第3章弯曲工艺与模具设计

1、第3章 弯曲工艺与模具设计 3.1 弯曲加工概述 弯曲是将金属材料（包括板材、线材、 管材、型材及毛坯料等）沿弯曲线弯成 一定的角度和形状的工艺方法。它是冲 压的基本工序之一，在生产中应用相当 广泛。根据弯曲成形所用模具及设备不 同，弯曲方法可分为压弯、拉弯、折弯、 滚弯、绕弯等。 图3-1 弯曲件的弯曲方法 图3-2V形件弯曲模 1定位板；2鉸链；3 支架；4下模座；5 靠板；6模柄；7凸模； 8活支动凹模；9顶杆 3.2 弯曲变形特点 3.2.1 弯曲变形过程 3.2.2 弯曲变形区应力应变状态 1. 弯曲变形的特点 图3-4 板料弯曲前后的网 格变化 图3-5 板料弯曲后的断面变化 2.

2、 弯曲变形区的应力、应变状态 3.3 弯曲工艺计算 3.3.1 弯曲件的结构工艺性 最小相对弯曲半径 最小相对弯曲半径是指在保证坯料最外层纤维 弯曲时不发生破坏的条件下，工件能够弯成的 内表面的最小圆角半径。通常用最小圆角半径 相对于坯料厚度的比值来表示最小相对弯曲半 径，其值越小，板料弯曲的性能也越好。生产 中用它来表示弯曲时的成形极限。 影响最小相对弯曲半径的因素 材料的机械性能 板料的方向性 板料边缘及表面状态 弯曲件角度大小 板料的宽度 板料的厚度 3.3.2 弯曲件质量分析 弯裂弯裂 回弹回弹 偏移偏移 畸变畸变 1.弯裂弯裂 2.回弹 影响回弹的因素 材料的力学性能 相对弯曲半径

3、弯曲件角度 弯曲方式 模具间隙 弯曲件形状 (1)回弹值的确定 小变形程度(r/t10)自由弯曲时的回弹值 EtrEt r r r ss 3 1 1 31 凸 ) 1)(180( 凸 凸 r r 大变形程度(r/t5)自由弯曲时的回弹值 当相对弯曲半径r/t5时，弯曲件回弹时 圆角半径的变化很小，可以不予考虑， 仅需考虑弯曲角度的回弹，其回弹值可 查表确定。 (2)减小回弹的措施 弯曲件的合理设计 采取补偿措施，抵消弯曲回弹变形 从工艺上采取措施 从模具结构上采取措施 3. 弯曲时的偏移 （1）偏移现象的产生 板料在弯曲过程中沿凹模圆角滑移时， 会受到凹模圆角处摩擦阻力的作用。当 板料各边所受

4、的摩擦阻力不等时，有可 能使坯料在弯曲过程中向左或向右产生 移动，使工件两直边的高度不符合图样 的要求，这种现象称为偏移。 （2）克服偏移的措施 采用压料装置，使坯料在压紧状态下逐渐弯曲 成形，从而防止坯料的滑动，而且能得到较平 整的零件。 利用坯料上的孔或设计工艺孔，用定位销插入 孔内定位之后再弯曲，使坯料无法移动。 将不对称形状的弯曲件组合成对称弯曲件弯曲， 使坯料弯曲时受力均匀，不容易产生偏移，弯 曲之后再将工件切开。 模具制造准确，间隙调整一致，以减少偏移的 发生。 4. 弯曲后的翘曲与剖面畸变 细而长的坯料弯曲件，弯曲后纵向产生 翘曲变形 在薄壁管的弯曲中，还会出现内侧面因 受压应力

5、的作用而失稳起皱的现象 3.3.3 弯曲力计算 1. 自由弯曲时的弯曲力 V形件弯曲力 U形件弯曲力 2. 校正弯曲时的弯曲力 tr Kbt F b 2 6 . 0 自 tr Kbt F b 2 7 . 0 自 ApF 校 1. 弯曲中性层位置的确定 中性层内移系数值 是根据相对弯曲半径 查表确定的 3.3.4 弯曲件展开尺寸的计算 2 1 0 r 2. 弯曲件展开尺寸计算 3.3.5 弯曲件工序安排 1. 弯曲件工序安排的方法 对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形工件等， 可以一次弯曲成形。对于形状复杂的弯曲件，一般要 采用两次或多次弯曲成形。 对于批量大而尺寸较小的弯曲件，为使工人操作

