工艺技术_弯曲工艺与弯曲模设计

第四章弯曲工艺与弯曲模 学习目标了解弯曲工艺及弯曲件的结构工艺性分析 理解弯曲变形过程分析 理解弯曲件的质量问题及防止措施 掌握弯曲工艺设计和弯曲模具典型结构组成及工作过程分析 4 1弯曲工艺及弯曲件工艺性 4 1 1弯曲工艺 弯曲是指把金属坯料弯成一定角度或形状的过程 是冲压生产中应用较广泛的一种工艺 弯曲时所使用的模具称为弯曲模 1 弯曲 2 弯曲方法 方法 压弯 折弯 滚弯 拉弯使用设备 压力机 折弯机 滚弯机 卷板机 拉弯机等 图4 1弯曲方法示意图 1 弯曲的开始阶段 4 1 2弯曲变形过程 弯曲圆角半径r很大 弯曲力矩很小 仅引起材料的弹性变形 随着凸模进入凹模深度的增大 凹模与板料的接触位置发生变化 弯曲力臂 逐渐减小 弯曲圆角半径也随之逐渐减小 图4 2V形件弯曲变形过程 当弯曲圆角半径减小到一定值时 毛坯变形区内外表面首先开始出现塑性变形 并逐渐向毛坯内部扩展 变形由弹性弯曲过渡到弹 塑性弯曲 2 弹 塑性弯曲阶段 促使材料塑性变形的弯曲力矩是逐渐增大的 由于弯曲力臂l逐渐减小 因此弯曲力处于不断上升的趋势 凸模继续下行 板料与凸模V形斜面接触后被后向弯曲 后向弯曲 3 塑性弯曲阶段 当凸模到达下止点时 毛坯被紧紧地压在凸模与凹模之间 使毛坯内侧弯曲半径与凸模的弯曲半径吻合 完成弯曲过程 变形由弹 塑性弯曲过渡到塑性弯曲 弯曲分类 自由弯曲 校正弯曲 当弯曲过程结束 凸模 凹模 毛坯三者相吻合后 凸模不再下压的弯曲工序 回弹量较大 当弯曲过程结束 凸模 凹模 毛坯三者相吻合后 凸模继续下压 产生刚性镦压 使毛坯产生进一步塑性变形 从而对弯曲件的弯曲变形部分进行校正的弯曲工序 4 1 3弯曲变形特点 图4 3弯曲变形后网格变化 1 弯曲变形区的位置 弯曲变形的区域主要发生在弯曲圆角区 即弯曲带中心角 范围内 图4 4弯曲角与弯曲带中心角 弯曲带中心角 弯曲角 180o 2 应变中性层 在拉伸与压缩之间存在一个既不伸长也不缩短的中间纤维层 称为应变中性层 图4 5中性层位置的确定 3 变形区厚度和板料长度 弯曲中性层向内偏移 中性层内移的结果是 内层纤维长度缩短 导致厚度增加 外层纤维拉长 厚度相应减薄 由于厚度增加量小于变薄量 因此板料总厚度在弯曲变形区内变薄 同时 由于体积不变 故变形区的变薄使板料长度略有增加 图4 6板料厚度方向变形情况 4 变形区横断面的变形 宽板 窄板 弯曲时 宽度方向的变形不受约束 由于弯曲变形区外侧材料受拉而引起板料宽度方向收缩 内侧材料受压引起板料宽度方向增厚 其横断面形成外窄内宽的扇形 弯曲时 材料在宽度方向上的变形会受到相邻金属的限制 其变形区断面几乎不变 基本保持为矩形 4 1 4弯曲件的结构工艺性 弯曲件良好的工艺性 不仅能简化弯曲工序和弯曲模的设计 而且还能提高弯曲件的精度 节约材料 提高生产率 图4 7弯曲件的对称性 左右不对称 弯曲时由于工件受力不平衡将会产生滑动现象影响工件精度 1 弯曲件的形状 2 最小弯曲半径 最小弯曲半径指弯曲件弯曲部分的内角半径 用r表示 图4 8弯曲方向对弯曲半径的影响 弯曲半径过小 毛坯在弯曲时 其外表面的变形就可能会超过材料的变形极限而产生裂纹 因此弯曲工艺受最小弯曲半径rmin的限制 由于难以准确地建立最小弯曲半径与影响因素的关系 所以最小弯曲半径一般由试验确定 3 弯曲件的直边高度 直边高度H过小 那么直边在弯曲模上支承的长度也过小 不易形成足够的弯矩 弯曲件的形状难以控制 如果 