模具设计与制造（第二版张荣清主编）PPT电子课件教案-第3章_弯曲工艺与弯曲模.ppt

2019/10/29,1,第3章 弯曲工艺与弯曲模,3.1 弯曲工艺及弯曲件的工艺性,3.1 .1弯曲工艺概述,在冲压生产中，把金属坯料弯折成一定角度或形状的过程,最常见的是用弯曲模(又称压弯模)在普通压力机(如曲柄压力机、液压机、摩擦压力机等)上进行弯曲(压弯)。,2019/10/29,2,2019/10/29,3,弯曲件的弯曲方法,模具压弯,折弯,滚弯,拉弯,2019/10/29,4,3.1.2弯曲件的工艺性,弯曲件对弯曲加工的适应性。具有良好工艺性可以提高弯曲件的精度、节约材料、提高生产效率。,1.弯曲件的结构工艺性,（1）弯曲件的形状：尽可能简单并左右对称，以保证弯曲时毛坯不产生滑动或偏移，从而影响弯曲件的精度。,工艺孔,2019/10/29,5,小型非对称弯曲件采用成对弯曲再切断的工艺,2019/10/29,6,（2）弯曲件的内侧半径不能太小,r越小，外表面变形越大，过小，会超过材料变形极限而产生裂纹。,（3）弯曲件直边高度大于材料厚度的2倍。当h3mm,2019/10/29,7,（4）弯曲件孔边距,孔必须置于变形区之外，当t2mm时，s2t 。如果s过小，需要弯曲变形后再冲孔，或预先冲工艺孔来吸收弯曲变形应力，防止弯曲时变形。,2019/10/29,8,（5）止裂孔、止裂槽,对于局部弯曲某一段边缘时，为防止应力集中而产生撕裂，可增添工艺孔、工艺槽或将曲线移动一段距离，以避开尺寸突变处，并使sr,bt ,dt , h=t+r+b/2。,2019/10/29,9,2.弯曲件尺寸标注,不同标注会导致不同加工方案。（a）：先落料冲孔，然后弯曲成形，工艺比较简单；（b）（c）冲孔只能在弯曲变形后进行，增加了工序。所以（a）合理。,3.弯曲件精度,与材料的力学性能、厚度、模具结构、毛坯定位方式、工序数量和工序顺序有关。无特殊要求时，it13，角度公差大于15。,2019/10/29,10,3.2 弯曲工艺设计及计算,3.2 .1弯曲变形过程,在开始弯曲时，板料与凸、凹模三点接触，板料的弯曲内侧半径为 r0 。随着凸模的下压，板料的直边与凹模v 形表面逐渐靠紧，弯曲内侧半径逐渐减小变为 r1 ，同时弯曲力臂也逐渐减小，由 l0 变为l1 ，直到板料与凸模三点接触，弯曲内侧半径和弯曲力臂分别减小为 r2 和 l2 。当凸模、板料与凹模三者完全压紧，板料的内侧弯曲半径及弯曲力臂达到最小时，弯曲过程结束，得到所需的零件。其变化过程为 r0r1r2r ，l0l1l2l 。,2019/10/29,11,3.2.2弯曲变形分析,采用网格分析法。 先在板料毛坯侧面用机械刻线或照相腐蚀的方法画出网格，观察弯曲变形后网格的变形情况，就可分析出板料的变形特点。,（1）弯曲后，弯曲件分成了圆角和直边两个部分，变形主要发生在弯曲中心角范围内，中心角以外基本不变形。,2019/10/29,12,(2)在变形区内，毛坯在长、宽、厚三个方向都产生了变形，但变形不均匀。,1) 长度方向：网格由正方形变成了扇形、靠近凹模一侧（外区）的长度伸长，靠近凸模一侧（内区）的长度缩短，长度变形前后没有变化的这一层面称为应变中性层。,2019/10/29,13,2) 厚度方向：内区厚度增加，外区厚度减小，但因凸模紧压毛坯，厚度方向变形较困难，所以内侧厚度的增加量小于外侧厚度的变薄量，因此材料厚度在弯曲变形区内会变薄，使毛坯的中性层发生内移。,2019/10/29,14,3) 宽度方向： 宽板（宽厚比3),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（宽厚比3),材料宽度方向的变形不约束，断面几变成了内宽外窄的扇形，由于变形区发生畸变，当侧面有一定配合要求时，需要增加后续辅助工序，实际生产中弯曲大部分属于宽板弯曲。,2019/10/29,15,3.2.3最小弯曲半径的确定,弯曲件内侧的曲率半径r。 弯曲时外侧受拉伸，当外侧拉伸应力超过材料的抗拉强度时，在板料的外侧将产生裂纹弯裂。 r越小，越易弯裂。,rmin受材料的力学性能、弯曲方向、板料的表面和侧面质量、板料厚度等因素的影响。