模具设计 演示文稿第3章

1、第三章 弯曲工艺及弯曲模 1.弯曲变形过程及其特点 2.最小弯曲半径 3.弯曲件的回弹 4.弯曲件展开长度的确定 5.弯曲力的计算 6.弯曲件的结构工艺性 7.弯曲模工作部分设计 8.弯曲模典型结构,要求: 掌握弯曲件的回弹规律、零件成形过程中的各种缺陷及防止措施； 熟悉弯曲件的工艺计算； 能够对弯曲件进行工艺性分析； 熟练掌握弯曲模的工序安排； 对简易弯曲模具能够进行结构设计.,弯曲定义：是将坯料弯成具有一定角度和曲率的变形工序. 设备和方法 A压弯:用压力机或弯扳机、闸压床等进行扳料的弯曲. B卷弯:管子和型材多用此法. C滚弯:用三、四个滚轮作大口径管件的弯曲. 弯曲毛坯的种类：板料、棒

2、料、型材、管材,时间所限，只讨论板料弯曲！,（a）模具压弯；（b）折弯；（c）拉弯;（d）滚弯； （e）辊压 弯曲零件的成形方法,自动弯管机,手动弯管机,手动滚弯机,液压板料折弯机,3-1 弯曲变形的过程及变形特点 1.板料金属弯曲变形过程 弯曲变形过程：如图3.1.2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。,参见书P55.图3-1,图3.1.3 弯曲前后坐标网络的变化,2.板料弯曲变形特点 通过网格试验观察弯曲变形

3、特点（如图3.1.3）。 (四个变性特点）,1).弯曲圆角部分是弯曲变形的主要变形区 变形区的材料外侧伸长; 内侧缩短; 中性层长度不变。 2).弯曲变形区存在应变中性层 应变中性层 是指在变形前后金属纤维的长度没有发生改变的那一层金属纤维。,3).变形区材料厚度变薄的现象 变形程度愈大，变薄现象愈严重。 4).变形区横断面的变形 变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变。主要影响因素为板料的相对宽度。 (宽板) 横断面几乎不变； (窄板) 断面变成了内宽外窄 的扇形。,3.弯曲时变形区的应力和应变,板料在塑性弯曲时,变形区内的应力应变状态取决于弯曲毛坯的相对宽度 以及弯曲变形程度。 窄板弯曲的应

4、力状态是平面的，应变状态是立体的。 宽板弯曲的应力状态是立体的，应变状态是平面的。,（压缩）,（拉伸）,（厚度方向）,（切向方向）,（宽度方向）,3-2 最小相对弯曲半径（ ） 1.最小相对弯曲半径的概念 最小相对弯曲半径是指：在保证毛坯弯曲时外表面不发生开裂的条件下，弯曲件内表面能够弯成的最小圆角半径与坯料厚度的比值，用 来表示。该值越小，板料弯曲的性能也越好。 它表示弯曲材料的成形极限. 理论公式见书P57.,2. 影响最小弯曲半径的因素 (1)材料的力学性能 (2)工件的弯曲中心角 (3)板料的表面质量与剪切断面质量 (4)板料宽度的影响 (5)板材的方向性(如下页图),板料纤维方向对弯

5、曲半径的影响,3.最小相对弯曲半径经验数值 各种材料在不同状态下的最小弯曲半径值也不相同.,3-3 弯曲件的回弹(卸载后) 1.回弹现象 当弯曲结束，外力去除后，塑性变形留存下来，而弹性变形则完全消失。弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短，内侧因弹性恢复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度 和弯曲半径 与模具相应尺寸不一致的现象。这种现象称为弯曲件的弹性回跳（简称回弹）。,(1)弯曲半径增大 卸载前板料的内半径 (与凸模的半径吻合)在卸载后增加至 。弯曲半径的增加量为：,(2)弯曲中心角的变化 卸载前弯曲中心角为 (与凸模顶角相吻合)，卸载后变化为 。弯曲件角度的变化量为：,回弹性的表现形式,变大量,变小

