弯曲是将板料

1、第3章 弯曲弯曲(又称压弯)是将板料、棒料、管料等弯成一定角度、曲率和形状的工艺方法，它在冲压生产中占有很大比例。弯曲件的基本类型，如图3.1所示。弯曲件可用滚弯机、压弯机、折弯机等设备进行加工，但最常见的是用弯曲模在普通压力机上进行压弯。图3.1 弯曲件的基本类型3.1 弯曲过程分析图3.2所示为板料在V形模内的弯曲变形过程。在弯曲开始时，板料在凸模作用下，产生弹性变形，如图3.2(a)所示；随着凸模下压，板料与凹模工作表面逐渐靠紧，弯曲半径由R0变为R1，弯曲力臂则由L0变为L1，如图3.2(b)所示；凸模继续下压，板料弯曲区逐渐减小，直到与凸模三点接触，此时曲率半径已由R1变为R2，弯曲

2、力臂也由L1变为L2，如图3.2(c)所示；此后，板料直边部分则向与以前相反的方向变形，直至圆角、直边与模具全部贴合，如图3.2(d)所示，此为弯曲过程的塑性变形阶段。以上整个过程均为自由弯曲。而在行程终了时，凸、凹模对板料进行墩压，致使冲床和模具产生弹性变形，弯曲力瞬间急剧增加，使制件形状获得校正，这就是校正弯曲。 (a) (b) (c) (d)图3.2 弯曲过程综上所述，弯曲过程是由自由弯曲和校正弯曲组成，而自由弯曲包括弹性变形和塑性变形这两个阶段。为分析板料在弯曲时的变形状况，可在长方形的板料侧面上画出正方形网格，对它进行弯曲，如图3.3所示。观察网格的变化，可看出弯曲时的变形特点： 1

3、.只有在弯曲中心角的范围内，网格才发生显著的变化，而在板料平直部分，网格仍保持原来状态。这表明弯曲变形区域主要是在制件的圆角部分。2.在变形区内，板料的外层纵向纤维(靠近凹模一边)受拉而伸长，内层纵向纤维(靠近凸模一边)受压而缩短。由内外表面至板料中心，其伸长和缩短的程度逐渐变小，其间有一层纤维的长 度不变，这层纤维称为变形中性层。 (a) 弯曲前3.在弯曲变形区内板料厚度略有变薄。4.从弯曲件变形区域的横断面看，变形有两种情况： (1)对于窄板(B3t)，弯曲内侧材料受到切向压缩后，便向宽度方向流动，使板宽增大；而在弯曲区外侧的材料受到切向拉延后，则宽 (b) 弯曲后度变窄，结果使断面略呈扇

4、形。 图3.3 弯曲变形分析 (2)对于宽板(B3t)，由于弯曲时宽度方向变形阻力大，材料不易流动，因此弯曲后在宽度方向无明显变化，断面仍为矩形。在计算弯曲件的毛坯尺寸时，必须首先确定中性层的位置，中性层位置可用其弯曲半径确定，如图3.4所示。可按以下经验公式计算rxt (31)式中 中性层弯曲半径，单位mm；r内弯曲半径，单位mm；t材料厚度，单位mm；x中性层位移系数，见表3.1。 图3.4 弯曲件中性层 表3.1 中性层位移系数3.2 弯曲件毛坯尺寸计算 弯曲件毛坯尺寸计算程序中性层位置确定后，对于形状简单、尺寸精度要求不高的弯曲件，可直接采用下面的方法计算毛坯长度。而对于形状比较复杂或

5、精度要求较高的弯曲件，在利用下面公式计算毛坯长度后，还需反复试弯不断修正，才能最后确定毛坯的形状及尺寸。这是因为很多因素没有考虑，可能产生较大误差，故在生产中宜先制造弯曲模，后制造落料模 (如果需要落料模时)。3.2.2 常见弯曲件毛坯尺寸的计算3.2.2.1 r0.5t的弯曲件r0.5t的弯曲件由于变薄不严重，按中性层展开的原理，毛 图3.5 r0.5t 的弯曲件坯总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，如图3.5 所示。 （32）式中 Lz坯料展开总长度，单位mm；弯曲中心角，单位为(°)。3.2.2.2 r0.5t的弯曲件对于r0.5t的弯曲件，由于弯曲变形时不仅制件的圆

