机与主轴之间装有离合器，每踏一次踏板，上模上、下运动一次。为便于工作时坯料定位，在工作台后边装有挡料机构，结构如图3.13所示。根据需要，滑块2沿支架5可前后移动，挡料1还可微调。

闸压床上用的弯曲模具可分为通用模具和专用模具两类，通常采用通用弯曲模。图3.14所示为通用闸压模的截面形状。上模一般是V形，有直臂式和曲臂式两种，如图 3.14（b）、（c）所示，下端的圆角半径是做成几种固定尺寸组成一套，圆角较小的上模夹角制成15°。下模一般是在四个面上分别加工出适应机床闸制零件的几种固定槽口，如图3.14（a）所示。槽口的形状一般是V形，也有U形，都能闸制钝角和锐角。下模的长度一般与工作台面相比相等或稍长一些，也有较短的。闸压模上下模的高度根据机床闭合高度确定，在使用闸压模时其弯曲角度大于18°。

在闸压床上选用通用闸压模弯制零件时，下模槽口的宽度不应小于零件的弯曲半径与材料厚度之和的2倍，再加上2 mm的间隙，即

式中： B ——下模口宽度，单位为mm；

t ——零件的材料厚度，单位为mm；

R ——零件的弯曲半径，单位为mm。

这样，在闸制时坯料不会因受阻产生压痕或刮伤现象，同时为减少弯曲力，对硬的材料应选用较宽的槽口；对软的材料，大的槽口会使直边弯成弧形，应选用较小的槽口。

对于上模的选择也需根据零件的形状和尺寸的要求。上模工作端的圆角半径应略小于零件的弯曲半径；一般采用直臂式上模，而当直臂式上模挡碍时应换成曲臂式上模。

液压式闸压床与一般闸压床的不同点是液压传动代替了曲轴传动，由于液压系统能在整个行程中对板料施加全力，过载时自动保护，易于实现自动控制，因此，液压式闸压床是现代最常用的闸压床。闸压床操作过程如下。

（1）开车前检査各部分工作是否正常，发现问题及时修理，特别要仔细检査脚踏板（离合器）是否灵活好用，如发现连续冲击绝不允许使用。

（2）将拖板下降至最低位置，调整拖板的最低点到工作台面的垂直距离即闭合高度，闭合高度比模具总高度高30～50 mm。

（3）升起拖板，安装上模和下模。一般是先把下模放在工作台上，然后下降拖板再装上模。在安装上模时，要保持两端平行，从拖板固定槽的一端，一边活动一边往里推至拖板中间位置，使机床受力均衡，并用螺钉紧固，如图3.15所示。

（4）开动拖板的调整机构，使上模进入下模槽口，并移动下模，使上模的中心线对正下模槽口的中心线，将下模固定，如图3.16所示。

（5）升起拖板，按弯曲尺寸调整挡料板，如图3.13所示。

（6）按要求调整弯曲角度。弯曲角度只需调整上模进入下模的深度，就很容易达到要求。一般先用废料调试，调好后再正式进行弯曲工作。

3.冲压弯曲

冲压弯曲是用弯曲模在冲床上进行弯曲工作。飞机上冲压弯曲的零件很多，如连接角片、卡箍及各种支架等。弯曲件种类繁多，为了适应不同的弯曲成形需要，弯曲模的形式也是多种多样的。下面介绍一些常见且比较典型的弯曲模结构。

（1）V形件弯曲模。图3.17（a）所示为简单的V形件弯曲模，其特点是结构简单、通用性好，但弯曲时坯料容易偏移，影响工件精度。

图3.17（b）～（d）所示分别为带有定位尖、顶杆、V形顶板的模具结构，可以防止坯料滑动，提高工件精度。

（2）U形件弯曲模。根据弯曲件的要求，常用的U形件弯曲模是如图3.18所示的几种常用结构形式。图3.18（a）所示为无底凹模，用于底部不要求平整的制件。图3.18（b）所示结构用于底部要求平整的弯曲件。图3.18（c）所示结构用于料厚公差较大而外侧尺寸要求较高的弯曲件，其凸模为活动结构，可随料厚自动调整凸模横向尺寸。

（3）Z形件弯曲模。Z形件一次性弯曲即可成形，图3.19为Z形件弯曲模。如图3.19（a）所示，该模具无压料装置，坯料在压弯过程中容易产生偏移，因此，只适合于要求不高的零件。图3.19（b）所示的模具为活动式Z形件弯曲模。在冲压前，压块5在橡胶6的作用下与凸模托板7端面齐平，这时压块5与上模座分离。同时顶块10在顶料装置的作用下处于与下模座持平的初始位置，坯料由定位销定位。弯曲时，上模座下压，活动凸模8与顶块10将坯料夹紧，由于橡胶的弹力大于顶块10上顶料装置的弹力，坯料随活动凸模8与顶块10下行，先完成左端弯曲。当顶块10向下运动到与下模座1相接触时，橡胶6开始压缩，活动凸模8静止，使凸模3相对于压块5产生向下的相对运动，从而完成坯料右端的弯曲。当压块5与上模座4相接触时，制件得到校正。

