第四章弯曲工艺及模具设计

NO.14.1弯曲变形分析4.2弯曲件坯料尺寸的确定4.3宽板弯曲时的应力与应力中性层4.4弯曲力矩和弯曲力4.5弯曲件的回弹变形第4章弯曲工艺及模具设计4.6弯曲件的工艺性4.7弯曲工序及弯曲模4.8弯曲成形中常见问题及解决措施NO.2第4章弯曲工艺及模具设计本章主要内容本章学习目的要求本章重点熟悉弯曲变形过程与弯曲件质量特征；掌握弯曲时可能出现的质量问题及控制方法；掌握弯曲件坯料尺寸及弯曲力计算方法；能分析弯曲件的工艺性和合理安排弯曲工序；掌握弯曲模典型结构及设计要点。弯曲变形过程及特点，弯曲件质量问题及控制，弯曲件的工艺性分析，弯曲件毛坯尺寸的确定，弯曲力的计算，弯曲件的工序及弯曲模设计。弯曲件的质量问题及控制方法；弯曲件坯料尺寸及弯曲力计算方法；弯曲件的工艺性分析；弯曲模典型结构及设计要点。NO.3第4章弯曲工艺及模具设计弯曲模：弯曲所使用的模具。本章与第3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：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。弯曲属于塑性变形工序。弯曲方法：可分为在压力机上利用模具进行的压弯、在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。弯曲模二维动画弯曲模三维动画弯曲模结构图弯曲件实例一弯曲件实例二弯曲件实例三弯曲工艺过程NO.44.1弯曲变形分析考察V形件在弯曲模中的校正弯曲：4.1.1弯曲变形过程及特点1.弯曲变形过程自由弯曲校正弯曲弹性弯曲塑性弯曲弯曲效果：弯曲半径和弯曲角度发生变化（减小）。图4-4V形件弯曲过程V型件弯曲过程动画弯曲过程：弯曲变形板料受力情况如图所示。NO.54.1弯曲变形分析4.1.1弯曲变形过程及特点（1）弯曲变形区主要集中在圆角部分。（4）弯曲变形区横截面的变化分两种情况（图4-6）:（2）变形区外拉内压，其间有中性层。（3）中性层产生内移，变形区板料厚度变薄、长度增加。图4-5板料弯曲前后网格的变化窄板(B/t＜3)：原矩形截面变成了扇形宽板(B/t＞3)：原矩形截面几乎不变2.弯曲变形特点NO.64.1弯曲变形分析4.1.2弯曲变形时的应力与应变1.窄板弯曲：2.宽板弯曲：平面应力，三向应变三向应力，平面应变NO.74.2弯曲件坯料尺寸的确定4.2.1弯曲中性层位置的确定弯曲件的展开尺寸是确定弯曲前坯料大小的依据，其计算基础是：应变中性层在弯曲前后长度保持不变。应变中性层的确定ttr)2(为薄变系数122360barRtlb体积不变条件又，因应变中性层长度不变altrR得11tt为展宽系数bb1NO.84.2弯曲件坯料尺寸的确定4.2.1弯曲中性层位置的确定Ktr在冲压生产中，通常用经验公式确实应变中性层的曲率半径。)21()2(trttr宽板弯曲变形程度越大，应变中性层内移量越大。为应变中性层系数，可参考表4-2选取。KNO.94.2弯曲件坯料尺寸的确定简单形状件，可直接采用经验公式计算坯料长度。对复杂形状或精度要求高的弯曲件，先初算坯料长度，再反复试弯不断修正。1.r/t＞0.5的弯曲件)(trllK18021坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分中性层长度之和，即：r/t0.5的弯曲4.2.2弯曲件坯料尺寸的确定18021llL)(iiiiKrlL180NO.104.2弯曲件坯料尺寸的确定4.2.2弯曲件坯料尺寸的确定2.r/t＜0.5的弯曲件弯曲变形时圆角变形区变薄严重，且相邻直边部分也产生变薄，故应按变形前后体积不变条件来确定坯料长度。可按下表计算。表1r/t＜0.5的弯曲件坯料长度计算公式NO.114.2弯曲件坯料尺寸的确定4.2.2弯曲件坯料尺寸的确定对于r=(0.6～3.5)t的铰链件(下图)，通常采用推圆的方法成形。在推圆过程中板料有所增厚，中性层发生外移，故其坯料长度L可按下式近似计算：rtr50L)(.Kl式中x1——中性层位移系数，查表2。