表3.1,2019/10/29,16,弯曲变形程度,板料弯曲时外层受拉，当拉伸应力超过材料的强度极限时，板料外层将出现弯曲裂纹。 对于同一种材质的板料而言，能否出现裂纹取决于 r/t的大小。用相对弯曲半径 r/t表示弯曲变形程度。 最小相对弯曲半径rmin/t表示弯曲时的成形极限。,2019/10/29,17,影响最小相对弯曲半径的因素 (1) 材料的力学性能。材料的塑性越好，其断后伸长率 值越大，最小相对弯曲半径r min / t越小。 弯曲带中心角 。弯曲带中心角 越小，最小相对弯曲半径 rmin / t越小。 板料的热处理状态。 经退火的板材塑性好， rmin / t 较小。 冷作硬化的板材塑性降低，rmin / t 较大。,2019/10/29,18,影响最小相对弯曲半径的因素 板料的边缘及表面状况。由于下料造成板料边缘冷作硬化、产生毛刺以及板料表面被划伤等缺陷，弯曲时容易造成应力集中而增加破裂倾向，因此最小相对弯曲半径增大。 板料的弯曲方向。当折弯线与纤维组织方向垂直时，r min / t 数值最小，当折弯线与纤维方向平行时，r min / t 数值最大。,2019/10/29,19,3.2.4应变中性层位置,弯曲变形前后长度保持件不变的金属层或弯曲变形时切向应变为零的金属层。,中性层弯曲半径 x中性层位移系数 表3.2,2019/10/29,20,3.2.5弯曲件展开长度,弯曲件在弯曲之前的展平尺寸，是下料的依据。,1.r0.5t,弯曲中性层的尺寸基本不发生变化，只需要计算中性层展开尺寸即可。,1）计算直线段a，b，c的长度。,2）计算r/t，查处中性层位移系数x。,3）计算各圆弧段。,4）计算各圆弧段展开长度l1，l2,5）计算总展开长度l,2019/10/29,21,弯曲件弯曲角度90时。,2.r0.5t,弯曲区域材料变薄严重，其展开长度按体积不变原理计算。表3.3,2019/10/29,22,3.2.6弯曲力计算,压力机完成预定的弯曲工序所施加给板料的压力，是选择压力机的依据。,弯曲力的大小不仅与毛坯尺寸、材料力学性能、凹模支点的间距、弯曲半径及凸凹模间隙等因素有关，而且与弯曲方法也有很大关系。,2019/10/29,23,1.自由弯曲的弯曲力,v形件,b宽度，t厚度 k安全系数,u形件,2019/10/29,24,2.校正弯曲的弯曲力,q单位校正力，表3.4 a工件被校正部分投影面积,2019/10/29,25,3.顶件力或压料力,4. 压力机吨位,有弹性顶件装置的自由弯曲压力机：,有弹性压料装置的自由弯曲压力机：,校正弯曲压力机：,2019/10/29,26,3.2.7弯曲件的回弹,1. 弯曲件的回弹及影响因素,在外力作用下毛坯产生的变形由塑性变形和弹性变形组成，当外力去除后，由于弹性变形的恢复，使得弯曲零件的形状和尺寸与模具的形状和尺寸不完全一致，这种现象称为回弹（弹复、回跳）。,常用角度回弹量和曲率回弹量表示。,2019/10/29,27,影响回弹的主要因素,（1）材料的力学性能：回弹角的大小与材料的屈服极限s、硬化指数n成正比，与弹性模量e成反比。,（2）材料相对弯曲半径r/t：其他条件相同时，r/t越小， /和/ 也越小。 r/t5时，可忽略不计,（3）弯曲工件的形状：一般u形工件比v形工件回弹要小， 复杂形状弯曲件若一次弯成，由于各部相互牵制，回弹困难，故回弹角小。,2019/10/29,28,影响回弹的主要因素,（4）模具间隙：u形弯曲模的凸、凹模单边间隙c对工件影响很大，间隙越大， 也越大，ct时，甚至可能使为负值。,（5）弯曲方式：自由弯曲时回弹角大；校正弯曲时回弹角小。校正力越大，回弹角越小。甚至可能为零或负值。,回弹角多按经验确定。,2019/10/29,29,减小回弹措施有：,（1）改进弯曲件的设计，尽量避免选用过大的相对弯曲半径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；尽量选用屈服强度、硬化指数小、弹性模量大，力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。,2019/10/29,30,减小回弹措施有：,（2）采取适当的弯曲工艺： 用校正弯曲代替自由弯曲; 对冷作硬化的材料须先退火，使其屈服强度降低。