4.自动弯曲机上的弯曲成形

对于薄带料、线材需经多次弯曲成形的小零件，批量又很大时，如果采用一般的模具在通用压力机上加工很不方便，有的甚至很困难。而采用多滑块自动弯曲机配上相应的简单模具，可以完成各种复杂零件的弯曲成形，整个生产过程除了上料和装模、调整需人工进行外，其余均由机床进行连续自动化生产，因而生产效率很高。此外，由于自动弯曲机具有较高的送料精度（可达±0.05 mm），因此，加工零件的一致性很好。在自动弯曲机上工作时，料宽常常等于零件展开宽度。送料进距常常等于零件的展开长度。排样一般不留搭边，无废料，材料的利用率高，因而是一种十分先进的加工方法。

5.液压机

液压机是利用液体作为介质传递动力，根据所用的介质不同，分为油压机和水压机两种。液压机的结构形式，有柱式和悬臂式。图3.20为典型的柱式水压机。水压机的下面是一个坚固的不动横梁1，通过四根导向钢柱2与上横梁5连接固定。工作缸6和提升缸7形成一体装在横梁5上。工作缸中的活塞4和提升缸的活塞9，分别由于可动横梁3和上横板10相连，而可动横梁3又通过两个拉杆8与上横板10连接，并沿导向钢柱2上下滑动。

悬臂式水压机典型结构如图3.21所示。由床身1和底座4等组成。床身上有工作缸8和活塞7，活塞7的下部是压力头6，用于装夹和固定上模。床身的侧面装有压力表2和操纵器3。底座上有一个工作台5，用以安装下模和放置零件。床身1上还装有悬臂吊杆9，便于吊运工件。

使用液压机时，要注意液体介质的清洁，并需要定期更换。工作中有长时间间歇时需停泵，以免液体介质发热及出气泡，并能节省电能。导向钢柱不得磕破划伤，并应经常注油润滑。发现泄漏时，应及时修理。

六、型材压弯成形技术

1.工艺要求

型材零件的弯曲适用于一些外形尺寸和曲率半径都较小的零件，或者是外形尺寸虽然较大，但只是局部弯曲的零件。还有一类是大截面异形型材的弯曲成形，也是借用液压机来完成的，一般情况下都使用专用模具。通常型材弯曲半径比较大，故可按中性层通过型材断面重心来计算坯料长度。压弯时材料外侧受拉应力，内侧受压应力，使型材断面发生畸变，如图3.22所示。弯曲变形受弯曲半径的限制和回弹的影响。

2.成形方法及特点

（1）成形方法

①多次成形法。对有些曲率较大的零件，一套模具很难保证零件的加工完成。有时需要一套或几套过渡模具进行初步成形，然后再在最终的模具上成形。

②曲率平缓型材的弯曲成形。液压机除了可借助专用模具压制下陷和弯曲成形外，对一些截面尺寸较大但曲率较为平缓的零件，可采用将带有型面的支撑块或垫块放置在机床台面上进行“三点式”或“四点式”，压制成形，如图3.23所示。支撑块间的距离根据零件弯曲的曲率大小自行确定。在压制过程中不断对照检验工装，反复压制直到符合要求为止。

③复杂零件的弯曲成形。在压制某些复杂零件过程中，压力一般是先轻后重，对难以变形部位还需要进行适当的手工预成形，如图3.24所示。其基本过程为：手工预成形→机床压制→手工修正和校形→再次机床压制。如此反复进行，直至达到要求（越复杂的零件，交替进行成形的次数应该越多。在其成形过程中，可视具体情况安排中间退火工序，消除冷作硬化，便于继续进行弯曲成形）。

（2）成形工艺特点

①对角形型材之类不对称零件，为防止零件断面畸变和扭转应尽量靠背压弯，并用夹具夹紧，如图3.25所示。

②坯料与上模之间要垫0.8～1.2 mm的铝板，如图 3.26 所示，防止将零件表面压伤。

③压弯次数根据零件具体情况确定，一般是先轻后重，对难变形处还需必要的手工成形。图3.27所示S形零件，放边的弯曲度需手工预成形，然后压弯收边弯曲度并对放边弯曲度校形。

④模具安放要对中防止偏载，模具或垫铁与台面或滑块接触面不能太小，防止接触应力过大损坏机床。

⑤对于带有空腔的零件，其内部需放置填充物，主要在弯曲部位填充，填充物通常为铝条和锡条。

⑥对有直边型材零件的压弯，模具应有顶块，否则直边上表面产生塌陷，如图3.28所示。

⑦对零件上有两个以上的折弯，应按样板分次划线，依次压出，以防压偏造成废品，如图3.29所示。

⑧成形变薄量。当型材弯曲半径 R 小于或等于被拉伸缘条宽度 α 的6倍时，如图3.30 所示，在弯曲区允许：

Ⅰ.材料的变薄量为材料公称厚度的30％。

Ⅱ.缘条宽度 α 的减少量为10％。