可加大直边高度 待弯曲成形后 再将直边的高出部分切除 当弯曲边带有斜度时 应保证 图4 9直边高度要求 4 弯曲件孔边距 图4 10弯曲件孔边距 图4 11防止孔变形的措施 设孔边到弯曲半径r的中心的最小距离为s 不满足 先弯曲后冲孔或改变零件形状 增加工艺孔 5 止裂孔 止裂槽 图4 12止裂孔 止裂槽 当局部弯曲某一段边缘时 为了防止尖角处由于应力集中而产生裂纹 可增添工艺孔 工艺槽或将弯曲线移一定距离 以避开尺寸突变处 并满足 6 弯曲件的尺寸标注和精度 尺寸标注时要考虑弯曲工艺的特点 尽量避免对由于回弹和变形而引起的变形区进行尺寸标注 尺寸标注注意事项 精度要求 不高于IT13级 角度公差大于 图4 13孔位置标注 4 2弯曲模典型结构 工作零件 凸模 凹模 凸凹模 定位零件 定位板 定位钉等 顶件及压料装置导向零件 常用导柱导套式 固定零件 模架 固定板 墊板 模柄 紧固件等 弯曲模具结构可分为五个部分 模具应用举例 4 2 1V形件弯曲模 图4 14V形件弯曲模 1 V形弯曲模 形状简单 能一次弯曲成形 常用的方法有两种 一种是沿弯曲件的角平分线方向弯曲 称为V形弯曲 另一种是垂直于一直边方向的弯曲 称为L形弯曲 1 顶杆 2 定位钉 3 模柄 4 凸模 5 凹模 6 下模座 凸 凹模之间的间隙是靠调节压力机的装模高度来控制 所以对材料的厚度公差要求不严 可实现校正弯曲 弯曲件的回弹小 平面度好 2 L形弯曲模 图4 15L形件弯曲模 1 凸模 2 凹模 3 定位销 4 压料板 5 挡块 6 定位板 在弯曲时固定工件长边弯曲短边 竖起的短边无法得到校正 因而回弹弹较大 4 2 2U形件弯曲模 1 U形件弯曲模 图4 16U形件弯曲模 1 模柄 2 上模座 3 凸模 4 推杆 5 凹模 6 下模座 7 顶杆 8 顶件块 9 圆柱销 10 定位销 有回弹现象 2 闭角弯曲模 1 凸模 2 定位板 3 弹簧 4 回转凹模 5 限位钉 图4 17使用回转凹模的U形件弯曲模 使用斜楔的U形件弯曲模 1 斜楔 2 凸模支杆 3 9 弹簧 4 上模座 5 凸模 6 定位销 7 8 活动凹模 10 下模座 11 滚柱 图4 18使用斜楔结构的U形件弯曲模 弹簧将毛坯先弯曲成U形 受弹簧弹力限制 该结构只适用于弯曲薄板 4 2 3帽形件弯曲模 图4 19两次弯曲成形 1 使用两套U形弯曲模 2 一次弯曲成形 图4 20一次弯曲成形 图4 21复合弯曲模一次弯曲成形 1 凸凹模 2 活动凸模 3 凹模 4 顶板 有回弹 较少使用此方法 4 2 4Z形件弯曲模 1 顶件板 2一托板 3 橡胶 4 压柱 5 上模座 6 凹模 7 凸模 8 下模板 图4 22Z形件弯曲模 4 2 5圆形件弯曲模 1 大圆弯曲模 内筒直径d大于20mm 1 凸模 2 凹模 3 定位板 图4 23大圆两次弯曲模 1 两次弯曲成形 缺点是弯曲件上部得不到校正 回弹较大 1 弹顶装置 2 转动凹模 3 凸模 4 支撑 图4 24大圆一次弯曲模 用于直径在10 30mm 材料厚度约为1mm的圆形件弯曲成形 2 一次弯曲成形 缺点是弯曲件上部得不到校正 回弹较大 2 小圆弯曲模 内筒直径d小于5mm 图4 25小圆两次弯曲成形 4 3弯曲件的质量分析 弯曲件的质量问题主要有三种 弯裂 回弹和滑移 4 3 1弯曲件的弯裂 主要原因 相对弯曲半径过小 板料塑性差 弯曲模间隙小 润滑不良 板厚严重超差等 最主要的原因是相对弯曲半径r t过小 解决措施 1 