《冷冲压工艺与模具设计》U形件弯曲模.ppt

模块三 U形件弯曲模 本模块内容 弯曲是冷冲压基本工序之一。本模块以U形件弯 曲工艺和弯曲模结构设计为学习任务，包含的弯曲工 序基本知识有：弯曲变形过程及弯曲件质量影响因素 ，弯曲工艺计算、工艺方案制定和弯曲模设计。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。 本模块重点 1 弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素； 2 弯曲工艺计算方法； 3 弯曲工艺性分析与工艺方案制定； 4 弯曲模典型结构与结构设计； 5 弯曲工艺与弯曲模设计的方法和步骤。 难点 1弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素； 2影响回弹的因素与减少回弹的措施 ； 3弯曲工艺计算； 4弯曲模典型结构与弯曲模工作零件设计。 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。 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。 弯曲模： 弯曲所使用的模具。 课题一 弯曲概述 典型弯曲件及实物 弯曲方法 1模柄;2圆柱销;3凸模;4凹模;5定位销;6下模座;7 螺钉;8弹簧;9顶杆;10挡料销 V形件弯曲模 弯曲分类：自由弯曲和校正弯曲。 校正弯曲过程 课题二 弯曲变形过程及变形特点 一 弯曲变形过程 1.弯曲变形主要发生在弯曲带中心角范围内，中心 角以外基本不变形。 2.坯料在长、宽、厚三个方向都发生了变形。 弯曲前后网格变化 二 弯曲变形特点 弯曲角与弯曲带中心角 弯曲变形区的横截面变化 二 弯曲变形特点 应力状态 宽板 （B/t3） 窄板 （B/t3） 长度方向1：内区受压，外区受拉 厚度方向2：内外均受压应力 宽度方向3：内外侧压力均为零 长度方向1：内区受压，外区受拉 厚度方向2：内外均受压应力 宽度方向3：内区受压，外区受拉 两向应力三向应力 三 弯曲变形时的应力与应变状态 应变状态 宽板 （B/t3） 窄板 （B/t3） 长度方向1：内区压应变，外区拉应变 厚度方向2：内区拉应变，外区压应变 宽度方向3：内区拉应变，外区压应变 长度方向1：内区压应变，外区拉应变 厚度方向2：内区拉应变，外区压应变 宽度方向3：内外区近似为零 三向应变两向应变 三 弯曲变形时的应力与应变状态 1.弯曲变形程度 ：常用板料的相对弯曲半径r/t来表 示板料弯曲变形程度的大小 。 2.最小弯曲半径：通常将不致使材料弯曲时发生开裂 的最小弯曲半径的极限值，称为该材料的最小弯曲半径。 课题三 弯曲件质量分析 一 弯曲变形程度与最小弯曲半径 1.最小相对弯曲半径rmin/t 2.最小弯曲半径影响因素 （）材料的力学性能；（2）弯曲方向；（3）弯曲件 角度 ；（4）板料的热处理状态 ；（5）板料的边缘 以及表面状态: （6）板宽的影响 。 二 弯裂与最小相对弯曲半径的控制 3最小弯曲半径rmin的数值值 参见表3-1 4.防止弯裂的措施 不宜采用最小弯曲半径。当零件的弯曲半径小于表3-1所 列数值时，为了提高极限弯曲变形程度，防止弯裂，常 采用的措施有退火、加热弯曲、消除冲裁毛刺、两次弯 曲 （先加大弯曲半径，退火后再按工件要求小弯曲半 径弯曲）、校正弯曲以及对较厚的材料开槽后弯曲。 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 2.弯曲回弹的表现形式 ()曲率减小 ()弯曲中心角减小 三 弯曲卸载后的回弹 ()材料的力学性能 3.影响回弹的因素 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 3.影响回弹的因素（续） ()相对弯曲半径 越大，回弹越大。 变形程度对弹性恢复值的影响 ()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。 ()弯曲方式及弯曲模 在无底凹模内作自由弯曲时回弹最大。 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、零或是负负三种情况。 （5）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。 3.影响回弹的因素（续） (6)工件的形状 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。 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。 三 弯曲卸载后的回弹 4. 4.回弹值的确定回弹值的确定 (1)大变形程度（ 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时部分材料的平均回弹角见表3-3。 