第四章弯曲工艺与弯曲模设计

1、4.1 4.1 弯曲变形过程分析弯曲变形过程分析 4.2 4.2 弯曲变形工艺计算弯曲变形工艺计算 4.3 4.3 弯曲成形工艺设计弯曲成形工艺设计 4.4 4.4 弯曲模具设计弯曲模具设计 概述弯曲弯曲：使材料（板料、型材、棒料、管材等）产生塑性变 形，形成具有一定角度或一定曲率零件的冲压工序。 分类分类：压弯、折弯、扭弯、滚弯和拉弯。弯曲模弯曲模：弯曲工艺使用的冲模。 图4-1各种常见弯曲件 （a）模具压弯； （b）折弯； （c）拉弯； （d）滚弯； （e）辊压4.1 4.1 弯曲变形过程分析弯曲变形过程分析一、弯曲变形过程 V形弯曲是最基本的弯曲变形。弯曲变形过程弯曲变形过程：如图4-2

2、所示V形件的弯曲，随着凸模进入凹模深度的增大，凹模与板料的接触处位置发生变化，支点B沿凹模斜面不断下移，弯曲力臂l 逐渐减小，接近行程终了，弯曲半径r继续减小，而直边部分反而向凹模方向变形，直至板料与凸、凹模完全贴合。 弯曲变形的过程一般经历弹性弯曲变形、弹-塑性弯曲变形、塑性弯曲变形三个阶段。 自由弯曲校正弯曲弯曲效果：表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化（减小）。 +图4-2 V形弯曲变形过程图4-3 弯曲时切向应力的分布图4-2 V形弯曲变形过程二、弯曲变形特点 1. 长度方向的变形特点2厚度方向变形特点3. 宽度方向变形特点 从板料弯曲外侧网格线长度的伸长过渡到内侧长度的缩短，长度是逐渐改

3、变的。 内侧板厚的增厚量小于外侧板厚的减薄量，总体上表现出厚度减薄的特点。 窄板（b/t3）：宽板（b/t3）：横断面形状变成了外窄内宽的扇形 横断面形状基本保持为矩形 图4-2 V形弯曲变形过程弯弯曲曲前前坐坐标标网网格格的的变变化化 ba图 4-4 横断面形状变化应力状态 宽板（b/t3） 窄板（b/t3）长度方向 ：内区受压，外区受拉厚度方向 ：内外均受压应力 宽度方向 ：内外侧压力均为零长度方向 ：内区受压，外区受拉厚度方向 ：内外均受压应力 宽度方向 ：内区受压，外区受拉两向应力三向应力三、弯曲时变形区的应力和应变状态 tbtb应变状态 宽板（b/t3） 窄板（b/t3）长度方向 ：

4、内区压应变，外区拉应变厚度方向 ：内区拉应变，外区压应变 宽度方向 ：内区拉应变，外区压应变长度方向 ：内区压应变，外区拉应变厚度方向 ：内区拉应变，外区压应变 宽度方向 ：内外区近似为零三向应变两向应变ttbb4.2 4.2 弯曲变形工艺计算弯曲变形工艺计算一、卸载后弯曲件的回弹 1. 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，这种现象叫回弹回弹。图 4-5 弯曲时的回弹 弯曲中心角减小 2. 回弹现象的表征及模具相关尺寸的修正弯曲回弹的表现形式 曲率减小11KtrTTr1)小变形 (10)自由

5、弯曲时和EtrrrsT31) 1)(180(TTrr2)大变形 (tr）自由弯曲时 T和Tr卸载后弯曲件圆角半径的变化很小，可忽略不计。对于 90的V形自由弯曲，回弹角 可查表4-3。 当弯曲件弯曲角不为90时,其回弹角可用下式计算： 90)180( 90T 90T设计模具时，当弯曲件弯曲角时，取凸模角度当时，取凸模角度，通过试模来进行修正。3 3）校正弯曲时的）校正弯曲时的 T和 Tr对V形弯曲件进行校正弯曲时，一般r/t都比较小，可以不考虑弯曲半径的回弹，弯曲角的回弹量也比较小。当弯曲半径很小时，例如tr0.20.3，可能出现负回弹，即弯曲件脱离模具后的实际弯曲角度小于凸模的弯曲角。校正弯

