弯曲模和拉深模--弯曲模的基本原理

弯曲模的基本原理 一 一 弯曲的基本原理 一 弯曲工艺的概念及弯曲件 1 弯曲工艺 是根据零件形状的需要 通过模具和压力机把毛坯弯成一定角度 一定 形状工件的冲压工艺方法 2 弯曲成形工艺在工业生产中的应用 应用相当广泛 如汽车上很多履盖件 小汽车 的柜架构件 摩托车上把柄 脚支架 单车上的支架构件 把柄 小的如门扣 夹子 铁夹 等 二 弯曲的基本原理 以 V 形板料弯曲件的弯曲变形为例进行说明 其过程为 1 凸模运动接触板料 毛坯 由于凸 凹模不同的接触点力作用而产生弯短矩 在弯 矩作用下发生弹性变形 产生弯曲 2 随着凸模继续下行 毛坯与凹模表面逐渐靠近接触 使弯曲半径及弯曲力臂均随之 减少 毛坯与凹模接触点由凹模两肩移到凹模两斜面上 塑变开始阶段 3 随着凸模的继续下行 毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲 回弯曲阶段 4 压平阶段 随着凸凹模间的间隙不断变小 板料在凸凹模间被压平 5 校正阶段 当行程终了 对板料进行校正 使其圆角直边与凸模全部贴合而成所需 的形状 三 弯曲变形的特点 弯曲变形的特点是 板料在弯曲变形区内的曲率发生变化 即弯曲半径发生变化 从弯曲断面可划分为三个区 拉伸区 压缩区和中性层 二 弯曲件的质量分析 在实际生产中 弯曲件的主要质量总是有回弹 滑移 弯裂等 1 弯曲件的回弹 由于弹性回复的存在 使弯曲件弯曲部分的曲率半径和弯曲角度在弯曲外力撤去后 工 件小模具中取出后 发生变化 与加工中在模具里的形状发生变化 的现象称弹性回复跳 回弹 回弹以弯曲角度的变化大小来衡量 t 1 影响回弹的回素 A 材料的机械性能与屈服极限成正比 与弹性模数 E 成反比 B 相对弯曲半径 r t r 越小 变形量越大 弹性变形量所点变形量比例越小 回弹越小 C 弯曲力 弯曲力适当 带校正成分适合 弯曲回弹很小 D 磨擦与间隙 磨擦越大 变形区拉应力大 回弹小 凸 凹模之间隙小 磨擦 大 校正力大 回弹小 E 弯曲件的形状 弯曲部分中心角越大 弹性变形量越大 回弹大 形状越复杂 回弹时各部分相应牵制 回弹小 2 回弹值的确定 可查表 3 减小回弹的措施 A 从工件设计上采取措施 a 加强筋的设计 b 材料的选用 选用弹性模数大 屈服极限小 机械性能稳定的材料 B 工艺措施 a 采用校正弯曲 增加弯曲力 b 冷作硬化材料 弯曲前进行退火 降低屈服极限 c 加热弯曲 d r t 100 用拉深弯曲 C 模具结构上采取措施 a r t 时 V 形弯曲可在凸模上减去一个回弹角 U 形弯曲可将凸模壁作出等于回 弹角的倾斜角或将凸模顶面做成弧面 b 减小凸模与工件的接触区 使压力集中于角部 c U 形件可以采用较少的间隙 2 弯曲件的弯裂 弯曲件变形区外边是拉伸区 当此区的拉应力超出材料的应力极限时 强度极限 就产 生裂纹 弯曲件的相对弯曲半径 r t 越小 则变形越大 越易拉裂 3 弯曲件的滑移 由于毛坯与模具之间磨擦的存在 当磨擦力不平衡时造成毛坯的移位 称作滑移 使弯 曲件的尺寸达不到要求 1 产生滑移的原因 由于两边磨擦力不等 A 工作不对称 毛坯两边与凹模接触面不相等 B 凹模两边的边缘圆角半径不相等 半径小 磨擦力更大 C 两边折弯的个数不一样 D