第三章：弯曲工艺与弯曲模具设计

1、3.1 弯曲模基础弯曲模基础 概概 念：念： 是通过模具和压力机将板料、型材、管材等产生塑性变形，是通过模具和压力机将板料、型材、管材等产生塑性变形， 从而形成所需形状零件的冲压工艺方法。从而形成所需形状零件的冲压工艺方法。 弯曲件弯曲件 第3章弯曲工艺与弯曲模具设计 类型：类型：自由弯曲和校正弯曲自由弯曲和校正弯曲 常见的弯曲加工：常见的弯曲加工： 压压 弯弯 拉拉 弯弯 辊辊 弯弯 折折 弯弯 弯曲原理弯曲原理变形过程变形过程 （下图为（下图为V形件的校正弯曲过程）形件的校正弯曲过程） 弹性变形：弹性变形： 构成弯矩，构成弯矩， 屈服极限之内，屈服极限之内， 撤力恢复原状撤力恢复原状 弹塑

2、性变形：弹塑性变形： L1L2 ，r1r2 超过屈服极限，超过屈服极限， 弹塑共存，弹塑共存， 撤力有恢复但不可原状撤力有恢复但不可原状 塑性变形：塑性变形： 只塑性存在，只塑性存在， 只变形无恢复只变形无恢复 塑变校正：塑变校正： 塑性变形后期，塑性变形后期， 使圆角、直边完使圆角、直边完 全与凸凹模贴合全与凸凹模贴合 ab c d 弯曲原理弯曲原理变形特点变形特点 （采用网格法分析弯曲时金属的变形规律）（采用网格法分析弯曲时金属的变形规律） 变形只发生在圆角处，塑性变形后期变形只发生在圆角处，塑性变形后期; ; 内层受压变短，外层受拉变长，中层不变；内层受压变短，外层受拉变长，中层不变；

3、弯曲以相对弯曲半径弯曲以相对弯曲半径 r/t 来表示，其小，则弯曲程来表示，其小，则弯曲程 度越大；度越大； t 变薄变薄 t ， t/t 变薄系数；变薄系数； 宽度方向变化：宽度方向变化： 宽板（宽板（B/t 3）: : 几乎不变，几乎不变， 窄板（窄板（B/t 3）: : 内层受压变宽，外层受拉变窄。内层受压变宽，外层受拉变窄。 分析结果：分析结果： 弯曲件的质量分析弯曲件的质量分析 弯曲件的主要质量问题有弯曲件的主要质量问题有回弹、偏移、弯裂、翘曲回弹、偏移、弯裂、翘曲等。等。 弯曲变形程度与最小弯曲半径弯曲变形程度与最小弯曲半径 板料弯曲变形程度的大小板料弯曲变形程度的大小: 板料的相

4、对弯曲半径板料的相对弯曲半径 r/t 来表示来表示 将不致于使板料发生弯裂的最小弯曲半径的极限值称为该将不致于使板料发生弯裂的最小弯曲半径的极限值称为该材材 料的最小弯曲半径料的最小弯曲半径 。 最小相对弯曲半径：最小相对弯曲半径： 2 1 min t r v从上式可知，对于一定厚度的材料，弯曲半径从上式可知，对于一定厚度的材料，弯曲半径r越小，则外层越小，则外层 材料的伸长率越大。当边缘材料的伸长率超过材料允许的伸长率时，材料的伸长率越大。当边缘材料的伸长率超过材料允许的伸长率时， 就会导致弯裂。因此在保证外层材料在不发生破裂的情况下，所获就会导致弯裂。因此在保证外层材料在不发生破裂的情况下