对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。 弯曲相对弯曲半径很大的弯曲件时，可以采用拉弯工艺。,2019/10/29,31,（3）合理设计弯曲模。,补偿法：预先估算或试验出工件弯曲后的回弹量，在设计模具时，使弯曲工件的变形超过原设计的变形，工件回弹后得到所需要形状。,2019/10/29,32,校正法：在模具结构上采取措施，让校正压力集中在弯角处，使其产生一定的塑性变形，克服回弹。,2019/10/29,33,3.3 弯曲模的典型结构,3.3.1v形件弯曲模,v形件形状简单，能一次弯曲成形。,结构主要取决于弯曲件的形状及弯曲工序的安排,1）沿弯曲件的角平分线方向，v形弯曲,1-顶杆；2-定位钉；3-模柄；4-凸模；5-凹模；6-下模板,2019/10/29,34,2）垂直于另一直边方向，l形弯曲：用于弯曲两直边长度相差较大的单角弯曲件。,a定位钉3：防止凸模与压料板之间压料力不足而产生坯料偏移。因弯曲直边没有得到校正，回弹较大。,b由于凹模和压料板之间有一定倾斜角（15)，有校正作用,回弹较小。,1-凹模；2-凸模；3-定位钉；4-顶料板；5-靠板,2019/10/29,35,3.3.2u形件弯曲模,由于材料的弹性，工件一般不会包在凸模上。,1.一般u形件弯曲模,1-凸模；2-定位板；3-凹模；4-顶料板；,2019/10/29,36,当u形件外侧尺寸或内侧尺寸要求较高时采用。将弯曲凸模、凹模做成活动结构。凸模或凹模的宽度尺寸能根据毛坯厚度尺寸自动调整，在冲程终了时对侧壁或底部进行校正。a外侧要求高，b内侧要求高。,2. u形件可调弯曲模,2019/10/29,37,弯角小于90的u形件弯曲模，两侧的活动凹模镶块可在圆腔内回转，当凸模上升后，弹簧使活动凹模镶块复位，工件从凸模侧向取出。用于弯曲较厚度的材料。,3. 闭角弯曲模,2019/10/29,38,带斜楔的u形闭角弯曲模，毛坯首先在凸模的作用下被压成u形，弹簧被压缩，斜楔压滚柱，使活动凹模分别向中间移动，使u形件内弯成小于90。上模回程，弹簧使凹模复位，工件从凸模侧向取出。用于薄料。,1-滚柱；2-斜楔；3、7-弹簧；4-上模座；5、6-活动凹模；8-凸模；,2019/10/29,39,3.3.3帽罩形件弯曲模（四角弯曲模）,根据其高度、弯曲半径及尺寸精度要求不同，可以一次弯曲成形，也可两次（先u形，再帽罩形）成形。,2019/10/29,40,帽罩形件一次弯曲成形模，凸模做成阶梯形，外角c的弯曲线的位置在弯曲过程中是变化的，有拉长现象；零件脱模后，其外角形状不准确，竖直边有变薄现象。只适用于工件弯曲高度不太高的场合。,2019/10/29,41,工件弯曲高度较高的场合。凸凹模首先将毛坯完成u形，活动凸模完成帽罩形,2019/10/29,42,3.3.4 z形件弯曲模,弯曲前，由于橡胶作用使凹模4与凸模10的端面平齐。弯曲时，凸模10与顶料板1将毛坯夹紧，由于托板9上橡胶8的弹力大于作用在顶板上弹顶装置的弹力，迫使顶板向下运动，完成左端弯曲。当顶板接触下模板后，上模继续下降，迫使橡胶压缩，凹模和下料板完成右端的弯曲。压柱和上模板相碰，整个工件的到校正。,1-顶料板；2-定位销；3-反侧压块；4-凹模；5-模柄；6-上模座；7-压块；8-橡胶；9-凸模托板；10-活动凸模；11-凹模；12-下模座,2019/10/29,43,3.3.5 圆形件弯曲模,圆筒直径20mm，先将毛坯弯成波浪形，再弯成圆筒形，弯曲完毕后，沿凸模轴向取件。,1-凸模；2-凹模；3-定位板,2019/10/29,44,带摆动凹模的一次弯曲成形模，先压成u形，再弯成圆形，弯曲完毕后，推开支承，工件从凸模取下。缺点是得不到校正，回弹较大。,1-支承；2-凸模；3-摆动凹模；4-顶板,2019/10/29,45,圆筒直径5mm，先压成u形，再弯成圆形，工件小，分两次弯曲操作不便。,2019/10/29,46,一次弯曲模，适用于软材料和中、小直径圆形件。毛坯以凹模固定板的定位槽定位。芯轴凸模压成u形，上凹模弯曲成圆形。拔出芯轴凸模，工件自动落下。,1-凹模固定板；2-下凹模；3-压料板；4-上凹模；5-芯轴凸模,2019/10/29,47,3.4 弯曲模设计,3.4.1 弯曲件的工序安排,1.