第三章弯曲工艺与弯曲模设计

冲裁工艺与冲裁模的设计3.1概述3.2典型案例3.3弯曲工艺与模具的设计程序3.4弯曲工艺性分析3.5弯曲工艺过程3.6弯曲工艺参数计算3.7弯曲模工作部分尺寸的计算3.8弯曲压力计算3.9弯曲模总体设计3.10其他弯曲形式与模具结构3.1概述弯曲是把平面的毛坯料制成具有一定角度和尺寸要求的一种塑性成形工艺。a)压弯b)折弯c)扭弯d)滚弯e)拉弯压弯成形件压弯成形的典型形状3.2典型案例保持架零件图管线保持架，材料为Q215，大批量生产录音机机芯暂停杆，其尺寸精度应高于IT12级，材料为镀锌20F，属于大批量生产。录音机机芯暂停杆40??2143.551022×M35.315R7R1.5R11.5253328.590.58电器簧片，其尺寸精度应高于IT12级。材料为H62（半硬），大批量生产。电器簧片审图弯曲工艺性分析冲压工艺方案制定毛坯尺寸计算回弹补偿量确定冲压力及压力中心计算凸、凹模结构设计总体结构设计冲压设备选择冲压模装配图绘制非标零件图绘制3.3弯曲工艺与模具的设计程序弯曲模设计程序3.4弯曲工艺性分析3.4.1弯曲变形特征（1）弯曲变形过程R0R1R2R3L0L1L2L3t弯曲V形件的变形过程a)毛坯b)弯曲件弯曲变形的特点（2）弯曲变形的特点0000aabbbbaa90°a）b）在内缘与外缘之间存在着纤维既不伸长也不缩短的中性层。a)窄板（B＜2t）b)宽板（B＞2t）弯曲区域的断面变化弯曲区域的断面变化①内、外缘的宽度②弯曲区域的厚度a)折弯线翘曲b)剖面产生畸变c)管材弯曲件的剖面畸变（3）弯曲质量分析2）弯曲时开裂现象与最小相对弯曲半径弯曲件开裂现象——外层纤维受拉而断裂最小弯曲半径——导致材料开裂的临界弯曲半径影响最小弯曲半径的主要因素①材料的力学性能②材料的热处理状态③制件弯曲角的大小④弯曲线方向⑤板料表面和冲裁断面的质量合理零件零件不合理合理不合理材料纤维方向对弯曲半径的影响弯曲线方向弯曲件的弯曲半径小于最小弯曲半径①应分两次或多次弯曲（扩大变形区域以减小外缘纤维的拉伸率）②可预先进行退火（材料塑性较差或弯曲过程中硬化情况严重）③加热弯曲（比较脆的材料及比较小的厚度）④设计弯曲件的弯曲半径大于其最小弯曲半径3）偏移与克服偏移的方法此边摩擦小零件沿此方向滑动制件弯曲时的偏移现象防止毛坯偏移的措施解决坯料在弯曲过程中偏移的两种方法：1.采用压料装置（也起顶件作用）；2.利用坯料上的孔（或工艺孔），在模具上装有定位销。3.4.2弯曲工艺性要求（1）弯曲件的形状与结构①弯曲有孔的坯件时，应将孔设计与弯曲线有一定的距离a或a1。rststlr弯曲件上孔壁到弯曲线的最小距离②弯曲件的直边高度不能太小，必须保证h≥2t。若h＜2t则必须制槽口或增加直边高度，然后加工去除。H≥2tH﹤2t压槽r弯曲件直边高度③弯曲件的弯曲圆角半径应不小于允许的最小弯曲半径（见表3-1）。④当弯曲件的弯曲线处于宽窄交界处时，弯曲线位置应满足l≥r，若不满足，则可适当增添工艺孔、槽。lKLRtrLKRrtd对弯曲件宽窄交界处的要求a）弯曲线位置b）c）d）工艺孔、槽⑤弯曲件的形状应尽可能对称。非对称形零件成双弯曲成形⑥边缘有缺口的弯曲件，可在缺口处留有连接带，待弯曲成形后再将连接带切除。连接缺口弯曲后切除弯曲后切除添加连接带（2）弯曲件的尺寸精度①弯曲件的长度极限偏差，圆角半径的极限偏差，工件上孔中心距的极限偏差，弯曲件的公差等级。②弯曲角度公差，弯曲角度（包括未注明的90°和等边多边形的角度）的极限偏差。（3）弯曲件的材料弯曲件的选材要合理，应尽可能选择高塑性，低弹性的材料冲裁毛刺与弯曲方向a）毛刺面在内侧b）毛刺面在外侧毛刺方向的安排毛刺面在内侧加大R易撕裂面3.4.3案例工艺性分析保持架该制件材料为普通碳素结构钢，较利于弯曲。制件结构简单，形状对称，孔边（弯曲线）距、弯曲直边高度、最小弯曲半径等均大于弯曲工艺要求，弯曲边缘无缺口，尺寸精度和粗糙度要求一般。