6、方便、 安全，保证弯曲件的准确性和提高生产率，应尽可能 采用复合模或多工位级进模。 需多次弯曲时，弯曲顺序一般是先弯两端，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弯成的形状。 当弯曲件几何形状不对称时，为避免压弯时坯料偏移， 应尽量采用成对弯曲，然后再切成两件的工艺。 2. 典型弯曲件的工序安排 图3-37 两道工序弯曲成形 图3-38 三道工序弯曲成形 图3-39 多道工序弯曲成形 3.4 弯曲模典型结构 图3-40 V形件 弯 曲模 1模柄；2 定位销；3凸 模；4定位板； 5凹模；6 顶杆；7弹簧 图3-41 L形件弯曲模 1凸模；2侧压板；3凹模；4

7、定位销；5顶板；6压料板 图3-42 U形件弯曲模 1凸模；2定位板；3凹模；4压料板 图3-43 弯曲角小于90的弯曲模 图3-44 斜楔弯曲模 1滚柱；2斜楔；3弹簧；4上模座；5、6凹模块；7弹簧；8凸模 3.4.3 帽形件弯曲模 3.4.4 圆形件弯曲模 图 3-49 小圆一次 弯曲模 1凹模固定板； 2下凹模；3压 料板；4上凹模； 5芯轴凸模 图3-50 大圆两次弯曲模 1凸模；2凹模；3定位板 图3-51 大圆一次弯曲模 1顶板；2摆动凹模；3支撑；4凸模 3.4.5 其他形状零件弯曲模 图3-52 滑板弯曲模 1弹簧；2导柱； 3顶杆；4摆块； 5凸模支架；6芯 轴凸模；7成形

8、滑 块；8凹模座架；9 限制块；10垫板； 11底座；12垫板 3.5 弯曲模工作零件结构确定 3.5.1 弯曲凸模和凹模圆角半径 弯曲凸模的圆角半径 当弯曲件的相对弯曲半径较小时，凸模 圆角半径等于弯曲件的弯曲半径，但必 须大于最小弯曲圆角半径。若小于最小 相对弯曲半径，则可先弯成较大的圆角 半径，然后再采用整形工序进行整形， 达到零件要求。 2. 弯曲凹模的圆角半径 弯曲凹模圆角半径的大小，直接影响坯 料的弯曲成形。圆角半径过小，坯料拉 入凹模的阻力大，会产生毛坯表面严重 擦伤和拉薄；圆角半径过大，会影响定 位的准确性；在对称弯曲时，如两面的 圆角半径不一致，流动阻力则不一致， 会使坯料产

9、生偏移。 3.5.2 弯曲凹模工作部分深度 3.5.3 弯曲凸模和凹模之间的间隙 对于V形件弯曲模，凸模和凹模之间的间 隙是由调节压力机的装模高度来控制的。 对于U形件弯曲模，则应选择合适的间隙。 cttcttZ max 式中 3.5.4 U形件弯曲凸模和凹模宽度尺寸 的计算 U形件弯曲凸模和凹模宽度尺寸计算与 工件尺寸的标注有关。一般原则是：工 件标注外形尺寸时，则模具以凹模为基 准件，间隙取在凸模上；工件标注内形 尺寸时，则模具应以凸模为基准件，间 隙取在凹模上。 1. 标注外形尺寸的U形件 图3-55 标注外形 尺寸的U形件 2. 标注内形尺寸的U形件 图3-56 标注内形尺 寸的U形件

10、 3.6 弯曲模结构设计时应注意的问题 模具结构应保证坯料在弯曲时不发生偏移。为了防止 坯料偏移，应尽量利用零件上的孔，用定位销定位。 定位销装在顶板上时，应注意防止顶板与凹模之间产 生窜动。若工件无孔，但允许在坯料上冲制工艺孔时， 可以考虑在坯料上设计出定位工艺孔。当工件不允许 有工艺孔时，可采用顶杆、顶板等压紧坯料，防止弯 曲过程中坯料的偏移。 模具结构设计时，应注意放入和取出工件的操作要安 全、迅速和方便。 对于对称弯曲件，弯曲件凸模圆角半径和凹模圆角半 径应保证两侧相等，以免弯曲时坯料发生滑动和偏移。 弹性材料的准确回弹值需要通过试模，并对凸、凹 模进行修正后确定，因此模具的结构要便于拆卸。 U形弯曲件校正力大时会贴附凸模，因此弯曲模需设 计卸料装置。 设计制造弯曲模具时，可以先将凸模圆角半径做成 最小允许尺寸，以便试模后，根据需要修整放大。 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，弯曲模的凹模圆角应光滑，凸、凹模的 间隙要适当，不宜过小。 模具结构应能保证弯曲时上、下模之间水平方向的 错移力得到平衡，可设计侧向力平衡挡块等结构。 当分体式凹模受到较大的侧向力作用时，不能采用 定位销承受侧向力，要将凹模嵌入下模座内固定。 3.7 弯曲模设计实例 零件名称：保持架 材料：20钢，厚度 0.5mm ；中批量 1冲压零件工