第3章弯曲工艺与模具设计an2012_1

弯曲是冲压基本工序本章在分析弯曲变形过程及弯曲件质量影响因素的基础上，介绍弯曲工艺计算和弯曲模设计。涉及弯曲变形过程分析、弯曲半径及最小弯曲半径影响因素、弯曲卸载后的回弹及影响因素、减少回弹的措施、坯料尺寸计算、工艺性分析与工艺方案确定、弯曲模典型结构、弯曲模工作零件设计等。内容简介：第3章弯曲工艺与模具设计弯曲：将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度和一定的曲率，形成所需形状零件的冲压工序。生活中的弯曲零件弯曲成形典型零件弯曲件的弯曲方法模具压弯折弯滚弯拉弯弯曲方法：弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以及在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。本章与第2章相比：准确工艺计算难，模具动作复杂、结构设计规律性不强。弯曲模：弯曲所使用的模具。用模具成形的弯曲件如下:用模具成形弯曲件弯曲模设计程序审图弯曲工艺性分析弯曲工艺方案制定毛坯尺寸计算回弹补偿量确定弯曲力及压力中心计算凸、凹模结构设计总体结构设计弯曲设备选择弯曲模装配图绘制非标零件图绘制3.1弯曲变形分析3.2宽板弯曲时的主应力值和应力中性层的位置3.3弯曲件质量分析3.4弯曲加工的工艺性要求和工艺计算3.5弯曲模设计3.6凸、凹模工作部分尺寸确定第3章弯曲工艺与弯曲模V形件弯曲是最基本的弯曲变形，以此为例来进行说明。3.1.1弯曲变形过程变形区主要在弯曲件的圆角部分，板料受力情况如图所示。V形弯曲板材受力情况要弯曲必须要有弯曲力矩自由弯曲、校正弯曲3.1弯曲变形分析弯曲过程自由弯曲校正弯曲2.弯曲变形过程如果再继续加力，则称为校正弯曲弯曲前坐标网格的变化弯曲后弯曲前为了研究弯曲变形的情况,将其表面划上网格观察弯曲变形后坐标网格及工件横断面的变化，变形区由矩形变为扇形，其变形特点为：1）弯曲的变形区主要是弯曲件的圆角部分。2）在圆角变形区内，变形是不均匀的。3.1.2弯曲变形分析1.弯曲变形区的特点弯曲前坐标网格的变化弯曲后弯曲前外侧受拉，内侧受压。有一个既不伸长也不缩短的金属层，称为应变中型层。以此为界，分为内、外两层区域。3）弯曲时外侧的减薄量大于内侧的增厚量，从而在变形中厚度将变薄tt/1用变薄系数r/t越小，则厚度变薄量大弯曲前坐标网格的变化弯曲后弯曲前4）变形区内板料横断面的变化则视板料的宽窄而有所不同b/t3宽板弯曲，横断面几乎不变b/t3窄板弯曲，断面产生了畸变5）板料长度增加由弯曲变形的有关知识可知，距中性层为y处的纤维，其应变为：yy)（假设中性层的位置为：最大应变出现在最外层纤维，即y=t/2的应变：121maxtrmax当相对弯曲半径r/t减小时，将增加因此应限制相对弯曲半径r/t的值2.弯曲变形程度与相对弯曲半径2tr弯裂：使变形区外层材料沿板宽方向产生裂纹而导致破坏最小相对弯曲半径rmin/t：外层纤维不拉裂的极限弯曲半径，表示板料弯曲变形程度的大小，越小则变形程度越大。板料弯曲时应变中性层的长度始终是不变化的。3.弯曲变形中性层的位置)2/(0trη=t1/t为变薄系数外层中性层内层应力σs弹形变形，回复，无作用，弹性弯曲阶段应力σs工作区塑性变形先是内外表面，逐渐向中心扩展逐渐从弹-塑性变形阶段，变为纯塑性变形阶段应力σb拉裂a)弹性弯曲b)弹－塑性弯曲c)纯塑性弯曲3.1.3弯曲变形区的应力应变状态1.弯曲变形阶段2.弯曲变形区的应力应变状态(1)切向以中性层为界，外受拉，内受压(2)厚度内外都受压(3)宽度方向分为窄板和宽板分别进行讨论ａ）窄板(1)窄板弯曲内、外区宽向应力为零，应变的值与切向应变相反b）宽板(2)宽板弯曲内、外区宽向应变为零，应力的值与切向应变相同1.无硬化塑性弯曲3.2宽板弯曲时的主应力值和应力中性层的位置(1)外区的3个主应力0)2/sin(2)(dddd|dσ|σdα|ρ|σρρρ(2)内区的3个主应力（3）应力中性层的位置应力中性层上的应力是不连续的当r/t5时，应力状态简图接近线性，应力中性层与毛坯中心层重合当r/t5时，应力中性层从毛坯中心层向曲率中心方向即内侧偏移偏移的原因是由于径向压应力的作用3.有硬化弯曲的主应力分布1.