V 形弯曲中凹模不是中心对称 角度小的一边正压力大 磨擦大 E 凹模两边的间隙和润滑情况不一样 2 防止滑移的措施 A 尽可能采用对称凹模 边缘圆角相等 间隙均匀 B 采用弹性顶件装置的模具结构 C 采用定位销的模具结构 4 补充内容 A 弯曲可以压力机上进行 亦可以专用的弯曲机械弯曲设备上进行 B 弯曲分自由弯曲和校正弯曲 自由弯曲是指当弯曲终了时 凸模 毛坯和凹模 三者吻合后就不再下压 校正弯曲是指三者吻合后继续下压 对工件起校正作用 产生进一 步的塑变 弯曲模的基本原理 二 三 弯曲件的工艺性 对弯曲件工艺性影响最大的是弯曲半径 弯曲件的几何形状 材料的机械性能及尺寸精 度 1 最小弯曲半径 在保证外层纤维不发生破坏的条件下 所能弯曲零件内表面的最小圆角半径 称作弯曲 件的最小弯曲半径 表示弯曲时的成形极限 最小弯曲半径的影响因素 A 材料的机械性能 B 弯曲线的方向 由于板料的扎制造成板料性能和各项异性 扎制方向塑性较好 使 弯曲的切向变形方向与扎制方向一致 C 板料宽度 宽度加大 最小弯曲半径增大 D 板料的表面质量 E 弯曲角 F 板料的厚度 2 弯曲件直边高度 弯曲件的弯曲边高度不宜太小 h R 2t 如弯曲边高度太小 则难以形成足够的弯矩 3 阶梯形弯曲件的弯曲 阶梯毛坯进行弯曲时 在阶梯根部易产生裂纹 需把阶梯根部设计在弯曲变形区之外 或采用切槽的方法 4 弯曲件的孔边距 如果预先冲出的孔位于板料的弯曲变形区 则弯曲后孔要发生变形 要把孔设计在弯曲 变形区以外 孔壁与弯曲半径 r 中心的距离 Z 与板料厚度有关 t t t 2mm L 2t 弯曲模的基本原理 三 四 弯曲毛坯的尺寸计算 弯曲零件毛坯展开尺寸具体计算的程序是 先将零件划分成直线和圆角的各个不同单元 体 直线部分的长度不变 而弯曲的圆角部分长度则需要考虑材料的变形和应变中性层的相 对移动 故整个毛坯的展开尺寸应等于弯曲零件各部分长度的总和 R kt 其中 k 是中性层位移系数 与 r t 有关 1 有圆角半径的弯曲 r 0 5t 的弯曲件即称有圆角半径的弯曲件 由于弯曲部分变薄不严重及断面畸变较小 所以可按中性层展开长度等于毛坯长度的原则 求得毛坯尺寸 L lE lw L 弯曲件毛坯长度 lE 弯曲件各直线段之各 lw 各弯曲部分的展开长度之和 Lw 180 kt 其中 弯曲中心角 k 中性层位移系数 2 无角半径的弯曲 无圆角半径或圆角半径很小 r 0 5t 的弯曲件 其毛坯尺寸是根据毛坯与制件体积相 等 并考虑到在弯曲时材料变薄的情况而求得的 在这种发问下 毛坯长度等于各直线长度 之各再加上弯角处的长度 即 L lE knt L 毛坯总长度 lE 各直线段长度之和 n 弯角数目 t 材料厚度 k 系数 取 0 2 0 5 3 铰链式弯曲件 铰链式弯曲件毛坯展开长度的计算和一般弯曲件尺寸计算相似 所不同的只是中性层由 材料厚度中间向弯曲外层移动 毛坯展开长度可按下式 L 1 5 R l 其中 R kt k 系数 五 弯曲力的计算 弯曲力是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一 弯曲力的大小与毛坯尺寸 零 件形状 材料的机械性能 弯曲方法和模具结构等多种因素有关 弯曲力急剧上升部分表示 由自由弯曲到接触弯曲转化为校正弯曲的过程 