使用表面质量好的毛坯 2 采用合理的模具间隙 改善润滑条件 减少弯曲时毛坯的流动阻力 3 制件的相对弯曲半径大于最小相对弯曲半径 4 对于塑性差或加工硬化较严重的毛坯 先退火后弯曲 5 把毛坯有毛刺的一面置于变形区的内侧 4 3 2弯曲件的滑移 图4 26滑移现象 形成滑移的主要原因是毛坯沿凹模口滑动时两边所受的摩擦阻力不相等 形状不对称 凹模刃口圆角不一致 制件两边弯曲角不同 图4 27有弹顶装置的弯曲模 防止滑移的主要措施 1 采用对称的凹模结构 保证模具间隙均匀 2 采用有顶件装置的弯曲模结构 3 采用定位装置 图4 28用孔定位的弯曲模 4 3 3弯曲件的回弹 图4 29弯曲件的回弹 1 弯曲件的回弹 材料在弯曲过程中 伴随着塑性变形总存在着弹性变形 弯曲力消失后 塑性变形部分保留下来 而弹性变形部分要恢复 从而使弯曲件与弯曲模的形状并不完全一致 这种现象称为弯曲件的回弹 角度回弹曲率半径变化 2 影响回弹的主要因素 1 材料的力学性能 变形区应力大 回弹也大 则抵抗弹性变形的能力越强 所以回弹值越小 2 材料的相对弯曲半径 减小 塑性变形成分变大 回弹量降低 3 弯曲件的形状 U形件比V形件回弹小 弯曲角 大 参加变形的区域大 弹性变形大回弹就大 4 凸 凹模之间的间隙 间隙愈小 回弹值愈小 5 弯曲校正力 弯曲校正力愈大 塑性变形程度愈大 回弹愈小 3 减小回弹的措施 1 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 使弯曲件的变形量超过原设计量 工件回弹后就得到所需要的正确形状 图4 30补偿法示意图 2 校正法 图4 31校正法示意图 校正压力集中施加在弯曲变形区 使其塑性变形成分增加 弹性变形成分减小 从而使回弹量减小 4 4弯曲工艺计算 4 4 1弯曲件展开长度的计算 图4 32多角弯曲件展开长度 弯曲件展开长度的计算依据弯曲件的形状 弯曲半径 弯曲方向的不同而不同 1 圆角半径r 0 5t 其展开长度等于所有直线段和弯曲部分中性层展开长度之和 图4 33 900的弯曲件示意 单角弯曲件的毛坯展开尺寸 2 圆角半径r 0 5t 弯曲特征 简图 公式 弯一个角 弯一个角 一次同时弯两个角 弯曲特征 简图 公式 一次同时弯三个角 一次同时弯两个角 第二次弯曲另一个角 一次同时弯四个角 分两次弯曲四个角 1 对于同一形状的弯曲件 若弯曲方法不同 那么毛坯的展开尺寸也不一样 2 对于尺寸精度要求高的弯曲件 其毛坯展开长度应在试件弯曲后进行校正 修改模具后才能进行批量下料 4 4 2弯曲力的计算 图4 34自由弯曲示意图 弯曲力是选择机床的依据 弯曲力的大小与毛坯尺寸 材料力学性能 凹模支点间的距离 弯曲半径 凸凹模间隙等因素有关 计算过程非常复杂 生产中常用经验公式进行计算 1 自由弯曲时的弯曲力 1 V形件 2 U形件 2 校正弯曲时的弯曲力 校正弯曲力比自由弯曲力大得多 图4 35校正弯曲示意图 3 顶件力和压料力 4 弯曲时压力机的选择 1 自由弯曲时 1 校正弯曲时 选择压力机 4 5弯曲模具设计 4 5 1弯曲件的工序安排 1 工序安排原则 1 先弯外角 后弯内角 2 后道工序弯曲时不能破坏前道工序弯曲的变形部分 3 前道工序弯曲必须考虑后道工序弯曲时有合适的定位基准 2 工序安排方法 1 简单形状一次弯曲成形 图4 36一道工序弯曲成形 2 复杂形状 一般采用两次或多次弯曲成形 图4 37二道工序弯曲成形 图4 38三道工序弯曲成形 