第5章弯曲工艺与弯曲模具

1第五章弯曲工艺与弯曲模具弯曲是冲压成形工序弯曲：弯曲方法：弯曲模：弯曲工艺与冲裁工艺相比：准确工艺计算难，模具动作复杂、结构设计规律性不强。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。弯曲所使用的模具。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。生活中的弯曲件用模具成形的弯曲件之一、之二2第五章弯曲工艺与弯曲模具第一节弯曲变形分析第二节弯曲件的质量分析第三节弯曲件的结构工艺性第四节弯曲件毛坯展开尺寸的计算第五节弯曲力的计算第六节弯曲模工作部分结构参数的确定第七节弯曲件的工序安排第八节弯曲模的典型结构第九节连续弯曲模3第一节弯曲变形分析V形件弯曲是昀基本的弯曲变形。一、弯曲变形过程弯曲变形过程自由弯曲校正弯曲弹性弯曲塑性弯曲弯曲结果：表现为弯曲半径和弯曲力臂的变化（减小）。弯曲半径逐渐减小：弯曲变形部分的变形程度逐渐增加弯曲力臂逐渐减小：弯曲变形过程中板料与凹模之间有相对滑移rrrr210Kllll2104二、弯曲变形的特点弯曲前后坐标网格的变化1.弯曲变形主要发生在弯曲带中心角α范围内，中心角以外基本不变形。2.在变形区内，板料在长、宽、厚三个方向都发生了变形。¾长度方向网格由正方形变成了扇形，靠近凹模的外侧长度伸长，靠近凸模的内侧长度缩短。长度在变形前后没有变化的一层金属变形区板料厚度变薄中性层的内移应变中性层¾厚度方向内层长度方向缩短，厚度应增加；外层长度方向伸长，厚度要变薄。5¾宽度方向内层材料受压缩，宽度应增加；外层材料受拉伸，宽度要减小。板料弯曲后的断面变化宽板(b/t3)弯曲：材料在宽度方向的变形会受到相邻金属的限制，横断面几乎不变，基本保持为矩形。窄板(b/t≤3)弯曲：宽度方向变形不受约束，断面变成了内宽外窄的扇形。6三、弯曲变形时的应力、应变状态分析应变状态宽板（b/t＞3）窄板（b/t≤3）长度方向ε1：厚度方向ε2：宽度方向ε3：长度方向ε1：厚度方向ε2：宽度方向ε3：三向应变两向应变内区压缩应变，外区伸长应变内区伸长应变，外区压缩应变内区伸长应变，外区压缩应变内区压缩应变，外区伸长应变内区伸长应变，外区压缩应变内外区近似为零7应力状态宽板（b/t＞3）窄板（b/t＜3）长度方向σ1：厚度方向σ2：宽度方向σ3：长度方向σ1：厚度方向σ2：宽度方向σ3：两向应力三向应力弯曲时的应力应变状态图内区受压，外区受拉内外均受压应力内外侧压力均为零内区受压，外区受拉内外均受压应力内区受压，外区受拉8相对弯曲半径（r/t）一、弯裂与最小相对弯曲半径的控制表示板料弯曲变形程度的大小。第二节弯曲件的质量分析昀小相对弯曲半径rmin/t在保证毛坯昀外层纤维不发生破裂的前提下，所能获得的弯曲零件内表面昀小圆角半径与弯曲材料厚度的比值。常用昀小相对弯曲半径rmin/t表示弯曲时的成形极限。其值越小越有利于弯曲成形。91.影响昀小弯曲半径的因素（１）材料的力学性能：材料的塑性愈好，延伸率δ愈大，其rmin/t愈小。（２）弯曲件角度α：弯曲件角度α愈大，rmin/t愈小。（３）板材宽度：窄板弯曲宽度方向材料自由流动，缓解弯曲圆角外侧的拉应力状态，rmin/t减小。（４）板料的热处理状态：经退火的板料塑性好，rmin/t小；经冷作硬化的板料塑性降低，rmin/t应增大。（5）板料的边缘及表面状态：表面缺陷容易在弯曲时破裂，rmin/t大。（6）折弯方向：沿纤维方向的力学性能较好，不易拉裂。当折弯线与纤维组织方向垂直时rmin/t最小；当折弯线与纤维组织方向平行时rmin/t最大。２．昀小弯曲半径rmin的数值参见表5-110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。二、弯曲时的回弹1.弯曲回弹的表现形式（1）弯曲半径增大（2）弯曲件角度增大rrr−=Δ0ααα−=Δ011（1）材料的力学性能σs/E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.影响回弹的因素12（2）相对弯曲半径r/tr/t越大，回弹越大。相对弯曲半径对回弹值的影响（3）弯曲件角度αα越小，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，故回弹角Δα越大。13（4）弯曲方式（5）模具间隙（6）工件形状在无底凹模内作自由弯曲时，回弹昀大。在有底凹模内作校正弯曲时，回弹较小。