1 自由弯曲力的计算 P kbt2 rp t b b 材料抗拉强度 rp 凸模圆角半径 b 弯曲线长度 t 材料厚度 k 系数 2 校正弯曲时的弯曲力的计算 P F q P 校正弯曲力 F 校正部分投影面积 q 单位校正力 3 顶件力和压料力 对于设有顶件装置或压料装置的弯曲模 其顶件力或压料力 Q 值可近似取自由弯曲力的 30 80 弯曲模的基本原理 四 六 弯曲件的工序安排 确定弯曲件的制造工艺时 先要分析研究从毛坯到成品需要几道工序 工序安排的一般 原则是先弯外角后弯内角 后次弯曲不影响前次弯曲部分的变形和前次弯曲必须考虑到后次 弯曲时有合适的定位基准 工序安排尽量做到在满足工件精度质量要求前提下使工序次数少 模具结构简单 操作方便 产量高 废品率低 弯曲件工序安排的一般方法是 1 对于形状简单的弯曲件 如 V 形 U 形 Z 形等件 可以采用一次压弯成形 2 对于形状复杂的弯曲件 一般需要采用二次或多次压弯成形 3 对称弯曲 即工件本身带有单面几何形状的弯曲 在拟定工艺方案时 应尽量成对 弯曲 然后再切开 4 加连接带弯曲 当弯曲工件其边缘部分有缺口时 如直接连同缺口也冲出 必然发 生叉口现象 严重时将无法成形 遇此情况时必须加添连接带将缺口连接在一起 待弯曲成 形后 再将缺口多余部分切除 5 对于批量大 尺寸较小的弯曲件 为提高生产率 可以采用多工序的冲裁压弯切断 连续工艺成形 七 弯曲模的基本结构 弯曲模的结构与一般冲裁模结构相似 分上下两个部分 它由凸 凹模 定位 卸料 导向及紧固件等组成 但弯曲模具还有它的特点 如凸 凹模除一般动作外 有时还需要作 摆动 转动等动作 弯曲模结构形式应根据弯曲件形状 精度要求及生产批量等进行选择 1 简单动作弯曲模 该模具由模架 凸模 凹模 定位销 卸料杆 顶板 顶杆等零件组成 工作时 毛坯 由顶板上的两个定位销定位 这样保证在弯曲过程中不产生滑移 2 复杂动作弯曲模 模拟动画 复杂弯曲模是指在一次冲程中完成两个以上的动作 可以弯制简单弯曲模所不能制出的 工件 闹钟双铃提环弯曲模 其结构特点是在下模上装有二件摆块 并在凸模 顶料板的配合 下 进行压弯成形 模具的前面装有斜面储料斗 通过冲床曲轴的动力带动偏心连杆机构把 料斗中的料坯逐一送进 上模部分有自动卸料机构 3 圆管形件的弯曲 圆管形件弯曲方法 可有两次弯成和一次弯成两种 两次弯成的第一步是先弯成波浪形 第二步再弯成圆形 4 连续弯曲模 模拟动画 同时进行冲孔 切断和压弯的连续模 用以弯制侧壁带孔的双角弯曲件 条料以导尺导 料并从卸料板下面送至挡块右侧定位 当上模下压 条料首先被剪断并随即将所剪断的毛坯 压弯成形 与此同时 冲孔凸模在条料上冲出一个孔 上模回程时 卸料板卸下条料 顶件 销在弹簧的作用下推出工件 5 铰链件弯曲模 铰链件通常是将毛坯头部预弯 然后卷圆 弯曲模的基本原理 五 八 弯曲模工作部分的设计 1 凸模和凹模的圆角半径 A 凸模圆角半径 一般凸模的工作圆角半径取弯曲件的内侧弯曲半径 即 rt r 但不能小于材料允许 的最小弯曲半径 当弯曲件的弯曲半径较大时 还要考虑曲率回弹量 如因工件结构上的需 要 出现 rrmin 然后加一次整形工序 整形模的尺寸为 rt r B 凹模圆角半径 凹模圆角半径不能过小 以免材料表面擦伤 在实际生产中 