6、量,均以切点测量,2.影响回弹的因素 1).材料的力学性能 材料的屈服点 越高，弹性模量E 越小， 弯曲弹性回跳越大。 2).相对弯曲半径(变形程度) 相对弯曲半径 越大，则回弹也越大。 3).弯曲中心角 弯曲中心角 越大，表明变形区的长度越长，故回弹的积累值越大，其回弹角越大。 但对弯曲半径的回弹影响不大。,应力-应变曲线中看出,变形区域,变形程度,材料软硬,4).弯曲方式及弯曲模具结构 采用校正弯曲时，工件的回弹小。 5).弯曲件形状 工件形状越复杂，一次弯曲所成形的角度数量越多，材料各部分牵扯使回弹困难，因而回弹角减小。 6).模具间隙 在压弯U形件时，间隙大，材料处于松动状态，回弹就大

7、；间隙小，材料被挤压，回弹就小。 7).非变形区的影响 如:弯曲线长度越长,回弹值也越大. V形件凹模槽口的宽度对回弹影响也很大。,3. 回弹值的确定 目的：作为修正模具工作部分参数的依据.一般使用工具书中的经验数据. 1).小半径弯曲的回弹 ( ） 2).大圆角半径弯曲的回弹( ),4.减少回弹的措施四个方面 1).材料选择 应尽可能选用弹性模数大的，屈服极限小，机械性比较稳定的材料. 2).改进弯曲件的结构设计 设计弯曲件时改进一些结构，加强弯曲件的刚度以减小回弹。比如：在变形区压加强肋或压成形边翼，增加弯曲件的刚性，使弯曲件回弹困难(如图3.2.3).,图3.2.3 改进零件的结构设计,

8、3).从工艺上采取措施 （四个方法） (1)采用热处理工艺 对一些硬材料和已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少弯曲时的回弹，待弯曲后再淬硬。在条件允许的情况下，甚至可使用加热弯曲. (2)增加校正工序 运用校正弯曲工序，对弯曲件施加较大的校正压力，可以改变其变形区的应力应变状态，以减少回弹量.,(3)采用拉弯工艺 对于相对弯曲半径很大的弯曲件，由于变形区大部分处于弹性变形状态，弯曲回弹量很大。这时可以采用拉弯工艺 (如图3.2.4).,4).从模具结构采取措施 四种方法 (1)补偿法,利用弯曲件不同部位回弹方向相反的特点，按预先估算或试验所得的回弹量，修正凸模和凹模工作部

9、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量 (如图3.2.9).,图3.2.9 用补偿法修正模具结构,(2)校正法 可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改变程度（迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变 ） 如图3.2.10.,图3.2.10 用校正法修正模具结构,(3) 纵向加压法 在弯曲过程完成后，利用模具的突肩在弯曲件的端部纵向加压（如图 3.2.11）, 使弯曲变形区横断面上都受到压应力，卸载时工件内外侧的回弹趋势相反，使回弹大为降低。利用这种方法可获得较精确的弯边尺寸，但对毛坯精度要求较高。,图3.2.11 纵向加压弯曲,(4)采用聚氨酯弯

10、曲模 利用聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲（图3.2.12）。弯曲时金属板料随着凸模逐渐进入聚氨酯凹模，激增的弯曲力将会改变圆角变形区材料的应力应变状态，达到类似校正弯曲的效果，从而减少回弹。,图3.2.12 聚氨酯弯曲模,3-4 弯曲件毛坯展开尺寸的计算 在进行弯曲工艺和弯曲模具设计时，要计算出弯曲件毛坯的展开尺寸。 计算的依据是： 变形区弯曲变形前后体积不变； 应变中性层在弯曲变形前后长度不变。即： 弯曲变形区的应变中性层长度，就是弯曲件的展开尺寸.,1.应变中性层位置的确定 与相对弯曲半径有关系。（两种情况） （1）当弯曲变形程度不大时（ ）： 可以认为应变中性层就在板料厚度的中心位置

