弯曲工艺与模具设计

1、会计学1弯曲工艺与模具设计弯曲工艺与模具设计能力要求能力要求 弯曲示例弯曲示例 l0l1l2lr0r1r2r第一节第一节 弯曲变形过程及变形特点弯曲变形过程及变形特点一、弯曲变形过程图4-1弯曲毛坯受力情况）弯曲前 ）弯曲后1凸模式 2凹模 在板料A处，凸模施加弯曲力形）或2P（V形），在凹模的圆角半径支撑点B处产生反力P，这样就形成弯曲力矩，该弯曲力矩使板料产生弯曲。第一节第一节 弯曲变形过程及变形特点弯曲变形过程及变形特点一、弯曲变形过程图4-2 V形弯曲模校正弯曲过程 弯曲开始阶段为自由弯曲，随着凸模下压，板料的弯曲半径与支撑点距离逐渐减小。在弯曲行程接近终了时，弯曲半径继续减小，而直边

2、部分反而向凹模方向变形（图），直至板料与凸、凹模完全贴合。第一节第一节 弯曲变形过程及变形特点弯曲变形过程及变形特点一、弯曲变形过程图4-3 弯曲前后坐标网格变化a）弯曲前 b）弯曲后二、弯曲变形程度及其表示方法1.弯曲变形程度及其表示（r/t）图4-5 各种弯曲的应力分布a）弹性弯曲 b）没有硬化的弹塑性弯曲c）没有硬化的纯塑性弯曲d）、e）有硬化的弹塑性弯曲和纯塑性弯曲 设弯曲变形区应变中性层曲率半径为，弯曲中心角为，则距应变中性层为y处的材料的切向应变为ln ln(1+ )切向应力为 式中 E材料的弹性模量。(y) y二、弯曲变形程度及其表示方法2.弹塑性弯曲与纯塑性弯曲概念图4-5 各

3、种弯曲的应力分布a）弹性弯曲 b）没有硬化的弹塑性弯曲c）没有硬化的纯塑性弯曲d）、e）有硬化的弹塑性弯曲和纯塑性弯曲三、宽板与窄板弯曲变形区的应力、应变分析图4-6 弯曲变形的应力与应变状态 ）窄板 (1)窄板弯曲 板料在弯曲时，主要表现是内、外层纤维的压缩和伸长，切向应变是最大的主应变，其外层应变为正，内层应变为负。三、宽板与窄板弯曲变形区的应力、应变分析 ()宽板弯曲 宽板弯曲时，切向和厚度方向的应变与窄板相同。在宽度方向，由于板料宽度宽，变形阻力较大，弯曲后板宽基本不变，因此内、外层宽度方向的应变接近于零（2）。图4-6 弯曲变形的应力与应变状态 ）窄板 a）自由弯曲）自由弯曲 b）校

4、正弯曲）校正弯曲a1b14.1.2 弯曲变形特点弯曲变形特点 弯曲后弯曲后弯曲前弯曲前五、板料塑性弯曲的变形特点1.应变中性层位置的内移 板料在弹性弯曲时，应变中性层位于板料横断面中间，塑性弯曲时，设板料原来长度、宽度和厚度分别为l、b、t。图4-9 应变中性层的确定五、板料塑性弯曲的变形特点2.变形区内板料的变薄和增长五、板料塑性弯曲的变形特点3.变形区板料剖面的畸变、翘曲和破裂 相对宽度b/t较小的板料弯曲时，由于外层材料切向受拉，引起板料宽度和厚度的收缩。图4-10 板料弯曲后的畸变、翘曲和破裂）翘曲）翘曲和不平 ）拉裂宽板弯曲宽板弯曲窄板弯曲窄板弯曲弯曲毛坯的横截面变化情况弯曲毛坯的横

5、截面变化情况4.2 弯曲件质量分析及控制弯曲件质量分析及控制4.2.1 弯裂弯裂4.2.2 回弹回弹4.2.3 偏移偏移4.2.4 板料横截面的畸变和翘曲变形板料横截面的畸变和翘曲变形4.2.5 变形区变薄和弯曲件长度增加变形区变薄和弯曲件长度增加弯曲工艺各参数定义：弯曲工艺各参数定义： r/t表示弯曲变形程度大小。表示弯曲变形程度大小。r/t越小，弯曲变形程度越大，有一最小相对弯曲半径越小，弯曲变形程度越大，有一最小相对弯曲半径rmin/t最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径是指板料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时的是指板料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时的弯曲半径与板料厚度的比值弯曲半径与板料厚度的比值