校正弯曲圆角部分的回弹比自由弯曲时大为减小。校正弯曲时圆角部分的较小正回弹与直边部分负回弹的抵销，回弹可能出现正、零或是负三种情况。在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有较大的影响。间隙越大，回弹角也就越大。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。14方法:先根据经验数值和简单的计算来初步确定模具工作部分尺寸，然后在试模时进行修正。3.回弹值的大小（1）小变形程度（r/t10）自由弯曲时的回弹值凸模工作部分的圆角半径和角度可按下式进行计算，再在生产中修正)1)(180(31−−°−=+=凸凸凸rrEtrrrsααασ15（2）大变形程度（r/t＜5）自由弯曲时的回弹值卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的，可以不予考虑，而仅考虑弯曲中心角的回弹变化。弯曲中心角为90°时部分材料的回弹角见表5-2。当弯曲件弯曲中心角不为90°时，其回弹角可用下式计算：9090αααΔ=Δ单角校正弯曲时的角度回弹角见表5-3。U形件弯曲时的回弹角见表5-4。16（1）改进弯曲件的设计¾尽量避免选用过大的r/t。如有可能，在弯曲区压制加强筋，以提高零件的刚度，抑制回弹。¾尽量选用σs/E小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。4.控制回弹的措施17（2）采取适当的弯曲工艺¾采用校正弯曲代替自由弯曲。¾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。¾采用拉弯工艺。（3）合理设计弯曲模¾对于较硬材料，可根据回弹值对模具工作部分的形状和尺寸进行修正。¾对于软材料，其回弹角小于5°时，可在模具上作出补偿角并取较小的凸、凹模间隙（图5－15）。¾对于厚度在0.8mm以上的软材料，r/t又不大时，可采取如图5－16所示结构。18‹对于U形件弯曲当r/t较小时,可采取增加背压的方法；当r/t较大时，可采取将凸模端面和顶板表面作成一定曲率的弧形；另一种克服回弹的有效方法：采用摆动式凹模，而凸模侧壁应有补偿回弹角Δβ；当材料厚度负偏差较大时，可设计成凸、凹模间隙可调的弯曲模。‹在弯曲件直边端部纵向加压。‹用橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹。19三、弯曲时的偏移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。当板料各边所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，使工件两直边的高度不符合图样的要求，这种现象称为偏移。制件毛坯形状不对称工件结构不对称弯曲模结构不合理20克服偏移的措施¾采用压料装置，使毛坯在压紧的状态下逐渐弯曲成形，从而防止毛坯的滑动，而且能得到较平整的工件。¾利用毛坯上的孔或设计工艺孔，用定位销插入孔内再弯曲，使毛坯无法移动。¾将不对称形状的弯曲件组合成对称弯曲件弯曲，然后再切开，使板料弯曲时受力均匀，不容易产生偏移。¾模具制造准确，间隙调整对称。21一、弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于昀小弯曲半径，否则在弯曲变形区外表面将产生拉裂；也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度与弯曲半径的精度都不易保证。第三节弯曲件的结构工艺性如果工件要求的弯曲半径过小，需要提高弯曲极限变形程度¾经冷变形硬化的材料，可热处理后再弯曲。¾清除冲裁毛刺，或将有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘。¾采取两次弯曲的工艺方法，中间加一次退火。¾对较薄材料的弯曲，改变工件结构形状。¾对较厚材料的弯曲，可采取开槽后弯曲。22二、弯曲件孔边距离当t2mm时，L≥t当t≥2mm时，L≥2t三、弯曲件直边高度若H2t，增加工艺余料。弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为H2t在弯曲变形区冲出孔或槽以转移变形区23四、增添工艺孔、槽或缺口五、加添连接带板料边缘需局部弯曲时，为避免角部畸变与形成裂纹，应预先切槽或冲工艺孔。边缘部分有缺口的弯曲件，必须在缺口外留有连结带，弯曲后再将连接带切除。