因此，其弯曲工艺性较好。录音机机芯暂停杆该制件材料为优质碳素结构钢，较利于弯曲。制件结构较复杂，形状不对称，Ф1.4mm孔壁到弯曲线的距离＜t+r，弯曲半径均为0，弯曲边缘无缺口，尺寸精度要求较高。因此，其弯曲工艺性一般。电器簧片该制件材料为锡青铜，弹性好，对弯曲成形不利，回弹大，工件的尺寸精度不易保证。1.2mm×4mm的切口弯曲处宽度尺寸1.2mm较小，将影响弯曲成形凸模的强度。两侧耳弯曲处处于宽窄交界处，弯曲时易出现开裂或宽壁部的畸变，如结构许可，可在折弯处增添工艺槽。a）侧耳局部图b）添加工艺槽3.5弯曲工艺过程3.5.1弯曲工序安排原则弯曲工艺顺序应遵循的原则为：①先弯曲外角，后弯曲内角。②前道工序弯曲变形必须有利于后续工序的可靠定位，并为后续工序的定位做好准备。③后续工序的弯曲变形不能影响前面工序已成形形状和尺寸精度。④小型复杂件宜采用工序集中的工艺，大型件宜采用工序分散的工艺。⑤精度要求高的部位的弯曲宜采用单独工序弯曲，以便模具的调整与修正。弯曲工艺3.5.2典型弯曲工序设计（1）形状简单的弯曲件展开图一次弯曲a)b)c)d)一道工序弯曲成形（2）形状复杂的弯曲件展开图一次弯曲二次弯曲a)b)c)d)二道工序弯曲成形分三次弯曲成形的工序安排图例。展开图一次弯曲二次弯曲三次弯曲a)b)c)d)三道工序弯曲成形（3）批量大、尺寸较小的弯曲件可采用多工序的冲裁、弯曲、切断连续工艺成形。c)d)连续弯曲成形a)b)（4）案例分析保持架方案1．弯曲R2两直边→弯曲R10半圆→弯曲R2圆弧槽。2．同时弯曲R2两直边及R10半圆→弯曲R2圆弧槽。3．弯曲R2两直边→弯曲R10半圆→成形R2圆弧槽。4．同时弯曲R2两直边及R10半圆→成形R2圆弧槽。方案分析方案1和方案2在弯曲R2圆弧槽时将产生材料转移（流动），导致制件边缘不平齐，需增加切边修整工序。方案3和方案4将R2圆弧槽的成形采用成形手段成形，避免了成形过程中的材料转移，方案3工序较多。因此，综合分析比较，采用方案4为较佳。录音机机芯暂停杆方案依据“先外后内”的弯曲原则，制件A部的弯曲应先于B部的弯曲。1．同时折弯A部和C部→折弯B部。2．折弯A部→同时折弯B部和C部。3．折弯A部→折弯B部→折弯C部。方案分析对于不对称弯曲件而言，方案2和方案3将产生较大的模具受力不均衡现象，方案3使得弯曲工序增加，方案1可使模具受力较为均衡，且弯曲工序较少。ABC电器簧片方案1．弯曲切口部位→弯曲两侧耳→对称弯曲R7和R11.5展开部位→U形弯曲成形。2．弯曲切口部位、对称弯曲R7和R11.5展开部位及两侧耳→U形弯曲成形。3．弯曲切口部位→一次成形至制件要求。方案分析从模具制造、使用、维修调整等诸方面因素考虑，若采用单工序成形，宜选择方案2，若采用级进工序成形，宜选择方案1。3.6弯曲工艺参数计算3.6.1弯曲件展开尺寸计算根据弯曲变形过程分析，毛坯变形过程中存在应变中性层，即该层金属在变形中既没有伸长、亦没有缩短，其变形量为零。（1）中性层位置的确定弯曲中性层位置按下式确定：ρ=r+kt式中ρ——弯曲中性层的曲率半径；r——弯曲件内层的弯曲半径；t——材料厚度；k——中性层位置系数。2121b）直线与圆弧分开标注（1）弯曲件展开尺寸计算1）计算步骤：①将标注尺寸转换成计算尺寸；②计算圆弧部分中性层曲率半径及弧长；中性层曲率半径：ρ=r+kt弧长：S=ρα式中α——圆弧对应的中心角，以弧度表示。③计算总展开长度L=l1+l2+S即L=L直+S弧弯曲件r≥0.5t时展开长度的计算公式见表3-8。a）L形弯曲件2）弯曲件r0.5t时展开长度的计算：小圆角半径（r0.5t）或无圆角半径弯曲件的展开长度是根据弯曲前、后材料体积不变的原则进行计算的，即：L=∑l直+knt式中L——毛坯长度（mm）；∑l直——各直线段长度之和（mm）；n——弯角数目；t——材料厚度（mm）；k——与材料性能及弯角数目有关的系数。