5、，所获 得的弯曲件内表面最小圆角半径与坯料的比值称为最小相对弯曲半得的弯曲件内表面最小圆角半径与坯料的比值称为最小相对弯曲半 径（径（ rmin/t ） 弯曲件的回弹弯曲件的回弹 （卸载后，取出工件形状与模具中的不一致）（卸载后，取出工件形状与模具中的不一致） 回弹表现形式：回弹表现形式： 1）弯曲半径增大）弯曲半径增大 00 00 tt tt rrrrr 2）弯曲中心角的变化）弯曲中心角的变化 00 00 tt tt rrrrr 影响回弹的因素及预防措施影响回弹的因素及预防措施 模具间隙模具间隙 材料的机械性能。材料的机械性能。 r/t值值 弯曲中心角弯曲中心角 弯曲方式与校正力大小弯曲方式

6、与校正力大小 工件形状工件形状 （回弹与材料的（回弹与材料的s成正比，与弹性模数成正比，与弹性模数E成反比。越硬回弹越多）成反比。越硬回弹越多） （在同条件下，（在同条件下，r/t越小，则总变形量就越大，回弹就越小。）越小，则总变形量就越大，回弹就越小。） （自由弯曲回弹大，校正弯曲回弹小，校正力越大回弹越小。）（自由弯曲回弹大，校正弯曲回弹小，校正力越大回弹越小。） （越大，变形区长度越长，参与变形的区域越大，回弹越多。）越大，变形区长度越长，参与变形的区域越大，回弹越多。） （工件形状越复杂，回弹就越少。）（工件形状越复杂，回弹就越少。） （其值与回弹值大小成正比。）（其值与回弹值大小成正

7、比。） 小小 s ，选材、退火、加热弯曲，选材、退火、加热弯曲， 大大E 小小r/t： 加厚筋边或加厚筋边或 减小减小 r； 其值大时拉弯其值大时拉弯 工艺处理工艺处理 小小 使用校正弯曲工艺使用校正弯曲工艺 小模具间隙小模具间隙 摆动凸模和软凹模摆动凸模和软凹模 回弹补偿回弹补偿 小模具间隙小模具间隙 改变应力状态改变应力状态 回弹值的确定回弹值的确定（确定弯曲模的圆角半径和中心角的设计依据）（确定弯曲模的圆角半径和中心角的设计依据） 在实际生产中，通常是用经验法和简单计算初步确定回弹值，然后在试在实际生产中，通常是用经验法和简单计算初步确定回弹值，然后在试 模时进行修正。模时进行修正。 当

8、当r/t 58 时，弯曲后半径变化不大，只考虑角度的回弹。时，弯曲后半径变化不大，只考虑角度的回弹。 校正弯曲时，回弹角修正量：校正弯曲时，回弹角修正量： 90K 不是不是90 的角按下式修正： 的角按下式修正：90)90/( x 当当r/t 810时，要分别计算弯曲半径和弯曲角的回弹值，再修正。时，要分别计算弯曲半径和弯曲角的回弹值，再修正。 弯曲板料时弯曲板料时 凸模的圆角半径：凸模的圆角半径：)/3()/1 (/1Etrr sp 凸模圆弧所对中心角：凸模圆弧所对中心角： )/( pp rr 弯曲件的滑移弯曲件的滑移 （弯曲过程中，因弯曲件两边所受的摩擦力不等而出现沿凹模边缘左右滑动（弯曲

9、过程中，因弯曲件两边所受的摩擦力不等而出现沿凹模边缘左右滑动 的现象）的现象） 原因：原因： 模具结构不对称模具结构不对称 宽度不对称宽度不对称 工件结构不对称工件结构不对称 防止措施：防止措施： 尽可能对称尽可能对称 采用弹顶装置压紧限制滑移；采用弹顶装置压紧限制滑移； 定位销定位定位销定位 弯弯 裂裂 板料塑性差；板料塑性差； 弯曲半径过小；弯曲半径过小； 弯曲线与板料轧制纹路不符工艺要求；弯曲线与板料轧制纹路不符工艺要求； 弯曲毛坯的表面质量或断面质量差；弯曲毛坯的表面质量或断面质量差； 凸、凹模间的间隙过小，润滑不好，阻力大等。凸、凹模间的间隙过小，润滑不好，阻力大等。 原因：原因：

