第五模块 弯曲工艺及弯曲模设计.docx

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第五模块弯曲工艺及弯曲模设计

第五模块弯曲工艺与弯曲模设计

5.1弯曲变形过程

5.1.1弯曲变形过程

弯曲变形过程：

如图3.1.2所示V形件的弯曲，随着凸模进入凹模深度的增大，凹模与板料的接触处位置发生变化，支点B沿凹模斜面不断下移，弯曲力臂l逐渐减小，接近行程终了，弯曲半径r继续减小，而直边部分反而向凹模方向变形，直至板料与凸、凹模完全贴合。

5.1.2弯曲变形的特点

通过网格试验观察弯曲变形特点。

1.弯曲圆角部分是弯曲变形的主要变形区

变形区的材料外侧伸长，内侧缩短，中性层长度不变。

2.弯曲变形区存在应变中性层

应变中型层是指在变形前后金属纤维的长度没有发生改变的那一层金属纤维。

3.变形区材料厚度变薄的现象

变形程度愈大，变薄现象愈严重。

4.变形区横断面的变形

变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变。

主要影响因素为板料的相对宽度。

（宽板）横断面几乎不变；

（窄板）断面变成了内宽外窄的扇形。

5.1.3弯曲变形应力应变分析

5.2弯曲件的质量分析

5.2.1弯裂与最小相对弯曲半径的控制

rmin/t___最小相对弯曲半径

影响因素：

1.材料塑性↗，rmin/t↘。

2.弯曲件角度α↗，rmin/t↘。

3.窄板弯曲（b/t≤3）时，rmin/t↘。

4.退火后，rmin/t↘，冷作硬化后，rmin/t↗。

5.将毛刺边放在弯曲内侧可使rmin/t↘。

6.当弯曲线方向与纤维组织方向垂直时rmin/t↘。

rmin/t数值可查表5-1

5.2.1弯曲时的回弹

当弯曲结束，外力去除后，塑性变形留存下来，而弹性变形则完全消失。

弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短，内侧因弹性恢复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象。

这种现象称为弯曲件的弹性回跳（简称回弹）。

一.其表现形式为：

1.弯曲半径增大

2.弯曲角度增大

二.影响回弹的因素

1.材料的屈服点σs愈高，弹性模量E愈小，回弹值也愈大。

2.相对弯曲半径愈小，回弹值愈小。

3.弯曲件角度愈小，回弹愈大。

4.校正弯曲有较小的回弹。

5.模具间隙大，材料处于松动状态，回弹就大；间隙小，材料被挤紧，回弹就小。

6.工件形状复杂，弯曲回弹小。

7非变形区的影响

三．回弹值的确定

目的：

作为修正模具工作部分参数的依据。

1.小半径弯曲的回弹（）

2.大圆角半径弯曲的回弹（）

四.控制回弹的措施

1.材料选择

应尽可能选用弹性模数大的，屈服极限小，机械性比较稳定的材料。

2.改进弯曲件的结构设计

设计弯曲件时改进一些结构，加强弯曲件的刚度以减小回弹。

比如：

在变形区压加强肋或压成形边翼，增加弯曲件的刚性，使弯曲件回弹困难（如图）。

3.从工艺上采取措施

（1）采用热处理工艺

对一些硬材料和已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少弯曲时的回弹，待弯曲后再淬硬。

在条件允许的情况下，甚至可使用加热弯曲。

（2）增加校正工序

运用校正弯曲工序，对弯曲件施加较大的校正压力，可以改变其变形区的应力应变状态，以减少回弹量。

（3）采用拉弯工艺

对于相对弯曲半径很大的弯曲件，由于变形区大部分处于弹性变形状态，弯曲回弹量很大。

这时可以采用拉弯工艺（如图）。

4.从模具结构采取措施

（1）补偿法

利用弯曲件不同部位回弹方向相反的特点，按预先估算或试验所得的回弹量，修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹量（如图）。

（2）校正法

可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改变程度（迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变）如图