弯曲变形程度的控制弯裂：当弯曲变形达到一定程度时，将会使变形区外层材料沿板宽方向产生拉伸裂纹而导致破坏。弯曲变形程度的控制指标：最小相对弯曲半径3.3.1弯裂与最小相对弯曲半径3.3弯曲件质量分析1）材料的机械性能材料的塑性越好，便可采用越小的rmin/t。2）弯曲件角度(以90º为界)3）板料厚度4）板料的热处理状态(退火、加工硬化)5）毛坯的断面质量和板料的表面质量2.影响rmin/t的因素：折弯方向对rmin/t的影响6）折弯方向(与材料纹向的关系)3.最小相对弯曲半径rmin/t的确定3.3.2弯曲件的回弹1.弯曲回弹现象分析塑性弯曲时伴随有弹性变形，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致，这种现象叫回弹。（1）回弹现象弯曲回弹的表现形式：①弯曲半径的变化：回弹会使工件的圆角半径增大，即r’＞r。则回弹量可表示为：Δr=r’-r②弯曲件角度：回弹会使弯曲件的弯曲中心角减小，即α’＜α。则回弹量可表示为：Δα=α-α’弯曲时的回弹会造成弯曲的角度和工件尺寸误差(2)弯曲回弹与残余应力(1)材料的机械(力学)性能ES/越大，回弹越大。材料的力学性能对回弹值的影响1、3－退火软钢2-软锰黄铜4-经冷变形硬化的软钢2.影响弯曲回弹的因素21E1E243E3=E443.4321图b)图a)r/t越小，变形程度越大，回弹量减小。(2)相对弯曲半径r/t应尽量选择屈服极限小、n值小的材料以获得形状规则、尺寸精确的弯曲件。自由弯曲回弹大，校正弯曲回弹小(4)弯曲方式(3)弯曲角中心角α弯曲角α越小，角度回弹量越大，曲率回弹量关系不大(6)模具结构因素间隙越小，角度回弹量越小。一般而言，弯曲件越复杂，一次弯曲成形角的数量越多，回弹量就越小。(5)工件的形状卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的，可以不予考虑，而仅考虑角度(弯曲中心角)的回弹变化。其值可查阅相关手册。(1)大变形程度（r/t＜5）自由弯曲时的回弹值3.弯曲回弹值的确定凸模工作部分的圆角半径和角度可按右式进行计算，然后在生产中根据试模进行修正。按照经验表或经验数据进行计算。TTsTrrEtrrr31(2)小变形程度（r/t≥10）自由弯曲时的回弹值(1)从弯曲见结构上——改进弯曲件的设计尽量避免选用过大的r/t。在弯曲区压制加强筋或成形边翼，以提高零件的刚度，抑制回弹。尽量选用小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。Es/4.减少回弹的措施(a)采用校正弯曲代替自由弯曲。(b)对冷作硬化的材料须先退火，使其屈服点σs降低。对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。(c)采用拉弯工艺。工件在拉弯过程板料沿截面高度的应变分布拉弯工艺示意图(2)采取适当的弯曲工艺(a)弯曲板料厚度大于0.8mm，材料塑性较好时，改变凸模形状(b)对较硬的材料，可通过改变模具形状，补偿回弹改变凸模形状改变模具形状(3)从模具结构上考虑(c)在弯曲件的端部加压(d)采用橡胶凹模(或凸模)端部加压橡胶凹模1.弯曲偏移现象毛坯在弯曲过程中产生移动，这种现象称为弯曲偏移产生原因：毛坯形状不对称、工件结构不对称、凸模与凹模圆角不对称、模具间隙不对称、模具结构不合理等3.3.3弯曲时的偏移2.克服弯曲偏移的措施(1)采用压料装置(2)采用毛坯定位措施(3)采用对称工件结构(4)采用制造质量较好的模具防止毛坯偏移的措施3.4弯曲加工的工艺性要求和工艺计算弯曲件的工艺性是指弯曲零件的形状、尺寸、精度、材料以及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。具有良好工艺性的弯曲件，能简化弯曲的工艺过程及模具结构，提高工件的质量。（1）板料的材质、厚度及热处理状态（2）板料的滚轧方向、弯曲毛坯在条料上的排列方向（3）毛坯的断面状态、板料的表面质量1.弯曲加工的成形极限受最小相对弯曲半径的限制，还要考虑以下因素：1）经冷变形硬化的材料，可热处理后再弯曲。2）清除冲裁毛刺，或将有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘。3）对于低塑性的材料或厚料，可采用加热弯曲。4）采取两次弯曲的工艺方法，中间加一次退火。2.提高弯曲极限变形程度的方法开槽后进行弯曲5）对较厚材料的弯曲，如结构允许，可采取开槽后弯曲。3.弯曲件的结构工艺性一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯料受力平衡而无滑动（图a）。如果弯曲件不对称，由于摩擦阻力不均匀，坯料在弯曲过程中会产生滑动，造成偏移（图b）。形状对称和不对称的弯曲件（1）弯曲件的形状弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为hr+2t（图a）。当h较小时，直边在模具上支持的长度过小，不容易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件。弯曲件的弯边高度（2）弯曲件直边高度如果孔边至弯曲半径r中心的距离过小，为防止弯曲时孔变形，可在弯曲线上冲工艺孔（图b）或切槽（图c）。如对零件孔的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。（3）弯曲件孔边距离弯曲件孔边距离弯曲有孔的工序件时，如果孔位于弯曲变形区内，则弯曲时孔要发生变形，为此必须使孔处于变形区之外（图a）。增添连接带和定位工艺孔的弯曲件在弯曲变形区附近有缺口的弯曲件，若在坯料上先将缺口冲出，弯曲时会出现叉口，严重时无法成形，这时应在缺口处留连接带，待弯曲成形后再将连接带切除（图a、图b）。（4）增添连接带和定位工艺孔增添连接带和定位工艺孔的弯曲件为保证坯料在弯曲模内准确定位，或防止在弯曲过程中坯料的偏移，最好能在坯料上预先增添定位工艺孔（图b、图c）。4.弯曲件的成形精度弯曲件的精度受坯料定位、偏移、翘曲和回弹等因素的影响，弯曲的工序数目越多，精度也越低。一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15′。长度的未注公差尺寸的极限偏差见表1，弯曲件角度的自由公差见表2。表1弯曲件长度的未注公差尺寸的极限偏差表2弯曲件角度的自由公差5.弯曲件的材料如果弯曲件的材料具有足够的塑性，屈强比小，屈服点与弹性模量的比值小，则有利于弯曲成形和工件质量的提高。如软钢、黄铜和铝等材料的弯曲成形性能好。而脆性较大的材料，如磷青铜、铍青铜、弹簧钢等，则最小相对弯曲半径大，回弹大，不利于成形。弯曲件的工序安排应根据工件形状、精度等级、生产批量以及材料的力学性质等因素进行考虑。弯曲工序安排合理，则可以简化模具结构、提高工件质量和劳动生产率。3.4.2弯曲件的工序安排图3.7.2至图3.7.5分别为一次弯曲、二次弯曲、三次弯曲以及多次弯曲成形工件的例子，可供制订弯曲件工艺程序时参考。图3.7.2一道工序弯曲成形图3.7.2至图3.7.5分别为一次弯曲、二次弯曲、三次弯曲以及多次弯曲成形工件的例子，可供制订弯曲件工艺程序时参考。图3.7.2一道工序弯曲成形图3.7.2至图3.7.5分别为一次弯曲、二次弯曲、三次弯曲以及多次弯曲成形工件的例子，可供制订弯曲件工艺程序时参考。图3.7.2一道工序弯曲成形一次弯曲（1）对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形工件等，可以采用一次弯曲成形。（2）对于形状复杂的弯曲件，一般需要采用二次或多次弯曲成形，但尺寸小、材料薄、形状较复杂的弹性接触件最好一次复合或级进弯曲成形。二次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲三次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第四次弯曲四次弯曲（3）非对称弯曲件应尽可能采用成对弯曲；这样压弯时可以避免坯料偏移，所以应尽量采用成对弯曲，然后再切成两件的工艺。（4）对于批量大而尺寸较小的弯曲件，为使操作方便、定位准确和提高生产率，应尽可能采用级进模或复合模。（5）需多次弯曲时，弯曲次序一般是先弯两端，后弯中间部分，前次弯曲应考虑后次弯曲有可靠的定位，后次弯曲不能影响前次已成形的形状。（6）带孔的弯曲件，冲孔应尽可能安排在弯曲工序之后进行