当弯曲件弯曲中心角不为90时，其回弹角可用下式计算： 校正弯曲的回弹可用试验所得的公式（见表3-3）计 算，符号如右图所示。 V形件校正弯曲的回弹 (2)校正弯曲时的回弹值 (3)小变形程度（ 10）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： 【例3-1】回弹值计算示例 图3-20(b)为根据回弹值确定的凸模工作部分尺寸。 （1）改进弯曲件的结构设计 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。 尽量选用 小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。 5.减小回弹的措施 （2）从工艺上采取措施 采用校正弯曲代替自由弯曲;采用拉弯工艺。 （3）从模具结构上采取措施 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。 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3-24）。 对于厚度在0.8mm以上的软材料， r/t又不大时，可采取如图3-25所示 结构。 对于U形件弯曲，当r/t较小时,可采取增加背压的方法 (如图3- 25(b)； 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（如图 3-26(a)）； 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（图3-26（b） 。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（图3-26（c）。 1.偏移现象 四 弯曲时的偏移 2.消除偏移的措施 对称弯曲 弯曲后的翘曲 五 弯曲后的翘曲与剖面畸变 型材、管材弯曲后的剖面畸变 弯曲件的结构工艺性:指弯曲件的形状、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。 尺寸公差按GB/T 13914-92，角度公差按GB/T 13915-92， 形状和位置未注公差 按GB/T 13916-92，未注公差尺寸的极限 偏差按GB/T 5055-94。对于弯曲件的精度要求要合理。弯曲件 长度的未注公差尺寸的极限偏差和弯曲件角度的自由公差也 可以按表3-4和表3-5确定。 一 弯曲件的精度 课题四 弯曲件的结构工艺性 具有足够的塑性，屈强比（ 脆较大的材料，则最小相对弯曲半径 大，回弹大 ，不利于成形。 屈服点与弹性模量的比值（ 则有利于弯曲成形和工件质量的提高。 )小， )小， 二 弯曲件的材料 弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则，要多次 弯曲，增加工序数； 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。 三 弯曲件的结构 1.弯曲半径 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。 三 弯曲件的结构 2.弯曲件的形状 弯曲件的直边高度不 宜过小，其值应为 hr+2t 三 弯曲件的结构 3.弯曲件高度 在局部弯曲某一段边缘时 ，为避免弯曲根部撕裂，应 减小不弯曲部分的长度B，使其退出弯曲线之外，即br （如上页图(a)），或在弯曲部分与不弯曲部分之间切槽， 或在弯曲前冲出工艺孔。 三 弯曲件的结构 4防止弯曲根部裂纹纹的工件结结构 当t0.5t的弯曲件 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 2.圆圆角半径r0.5t的弯曲件 按变形前后体积不变条件确定坯料长度。通常采用表 3-7所列经验公式计算。 3.铰链铰链 式弯曲件 对于（0.63.5）的铰链件（右图），其坯料 长度可按下式近似计算。 例3-2 计算下图所示弯曲件的坯料展开长度。 V形件弯曲力 一 自由弯曲时的弯曲力 U形件弯曲力 自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力； 弯曲件的宽度； 弯曲材料的厚度； 弯曲件的内弯曲半径； 式中： 材料的抗拉强度； 安全系数，一般取1.3。 课题六 弯曲力的计算 式中： 二 校正弯曲时的弯曲力 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3-9。 三 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 （或压料力)可近似取自由弯曲力的3080。即 对于有压料的自由弯曲 四 压力机公称压力的确定 对于校正弯曲 形状简单的弯曲件：采用一次弯曲成形； 形状复杂的弯曲件：采用二次或多次弯曲成形。 