凹模圆角半径通常根 据材料的厚度来选取 当 t4 Ra 2t V 形凹模底部可开退刀模或取圆角半径 Ra 为 Ra 0 6 0 8 rt t 2 凹模工作深度 凹模深度 l 要适当 若过小 则工件两端的自由部分太多 弯曲件回弹大 不平直 影 响零件质量 若过大 凹模增大 消耗模具钢材多 且需要压力机有较大的行程 3 凸模和凹模的间隙 弯曲 U 形件时 其凸凹模间隙 z 的大小 对弯曲件质量有直接影响 过大的间隙将引起 回弹角的增大 过小时 引起工件材料厚度的变薄 降低了模具使用寿命 凸凹模例题的间 隙值一般可按下式计算 Z t ct Z 弯曲凸凹模单边间隙 t 材料厚度 材料厚度正偏差 c 根据弯曲件高度和弯曲线长度而决定的系数 一般取 0 04 0 15 4 凸模和凹模的宽度尺寸计算 凸 凹模宽度尺寸是指 Lt 与 La 的尺寸 拉深模的基本原理 一 拉深是利用模具将平板毛坯或半成品毛坯拉深成开口空心件的一种冷冲压工艺 拉深工艺可制成的制品形状有 圆筒形 阶梯形 球形 锥形 矩形及其它各种不规则 的开口空心零件 拉深工艺与其它冲压工艺结合 可制造形状复杂的零件 如落料工艺与拉深工艺组合 在一起的落料拉深复合模 日常生活中常见的拉深制品有 旋转体零件 如搪瓷脸盆 铝锅 方形零件 如饭盒 汽车油箱 复杂零件 如汽车覆盖件 圆形拉深的基本原理 一 拉深的变形过程 用座标网格试验法分析 拉深时压边圈先把中板毛坯压紧 凸模下行 强迫位于压边圈下的材料 凸缘部分 产 生塑性变形而流入凸凹模间隙形成圆筒侧壁 观察拉深后的网格发现 底部网格基本保持不变 筒壁部分发生较大变化 1 原间格相等的同心圆成了长度相等 间距增大的圆周线 越接近筒口 间距增 大 2 原分度相等的辐射线变成垂直的平行线 而且间距相等 3 凸缘材料发生径向伸长变形和切向压缩变形 总结 拉深材料的变形主要发生在凸缘部分 拉深变形的过程实质上是凸缘处的材料在 径向拉应力和切向压应力的作用下产生塑性变形 凸缘不断收缩而转化为筒壁的过程 这种 变形程度在凸缘的最外缘为最大 二 各种拉深现象 由于拉深时各部分的应力 受力情况 和变形情况不一样 使拉深工艺出现了一些特有 的现象 1 起皱 A 拉深时凸缘部分的切向压应力大到超出材料的抗失稳能力 凸缘部分材料会失稳 而发生隆起现象 这种现象称起皱 起皱首先在切向压应力最大的外边缘发生 起皱严重时会 引起拉度 B 起皱是拉深工艺产生废品的主要原因之一 正常的拉深工艺中是不允许的 常采用 压力圈的压力压住凸缘部分材料来防止起皱 C 起皱的影响因素 a 相对厚度 t D 其中 t 毛坯厚度 D 毛坯直径 判断是否起皱的条件 D d0 5mm 计算时以料厚中线为准 当 R1 R2 时 D 此主题相关图片如下 R1 R2 D 此主题相关图片如下 D 此主题相关图片如下 D 此主题相关图片如下 五 圆筒形件拉深系数 1 拉深系数的概念 拉深系数是指拉深后工件直径 d 与拉深前毛坯直径 D 之比 M d D A M m1 则可一次拉深成形 如 mz1 可以按无凸缘筒形件进行 工艺计算和拉深 即 首次拉深不留凸缘 再次拉深时留出锥形凸缘 最后工序把凸缘压平 凸缘相对直径很大 dt d 4 并且高度 很低 这类零件的变形特点已起出拉深范 围 属于胀形 凸缘相对半径较大 dt d 1 4 相对高度已较大 