11、；,（2）而当弯曲变形程度较大（ ）： 应变中性层会向内表面偏移。这时，中性层位 置的曲率半径可以通过以下的公式进行估算： 式中：x为中性层位移系数，查教材表3-3。,2.弯曲件毛坯展开尺寸计算（三种情况）,（1）圆角半径 的弯曲件，如图3.3.5。 图(a)中， 毛坯的展开长度,图(b)中，毛坯的展开长度,（2）无圆角半径的弯曲( ) （几乎是直角） 无圆角半径弯曲件的展开长度一般根据弯曲前后体积相等的原则，考虑到弯曲圆角变形区以及相邻直边部分的变薄因素，采用经过修正的公式来进行计算，见教材表P62,公式3-6。,（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

12、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K0.5。 图3.3.13所示为铰链中 性层位置示意图。,图3.3.13 铰链中性层位置,3-5 弯曲工艺力的计算 弯曲力是设计弯曲模和选择压力机吨位的重要依据。生产中常用经验公式概略计算弯曲力，作为设计弯曲工艺过程和选择冲压设备的依据。 1.自由弯曲时的弯曲力 V形弯曲件弯曲力： U形弯曲件弯曲力：,2.校正弯曲时的弯曲力 校正弯曲是在自由弯曲阶段后，进一步使对贴合凸模、凹模表面的弯曲件进行挤压，其校正力比自由压弯力大得多。由于这两个力先后作用，校正弯曲时只需计算校正弯曲力。

13、V形弯曲件和U形弯曲件均按下式计算： 式中： 为校正弯曲时的弯曲力(N)； 为校正部分垂直投影面积 ； 为单位面积上的校正力 。,3-6 弯曲件的结构工艺性,1.考虑最小弯曲半径 弯曲件的弯曲半径必须大于最小弯曲半径，否则要采用工艺措施，如:热弯、多次弯曲、压槽等。（如图3.3.3）。 ,图3.3.3 压槽后再进行弯曲,2.弯曲件形状与尺寸的对称性 弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称、高度也不应相差太大。当冲压不对称的弯曲件时，因受力不均匀，毛坯容易偏移(如图3.3.4)，尺寸不易保证。为防止毛坯的偏移，在设计模具结构时应考虑增设压料板，或增加工艺孔定位。,图3.3.4 弯曲件形状对弯曲过程的影响

14、,弯曲件形状应力求简单，边缘有缺口的弯曲件，若在毛坯上先将缺口冲出，弯曲时会出现叉口现象，严重时难以成形。这时必须在缺口处留有连结带，弯曲后再将连接带切除(如图3.3.5)。,图3.3.5 弯曲件边缘缺口对弯曲过程的影响,3.弯曲件直边高度对弯曲的影响(如图3.3.5) 在进行弯曲时，若弯曲的直边高度过短，弯曲过程中不能产生足够的弯距,将无法保证弯曲件的直边的平直。 见下页图。,图3.3.5 弯曲件直边的高度对弯曲的影响,4.弯曲件孔边距离 带孔的板料在弯曲时，如果孔位位于弯曲变形区内，则孔的形状会发生畸变。因此，孔边到弯曲半径r中心的距离(如图3.3.7) 要满足以下关系： 当t2mm时，

15、Lt； t2mm时； L2t。 ,图3.3.7 弯曲件的孔边距,如不能满足上述条件（t2mm时， Lt； t2mm时； L2t） ，在结构许可的情况下，可在弯曲变形区上预先冲出工艺孔或工艺槽来改变变形区范围，有意使工艺孔的变形来保证所要求的孔不产生变形(如图3.3.8)。,图3.3.8 防止孔变形的措施,5.防止弯曲边交接处应力集中的措施 当弯曲图3.3.9所示弯曲件时，为防止弯曲边交接处由于应力集中，可能产生的畸变和开裂，可预先在折弯线的两端冲裁卸荷孔或卸荷槽，也可以将弯曲线移动一段距离，以离开尺寸突变处.,图3.3.9 防止弯曲边交接处应力集中的措施,6.弯曲件尺寸的标注应考虑工艺性 弯曲