6、影响最小相对弯曲半径的因素：影响最小相对弯曲半径的因素：3.最小弯曲半径的值最小弯曲半径的值 见表见表4-2最小弯曲半径最小弯曲半径一、影响最小弯曲半径的因素1.材料的力学性能最小弯曲半径最小弯曲半径一、影响最小弯曲半径的因素2.零件弯曲中心角的大小最小弯曲半径最小弯曲半径一、影响最小弯曲半径的因素3.板料的轧制方向与弯曲线夹角的关系最小弯曲半径最小弯曲半径一、影响最小弯曲半径的因素4.板料表面及冲裁断面的质量最小弯曲半径最小弯曲半径一、影响最小弯曲半径的因素5.板料的相对宽度图4-11 板料相对宽度对最小弯曲半径的影响 图4-11为弯曲件相对宽度bt对最小弯曲半径的影响，当弯曲件的相对宽度较

7、小时，其影响比较明显，但当bt10时，其影响不大。最小弯曲半径最小弯曲半径一、影响最小弯曲半径的因素6.板料厚度二、最小弯曲半径值确定1.最小弯曲半径的近似理论计算二、最小弯曲半径值确定2.最小弯曲半径的经验值确定三、提高弯曲极限变形程度方法三、提高弯曲极限变形程度方法 3.先在弯曲件弯曲圆角内侧开槽，如图所示，再进行弯曲。图4-12 开槽后弯曲a）U形件 b）V形件弯曲回弹弯曲回弹是指弯曲件从模具中取出时，其形状和尺寸变得与模是指弯曲件从模具中取出时，其形状和尺寸变得与模具不一致的现象，具不一致的现象，简称回弹或弹复或回跳简称回弹或弹复或回跳。回弹的原因是塑性弯曲时的回弹的原因是塑性弯曲时的

8、总变形是由塑性变形和弹性总变形是由塑性变形和弹性变形两部分组成，当外载荷变形两部分组成，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失。而弹性变形会完全消失。p-00（）弯曲半径的改变，由加载时的（）弯曲半径的改变，由加载时的rp变为卸载时的变为卸载时的r（）弯曲件角度的改变，改变量：（）弯曲件角度的改变，改变量：当当时，称为正回弹时，称为正回弹当当时，称为负回弹时，称为负回弹弯曲卸载后的回弹弯曲卸载后的回弹一、回弹原因及表现形式弯曲回弹的表现形式有两种。图4-15 弯曲变形的回弹影响回弹的因素1.材料的力学性能二、影响回弹的因素2.相对弯曲半径r/t 相对弯

9、曲半径r/t越小，弯曲变形区的总切向变形程度增大，塑性变形部分在总变形中所占的比例增大，而弹性变形部分所占的比例则相应减小，因而回弹值减小。反之，当相对弯曲半径越大，回弹值增大，这就是曲率半径很大的零件不易弯曲成形的道理。二、影响回弹的因素3.弯曲中心角二、影响回弹的因素4.弯曲方式及校正力大小二、影响回弹的因素5.工件形状二、影响回弹的因素6.模具间隙1 1）材料的力学性能）材料的力学性能: :屈服极限越大、硬化指数越高，回弹量越大；屈服极限越大、硬化指数越高，回弹量越大； 弹性模量越大，回弹越小。弹性模量越大，回弹越小。2 2）相对弯曲半径）相对弯曲半径: :越大，回弹越大。越大，回弹越大

10、。3 3）弯曲中心角）弯曲中心角: :越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大， 故回弹增加。故回弹增加。4 4）弯曲方式）弯曲方式 ：校正弯曲的回弹比自由弯曲时大为减小。校正弯曲的回弹比自由弯曲时大为减小。5 5）工件形状：）工件形状： 形状越复杂、一次弯曲的角度越多，回弹越小。形状越复杂、一次弯曲的角度越多，回弹越小。6 6）模具结构：）模具结构： 带底凹模的回弹小。带底凹模的回弹小。 三、回弹值的确定1.理论计算图4-16 弯曲时加载和卸载过程 加载为沿折线OAB，卸载沿线段BC。三、回弹值的确定2.经验值选用 四、提高弯曲件精度的措施1.改进弯