10、措施：措施： 改善毛坯条件；改善毛坯条件； 合理选取弯曲半径；合理选取弯曲半径； 调整凸、凹模间合理间隙及粗糙度；调整凸、凹模间合理间隙及粗糙度； 加强润滑。加强润滑。 弯曲件的工艺性弯曲件的工艺性 弯曲件加工中的难易程度。它包括弯曲件的精弯曲件加工中的难易程度。它包括弯曲件的精 度和弯曲件的结构工艺性两方面。度和弯曲件的结构工艺性两方面。 概念：概念： 弯曲件的结构工艺性弯曲件的结构工艺性 1）直边高度）直边高度（不宜过小，否则不能形成足够的弯矩，得不到准确的形状。不宜过小，否则不能形成足够的弯矩，得不到准确的形状。） 先开槽再弯曲先开槽再弯曲 先增加弯曲工艺余量，弯后先增加弯曲工艺余量，弯

11、后 再切去。再切去。 v当弯曲不等高直边时，不应将斜线达到弯形区，其最小直边高度应为：当弯曲不等高直边时，不应将斜线达到弯形区，其最小直边高度应为： H （24）t 3mm 2）弯曲件孔边距）弯曲件孔边距 预先冲好孔的毛坯弯曲，应使孔预先冲好孔的毛坯弯曲，应使孔 处于非变形区，孔边缘到弯曲半径中处于非变形区，孔边缘到弯曲半径中 心的距离心的距离L应满足：应满足： 当当 t 2mm时，时，L t ； 当当 t 2mm时，时，L 2t ； 3）防止弯曲边交接处应力集中）防止弯曲边交接处应力集中 弯曲线不能弯曲线不能 位于宽度突变位于宽度突变 处。宽度变化处。宽度变化 处到弯曲线的处到弯曲线的 距离

12、应大于弯距离应大于弯 曲半径曲半径r。 也可在尖角处开工艺槽，槽宽大于料也可在尖角处开工艺槽，槽宽大于料 厚，槽深取厚，槽深取h = r + t + b/2。 也可在尖角也可在尖角 处开工艺孔，处开工艺孔， 孔径应大于板孔径应大于板 料厚度。料厚度。 4. 弯曲件的形状弯曲件的形状 （弯曲件的形状要尽量对称、规则。）（弯曲件的形状要尽量对称、规则。） 5. 弯曲件的尺寸标注弯曲件的尺寸标注 6. 最小弯曲半径最小弯曲半径 rmin v r/t 小小 变形程度大变形程度大 弯曲破坏弯曲破坏。 影响最小弯曲半径的因素：影响最小弯曲半径的因素： v材料的材料的机械性能：好塑性（塑稳）、退火处理、热弯

13、、开槽减薄机械性能：好塑性（塑稳）、退火处理、热弯、开槽减薄 v方向性：折弯线垂直纤维方向：伸长变形能力强方向性：折弯线垂直纤维方向：伸长变形能力强 v板宽：板宽：B/t 小（小（ 3） v弯曲角：小弯曲角：小, , 直边有切向形变。直边有切向形变。 v板料表面质量和断面质量：差处易应力集中发生破坏。板料表面质量和断面质量：差处易应力集中发生破坏。 v板料厚度：板料厚度：t小小 切向应变小切向应变小 开裂小。开裂小。 弯曲件的工序安排弯曲件的工序安排 1. 工序安排的一般原则工序安排的一般原则 先弯外角后弯内角，后次弯曲不能影响前一次弯曲变形，前次弯曲应考先弯外角后弯内角，后次弯曲不能影响前一