16、件尺寸标注不同，会影响冲压工序的安排。如图3.3.10 a)所示的弯曲件尺寸标注，孔的位置精度不受毛坯展开尺寸和回弹的影响，可简化冲压工艺。采用先落料冲孔，然后再弯曲成形。b)、c)图所示的标注法，冲孔只能安排在弯曲工序之后进行，才能保证孔位置精度的要求。在不存在弯曲件有一定的装配关系时，应考虑图a)的标注方法。,图3.3.10 尺寸的标注对弯曲工艺的影响,3-7 弯曲模工作部分设计,1.弯曲凸模和凹模的圆角半径 （1）弯曲凸模的圆角半径 当弯曲件的相对弯曲半径 ，且不小于 时，凸模的圆角半径一般等于弯曲件的圆角半径；,若弯曲件的圆角半径小于最小弯曲半径( )时，首次弯曲可先弯成较大的圆角半径

17、，然后采用整形工序进行整形，使其满足弯曲件圆角的要求； 若弯曲件的相对弯曲半径较大（ ），精度要求较高时，由于圆角半径的回弹大，凸模的圆角半径应根据回弹值作相应的修正.,（2）凹模圆角半径 凹模的圆角半径的大小对弯曲变形力和制件质量均有较大影响，同时还关系到凹模厚度的确定。 凹模圆角半径过小，坯料拉入凹模的滑动阻力大，使制件表面易擦伤甚至出现压痕。 凹模圆角半径过大，会影响坯料定位的准确性。 凹模两边的圆角要求制造均匀一致，当两边圆角有差异时，毛坯两侧移动速度不一致，使其发生偏移。 ,生产中常根据材料的厚度来选择凹模圆角半径：,或按有关设计资料选取。,2.凹模工作部分深度 弯曲凹模深度要适当。

18、 过小时，坯件弯曲变形的两直边自由部分长，弯曲件成形后回弹大，而且直边不平直。 若过大，则模具材料消耗多，而且要求压力机具有较大的行程。 弯曲V形件时，凹模深度及底部最小厚度参见教材表3-5。 弯曲U形件时，若弯边高度不大，或要求两边平直，则凹模深度应大于零件高度，如图3.4.20 b)所示。,图3.4.20 弯曲模结构尺寸,如果弯曲件边长较大，而对平直度要求不高时，可采用图3.4.20c)所示的凹模形式。弯曲U形件的凹模参数见教材表3-6和表3-7所示。,m,对于V型件 也同,3. 弯曲凹、凸模的间隙 （1）V形件弯曲模，凸模与凹模之间的间隙是由调节压力机的装模高度来控制。 （需要人工调整！

19、） （2）对于U形件弯曲模，则必须选择适当的间隙值。凸模和凹模间的间隙值对弯曲件的回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。若间隙过大，弯曲件回弹量增大，误差增加，从而降低了制件的精度。当间隙过小时，会使零件直边料厚减薄和出现划痕，同时还降低凹模寿命。,U型件弯曲模尺寸的标注,形件凸、凹模的单面间隙一般可按下式计算： 式中： 凸、凹模的单面间隙 板料厚度的基本尺寸（mm) 板料厚度的正偏差(mm) (一般规定板料为正公差） 根据弯曲件的高度和宽度而决定的 间隙系数。,高精度弯曲件对板厚公差要求较高,4.凸模和凹模工作尺寸及公差（指U型件） （1）弯曲件外形尺寸的表注 当弯曲件为双向对称偏差时，凹模

20、尺寸为： 当弯曲件为单向偏差时，凹模尺寸为： 凸模尺寸为：,（2）弯曲件内形尺寸的表注 当弯曲件为双向对称偏差时，凸模尺寸为： 当弯曲件为单向偏差时，凸模尺寸为： 凹模尺寸为：,（ 为制造偏差:IT7-IT9),（ 为制造偏差:IT7-IT9),一般取凸模的精度比凹模精度高一级,3-8 弯曲件弯曲工序的安排 1.首先进行弯曲成形的工艺设计 弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状、尺寸、材料的选用及技术要求等是否满足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。,2.弯曲件的弯曲工序安排是在工艺分析和计算后 进行的工艺设计工作。