11、曲件的设计 在弯曲件弯曲变形区压制加强筋，以提高零件刚度来减少回弹。图4-17 在弯曲变形区压制加强筋 四、提高弯曲件精度的措施2.采取适当的弯曲工艺 四、提高弯曲件精度的措施3.正确设计弯曲模 1）对于软材料（Q215、Q235、10钢、20钢，H62软黄铜），其回弹角5，可在凸模或凹模上作出补偿角，并减小凸、凹模之间间隙来克服回弹。图4-18 模具补偿角克服回弹 四、提高弯曲件精度的措施3.正确设计弯曲模 2）对于厚度在0.8mm以上软材料，弯曲半径又不大时，可把凸模作成局部凸起（图4-19），以便对弯曲变形区进行局部整形来减小回弹。图4-19 局部整形克服回弹四、提高弯曲件精度的措施3.

12、正确设计弯曲模 四、提高弯曲件精度的措施3.正确设计弯曲模 4）对于U形件弯曲，可改变背压（顶板压力）的方法改变回弹角。图4-20 U形件弧面底边回弹抵消法四、提高弯曲件精度的措施3.正确设计弯曲模图4-21 软凹模弯曲四、提高弯曲件精度的措施3.正确设计弯曲模图4-22 端部加压的弯曲四、提高弯曲件精度的措施4.采用拉弯工艺图4-23 拉弯工艺（1 1）改进弯曲件的设计并合理选材）改进弯曲件的设计并合理选材 1）尽量避免选用过大的）尽量避免选用过大的r/t。2）尽量选用屈服极限小、硬化指数小、弹性模量大的板料）尽量选用屈服极限小、硬化指数小、弹性模量大的板料 进行弯曲。进行弯曲。1 1）采用

13、校正弯曲代替自由弯曲。）采用校正弯曲代替自由弯曲。2 2）采用拉弯工艺）采用拉弯工艺 3 3）对冷作硬化的材料须先退火，使其屈服点）对冷作硬化的材料须先退火，使其屈服点s s 降低。对回降低。对回 弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。1）补偿法）补偿法 3）软模法）软模法 1）选择可靠的定位和压料方式，采用合适的模具结构）选择可靠的定位和压料方式，采用合适的模具结构 2）对于小型不对称的弯曲件采用成对弯曲再剖切的工艺）对于小型不对称的弯曲件采用成对弯曲再剖切的工艺 4.2.4 板料横截面的畸变和翘曲变形板料横截面的畸变和翘曲变形1. 应变中性层的位置应变中性

14、层的位置应变中性层应变中性层是指弯曲变形前后长度保持不变的金属层。或弯曲是指弯曲变形前后长度保持不变的金属层。或弯曲 变形区切向应变为零的金属层。变形区切向应变为零的金属层。（1 1）圆角半径圆角半径r r 0.5t0.5t的弯曲件的弯曲件 1 1）从弯曲件一端开始，将其分成若干段直线段和圆弧段。）从弯曲件一端开始，将其分成若干段直线段和圆弧段。例例4-1 弯曲图弯曲图4-30所示工件，试计算其展开长度。所示工件，试计算其展开长度。压料力或顶件力的计算压料力或顶件力的计算ZDDFCF 顶件力：顶件力：ZYYFCF 压料压料 力：力： 对于有压料的自由弯曲，压力机的吨位选择需要考虑对于有压料的自

15、由弯曲，压力机的吨位选择需要考虑弯曲力和压料力的大小，即：弯曲力和压料力的大小，即： ）（压机YZFFF2 . 1对于校正弯曲，选择压力机吨位时可以只考虑校正弯曲力，对于校正弯曲，选择压力机吨位时可以只考虑校正弯曲力，即：即：JFF2 . 1压机第四节第四节 弯曲件毛坯尺寸计算弯曲件毛坯尺寸计算一、弯曲应变中性层位置的确定 在冲压生产中也常采用下面的经验公式来确定应变中性层的曲率半径 式中 K应变中性层位移系数。二、弯曲件毛坯尺寸计算1.r0.5t的弯曲件Ll1l2l0l1l2 （rKt）图4-24 一个90角弯曲件2二、弯曲件毛坯尺寸计算2.r0.5t的弯曲件图4-25 一个直角弯曲件 按弯