弯曲件r＜0.5t时展开长度的经验计算公式见表3-10。BlLlt无圆角半径弯曲件的展开长度4）铰链式弯曲件展开尺寸的计算：对于r=(0.6～3.5)t的铰链件，常用推卷的方法弯曲成形，其展开长度可按下式近似计算：铰链式弯曲件式中L——毛坯展开长度（mm）；l——铰链件直线段长度；r——铰链的内弯曲半径；k——卷圆时中性层位移系数。4.7kt5.7rlL（4）案例分析保持架展开尺寸暂不考虑压肋，将制件划分为5段。即两段12.51的直边，两段R2（α=77.5˚）的过渡圆弧和一段R10（α=155˚）的圆弧。则：由公式3-1可得：ρ2=r+kt=2+0.29×0.8=2.232ρ10=r+kt=10+0.488×0.8=10.394由公式3-2可得：S2=ρ2α2=2.232×(π×77.5÷180)=3.142mmS10=ρ10α10=10.394×(π×155÷180)=28.105mmL=L直+S弧=12.51×2+3.142×2+28.105=59.409mm直边圆弧圆弧保持架分段图保持架展开图录音机机芯暂停杆展开尺寸该制件属于无圆角半径弯曲件，因此，其展开尺寸计算均用公式3-4进行计算。因该制件均为单角弯曲，由表3-9可查得，k=0.48～0.50，取k=0.48。A部：LA=∑l直+knt=21.2+5.3+0.48×0.8=26.884mmB部：LB=∑l直+knt=4.8+7.7+0.48×0.8=12.884mmC部：LC=∑l直+knt=26.2+5+0.48×0.8=31.584mm0.328.51067.61316161816.52024.527.6232.3261R0.51112.515.25111.30.53.34.34.85.32.1211.720.82.4R2?2.80.81.83.35.36.87.88.42?1ABC电器簧片展开尺寸45.4028.754.5arccos174.3228.721.1110arcsin253.4521.118arcsin4R7、R11.5和R0.5为弧长计算，其余为三段直边中性层计算：R7：7/0.58=12R11.5：11.5/0.58=19.8R0.5：0.5/0.58=0.86由表3-6查得k7=0.490，k11.5=0.494，k0.5=0.403。中性层半径按ρ=r+kt计算，得：ρ7=7+0.49×0.58=7.28ρ11.5=10.92+0.494×0.58=11.21ρ0.5=0.5+0.403×0.58=0.73由中性层半径可得中性层简图，计算各中心角。23展开总长度：L=[(5.31-0.73)+(14.73-0.73-4.39)+1.15+9.30+15.31]×2=79.9mm弧长计算mmS30.9180)74.3245.40(28.77mmS31.15180)53.4574.32(21.115.11mm.π.S.1514273050R7.28R11.2181014.734.39R0.7312345.541013.6628.53.5R4.5514.5?3239.4679.9R1.57.62中性层简图电器簧片展开图3.6.2回弹（1）弯曲件回弹的概念拉伸曲线弯曲回弹回弹的表现形式：①弯曲回弹会使工件的圆角半径增大，即rz＞rp。则回弹量可表示为：Δr=rz-rp②弯曲回弹会使弯曲件的弯曲中心角增大，即α＜αp。则回弹量可表示为：Δα=α-αp弯曲时的回弹会造成弯曲的角度和工件尺寸误差。（2）影响弯曲回弹的因素1）材料的力学性能；2）材料的相对弯曲半径r/t；3）弯曲制件的形状；4）模具间隙；5）校正程度。（3）回弹值的计算1）查表法：当相对弯曲半径r/t＜5～8时，可查附录P及有关冲压手册初步确定回弹值，再根据经验修正给定制造时的回弹量。然后在试模时进行修正。2）计算法：当相对弯曲半径r/t＞5～8时，凸模圆角半径和中心角可按下式计算，在试模时再修正。EtrEtrrr