6、曲的回弹角可参考表4-4初步确定，并考虑弯曲过程中其他影响因素适当修正，再经试模后最后修正。3. 影响回弹的主要因素1）材料的力学性能ES越大，弯曲变形的回弹也愈大。 图4-6 材料的力学性能对回弹的影响2）相对弯曲半径tr相对弯曲半径tr 愈小，则回弹值愈小 3）弯曲中心角在弯曲半径相同时，弯曲中心角 愈大，回弹角愈大。 4）弯曲件形状一般来说，在tr相同的条件下，U 形件的回弹小于 V 形件；形状复杂的弯曲件一次弯成时回弹困难，因而回弹角减小。 5）模具间隙模具的间隙愈小，回弹也愈小 6）弯曲方式自由弯曲回弹值大，校正弯曲回弹值小 4. 减少回弹值的措施 1）选用合适的弯曲材料 ESn尽可

7、能选用弹性模数 大、屈服极限 小、加工硬化指数小、机械性能比较稳定、板厚误差比较小的材料。 2）改进弯曲件的结构设计 在弯曲件设计上改进某些结构，加强弯曲件的刚度以减小回弹。 A A A A A A (a)(b)(c)3）改进弯曲工艺 (1) 采用热处理工艺 (2) 增加校正工序 (3) 采用拉弯工艺 图4-8 拉弯工艺示意图图4-9 压边力拉弯示意图 制件凹模料厚耐磨条防侧块凸模图4-10 小间隙拉弯示意图 4）改进模具结构 (1) 补偿法 (2) 校正法 ab图4-11 用校正法修正模具结构根据弯曲件回弹的趋势和回弹值修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹

8、量。 (3) 软凹模法 利用聚氨酯或橡胶凹模代替刚性金属凹模进行弯曲 二、最小相对弯曲半径 trmin1. 切向应变与相对弯曲半径的关系（如图4-3所示）相对弯曲半径是指弯曲件内侧圆角半径与板料厚度的比值。 )1ln()(ln000yy0y设任一瞬时弯曲中心角为，变形中性层曲率半径为 ，则距变形中性层为处的切向应变为： 将上式按级数展开得：图4-12相对弯曲半径trtrt21122max弯曲变形的最大切向应变与相对弯曲半径tr成反比。 2/0tr 2ty 00)1ln(yy.)(31)(21)1ln(302000yyyy2. 最小相对弯曲半径trmin的概念 最小相对弯曲半径： 在变形区外表面

9、的不发生开裂（破坏）tr值。 的条件下，弯曲所能达到的最小trmin是衡量弯曲变形程度的主要标志。3. 影响最小相对弯曲半径 trmin 的因素 1）材料的力学性能材料的塑性愈好，许可的相对弯曲半径愈小。 2）弯曲中心角弯曲中心角越小，直边对圆角区的缓解作用越明显，则最小弯曲半径可以取值更小些。 图4-13 弯曲中心角 对 的影响trmin3）板料的纤维方向 当弯曲件的折弯线与纤维方向垂直时， 最小相对弯曲半径trmin的数值最小，4）板料的冲裁断面质量和表面质量 表面质量和断面质量差的板料弯曲，其最小相对弯曲半径 trmin 的数值较大。板料纤维方向对板料纤维方向对 的影响的影响trmin1

10、2432010601234b/trmin/t锋利刃口 切断钝刃口 切断图4-14 剪切断面质量和相对宽度对相对弯曲半径的影响 tbtb相对宽度较小的窄板，其相10的宽板弯曲时，相对弯曲半对弯曲半径的数值可以较小；相对宽度径的数值应取较大值。6）板料的厚度 当板料的厚度较小时，薄板弯曲允许具有更小的 值。 trmin5）板料的宽度 081046212345t/mmrmin/t 图 4-15 材料厚度对最小相对弯曲半径的影响 4 最小相对弯曲半径 trmin的确定 121tr) 11(21tr1121maxmintr1121tr当 达到材料拉应变的最大极限值 时,则相对弯曲半径达到最121maxm

11、intr经变换得：max小值，即 。trmin根据断面收缩率与切向应变之间的关系：tr相对弯曲半径 也可以用材料的断面收缩率表示， 即： 三、弯曲件坯料展开尺寸的计算 1弯曲中性层位置的确定 当弯曲变形程度很小时，可以认为中性层位于板料厚度的几何中心，即： 20tr 图4-12相对弯曲半径当弯曲变形程度较大时，弯曲变形区厚度变薄，中性层位置将发生移动： )21(0tr经验公式：xtr 0与变形程度有关的中性层位移系数，其值可由表4-6查得。 x2弯曲件毛坯展开尺寸的计算 rt1）圆角半径0.5的弯曲件 rt圆角半径0.5的弯曲件 图4-16 )(180txrlLiiii当弯曲中心角为 90时,