16、曲前毛坯体等于弯曲件体积可得 L1l1l20.785t 由于弯曲变形时，不仅在毛坯的圆角变形区产生变薄，而且与其相邻的直边部分也产生一定程度的变薄，所以上式求得的结果往往偏大，还必须作如下修正。 Ll1l2（0.40.6）t第五节第五节 弯曲力计算弯曲力计算一、自由弯曲时弯曲力计算图4-26 自由弯曲示意图）形件形件弯曲 0.6kbt 2brt式中 自由弯曲力(N)； 弯曲件宽度(mm)； 弯曲件内弯曲半径(mm)； 材料抗拉强度(MPa)； k系数，一般取k=11.3。式中 自由弯曲力(N)； 弯曲件宽度(mm)； 弯曲件内弯曲半径(mm)； 材料抗拉强度(MPa)； k系数，一般取k=11

17、.3。第五节第五节 弯曲力计算弯曲力计算一、自由弯曲时弯曲力计算图4-26 自由弯曲示意图）U形件U形件弯曲 0.7kbt 2brt二、校正弯曲时弯曲力计算图4-27 校正弯曲示意图 校正弯曲力按下式计算： qA式中 校正弯曲力(N)； 校正部分投影面积(mm2)； q单位面积上的校正力(MPa)。三、顶件力和压料力计算四、压力机公称压力的确定 对于自由弯曲 压机自式中 压机选用的压力机公称压力(kN)； 自自由弯曲力(kN)； 有压料或顶件装置的压力(kN)。四、压力机公称压力的确定 图4-28 弯曲各阶段弯曲力变化曲线弹性弯曲阶段 2自主弯曲阶段 3校正弯曲阶段 对于校正弯曲，其弯曲力要比

18、自由弯曲大得多，而且在弯曲过程中，两者不重叠（图4-28）。因此，选择压力机时，以校正弯曲为依据即可。弯曲件的工艺分析弯曲件的工艺分析弯曲件的工序安排弯曲件的工序安排 弯曲件的工艺性弯曲件的工艺性是指弯曲零件的形状、尺寸、精度、是指弯曲零件的形状、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，即材料以及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求，即弯曲件对弯曲加工的适应性弯曲件对弯曲加工的适应性从产品设计的角度提出从产品设计的角度提出的要求。的要求。（2）在局部弯曲某一段边缘时，为）在局部弯曲某一段边缘时，为 避免弯曲根部撕裂，应在弯曲避免弯曲根部撕裂，应在弯曲 部分与不弯曲部分之间切槽

19、或部分与不弯曲部分之间切槽或 在弯曲前冲出工艺孔在弯曲前冲出工艺孔 （3）增添连接带和定位工艺孔。）增添连接带和定位工艺孔。 2.对弯曲件的尺寸要求对弯曲件的尺寸要求（1）弯曲半径不宜小于最小）弯曲半径不宜小于最小 弯曲半径。弯曲半径。 （2）弯曲件直边高度应满足：）弯曲件直边高度应满足： hr+2t（3）弯曲件孔边距离应满足：）弯曲件孔边距离应满足： 弯曲直角时，弯曲直角时，lmin=r+2t 3.对弯曲件的精度要求对弯曲件的精度要求弯曲件的尺寸公差须符合弯曲件的尺寸公差须符合GB/T13914-2002，角度公差符合角度公差符合GB/T13915-2002，未注形位公差符合未注形位公差符合

20、GB/T13916-2002，未注形位公差尺寸的极限偏差符合未注形位公差尺寸的极限偏差符合GB/T15055-2007 弯曲件的材料要具有良好的塑性，较小的屈强比，弯曲件的材料要具有良好的塑性，较小的屈强比，较大的弹性模量较大的弹性模量 5.对尺寸标注的要求对尺寸标注的要求二、弯曲件的结构工艺性1.弯曲件的弯曲半径二、弯曲件的结构工艺性2.弯曲件的形状图4-29 弯曲件形状不对称产生侧移图4-30 带缺口的弯曲件二、弯曲件的结构工艺性3.弯曲件直边高度图4-31 弯曲件直边的高度图4-32 直边侧面带有斜边的弯曲件 为了保证弯曲件的直边部分平直，其直边高度h应不小于2t，最好大于3t。若h2t