弯曲工序的安排原则,1）形状简单的弯曲件，如v形、u形、和z形等，可以一次弯曲成形。形状复杂的弯曲件一般需要两次或多次弯曲成形。,2）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，应尽可能采用连续模或复合模弯曲成形。,2019/10/29,48,3）需要多次单道弯曲时，一般先弯两端，后弯中间。前道弯曲应考虑后道弯曲定位可靠，后道弯曲不能影响前道弯曲已成形的形状。,4）弯曲件形状不对称时，为避免压弯时偏移，应尽量成对弯曲再剖切。,2019/10/29,49,2.弯曲工序安排的示例,一次弯曲成形,2019/10/29,50,二次弯曲成形,2019/10/29,51,三次弯曲成形,2019/10/29,52,3.4.2 弯曲模中的毛坯定位,模具结构应能保证毛坯在压弯时不发生偏移和窜动。,1 定位销定位：尽量利用零件上的预制孔，可装在凸模上（a、b），也可以装在顶料板上（c、d）。,2019/10/29,53,2 定位尖、顶杆、顶料板定位：v形件上无孔时，采用定位尖、定位杆、顶料板定位。,1-凸模；2-定位板；3-凹模；4-定位尖；5-顶杆；6-v形顶料板,2019/10/29,54,l形弯曲：用弹性顶板和定位销定位可防止毛坯偏移,1-弹性顶板；2-定位销；3-反侧压块,2019/10/29,55,3 定位板定位：定位板3固定在活动凹模4上，弯曲时因毛坯在活动凹模上不产生相对转动和滑动而定位可靠，成形质量高。,1-凸模；2-支架；3-定位板；4-活动凹模；5-转轴；6-支承板；7-顶杆,2019/10/29,56,定位板固定在凹模上的u形件弯曲模,1-凸模；2-定位板；3-凹模；4-顶料板；5-下模,2019/10/29,57,3.4.3 凸、凹模工作部分尺寸的确定,1 凸、凹模间隙,v形件单边间隙c靠调整压力机的闭合高度来控制的。,u形件c对弯曲件回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。,间隙越大，回弹越大，工件精度也越低；间隙过小，会使零件壁部厚度减薄，降低模具寿命。,钢板 c=（1.051.15）t 有色金属 c=（11.1）t,2019/10/29,58,2 凸、凹模宽度尺寸,（1）标注外形尺寸的弯曲件，应与凹模为基准，首先设计凹模的宽度尺寸,(1)当工件标注成双向偏差时,凹模宽度,(2)当工件标注成单向偏差时,凹模宽度,凸模宽度应按凹模宽度尺寸配置，并保证单边间隙为c,2019/10/29,59,（2）标注内形尺寸的弯曲件，应与凸模为基准，首先设计凸模的宽度尺寸,(1)当工件标注成双向偏差时,凸模宽度,(2)当工件标注成单向偏差时,凸模宽度,凹模宽度应按凸模宽度尺寸配置，并保证单边间隙为c,p、d采用it6it7,2019/10/29,60,3 凸、凹模圆角半径和凹模深度,（1）凸模圆角半径rp：应等于弯曲件的弯曲半径，但必须大于允许的最小弯曲圆角半径。若因结构需要，要小于最小弯曲半径，则可先弯成较大圆角半径，再整形。,若r/t较大，精度要求较高时，凸模圆角半径应根据回弹值相应修正。,(2)弯曲凹模圆角半径：其大小影响弯曲力、弯曲件质量与弯曲模寿命。凹模两边的圆角半径大小应一致且合适。过小，弯曲力增加，会刮伤件表面；过大，支承不利。查表3.5,2019/10/29,61,根据板厚查取,(3) 凹模工作部分深度：过小会使毛坯两边自由部分过大，造成弯曲件回弹量大，工件不平直；过大的凹模深度增大了凹模尺寸、浪费模具材料，并且需要大行程压力机。查表3.5,t2mm rd=（36）t t=24mm rd=（23）t t4mm rd=2t,2019/10/29,62,3.5弯曲模设计举例,材料为10钢，料厚6mm，小批量生产，试完成该产品的弯曲工艺及模具设计。,1.工艺性分析：该工件结构比较简单、形状对称，适合弯曲,工件弯曲半径为5mm 查表3.1（最小弯曲半径p83)，垂直于纤维r=0.1t=0.6mm，即能一次弯曲成功,直边高度=42-6-5=31mm，h2t,弯曲可成功,2019/10/29,63,该工件弯曲角度90尺寸精度未注公差。r/t5，可不考虑圆角半径的回