21、 形状简单的弯曲件，如V形件、U形件、Z形件等都可以一次弯曲成形。 形状复杂的弯曲件，一般要多次弯曲才能成形。 弯曲工序的安排对弯曲模的结构、弯曲件的精度和生产批量影响很大。,1).弯曲件工序安排的原则（四大原则） 原则（1）：对多角弯曲件，因变形会影响弯曲件的形状精度，故一般应先弯外角，后弯内角。前次弯曲要给后次弯曲留出可靠的定位，并保证后次弯曲不破坏前次已弯曲的形状。(图3.3.8A) ,图3.3.8A 先外后内弯曲,原则（2）：结构不对称弯曲件，弯曲时毛坯容易发生偏移，应尽可能采用成对弯曲后，再切开的工艺方法，如图3.3.8。,图3.3.8 成对弯曲,原则（3）：批量大、尺寸小的弯曲件，

22、应采用级进模弯曲成形工艺（如图3.3.9），以提高生产率。,图3.3.9 级进模弯曲成形,原则（4）：如果弯曲件上孔的位置受弯曲过程影响而且精度要求较高，则应在弯曲后再冲孔，否则孔的位置精度无法保证。 同学讨论 前面讨论的：3-6弯曲件的结构工艺性中4.弯曲件孔边距离的经验公式。 或按设计手册（经验得来）弯曲线与孔最小距离。,3.工序安排实例 图3.3.10为一次弯曲成形的示例：,图3.3.10 一次弯曲成形图例,图3.3.11为二次弯曲成形的示例：,图3.3.11两次弯曲成形图例,图3.3.12为三次弯曲的示例：,图3.3.12三次弯曲成形图例,图3.3.13A所示为多道工序成形的示例。,图

23、3.3.13A 多次弯曲成形图例,图3.3.13B所示也为多道工序成形的示例。,图3.3.13B 多次弯曲成形图例,3-9 弯曲模的典型结构设计 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，还有一个甚至多个水平动作。,重 点 章 节,弯曲模结构设计要点为： (1)弯曲毛坯的定位要准确、可靠，尽可能是水平放置。多次弯曲最好使用同一基准定位。 (2)结构中要能防止毛坯在变形过程中发生位移，毛坯的安放和制件的取出要方便、安全和操作简单。 (3)模具结构尽量简单，并且便于调整修理。对于回弹性大的材料弯曲，应考虑凸模、凹模制造加工及

24、试模修模的可能性以及刚度和强度的要求。,1.典型弯曲模具的结构（六种类型） 1). V形件弯曲模 这类形状的弯曲件 可以用两种方法弯曲 （三种情况）： （1）是沿着工件弯曲 角的角平分线方向弯曲， 称为V形弯曲； (如图3.4.1）,图3.4.1 V形件弯曲模,1-下模座； 2、5-销钉； 3-凹模； 4-凸模； 6-上模座； 7-顶杆； 8-弹簧； 9、11-螺钉； 10-可调定位 板,顶杆始终接触板料，成型精度高,图3.4.2 L形件弯曲模,1-凹模；2-凸模；3-定位钉； 4-压料板；5-靠板,（2）是垂直于工件一条边的方向弯曲， 称为L形弯曲(如图3.4.2),对比！,1-凸模；2-支

25、架；3-定位板；4-活动凹模； 5-转轴；6-支承板；7-顶杆 图3.4.3 V形件精弯模,（3）对于精度要求较高，形状复杂、定位较困难的V形件（如图3.4.3），可以采用折板式弯曲模 。,2. U形件弯曲模 （1）U形弯曲模在一次弯曲过程中可以形成两个弯曲角，图3.4.4为常见U形件弯曲模结构。,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,图3.4.4 U形件弯曲模具,（2）弯曲角小于90的U形件时，可在两弯曲角处设置活动凹模镶块，弯曲模下降到与镶块接触时，推动活动凹模镶块摆动，并使材料包紧凸模(图3.4.5)。另一种方法是采用斜楔弯曲模，图3.4.6所示。,图3.4.5 弯曲角小于90的弯模,图3.4.6 斜楔弯曲模,为何不用简单的斜块,40-50,3. Z形件弯曲模 由于Z形件两端 直边弯曲方向相