21、，则必须在弯曲圆角处预先压槽后再弯曲，或加长直边部分，待弯曲后再切掉多余部分，如图所示。二、弯曲件的结构工艺性4.弯曲件上孔的位置图4-33 弯曲件上的孔边距离二、弯曲件的结构工艺性5.弯曲件上增添工艺孔和工艺槽图4-34 防止尖角处撕裂的措施二、弯曲件的结构工艺性6.定位工艺孔图4-35 定位工艺孔）形状简单的弯曲件：采用一次弯曲成形。）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。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。）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

22、弯中间部分，前次弯曲应考虑）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。状。）弯曲件形状不对称时：尽量成对弯曲，然后再剖切。）弯曲件形状不对称时：尽量成对弯曲，然后再剖切。一、弯曲件工序安排原则一、弯曲件工序安排原则一次弯曲一次弯曲二次弯曲二次弯曲第一次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第二次弯曲三次弯曲三次弯曲第一次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第三次弯曲四次弯曲四次弯曲第一次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第三次弯曲第四次弯曲第四次弯曲一次弯曲一次弯曲2

23、2次弯曲次弯曲4 4次弯曲次弯曲二、典型弯曲件工序安排图4-36 一次弯曲成形示例二、典型弯曲件工序安排图4-37 两次弯曲成形示例二、典型弯曲件工序安排图438 三次弯曲成形示例3.5 弯曲模设计弯曲模设计1. V形件弯曲模形件弯曲模形件精弯模形件精弯模1-1-凸模凸模2-2-定位板定位板3-3-活动凹模活动凹模4-4-支撑板支撑板5-5-顶杆顶杆形件精弯模形件精弯模3.U形件弯曲模形件弯曲模闭角形件的弯曲模闭角形件的弯曲模1 1凸模凸模2 2转动凹模转动凹模3 3弹簧弹簧 闭角形弯曲件模具二闭角形弯曲件模具二闭角形弯曲件模具二闭角形弯曲件模具二4四角形件弯曲模四角形件弯曲模 四角形件一次成

24、形弯曲模四角形件一次成形弯曲模四角形件两次成形弯曲模四角形件两次成形弯曲模1 1凸凹模凸凹模2 2凹模凹模 3 3活动凸模活动凸模4 4顶杆顶杆 5-下模座下模座 6-定位板定位板 7-推件块推件块 8-推杆推杆四角形件复合弯曲模四角形件复合弯曲模带摆块的四角形件弯曲模带摆块的四角形件弯曲模 1 1凹模凹模 2 2活动凸模活动凸模 3 3摆块摆块 4 4垫板垫板 5 5推件块推件块 Z形件一次弯曲模形件一次弯曲模小圆小圆2 2次弯曲模次弯曲模第一次弯曲第一次弯曲U U形形第一次弯卷圆第一次弯卷圆1 1支撑支撑 2 2凸模凸模 3 3摆动凹模摆动凹模 4 4顶板顶板带摆动凹模圆形件一次弯曲成形模

25、带摆动凹模圆形件一次弯曲成形模带摆动凹模大圆形件一次弯曲成形模带摆动凹模大圆形件一次弯曲成形模两道工序弯曲大圆两道工序弯曲大圆首次弯曲首次弯曲二次弯曲二次弯曲三道工序弯曲大圆三道工序弯曲大圆首次弯曲首次弯曲二次弯曲二次弯曲三次弯曲三次弯曲7. 铰链件弯曲模铰链件弯曲模铰链件一次弯曲模铰链件一次弯曲模（1）切断弯曲复合模）切断弯曲复合模 （2）级进弯曲模）级进弯曲模 级进弯曲模级进弯曲模1.工作零件的设计工作零件的设计 （1）凸模圆角半径）凸模圆角半径 凹模圆角半径的大小影响弯曲过程中凹模圆角半径的大小影响弯曲过程中 的弯曲力、弯曲模寿命和弯曲件质量。的弯曲力、弯曲模寿命和弯曲件质量。（2 2）凹模圆角半径）凹模圆角半径（4）凸、凹模间隙）凸、凹模间隙c 凸、凹模间隙大小影响到弯曲力、弯曲模寿命和弯凸、凹模间隙大小影响到弯曲力、弯曲模寿命和弯曲件质量。曲件质量。V V形弯曲件的模具间隙不需要设计，可通形弯曲件的模具间隙不需要设计，可通过调整压力机闭合高度得到过