14、次弯曲变形，前次弯曲应考 虑后次弯曲有合适的定位基准。虑后次弯曲有合适的定位基准。 当有多种方案时，要进行比较，进行优化。当有多种方案时，要进行比较，进行优化。 2. 工序安排的一般方法工序安排的一般方法 形状简单的弯曲件可一次弯曲成形。如形状简单的弯曲件可一次弯曲成形。如V形、形、U形、形、Z形。形。 形状复杂的弯曲件可用两次或多次压弯成形。形状复杂的弯曲件可用两次或多次压弯成形。 采用对称弯曲。采用对称弯曲。 对于批量较大的弯曲件，可采用连续弯曲。对于批量较大的弯曲件，可采用连续弯曲。 弯曲件的毛坯尺寸计算弯曲件的毛坯尺寸计算 计算依据计算依据 一是假定应变中性层在变形前后长度不变；一是假

15、定应变中性层在变形前后长度不变； 二是变形区在变形前后体积不变。二是变形区在变形前后体积不变。 1）弯曲件中性层位置的确定）弯曲件中性层位置的确定 当当 r/t 较大时，可近似认为应变中性层与弯曲毛坯断面中心的轨迹较大时，可近似认为应变中性层与弯曲毛坯断面中心的轨迹 重合，此时中性层半径：重合，此时中性层半径： 2/ tr 当当 r/t 较小时，应变中性层的位置随较小时，应变中性层的位置随 r/t 的减小向内侧移动，此时应的减小向内侧移动，此时应 变中性层按体积不变原则计算，应变中性层半径：变中性层按体积不变原则计算，应变中性层半径： ktr （注意（注意 k 的取值）的取值） 2）弯曲件毛坯

16、尺寸计算）弯曲件毛坯尺寸计算 计算过程计算过程 v先将弯曲件分成直线部分和圆角部分；先将弯曲件分成直线部分和圆角部分； v各直线部分的长度不变，而圆角部分则要考虑中性层的各直线部分的长度不变，而圆角部分则要考虑中性层的 位置；位置； v按相对弯曲半径，变形区分圆角、无圆角半径弯曲；按相对弯曲半径，变形区分圆角、无圆角半径弯曲； v弯曲件毛坯的长度等于各直线和各弯曲部分长度之和。弯曲件毛坯的长度等于各直线和各弯曲部分长度之和。 1、 r/t 大（变形小）且有圆角半径；大（变形小）且有圆角半径； ()/180 EW E LLL Lrkt ()/180 EW E LLL Lrkt 2、 r/t 小（

17、变形大）或无圆角半径小（变形大）或无圆角半径 EW E LLL Lknt 3、 铰链式弯曲（近似计算）铰链式弯曲（近似计算） 1.51 1.5 ()1 Lr rktr 弯曲力的计算弯曲力的计算 概念：概念： 是指工件完成预定弯曲需要压力机所施加的压力。通常用是指工件完成预定弯曲需要压力机所施加的压力。通常用 经验公式确定。经验公式确定。 类型：自由弯曲、接触弯曲、校正弯曲类型：自由弯曲、接触弯曲、校正弯曲 FFF 自由接触校正 弯曲力的计算弯曲力的计算 自由弯曲时：自由弯曲时： V型件：型件： tr kBt F b 2 1 6 . 0 U型件：型件： tr kBt F b 2 1 7 . 0

18、形件：形件：aBtF b 4 . 2 1 校正弯曲时：校正弯曲时： AF 2 校正部分投影面积校正部分投影面积单位面积校正力单位面积校正力 顶件力和压料力的计算顶件力和压料力的计算 F顶 顶（ （F压 压）（ ）（0.30.8 ）F自 自 弯曲时压力机的确定弯曲时压力机的确定 v有压料装置的自由弯曲：有压料装置的自由弯曲： F = F1 + F压 压 v对于校正弯曲时：对于校正弯曲时： F = F2 v为了确保压力机安全，自由弯曲选取压力机吨位时，应保证：为了确保压力机安全，自由弯曲选取压力机吨位时，应保证： /(0.75 0.80)(1.25 1.35) (1.5 2.0) FFF FF 公