（3）纵向加压法

在弯曲过程完成后，利用模具的突肩在弯曲件的端部纵向加压（如图）,使弯曲变形区横断面上都受到压应力，卸载时工件内外侧的回弹趋势相反，使回弹大为降低。

利用这种方法可获得较精确的弯边尺寸，但对毛坯精度要求较高。

（4）采用聚氨酯弯曲模

利用聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲（图）。

弯曲时金属板料随着凸模逐渐进入聚氨酯凹模，激增的弯曲力将会改变圆角变形区材料的应力应变状态，达到类似校正弯曲的效果，从而减少回弹。

5.2.3弯曲时的偏移

一.偏移现象的产生

板料在弯曲过程中沿凹模圆角滑移时，会受到凹模圆角处摩擦阻力的作用。

当板料各受的摩擦阻力不等时，有可能使毛坯在弯曲过程中沿工件的长度方向产生移动，使工件两边的高度不符合图样的要求，这种现象称为偏移。

二.防止偏移的措施

5.3弯曲件的机构工艺设计

弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状、尺寸、材料的选用及技术要求等是否满足弯曲加工的工艺要求。

具有良好冲压工艺性的弯曲件，不仅能提高工件质量，减少废品率，而且能简化工艺和模具结构，降低材料消耗。

5.3.1最小相对弯曲半径（　　　）

1.最小相对弯曲半径的概念

　　最小相对弯曲半径是指：

在保证毛坯弯曲时外表面不发生开裂的条件下，弯曲件内表面能够弯成的最小圆角半径与坯料厚度的比值，用来表示。

该值越小，板料弯曲的性能也越好。

2.影响最小弯曲半径的因素

（1）材料的力学性能

（2）工件的弯曲中心角

（3）板料的表面质量与剪切断面质量

（4）板料宽度的影响

（5）板材的方向性（如图）

3．最小弯曲半径

弯曲件的弯曲半径必须小于最小弯曲半径，否则要采用工艺措施，如:

热弯、多次弯曲等（如图3.3.3）。

5.3.2弯曲件形状与尺寸的对称性

弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称、高度也不应相差太大。

当冲压不对称的弯曲件时，因受力不均匀，毛坯容易偏移，尺寸不易保证。

为防止毛坯的偏移，5.3.3加添连接带

弯曲件形状应力求简单，边缘有缺口的弯曲件，若在毛坯上先将缺口冲出，弯曲时会出现叉口现象，严重时难以成形。

这时必须在缺口处留有连结带，弯曲后再将连接带切除（如图5-28）。

5.3.4弯曲件直边高度对弯曲的影响（如图5-26）

在进行弯曲时，若弯曲的直边高度过短，弯曲过程中不能产生足够的弯距,将无法保证弯曲件的直边的平直。

5.3.5弯曲件孔边距离

带孔的板料在弯曲时，如果孔位位于弯曲变形区内，则孔的形状会发生畸变。

因此，孔边到弯曲半径r中心的距离（如图5-24）要满足以下关系：

当t＜2mm时，L≥t；t≥2mm时；L≥2t。

5.3.6加添工艺孔、槽或切口

一.在结构许可的情况下，可在弯曲变形区上预先冲出工艺孔或工艺槽来改变变形区范围，有意使工艺孔的变形来保证所要求的孔不产生变形（如图5-25）

二.防止弯曲边交接处应力集中的措施

当弯曲图所示弯曲件时，为防止弯曲边交接处由于应力集中，可能产生的畸变和开裂，可预先在折弯线的两端冲裁卸荷孔或卸荷槽，也可以将弯曲线移动一段距离，以离开尺寸突变处。

5.3.7弯曲件尺寸的标注应考虑工艺性

弯曲件尺寸标注不同，会影响冲压工序的安排。

如图所示的弯曲件尺寸标注，孔的位置精度不受毛坯展开尺寸和回弹的影响，可简化冲压工艺。

采用先落料冲孔，然后再弯曲成形。

b）、c）图所示的标注法，冲孔只能安排在弯曲工序之后进行，才能保证孔位置精度的要求。

在不存在弯曲件有一定的装配关系时，应考虑图a）的标注方法。

5．4弯曲件毛坯展开尺寸的计算

在进行弯曲工艺和弯曲模具设计时，要计算出弯曲件毛坯的展开尺寸。

计算的依据是：

变形区弯曲变形前后体积不变；应变中性层在弯曲变形前后长度不变。

即：

弯曲变形区的应变中性层长度，就是弯曲件的展开尺寸。

5.4.1弯曲中性层位置的确定

（1）当弯曲变形程度不大时（时），可以认为应变中性层就在板料厚度的中心位置；

（2）而当弯曲变形程度较大时（时），应变中性层会向内表面偏移。

这时，中性层位置的曲率半径可以通过以下的公式进行估算：

式中：

x为中性层位移系数，查教材表3.3.3。

5.4.2弯曲件毛坯展开尺寸的计算

（1）圆角半径r/t>0.5的弯曲件，如图3.3.5。

图（b）中，毛坯的展开长度:

L=l1+l2+π/2（r+xt）

图（a）中，毛坯的展开长度:

（2）无圆角半径的弯曲（r/t<0.5）

无圆角半径弯曲件的展开长度一般根据弯曲前后体积相等的原则，考虑到弯曲圆角变形区以及相邻直边部分的变薄因素，采用经过修正的公式来进行计算，见教材表3.3.4。

（3）铰链弯曲件

   铰链弯曲和一般弯曲件有所不同，铰链弯曲常用推卷的方法成形。

在弯曲卷圆的过程中，材料除了弯曲以外还受到挤压作用，板料不是变薄而是增厚了，中性层将向外侧移动，因此其中性层位移系数K≥0.5。

图3.3.13所示为铰链中性层位置示意图。

5．5弯曲工艺力的计算

弯曲力是设计弯曲模和选择压力机吨位的重要依据。

生产中常用经验公式概略计算弯曲力，作为设计弯曲工艺过程和选择冲压设备的依据。

5.5.1自由弯曲时的弯曲力

V形弯曲件弯曲力：

U形弯曲件弯曲力：

5.5.2校正弯曲时的弯曲力

校正弯曲是在自由弯曲阶段后，进一步使对贴合凸模、凹模表面的弯曲件进行挤压，其校正力比自由压弯力大得多。

由于这两个力先后作用，校正弯曲时只需计算校正弯曲力。

V形弯曲件和U形弯曲件均按下式计算：

式中：

为校正弯曲时的弯曲力（N）；

为校正部分垂直投影面积（）；

为单位面积上的校正力（）。

5.5.3压弯时的顶件力和卸料力

顶件力和卸料力FQ值可近似取自由弯曲力的30％～80％

FQ＝（0．3—0．8）Fo

5.5.4弯曲时压力机吨位的确定

自由弯曲时，压力机吨位F机为

F机≥F自+FQ

校正弯曲时，可忽略顶件力和卸料力，即

F机≥F校

5.6.弯曲模工作部分结构参数的确定

5.6.1弯曲凸模和凹模的圆角半径

（1）弯曲凸模的圆角半径

当弯曲件的相对弯曲半径，且不小于时，凸模的圆角半径一般等于弯曲件的圆角半径；

若弯曲件的圆角半径小于最小弯曲半径（）时，首次弯曲可先弯成较大的圆角半径，然后采用整形工序进行整形，使其满足弯曲件圆角的要求；

若弯曲件的相对弯曲半径较大（），精度要求较高时，由于圆角半径的回弹大，凸模的圆角半径应根据回弹值作相应的修正。

5.6.2凹模圆角半径

凹模的圆角半径的大小对弯曲变形力和制件质量均有较大影响，同时还关系到凹模厚度的确定。

凹模圆角半径过小，坯料拉入凹模的滑动阻力大，使制件表面易擦伤甚至出现压痕。

凹模圆角半径过大，会影响坯料定位的准确性。

凹模两边的圆角要求制造均匀一致，当两边圆角有差异时，毛坯两侧移动速度不一致，使其发生偏移。

生产中常根据材料的厚度来选择凹模圆角半径：

当

或按有关设计资料选取。

5.6.3凹模工作部分深度

弯曲凹模深度要适当。

过小时，坯件弯曲变形的两直边自由部分长，弯曲件成形后回弹大，而且直边不平直。

若过大，则模具材料消耗多，而且要求压力机具有较大的行程。

弯曲V形件时，凹模深度及底部最小厚度参见教材表3.4.1。

弯曲U形件时，若弯边高度不大，或要求两边平直，则凹模深度应大于零件高度，如图3.4.22b）所示。

如果弯曲件边长较大，而对平直度要求不高时，可采用图3.4.22c）所示的凹模形式。

弯曲U形件的凹模参数见教材表3.4.2和表3.4.3所示。

5.6.4凸模和凹模宽度尺寸及公差

（1）弯曲件外形尺寸的表注

当弯曲件为双向对称偏差时，凹模尺寸为：

　当弯曲件为单向偏差时，凹模尺寸为：

凸模尺寸为：

（2）弯曲件内形尺寸的表注

当弯曲件为双向对称偏差时，凸模尺寸为：

当弯曲件为单向偏差时，凸模尺寸为：

凹模尺寸为：

5.6.5弯曲凹模与凸模之间的间隙

（1）V形件弯曲模，凸模与凹模之间的间隙是由调节压力机的装模高度来控制。