24六、切口弯曲件的形状七、弯曲件的尺寸公差切口弯曲工序一般在模内一次完成。为了便于使工件从凹模中推出，弯曲部分一般做成梯形或先冲出周边槽孔再弯曲。一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15´。25第四节弯曲毛坯展开尺寸的计算计算依据：弯曲件的坯料长度应等于中性层的展开长度。一、弯曲中性层位置的确定中性层位置以曲率半径ρ表示xtr+=ρ其中x——中性层系数，见表5-5。通常用经验公式确定：26二、弯曲件毛坯展开长度的计算1.有圆角半径的弯曲件（r0.5t）)(1803602xtrl+=πϕϕπρ＝圆弧按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，即∑∑=圆弧直线＋llL272.无圆角半径的弯曲件（r0.5t）按变形前后体积不变条件确定坯料长度，同时考虑弯曲材料变薄的规律。弯曲前的体积：LbtV＝弯曲后的体积：btbtllV4)('221π++＝'VV＝tllL785.021++＝txllL'21++＝6.04.0'～＝x28第五节弯曲力的计算V形件弯曲力一、自由弯曲时的弯曲力U形件弯曲力trKbtFb+=σ26.0自trKbtFb+=σ27.0自F自——自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力；b——弯曲件的宽度；ｔ——弯曲材料的厚度；ｒ——弯曲件的内弯曲半径；σb——材料的抗拉强度；Ｋ——安全系数，一般取Ｋ＝1.3。式中：29式中：二、校正弯曲时的弯曲力ApF=校F校——校正弯曲应力；A——校正部分投影面积；p——单位面积校正力，其值见表5-6。若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力和压料力近似取自由弯曲力的30％～80％。即三、顶件力、卸料力或压料力自FFQ)8.0~3.0(=30自由弯曲四、压力机公称压力的确定校正弯曲QFFF+≥自压机校压机FF≥31第六节弯曲模工作部分结构参数的确定一、弯曲凸模圆角半径当ｒ/ｔ＞10时，则应考虑回弹，将凸模圆角半径r凸加以修正。minrr≥rr＝凸minrrminrr＝凸32二、凹模圆角半径凹模圆角半径不能过小，否则弯矩的力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑进时阻力增大，从耐增加弯曲力，并使毛坯表面擦伤。凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。t≤2mm时，))(8.0~6.0(trr+=′凸凹r凹＝（3～6）ｔｔ＝2～4ｍｍ时，r凹＝（2～3）ｔｔ＞4ｍｍ时，r凹＝2ｔV形弯曲凹模的底部可开退刀槽或取33凹模深度若过小，则工件两端的自由部分较长，弯曲零件回弹大，不平直。若过大，则浪费模具材料，且需较大的压力机行程。具体数值可以查阅相关标准。34三、凸、凹模间隙V形弯曲模的凸、凹模间隙是靠调整压机的闭合高度来控制的，设计时可以不考虑。U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般可按下式计算：kttkttZc+Δ+=+==max2/当工件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取c＝t。U形弯曲模的模具间隙值对弯曲件回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。间隙愈大，回弹增大，工件的误差愈大；间隙过小，会使零件边部壁厚减薄，降低凹模寿命。35四、弯曲凸、凹模宽度尺寸计算决定原则：工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上。工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。36（2）尺寸标注在外形上（１）尺寸标注在外形上()凹凹δ0max75.0+Δ−=LL0)(凸凹凸δ−−=ZLL0min)75.0(凸凸δ−Δ+=LL凹凸凹δ0)(++=ZLL凹模尺寸凸模尺寸凸模尺寸凹模尺寸——凸、凹模的制造公差，可采用ＩＴ7～ＩＴ9级精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一级。凸δ凹δ式中37１．V形件弯曲模Ｖ形弯曲模的一般结构形式1－凸