19、称 公称 /(0.75 0.80)(1.25 1.35) (1.5 2.0) FFF FF 公称 公称 v校正弯曲时，因下止点位置和板料厚度对校正弯曲时，因下止点位置和板料厚度对F有较大影响，为考虑设有较大影响，为考虑设 备安全，此时压力机的公称压力：备安全，此时压力机的公称压力： 弯曲模工作部分的设计弯曲模工作部分的设计 设计内容：设计内容： 确定凸、凹模圆角半径及之间的间隙；确定凹模确定凸、凹模圆角半径及之间的间隙；确定凹模 深度；确定凸、凹模工作部分尺寸与制造公差。深度；确定凸、凹模工作部分尺寸与制造公差。 凹模工作深度的确定凹模工作深度的确定 要合适，其值过小，则工件的回弹大，影响精度

20、；其值过大，则凹模要合适，其值过小，则工件的回弹大，影响精度；其值过大，则凹模 增大，消耗模具钢多，而且需要压力机有较大行程。增大，消耗模具钢多，而且需要压力机有较大行程。 （V、U形件弯曲模工作深度的取值可参考形件弯曲模工作深度的取值可参考P131表）表） 弯曲模凸、凹模间隙的确定弯曲模凸、凹模间隙的确定 弯曲弯曲V形件时，凸、凹模间隙靠调节凸模下止点位置（调整压力机的闭形件时，凸、凹模间隙靠调节凸模下止点位置（调整压力机的闭 合高度来控制），与模具设计无关。合高度来控制），与模具设计无关。 弯曲弯曲U形件时，其间隙应合理取值。此时，该间隙值的确定要综合考虑形件时，其间隙应合理取值。此时，该

21、间隙值的确定要综合考虑 板料宽度、材料的机械性能、相对弯曲半径、弯曲件的尺寸精度和板料的板料宽度、材料的机械性能、相对弯曲半径、弯曲件的尺寸精度和板料的 偏差等因素。偏差等因素。 板料为有色金属时，单边间隙：板料为有色金属时，单边间隙： Z/2 = tmin + nt 板料为黑色金属时，单边间隙：板料为黑色金属时，单边间隙： Z/2 = tmax + nt v（注意板厚的公差形式的标注）（注意板厚的公差形式的标注） 弯曲模凸、凹模圆角半径的确定弯曲模凸、凹模圆角半径的确定 1. 凸模的圆角半径凸模的圆角半径 v当当r/t较小时，常取凸模圆角半径为弯曲件的内较小时，常取凸模圆角半径为弯曲件的内

22、侧半径，即侧半径，即rp = r （但不应小于最小弯曲半径）；（但不应小于最小弯曲半径）； 若结构需要，工件弯曲半径若结构需要，工件弯曲半径r小于最小弯曲半径，小于最小弯曲半径， 即即r rmin ,然后再加一道整形工然后再加一道整形工 序，整形模尺寸为序，整形模尺寸为 rp = r 。 v当当r/t 较大、且工件精度要求高时，凸模圆角半较大、且工件精度要求高时，凸模圆角半 径应根据回弹值进行修正。径应根据回弹值进行修正。 2. 凹模圆角半径凹模圆角半径 凹模圆角半径不宜过小，对于对称弯曲工件，两侧圆角半径应取一致。凹模圆角半径不宜过小，对于对称弯曲工件，两侧圆角半径应取一致。 凹模圆角半径常依据料厚凹模圆角半径常依据料厚t来选取：来选取： 2,(3 6) ; 2 4,(2 3) ; 4,2 d d d trt trt trt U形弯曲件凸、凹模的宽度尺寸形弯曲件凸、凹模的宽度尺寸 凸、凹模的宽度尺寸取决于工件的尺寸标注形式。凸、凹模的宽度尺寸取决于工件的尺寸标注形式。 计算原则：计算原则： 当工件标注外形尺寸时，以凹模为基准计算，间隙当工件标注外形尺寸时，以凹模为基准计算，间隙 取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，以凸模为基准计取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，以凸模为基准计 算，间隙取在凹模上，并采用实配制模。算，间隙取在凹模上，并采用实配制模。 1. 工件对外形尺寸有