冲压工艺与模具设计第三章弯曲工艺与弯曲模具设计

2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计概述3.1弯曲变形过程分析3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹3.3弯曲成形工艺设计3.4弯曲模具的典型结构设计2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计弯曲是使材料产生塑性变形，形成一定曲率和角度零件的冲压工序。弯曲毛坯的种类：板料、棒料、型材、管材2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计弯曲成型工艺方法：压弯、折弯、拉弯、滚弯、辊弯（a）模具压弯；（b）折弯；（c）拉弯；（d）滚弯；（e）辊压3.0.2弯曲零件的成形方法2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.1板料弯曲变形过程及变形特点3.1.1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，时弯曲半径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。3.1.2板料弯曲变形特点通过网格试验观察弯曲变形特点（如图3.1.3）。2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计图3.1.3弯曲前后坐标网络的变化2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计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.弯曲变形区的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。3/tb3/tb2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.1.3弯曲时变形区的应力和应变11、弹性弯曲条件、弹性弯曲条件若材料的屈服应力为若材料的屈服应力为σσss，，则弹性弯曲的条件为：则弹性弯曲的条件为：　　22、塑性弯曲的应力与应变条件、塑性弯曲的应力与应变条件(a)弹性弯曲；(b)弹-塑性弯曲；(c)塑性弯曲图3.1.5弯曲毛坯变形区的切向应力分布⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−≥1E21trsσ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−≥1E21trsσ2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.1.3弯曲时变形区的应力和应变板料在塑性弯曲时板料在塑性弯曲时,,变形区变形区内的应力应变状态取决于弯曲内的应力应变状态取决于弯曲毛坯的想对宽度毛坯的想对宽度以及弯曲以及弯曲变形程度。变形程度。窄板弯曲的应力状态是窄板弯曲的应力状态是平面的，应变状态是立体的。平面的，应变状态是立体的。宽板弯曲的应力状态是立宽板弯曲的应力状态是立体的，应变状态是平面的。体的，应变状态是平面的。tb/2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.2弯曲卸载后弯曲件的回弹3.2.1回弹现象当弯曲结束，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）。2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计回弹性的表现形式：(1)弯曲半径增大　卸载前板料的内半径(与凸模的半径吻合)在卸载后增加至r。弯曲半径的增加量为：(2)弯曲中心角的变化　卸载前弯曲中心角为(与凸模顶角相吻合)，卸载后变化为。弯曲件角度的变化量为：prrprrr−=Δαα′ααα′−=Δ图3.2.1弯曲件的弹性回跳2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.2.2影响回弹的因素1.材料的力学性能材料的屈服点越高，弹性模量E越小，弯曲弹性回跳越大。2.相对弯曲半径相对弯曲变径越大，则回弹也越大。3.弯曲中心角弯曲中心角越大，表明变形区的长度越长，故回弹的积累值越大，其回弹角越大。但对弯曲半径的回弹影响不大。　sσtr/tr/αα2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计4.弯曲方式及弯曲模具结构采用校正弯曲时，工件的回弹小。5.弯曲件形状工件的形状越复杂，一次弯曲所成形的角度数量越多，使回弹困难，因而回弹角减小。6.模具间隙在压弯U形件时，间隙大，材料处于松动状态，回弹就大；间隙小，材料被挤压，回弹就小。　7.非变形区的影响2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.2.3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（）8~5/tr9090θθθΔΔ=t0θθθ−=Δ8~5/trEtrtrErrsst31131σσ+=+=ααttrr=tt0180αθ−=2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.2.4减少回弹的措施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3.2.3)。2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.2.3改进零件的结构设计2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计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3.2.4)。2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计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3.2.9)。(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3.2.10。(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3.2.11）,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。2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计图3.2.9用补偿法修正模具结构2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计图3.2.10用校正法修正模具结构2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计图3.2.11纵向加压弯曲2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计(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3.2.12）。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。2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计图3.2.12聚氨酯弯曲模2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.3弯曲成形的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。2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.3.1最小相对弯曲半径（）1.最小相对弯曲半径的概念昀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昀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3.3.2)tr/mintr/min2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计图3.3.1板料纤维方向对弯曲半径的影响2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.最小相对弯曲半径经验数值的确定表3.3.12012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计3.3.2弯曲件的结构工艺性1.弯曲件的弯曲半径弯曲件的弯曲半径必须小于昀小弯曲半径，否则要采用工艺措施，如:热弯、多次弯曲等（如图3.3.3）。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(如图3.3.4)，尺寸不易保证。为防止毛坯的偏移，在设计模具结构时应考虑增设压料板，或增加工艺孔定位。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3.3.5)。　2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲工艺和弯曲模具设计图3.3.2压槽后再进行弯曲2012-7-23Copyright©2003PearsonEducation,Inc.弯曲