弯曲工艺与弯曲模设计

第四章弯曲工艺与弯曲模学习目标了解弯曲工艺及弯曲件的结构工艺性分析；理解弯曲变形过程分析；理解弯曲件的质量问题及防止措施；掌握弯曲工艺设计和弯曲模具典型结构组成及工作过程分析。4.1弯曲工艺及弯曲件工艺性4.1.1弯曲工艺弯曲是指把金属坯料弯成一定角度或形状的过程，是冲压生产中应用较广泛的一种工艺。弯曲时所使用的模具称为弯曲模。1.弯曲2.弯曲方法方法：压弯、折弯、滚弯、拉弯使用设备：压力机、折弯机、滚弯机（卷板机）、拉弯机等。图4-1弯曲方法示意图1.弯曲的开始阶段4.1.2弯曲变形过程弯曲圆角半径r很大，弯曲力矩很小，仅引起材料的弹性变形。随着凸模进入凹模深度的增大，凹模与板料的接触位置发生变化，弯曲力臂ι逐渐减小，弯曲圆角半径也随之逐渐减小。图4-2V形件弯曲变形过程当弯曲圆角半径减小到一定值时，毛坯变形区内外表面首先开始出现塑性变形，并逐渐向毛坯内部扩展，变形由弹性弯曲过渡到弹—塑性弯曲。2.弹-塑性弯曲阶段促使材料塑性变形的弯曲力矩是逐渐增大的。由于弯曲力臂l逐渐减小，因此弯曲力处于不断上升的趋势。凸模继续下行，板料与凸模V形斜面接触后被后向弯曲。后向弯曲3.塑性弯曲阶段当凸模到达下止点时，毛坯被紧紧地压在凸模与凹模之间，使毛坯内侧弯曲半径与凸模的弯曲半径吻合，完成弯曲过程，变形由弹—塑性弯曲过渡到塑性弯曲。弯曲分类自由弯曲校正弯曲当弯曲过程结束，凸模、凹模、毛坯三者相吻合后，凸模不再下压的弯曲工序，回弹量较大。当弯曲过程结束，凸模、凹模、毛坯三者相吻合后，凸模继续下压，产生刚性镦压，使毛坯产生进一步塑性变形，从而对弯曲件的弯曲变形部分进行校正的弯曲工序。4.1.3弯曲变形特点图4-3弯曲变形后网格变化1.弯曲变形区的位置弯曲变形的区域主要发生在弯曲圆角区，即弯曲带中心角α范围内。图4-4弯曲角与弯曲带中心角弯曲带中心角α弯曲角θα+θ=180o2.应变中性层在拉伸与压缩之间存在一个既不伸长也不缩短的中间纤维层，称为应变中性层。rxtmmmmmm0.5rtxx中性层弯曲半径，；弯曲半径，；材料厚度，;中性层位移系数，小于，可查表确定。图4-5中性层位置的确定3.变形区厚度和板料长度/4rt当时：弯曲中性层向内偏移。中性层内移的结果是：内层纤维长度缩短，导致厚度增加；外层纤维拉长，厚度相应减薄。由于厚度增加量小于变薄量，因此板料总厚度在弯曲变形区内变薄。同时，由于体积不变，故变形区的变薄使板料长度略有增加。图4-6板料厚度方向变形情况4.变形区横断面的变形/3bt宽板/3bt窄板弯曲时，宽度方向的变形不受约束。由于弯曲变形区外侧材料受拉而引起板料宽度方向收缩，内侧材料受压引起板料宽度方向增厚，其横断面形成外窄内宽的扇形。弯曲时，材料在宽度方向上的变形会受到相邻金属的限制，其变形区断面几乎不变，基本保持为矩形。4.1.4弯曲件的结构工艺性弯曲件良好的工艺性，不仅能简化弯曲工序和弯曲模的设计，而且还能提高弯曲件的精度、节约材料、提高生产率。图4-7弯曲件的对称性左右不对称，弯曲时由于工件受力不平衡将会产生滑动现象影响工件精度。1.弯曲件的形状2.最小弯曲半径最小弯曲半径指弯曲件弯曲部分的内角半径，用r表示。图4-8弯曲方向对弯曲半径的影响弯曲半径过小，毛坯在弯曲时，其外表面的变形就可能会超过材料的变形极限而产生裂纹。因此弯曲工艺受最小弯曲半径rmin的限制。由于难以准确地建立最小弯曲半径与影响因素的关系，所以最小弯曲半径一般由试验确定。3.弯曲件的直边高度直边高度H过小，那么直边在弯曲模上支承的长度也过小，不易形成足够的弯矩，弯曲件的形状难以控制。2Ht2Ht如果可加大直边高度，待弯曲成形后，再将直边的高出部分切除。当弯曲边带有斜度时，应保证(2~4),3HtHmm且图4-9直边高度要求4.弯曲件孔边距图4-10弯曲件孔边距图4-11防止孔变形的措施222tmmsttmmst设孔边到弯曲半径r的中心的最小距离为s不满足先弯曲后冲孔或改变零件形状；增加工艺孔5.