这类称宽凸缘筒形件 即带凸缘 筒形件 它有两种成形方法 第一种是每次拉深高度不变 改变达到要求 第二种是改变每 次拉深的直径来增加高度 带凸缘筒形件的拉深特点 原理与不带凸缘筒形件相似 拉深系数 此主题相关图片如下 dt d 凸缘相对直径 H d 工件相对高度 r d 底部及凸缘部分相对圆角半径 m 由以上三个尺寸因素确定 其中 dt d 影响最大 而 r d 影响最小 当毛坯直径 及 拉深系数一定时 dt d 和 H d 不同 则材料的变形程度不同 dt d 越小 H d 越大 则变 形程度越大 带凸缘筒形件拉深 凸缘不全转变为筒壁 其可以看作是无凸缘拉深过程中的一个 中间状态 因此 其首次拉深系数可小于或等于无凸缘形件的拉深 由于极限拉深系数 m 的大小主要取决于最大拉深力出现时是否拉破 当拉到凸缘直径为 dt 时 出现最大拉深力 则带凸缘的拉深和不带凸缘的拉深的极限拉深系数相同 如当拉 到凸缘直径为 dt 时 未达到最大拉深力 即拉深力未超出材料的屈服极限 则带凸缘的拉 深系数还可再小些 其拉深系数可小于不带凸缘拉深时的拉深系数 即 m 首次拉 深时 m1 d1 D 一定时 dt d1 与 H1 d1 的关系一定 即 dt 减小 增大 因为 d1 不变 按体积不变原则 dt 与 的变化关系不变 即变形程度由 d1 来表示 即可由材料的 极限 H1 d1 即 m1 为极限拉深值时 当工件的 d 带凸缘筒形件的拉深中 dt 是首次拉深中形成 在以后的各次拉深中不变 仅仅 是靠减 小直筒部分的直径来增加筒形件的高度 凸缘部分由于首次拉深时的冷作硬化作用 在以后的拉深中已难以拉动变形 强行拉动会导致拉破 使第一次拉深入凹模的材料比最 后拉深部分实际所需材料多才多 使多余材料在以后的再次拉深中逐步分配 最后 被留在凸缘上 防止由于材料不够 在再次拉深中强行拉深 凸缘入凹模而出现工件拉破现 象 带凸缘筒形件拉深高度 Hn 第 n 次拉深高度 D 平板毛坯直径 dt 凸缘直径 dn 第 n 次拉深直径 Rn 第 n 次拉深上部圆角半径 Rn 第 n 次拉深底部圆角半径 拉深模的基本原理 四 八 拉深的模具结构 首次拉深模 模具结构简单 使用方便 制造容易 压边圈即起压边作用 又起卸料作用和板料的定位作用 凸模上开有气孔 以防止拉深件紧吸附于凸模上而造成困难 模具采用倒装式 以便在下部空间较大的位置安装和调节压边装置 再次拉深模 再次拉深模 半成品毛坯套在压边圈上定位 上模下降 下模上的凸模把半成品毛坯拉 入凹模中 使半成品直径减小 主要区别 是压边圈与首次拉深的压边圈不同 复合拉深模 拉深的凹模又起到落料凸模的作用 九 拉深模工作部分尺寸的确定 其工作部分主要是指拉深凸模 凹模和压边圈 这些工作部件的结构尺寸对拉深件的变 形和拉深件的质量有很大的影响 拉深间隙 拉深间隙对拉深件筒形直壁部分有校正作用 间隙大 则校正作用减小 效果不明显 形成口大底小的锥形 间隙减小 则拉深力增大 易造成拉破的现象 而且模具的磨损快 考虑到拉深中外缘的变厚 除最后一次拉深间隙取等于或略小于板料厚度以外 以保证 工件精度 其余拉深都应把间隙取为稍大于材料厚度 对于不用压边圈的拉深 Z 1 1 1 Zmax 未次拉深用小值 中间拉深用大值 凸凹模圆角半径 凹模圆角半径对拉深件影响更大 凹模圆角不