3 对于某些结构不对称的零件 采用弯曲后再切开的方法 图4 39成对弯曲成形 4 弯曲件有高精度孔时 采用先弯曲后冲孔的方法 5 对于批量大而尺寸较小的弯曲件 如电子产品中的元器件 采用多工位连续模的冲压工艺方法 冲裁 弯曲 切断等多道工序 连续地进行冲压成形 4 5 2弯曲模工作部分尺寸计算 1 凸 凹模间隙C 1 弯曲V形件时 凸 凹模间隙靠调节压力机的装模高度来控制 不需模具结构保证 2 弯曲U件时 凸 凹模间隙对弯曲件的回弹 弯曲力等都有很大的影响 间隙越小 弯曲力越大 间隙过小 会使工件壁变薄 并降低凹模寿命 间隙过大 则回弹较大 间隙值按经验公式 钢板件 有色合金 C为单边间隙 2 凸 凹模宽度尺寸 U形件 1 工件标注外形尺寸以凹模为基准 图4 40工件标注外形尺寸 1 凹模宽度 X取0 5 X取0 75 2 凸模宽度 方法1 用互换法 方法2 配制保证间隙C 2 工件标注内形尺寸以凸模为基准 1 凸模宽度 2 凹模宽度 方法1 用互换法 方法2 配制保证间隙C 3 凸 凹模圆角半径及凹模深度 图4 42凹模圆角半径及凹模深度 1 凸模圆角 2 凹模圆角 3 凹模深度 凹模深度查表确定 凹模深度过小 会使两边的自由部分过大 造成弯曲件的回弹量大 凹模深度过大 浪费模具材料 并且需要大行程的压力机 合理安排弯曲工序 采用多工序弯曲时 各工序尽可能采用同一定位基准 毛坯放置在模具上时 定位要可靠 弯曲凸 凹模的定位要准确 结构要牢固 模具结构应能补偿回弹值 弯曲凸模圆角半径以先设计制作成最小允许尺寸 以便试模后根据需要修正放大 对称弯曲件 弯曲凸模圆角半径和凹模圆角半径应保证两侧对称相等 尽可能实现校正弯曲 注意放入和取出工件的操作安全性 4 5 3弯曲模设计时应注意问题 4 6综合设计案例 零件 托架生产批量 2万件 年材料 10冷轧钢板 图4 43工件图 确定工艺方案工艺计算制定冲压工艺卡凸 凹模工作尺寸计算 主要设计工作 该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔 落料和弯曲 1 确定工艺方案 适合在弯曲后冲裁 适合在弯曲前冲裁 方案一 落料与冲 10孔复合 弯曲外角并预弯内角成45度 压弯内角 冲4个 5孔 方案二 落料与冲 10孔复合 弯曲外角 压弯内角 冲4个 5孔 方案三 落料与冲 10孔和压弯外角一套连续模 压弯内角 冲4个 5孔 方案四 在一套模具上 全部工序组合采用带料连续冲压 图4 45方案一 冲孔落料 弯曲外角并预弯内角成45度 压弯外角 冲4个 5孔 图4 46方案二 图4 47方案三 弯曲外角 压弯内角 冲 10孔 落料和压弯外角一套连续模 图4 48方案四排样 冲孔 切口 弯外角 弯内角 冲4个小孔 分离 在一套模具上 全部工序组合采用带料连续冲压 工艺方案分析 综合分析选方案一较合适 2 工艺计算 1 毛坯长度计算 图4 49毛坯展开长度计算 2 排样设计 采用单排 侧边距a 2mm D 30mm工件间距a1 1 8mm 下料下偏差 1 0mm 材料利用率 按方案一计算 查表确定中性层位移系数 2 计算冲压力与初选设备 1 落料与冲孔复合工序 落料 冲孔 卸料 推件 图4 50卸料力与推件力 冲裁工序总力 选用公称压力400KN压力机 2 第一次弯曲 首次弯曲时的弯曲工序力包括 预弯内角 弯曲和校正两外角及压料力 这些力并不同时发生作用 开始时只有压弯力和预弯力 滑块到一定位置时才开始压弯外角 最后进