批量大而尺寸较小的弯曲件： 尽可能采用级进模或复合模。 需多次弯曲时： 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。 弯曲件形状不对称时： 尽量成对弯曲，然后再剖切。 一 弯曲件的工序安排原则 课题七 弯曲件的工序安排 一次弯曲 二次弯曲 第一次弯曲 第二次弯曲 二 典型弯曲件的工序安排 二 典型弯曲件的工序安排（续） 三次弯曲 第一次弯曲 第二次弯曲 第三次弯曲 二 典型弯曲件的工序安排（续） 四次弯曲 第一次弯曲 第二次弯曲 第三次弯曲 第四次弯曲 采用级进模弯曲 1. V形件弯曲模 形弯曲模的一般结构形式 1凸模;2定位板;3凹模;4定位尖;5顶杆;6形顶板;7 顶板;8定料销;9反侧压块 课题八 弯曲模的典型结构 一 单工序弯曲模 1-凸模; 2支架; 3定位板（或定位销） ; 4活动凹模; 5转轴; 6支承板; 7顶杆 V形精弯模 U形件弯曲模 一 单工序弯曲模（续） 弯曲角小于90的U形弯曲模 形件一次弯曲模两次成形弯曲模 形件复合弯曲模 带摆块的形件弯曲模 Z形件弯曲模 形件弯曲模 U形件弯曲模 1凸模;2凹模;3弹簧;4凸模活动镶块;5、9 凹模活动镶块;6定位销;7转轴;8顶板 弯曲角小于90的U形弯曲模 形件一次弯曲模 两次成形弯曲模 1凸模;2定位板;3凹模;4顶板;5下模座 形件复合弯曲模 1凸凹模;2凹模;3活动凸模;4顶杆 带摆块的形件弯曲模 1凹模;2活动凸模;3摆块;4垫板;5推板 Z形件弯曲模 一 单工序弯曲模（续） 圆形件弯曲模 （1）直径d5mm的小圆形件 （2）直径d20mm的大圆形件 带摆动凹模的一次弯曲成形模 两道工序弯曲大圆 三道工序弯曲大圆 1凸模; 2压板; 3芯棒; 4坯料; 5凹模; 6滑块; 7侧楔; 8活动凹模 直径d5mm的小圆形件 三道工序弯曲大圆 直径d20 mm的大圆形件 1凸模;2凹模;3定位板 两道工序弯曲大圆 1支撑;2凸模;3摆动凹模;4顶板;5上模座; 6芯棒;7反侧压块;8下模座 带摆动凹模的一次弯曲成形模 一 单工序弯曲模（续） 铰链件弯曲模 其他形状弯曲件的弯曲模 滚轴式弯曲模 带摆动凸模弯曲模 带摆动凹模的弯曲模 卷圆的原理： 通常是采用推圆法 铰链件弯曲工序安排 铰链件弯曲模 1斜楔;2凹模;3凸模;4弹簧 1凸模;2定位板;3凹模;4滚轴;5挡板 滚轴式弯曲模 1摆动凸模;2压料装置;3凹模 带摆动凸模的弯曲模 1凸模;2定位板;3摆动凹模 带摆动凹模的弯曲模 对于批量大、尺寸较小的弯曲件，为了提高生产率，操作 安全，保证产品质量等，可以采用级进弯曲模进行多工位的冲 裁、压弯、切断连续工艺成形。 连续工艺成形 二 级进弯曲模 1挡块;2顶件销;3凸凹模;4冲孔凸模;5冲孔凹模;6弯曲凸模 对于尺寸不大的弯曲件，可以采取复合模，即在压力机 一次行程内，在模具同一位置上完成落料、弯曲、冲孔等几 种不同工序。 三 复合弯曲模 对于小批生产或试制生产的零件，一般采用通用弯曲模。 图3-70是经多次V形弯曲制造复杂零件的例子。 图3-71是折弯机上用的弯曲模端面形状。 图3-72为通用V形弯曲模。 四 通用弯曲模 多次V形弯曲制造复杂杂零件的例子 折弯机上用的弯曲模端面形状 通用V形弯曲模 弯曲模工作部分的尺寸 课题九 弯曲模工作零件设计 一 弯曲模工作部分结构参数确定 当工件的相对弯曲半径/较小时，凸模圆角半径 加以修正。 取等于工件的弯曲半径，但不应小于表3-1所列的最小弯 曲半径值rmin。 当/10时，则应考虑回弹，将凸模圆角半径 1.凸模圆角半径 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。 t2 mm时，（36） 24 时， （23） 4 时，2 V形弯曲凹模的底部可开退刀槽或取圆角半径 2.凹模圆角半径 V形件弯曲模：表3-10 U形件弯曲模：表3-11及表3-12 3.凹模深度 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： 式中,C为间隙系数，可查表3-13。 当工件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取Z/2t 。 4.凸、凹模间隙 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。 5.U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差 （2）尺寸标注在外形上()尺寸标注在外形上 凹模尺寸 凸模尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 式中，为凸、凹模的制造公差，可采用79 级精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一级。