止裂孔、止裂槽图4-12止裂孔、止裂槽当局部弯曲某一段边缘时，为了防止尖角处由于应力集中而产生裂纹，可增添工艺孔、工艺槽或将弯曲线移一定距离，以避开尺寸突变处，并满足/2bthtrb；6.弯曲件的尺寸标注和精度尺寸标注时要考虑弯曲工艺的特点，尽量避免对由于回弹和变形而引起的变形区进行尺寸标注。尺寸标注注意事项精度要求不高于IT13级，角度公差大于'15图4-13孔位置标注4.2弯曲模典型结构工作零件（凸模、凹模，凸凹模）定位零件（定位板、定位钉等）顶件及压料装置导向零件（常用导柱导套式）固定零件（模架、固定板、墊板、模柄、紧固件等）弯曲模具结构可分为五个部分：模具应用举例4.2.1V形件弯曲模图4-14V形件弯曲模1.V形弯曲模形状简单，能一次弯曲成形。常用的方法有两种：一种是沿弯曲件的角平分线方向弯曲，称为V形弯曲；另一种是垂直于一直边方向的弯曲，称为L形弯曲。1-顶杆；2-定位钉；3-模柄；4-凸模；5-凹模；6-下模座凸、凹模之间的间隙是靠调节压力机的装模高度来控制，所以对材料的厚度公差要求不严。可实现校正弯曲，弯曲件的回弹小，平面度好。2.L形弯曲模图4-15L形件弯曲模1-凸模；2-凹模；3-定位销；4-压料板；5-挡块；6-定位板在弯曲时固定工件长边弯曲短边。竖起的短边无法得到校正，因而回弹弹较大。4.2.2U形件弯曲模1.U形件弯曲模图4-16U形件弯曲模1-模柄；2-上模座；3-凸模；4-推杆；5-凹模；6-下模座；7-顶杆；8-顶件块；9-圆柱销；10-定位销有回弹现象2.闭角弯曲模1-凸模；2-定位板；3-弹簧；4-回转凹模；5-限位钉图4-17使用回转凹模的U形件弯曲模使用斜楔的U形件弯曲模1-斜楔；2-凸模支杆；3，9-弹簧；4-上模座；5-凸模；6-定位销；7，8-活动凹模；10-下模座；11-滚柱图4-18使用斜楔结构的U形件弯曲模弹簧将毛坯先弯曲成U形。受弹簧弹力限制，该结构只适用于弯曲薄板。4.2.3帽形件弯曲模图4-19两次弯曲成形1.使用两套U形弯曲模2.一次弯曲成形图4-20一次弯曲成形图4-21复合弯曲模一次弯曲成形1-凸凹模；2-活动凸模；3-凹模；4-顶板有回弹。较少使用此方法4.2.4Z形件弯曲模1-顶件板；2一托板；3-橡胶；4-压柱；5-上模座：6-凹模；7-凸模；8-下模板图4-22Z形件弯曲模4.2.5圆形件弯曲模1.大圆弯曲模内筒直径d大于20mm1-凸模；2-凹模；3-定位板图4-23大圆两次弯曲模（1）两次弯曲成形缺点是弯曲件上部得不到校正，回弹较大。1-弹顶装置；2-转动凹模；3-凸模；4-支撑图4-24大圆一次弯曲模用于直径在10～30mm，材料厚度约为1mm的圆形件弯曲成形（2）一次弯曲成形缺点是弯曲件上部得不到校正，回弹较大。2.小圆弯曲模内筒直径d小于5mm图4-25小圆两次弯曲成形4.3弯曲件的质量分析弯曲件的质量问题主要有三种：弯裂、回弹和滑移4.3.1弯曲件的弯裂主要原因：相对弯曲半径过小、板料塑性差、弯曲模间隙小、润滑不良、板厚严重超差等，最主要的原因是相对弯曲半径r/t过小。解决措施：（1）使用表面质量好的毛坯；（2）采用合理的模具间隙，改善润滑条件，减少弯曲时毛坯的流动阻力；（3）制件的相对弯曲半径大于最小相对弯曲半径；（4）对于塑性差或加工硬化较严重的毛坯，先退火后弯曲；（5）把毛坯有毛刺的一面置于变形区的内侧。4.3.2弯曲件的滑移图4-26滑移现象形成滑移的主要原因是毛坯沿凹模口滑动时两边所受的摩擦阻力不相等。形状不对称凹模刃口圆角不一致制件两边弯曲角不同图4-27有弹顶装置的弯曲模防止滑移的主要措施：（1）采用对称的凹模结构，保证模具间隙均匀；（2）采用有顶件装置的弯曲模结构；（3）采用定位装置。图4-28用孔定位的弯曲模4.3.3弯曲件的回弹图4-29弯曲件的回弹1．