表2卷圆时中性层位移系数K铰链式弯曲件r/t＞0.5~0.6＞0.6~0.8＞0.8~1.0＞1.0~1.2＞1.2~1.5＞1.5~1.8＞1.8~2.0＞2.0~2.2＞2.2K0.760.730.700.670.640.610.580.540.5Ktrl7475..3.铰链式弯曲件NO.124.2弯曲件坯料尺寸的确定4.2.2弯曲件坯料尺寸的确定例1计算右图所示弯曲件的坯料展开长度。V形支架解：零件的相对弯曲半径r/t＞0.5，故坯料展开长度公式为：R4圆角处，r/t=2，查表4-2，K＝0.38；R6圆角处，r/t=3，查表4-2，K＝0.40。故：l直1＝EF＝[32.5-(30×tan30°+4×tan30°)]=12.87(mm)l直2＝BC＝[30/cos30°-(8×tan60°+4×tan30°)]=18.47(mm)l弯1＝π×60/180(4+0.38×2)=4.98(mm)l弯2＝π×60/180(6+0.40×2)=7.12(mm)则坯料展开长度L=2×(12.87+18.47+4.98+7.12)=86.88(mm)L＝2(l直1+l直2+l弯1+l弯2)NO.134.3宽板弯曲时的应力与应力中性层4.3.1无硬化板材的全塑性弯曲（P138～140）4.3.2硬化板材的全塑性弯曲（P140～141）NO.144.4弯曲力矩和弯曲力4.4.1弯曲力矩（P141～143）4.4.2弯曲力1.常温下大变量（r/t﹤3～5）弯曲2.常温下小变形（100﹥r/t﹥3～5）弯曲弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据之一。影响弯曲力因素很多，如材料力学性能、弯曲件形状、毛坯尺寸、弯曲半径、模具间隙、凹模圆角支点间距离、弯曲方式等。实际生产中常用经验公式来进行概略计算。NO.154.4弯曲力矩和弯曲力4.4.2弯曲力1.自由弯曲时弯曲力计算V形件弯曲力U形件弯曲力trKBtFb260.自trKBtFb270.自式中——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；——材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取K＝1.3。自Fb自由弯曲NO.164.4弯曲力矩和弯曲力4.4.2弯曲力2.校正弯曲时弯曲力计算式中：qAFF——校正弯曲应力；A——校正部分投影面积；q——单位面积校正力，其值见表4-5。NO.174.4弯曲力矩和弯曲力4.4.2弯曲力3.顶件力或压料力若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力(FD)或压料力(FY)可近似取自由弯曲力的60%～80%。即自FY).~.(8060FFD对于有压料的自由弯曲，压力机公称压力应为：)(YFF自压机F对于校正弯曲，由于校正弯曲力是发生在接近压力机下止点的位置，且校正弯曲力比压料力或推件力大得多，故FY值可忽略不计，压力机标称压力可取：校压机FF4.压力机标称压力的确定NO.184.5弯曲件的回弹变形一般情况下，、为正值，称为正回弹，但有时也出现负回弹。图4-9弯曲时的回弹回弹现象：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。弯曲回弹的表示方法：TrrrT式中，、——弯曲半径与弯曲角的回弹值；、——弯曲件的弯曲半径与弯曲角；、——凸模的半径和角度。rrTrTr弯曲回弹动画NO.194.5弯曲件的回弹变形4.5.1影响回弹的因素１．材料的机械性能（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NO.204.5弯曲件的回弹变形4.5.1影响回弹的因素２．相对弯曲半径越大，回弹越大。tr/tr/３．弯曲中心角越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，故回弹角越大。