12、单角弯曲件的毛坯展开长度为：)(221xtrllL 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 例4-1 计算图4-17所示弯曲件的坯料展开长度。ABl弯2l弯1l直1l直2FECD图4-17 弯曲件的坯料展开长度解：工件弯曲半径 ， t 5 . 0故坯料展开长度公式为 r)(22121弯弯自自llllLZ2tr38. 0 x3tr4 . 0 x查表4-5，当时，；时，mmmmEFl87.12)30tan430tan30(5 .321自mmmmBCl47.18)30tan460tan8(30cos302自则坯料展开长度ZL为 mmmmLZ88.86)12. 798

13、. 447.1887.12(2mmmmxtrl12. 7)24 . 06(18060)(1802弯mmmmxtrl98. 4)238. 04(18060)(1801弯2）圆角半径r0.5t的弯曲件 按弯曲前后体积相等体积相等原则确定坯料长度。通常采用表4-7所列经过修正的公式计算。3）铰链弯曲件 铰链弯曲和一般弯曲件有所不同，铰链弯曲常用推卷的方法成形。在弯曲卷圆的过程中，材料除了弯曲以外还受到挤压作用，板料不是变薄而是增厚了，中性层将向外侧移动，因此其中性层位移系数 0.5。xXtA型B型L2图4-18 铰链形件的弯曲(a)(b)1180)(LxtRL21180)(LLxtRLA型：B型：

14、4）圆杆弯曲件圆弧段展开长度可通过下式近似计算： 180)(xdrl四、弯曲力的计算与压力机的选用 1. 弯曲力的计算1) 自由弯曲时的弯曲力弯曲力是工艺计算和压力机选择以及模具设计的重要依据。 V形弯曲件： trKBtFbVz26 . 0图4-19a V形自由弯曲 U形弯曲件: trKBtFbUz27 . 0图4-19b U形自由弯曲 L形弯曲件: 2)F(QUzLFF2) 校正弯曲时的弯曲力 AFFqJ图4-20 校正弯曲2. 弯曲时压力机压力的确定QzFFF总1)自由弯曲时 一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的 1.3倍，可以取压力机的压力为： 压机F总F3 . 1 2

15、)校正弯曲时 压机FJF)25 . 1 ( 4.3 4.3 弯曲成形工艺设计弯曲成形工艺设计 弯曲件的工艺性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。具有良好冲压工艺性的弯曲件，不仅能提高工件质量，减少废品率，而且能简化工艺和模具结构，降低材料消耗。 一、弯曲件的结构工艺性 1弯曲半径弯曲件的弯曲半径必须小于最小弯曲半径，否则要采用工艺措施，如:压圆角凸肩 、开槽后弯曲等。 t4-t5图4-21 压圆角凸肩 图4-22 开槽后弯曲 2. 直边高度 弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为Ht 2Ht 3，最好3mm。 Ht 2若工件的直边高度，则需先开槽或压槽后再

16、弯曲或者先适当增加直边高度，弯曲后再切除多余的部分（如图4-23所示） 。工艺余料图4-23弯曲件的直边高度图4-24 带斜边的弯曲件图 4-25 带斜边的弯曲件结构改进 (a)(b)3. 孔边距离 孔的位置应处于弯曲变形区外（如图4-26）。 t2Ltt2Lt 2当 mm 时， ； 当mm时，。工艺孔图4-26 弯曲件的孔边距离 图4-27 防止孔变形的措施 4. 工艺孔和工艺缺口图4-28 预冲工艺槽、孔的弯曲件凸起切圆弧展开件图4-29 弯曲畸变消除方法图 4-30 定位工艺孔的设置 5. 弯曲件的几何形状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。凸模凹模弹

17、顶装置图4-31 通过压料装置减小偏移 凸模凹模定位销图4-32通过定位销限制偏移 连接带图4-33带有缺口的弯曲件 梯形切口预先冲出槽孔 图4-34带有切口的弯曲件 6. 弯曲件的尺寸标注图4-35 不同标注方式的弯曲件二、弯曲件的尺寸精度 根据生产经验，一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15。 三、弯曲件的工序安排 1. 工序安排的原则（）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