弯曲件的回弹材料在弯曲过程中，伴随着塑性变形总存在着弹性变形，弯曲力消失后，塑性变形部分保留下来，而弹性变形部分要恢复，从而使弯曲件与弯曲模的形状并不完全一致，这种现象称为弯曲件的回弹。00rrr角度回弹曲率半径变化2．影响回弹的主要因素（1）材料的力学性能s变形区应力大，回弹也大E弹性模量则抵抗弹性变形的能力越强，所以回弹值越小。（2）材料的相对弯曲半径/rt减小，塑性变形成分变大，回弹量降低。（3）弯曲件的形状U形件比V形件回弹小；弯曲角θ大，参加变形的区域大，弹性变形大回弹就大。（4）凸、凹模之间的间隙间隙愈小，回弹值愈小。（5）弯曲校正力。弯曲校正力愈大，塑性变形程度愈大，回弹愈小。3．减小回弹的措施1）补偿法预先估算或试验出工件弯曲后的回弹量，在设计模具时，使弯曲件的变形量超过原设计量，工件回弹后就得到所需要的正确形状。图4-30补偿法示意图2）校正法图4-31校正法示意图校正压力集中施加在弯曲变形区，使其塑性变形成分增加，弹性变形成分减小，从而使回弹量减小。4.4弯曲工艺计算4.4.1弯曲件展开长度的计算图4-32多角弯曲件展开长度弯曲件展开长度的计算依据弯曲件的形状、弯曲半径、弯曲方向的不同而不同。1.圆角半径r0.5t其展开长度等于所有直线段和弯曲部分中性层展开长度之和。123123L=a+a+a+lll123123Lmmaaa,mmlllmm弯曲件展开长度，；、、各圆弧线段展开长度；、、各直线段的长度，。图4-33θ900的弯曲件示意单角弯曲件的毛坯展开尺寸:121212L=ll+a=ll2360=ll()180rxt0x弯曲带中心角，（）。中性层位移系数。2.圆角半径r0.5t12L=ll-0.43t弯曲特征简图公式弯一个角弯一个角一次同时弯两个角12Lll+0.4t123Lll+l+0.6t弯曲特征简图公式1234Lll+l+l+0.75t一次同时弯三个角一次同时弯两个角,第二次弯曲另一个角1234Lll+l+l+t一次同时弯四个角分两次弯曲四个角123Ll2l+2l+t123Ll2l+2l+1.2t(1)对于同一形状的弯曲件，若弯曲方法不同，那么毛坯的展开尺寸也不一样；(2)对于尺寸精度要求高的弯曲件，其毛坯展开长度应在试件弯曲后进行校正，修改模具后才能进行批量下料。4.4.2弯曲力的计算图4-34自由弯曲示意图弯曲力是选择机床的依据弯曲力的大小与毛坯尺寸、材料力学性能、凹模支点间的距离、弯曲半径、凸凹模间隙等因素有关，计算过程非常复杂，生产中常用经验公式进行计算。1.自由弯曲时的弯曲力（1）V形件（2）U形件20.6bZkbtFrt20.7bZkbtFrtNk=1.3mmmmMPammZbFkbtr冲压结束时的弯曲力，；安全系数，一般取；弯曲件宽度，；弯曲件厚度，；材料的抗压强度，；弯曲件的内半径，。2.校正弯曲时的弯曲力校正弯曲力比自由弯曲力大得多图4-35校正弯曲示意图jFAp2NMPammjFpA校正弯曲力，；单位校正力，；工件被校正部分在凹模上的投影面积，。3.顶件力和压料力QNzFF顶件力或压料力，；自由弯曲力；Q=0.30.8zFF（～）4.弯曲时压力机的选择（1）自由弯曲时（1）校正弯曲时=QzFFF=jQjFFFF选择压力机=1.3pFF4.5弯曲模具设计4.5.1弯曲件的工序安排1.工序安排原则(1)先弯外角，后弯内角；(2)后道工序弯曲时不能破坏前道工序弯曲的变形部分；(3)前道工序弯曲必须考虑后道工序弯曲时有合适的定位基准。2.工序安排方法（1）简单形状一次弯曲成形图4-36一道工序弯曲成形（2）复杂形状，一般采用两次或多次弯曲成形图4-37二道工序弯曲成形图4-38三道工序弯曲成形（3）对于某些结构不对称的零件，采用弯曲后再切开的方法图4-39成对弯曲成形（4）弯曲件有高精度孔时，采用先弯曲后冲孔的方法（5）对于批量大而尺寸较小的弯曲件（如电子产品中的元器件