（2）对于U形件弯曲模，则必须选择适当的间隙值。

凸模和凹模间的间隙值对弯曲件的回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。

若间隙过大，弯曲件回弹量增大，误差增加，从而降低了制件的精度。

当间隙过小时，会使零件直边料厚减薄和出现划痕，同时还降低凹模寿命。

Ｕ形件凸、凹模的单面间隙一般可按下式计算：

式中：

　　　　c－凸、凹模的单面间隙

　　　t—板料厚度的基本尺寸（mm）

Δ—板料厚度的正偏差（mm）

k—根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数。

5．7弯曲件弯曲工序的安排

弯曲件的弯曲工序安排是在工艺分析和计算后进行的工艺设计工作。

形状简单的弯曲件，如V形件、U形件、Z形件等都可以一次弯曲成形。

形状复杂的弯曲件，一般要多次弯曲才能成形。

弯曲工序的安排对弯曲模的结构、弯曲件的精度和生产批量影响很大。

5.7.1弯曲件弯曲工序安排的方法一般是:

1）对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形件等，可以一次压弯成形。

2）对于形状较复杂的弯曲件，一般要采用两次或多次压弯成形。

但对于特别小的工件，应尽可能用一副复杂的模具成形，这样有利于弯曲件的定位，使工人操作方便、安全，并保证弯曲件的准确性。

批量较大的弯曲件也应尽可能一次弯曲成形。

3）弯曲时，一般先弯两端部分的角，后弯中间部分的角，前次必须考虑后次有可靠的定位，后次弯曲不影响前次已成形的部分

5.7.2工序安排实例（见图）

5．8弯曲模的典型结构设计

5.8弯曲模的典型结构设计

弯曲模的结构主要取决于弯曲件的形状及弯曲工序的安排。

最简单的弯曲模只有一个垂直运动；复杂的弯曲模具除了垂直运动外，还有一个乃至多个水平动作。

弯曲模结构设计要点为：

（1）弯曲毛坯的定位要准确、可靠，尽可能是水平放置。

多次弯曲最好使用同一基准定位。

（2）结构中要能防止毛坯在变形过程中发生位移，毛坯的安放和制件的取出要方便、安全和操作简单。

（3）模具结构尽量简单，并且便于调整修理。

对于回弹性大的材料弯曲，应考虑凸模、凹模制造加工及试模修模的可能性以及刚度和强度的要求。

3.4.1典型弯曲模具的结构

1.V形件弯曲模

这类形状的弯曲件可以用两种方法弯曲：

（1）是沿着工件弯曲角的角平分线方向弯曲，称为V形弯曲；（如图）

（2）是垂直于工件一条边的方向弯曲，称为L形弯曲（如图）

　（3）对于精度要求较高，形状复杂、定位较困难的V形件（如图），可以采用折板式弯曲模。

2.U形件弯曲模

（1）U形弯曲模在一次弯曲过程中可以形成两个弯曲角，为常见U形件弯曲模结构。

（2）弯曲角小于90°的U形件时，可在两弯曲角处设置活动凹模镶块，弯曲模下降到与镶块接触时，推动活动凹模镶块摆动，并使材料包紧凸模。

另一种方法是采用斜楔弯曲模，图所示。

3.Z形件弯曲模

　　由于Z形件两端直边弯曲方向相反，所以Z形弯曲模需要有两个方向的弯曲动作（如图）。

4.四角形件弯曲模

（1）四角形件两次弯曲模

　　两次弯曲成形的方法（如图）。

倒装式两次弯曲成形的方法（如图）。

（2）四角形件一次弯曲模

　　一次弯曲成形的复合弯曲模结构，是将两个简单模复合在一起的弯曲模（如图

５.圆形件弯曲模

圆筒形件弯曲的弯曲方法可分为三类：

６.铰链弯曲模

铰链弯曲成形，一般分两道工序进行，先将平直的毛坯端部预弯成圆弧然后再进行卷圆。

（如图所示）