4．弯曲件的形状一般而言，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．模具间隙6．弯曲方式及校正力大小间隙小回弹小，间隙大回弹大NO.214.5弯曲件的回弹变形4.5.2弯曲回弹值的确定1．自由弯曲时的回弹（P145）2．校正弯曲时的回弹值（P145～146）（1）大弯曲半径的回弹（2）小弯曲半径的回弹在实际生产中，往往根据经验或查表来初定回弹角的大小，然后在试模时进行修正。NO.224.5弯曲件的回弹变形4.5.3减小回弹变形的措施1．改进弯曲件的设计（1）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。Es/（2）尽量选用性能稳定和板料厚度波动小的材料。小、力学图4-18加强筋减小回弹NO.234.5弯曲件的回弹变形4.5.3减小回弹变形的措施2．采取合适的弯曲工艺（1）采用校正弯曲代替自由弯曲。（2）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。（3）采用拉弯工艺。图4-19拉弯工艺NO.244.5弯曲件的回弹变形4.5.3减小回弹变形的措施3．合理设计弯曲模结构图4-20补偿回弹1）在凸模上减去回弹角[图4-20（a）、（b）]，使弯曲件弯曲后其回弹得到补偿。对U形件，还可将凸、凹模底部设计成弧形[图4-12（c）]，弯曲后利用底部向上的回弹来补偿两直边向外的回弹。NO.254.5弯曲件的回弹变形4.5.3减小回弹变形的措施3．合理设计弯曲模结构2）当弯曲件材料厚度大于0.8mm，且塑性较好时，可将凸模设计成图4-21所示的局部突起形状，使凸模作用力集中在弯曲变形区，以加大变形区的变形程度，从而减小回弹。图4-21凸模作用力集中在弯曲区减小回弹NO.264.5弯曲件的回弹变形4.5.3减小回弹变形的措施3．合理设计弯曲模结构3）对于一般较软的材料，可增加压料力[图4-22（a）]或减小凸、凹模之间的间隙[图4-22（b）]，以增加拉应变，减小回弹。图4-22增大拉应变减小回弹NO.274.5弯曲件的回弹变形4.5.3减小回弹变形的措施3．合理设计弯曲模结构图4-23在弯曲件端部加压减小回弹4）在弯曲件直边的端部加压，使弯曲变形区的内、外区都处于压应力状态而减小回弹，并能得到较精确的弯边高度，如图4-23所示。NO.284.5弯曲件的回弹变形4.5.3减小回弹变形的措施3．合理设计弯曲模结构5）采用橡胶或聚氨酯代替刚性凹模进行软凹模弯曲，可以使坯料紧贴凸模，同时使坯料产生拉伸变形，获得类似拉弯的效果，能显著减小回弹，如图4-24所示。图4-24采用软凹模弯曲减小回弹NO.294.8弯曲成形中常见问题及解决措施4.8.2弯裂及其控制弯裂现象：当板料外侧的拉应力超过材料的抗拉强度以后，在板料外侧产生的裂纹。板料是否会产生弯裂，在材料一定的情况下，主要与r/t(相对弯曲半径)有关，r/t越小，其变形程度就越大，越容易产生裂纹。图4-48弯曲变形1212222trtrttrtrtr////)/(）（外如将δ外以材料断后伸长率δ代入，则有：21tr/minrmin/t——最小相对弯曲半径。r/trmin/t弯裂1.最小相对弯曲半径NO.304.8弯曲成形中常见问题及解决措施4.8.2弯裂及其控制影响最小相对弯曲半径的因素：(1)材料的塑性及热处理状态；(2)板料的表面和侧面质量；(3)弯曲方向；(4)弯曲中心角α；图4-49板料纤维方向对最小相对弯曲半径的影响各因素对rmin/t的综合影响十分复杂rmin/t的数值一般用试验方法确定表4-91.最小相对弯曲半径NO.314.8弯曲成形中常见问题及解决措施4.8.2弯裂及其控制当零件的r/t小于表4-9所列数值时，可采取以下措施控制弯裂：（1）采用热处理恢复经冷作硬化材料的塑性，或先去除硬化层。（2）去除坯料剪切面毛刺，或用整修、挤光、滚光等方法修光剪切。（3）将切断面上的毛面一侧处于弯曲受压的内缘（即朝向弯曲凸模）。（4）对于低塑性材料或厚料，可采用