18、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（图4-36） 图4-36成对弯曲成形2. 典型弯曲件的工序安排图4-37两道工序弯曲成形图4-38三道工序弯曲成形图4-39四道工序弯曲成形4.4 4.4 弯曲模具设计弯曲模具设计一、弯曲模结构设计要点 弯曲模的结构主要取决于弯曲件的形状及弯曲工序的安排。最简单的弯曲模只有一个垂直运动；复杂的弯曲模具除了垂直运动外，还有一个乃至多个水平动作。弯曲模结构设计要点为：弯曲模结构设计要点为：1.弯曲模的结构形式应根据弯曲件的形状、精度要求和生产批量等进行选择。 2.毛坯放置在模具上必须有正确可靠的定位。 3.弯曲模的结构应考虑到制

19、造和维修中减小回弹的可能，并考虑当压力机滑块到达下极点时，使工件弯曲部分在与模具相接触的工作部分得到校正。4.弯曲模凸、凹模的定位要准确，结构要牢靠，同时不应妨碍和阻止毛坯在模具闭合过程中必要的转动和移动，此外，还应注意放入和取出工件的操作要安全、方便。5.为了尽量减少工件在弯曲过程中的拉长、变薄和划伤等现象，弯曲模的凹模圆角半径应光滑，凸、凹模间隙要适当，不宜过小。6.当弯曲过程中有较大的水平侧向力作用于模具上时，应设计侧向力平衡装置。二、典型弯曲模结构 1. 单工序弯曲模1) V形件弯曲模图图4-40 形弯曲模的一般结构形式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

20、顶板8定料销9反侧压块 3214512345图4-41 L形弯曲模 a 1-凸模 2-凹模 3-定位销 4-压料板 5-挡块 b 1-凸模 2-压料板 3-凹模 4-定位板 5-挡块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 图4-42形精弯模 2) U 形件弯曲模abcdef85432167图4-43形件弯曲模1凸模2凹模3弹簧 4凸模活动镶块 5、8凹模活动镶块6凹模板7顶板12345图4-44 夹角小于90的U形件弯曲模 1-凸模 2-定位板 3-弹簧 4-回转凹模 5-限位钉 1243567891011 图4-45 斜楔结构U形件弯曲模 1-斜楔 2-凸

21、模支杆 3-弹簧 4-上模座 5-凸模6定位销 7，8-活动凹模；9-弹簧10-下模座11-滚柱 3) Z形件弯曲模12345图4-46 形件弯曲模（一）1顶板2定位销3反侧压块4凸模5凹模56782341图4-47 Z形件弯曲模（二） 1上模座 2 凸模 3压块 4下模座 5顶块 6托板 7橡胶 8限位块(a)(b)4) 四角形件弯曲模 (a)(b)(c)图4-48 四角形件一次成形弯曲模图4-49 四角形件两次成形弯曲模 () 首次弯曲 () 二次弯曲()()5) 圆筒形件弯曲模 (1)对于圆筒直径 d5mm 的小圆，一般先将毛坯弯成 U 形，然后再弯成圆形。1432图4-50小圆筒件弯曲

22、模（一） 图4-51小圆筒件弯曲模（二）1楔模2滑块3活动凹模4芯棒234165图4-52小圆筒件弯曲模（三）1凸模 2压板 3芯棒 4坯料 5凹模6滑块(2)对于圆筒直径d 20mm 的大圆，一般先将毛坯弯成波浪形，然后再弯成圆形。图4-53 大圆筒件弯曲模(3)对于圆筒直径10d40mm 、材料厚度约为 1 mm的圆筒形件，可以采用摆动式凹模结构的弯曲模一次弯成，如图4-54 所示。 1432图4-54 摆动式凹模圆筒件弯曲模1凹模摆块 2销轴 3凸模 4支撑 6) 铰链弯曲模 213图4-55 铰链预弯工序成形尺寸1凹模 2顶板 3凸模图4-56 铰链弯曲预弯曲模 （a)(b)12344-57 立式铰链弯曲模 4-58 卧式铰链弯曲模 1斜楔 2凹模 3凸模 4弹簧 2. 复合弯曲模2143图4-59四角形件复合弯曲模（一）1凸凹模 2活动凸模 3凹模 4顶板12435图4-60四角形件复合弯曲模（二）1凹模2活动凸模 3摆块4垫板5推板3. 级进弯 曲模58312467图4-61 级进弯曲模 1-弯曲凹模2-推杆3-弹压卸料板4-板料 5-挡块 6-弯曲凸模 7-剪刃 8-冲孔凹模实例分析一折弯切断连续模实例分析二连续弯曲模实例分析三切断弯曲连续模三、弯曲模工作部分尺寸设计 1凸模圆角半径当弯曲件的相对弯曲半径 tr较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的