6、角变形区产生严重变薄，而且与其相邻的直边部分也产生变薄，故应按变形前后体积不变条件确定坯料长度。通常采用表3.2所列经验公式计算。 3.2.2.3 铰链式弯曲件 对于r(0.63.5)t的铰链件，如图3.6所示。通常采用推圆的方法成形，在卷圆过程中板料增厚，中性层外移，其坯图3.6 铰链式弯曲件料长度Lz，可按下式近似计算：Lzl1.5(rx1t)rl5.7r4.7 x1t (33)式中 l直线段长度；r铰链内半径；x1中性层位移系数，查表3.3。 表3.2 r0.5t的弯曲件毛坯长度计算公式表3.3 卷边时中性层位移系数x1值3.2.3 弯曲件的回弹3.2.3.1 影响回弹的因素材料在弯曲过

7、程中伴随着塑性变形总存在着弹性变形。当弯曲力消失后，由于弹性变形的恢复，弯曲零件与模具形状并不完全一致，这种现象称为回弹。回弹的大小通常用角度回弹量和曲率回弹量表示。角度回弹是指模具在闭合状态时工件弯曲角与弯曲后工件的实际角度0之差，即0。曲率回弹量是指模具处于闭合状态时，弯曲工件的曲率半径与弯曲后工件的实际曲率半径0之差，即0。影响回弹的主要因素有；1.材料的力学性能 回弹角的大小与材料的屈服应力s成正比，与弹性模量E成反比。2.材料相对弯曲半径r/t当其它条件相同时，r/t值越小，则/和/也越小。3.弯曲工件的形状 一般U形工件比V形工件回弹要小；回弹量与工件弯曲半径也有关，当r/t<

8、;0.20.3时回弹角可能为零，甚至达到负值。4.模具间隙 U形弯曲模的凸、凹模单边间隙Z越大，则回弹越大；Z/2<t时可能产生负回弹。5.弯曲校正力 增加弯曲校正力可减小回弹量。毛坯弯曲时，弯曲部位受到的拉伸或压缩应力与板厚方向的压应力合成，可使材料内的实际应力达到屈服点，从而减少回弹。模具设计时，为保证生产出合格的弯曲件，必须预先考虑弯曲件回弹的影响，以适当的回弹量进行补偿。由于影响回弹量的因素很多，各因素往往相互影响，因此很难实现对回弹量的精确计算或分析。一般情况下，模具设计时，对回弹量的确定大多按经验确定，通过实际试模修正。3.2.3.2 减小回弹量的措施模具设计时，要尽可能减小

9、和消除回弹。常用的方法有补偿法和校正法。1.补偿法 补偿法即预先估算或试验出工件弯曲后的回弹量，在设计模具时，使弯曲工件的变形超过原设计的变形，工件回弹后得到所需要的形状。如图3.7(a)所示为单角回弹的补偿，根据已确定出的回弹角，在设计凸模和凹模时减小模具的角度，作出补偿。如图3.7(b)所示的情况可采取两种措施：其一是使凸模向内侧倾斜，形成补偿角；其二是使凸、凹模单边间隙小于材料厚度，凸模将毛坯压人凹模后，利用毛坯外侧与凹模的摩擦力使毛坯的两侧都向内贴紧凸模，从而实现回弹的补偿。如图3.7(c)所示的补偿法，是在工件底部形成一个圆弧状弯曲，凸、凹模分离后，工件圆弧部分有回弹为直线的趋势，带

10、动其两侧板向内侧倾斜，使回弹得到补偿。2.校正法 校正法是在模具结构上采取措施，让校正压力集中在弯角处，使其产生一定塑性变形，克服回弹。如图3.8(a)、(b)所示为弯曲校正力集中作用于弯曲圆角处。图3.7 补偿法图3.8 校正法3.3 弯曲力的计算弯曲力是选择压力机和设计模具的重要依据之一。由于弯曲力受材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构等多种因素的影响，很难用理论分析的方法进行准确计算，所以在生产中常采用经验公式来计算。3.3.1 自由弯曲的弯曲力V形件弯曲力 F自 （34） U形件弯曲力 F自 (35)式中 F自 自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力；B弯曲件的宽度；t弯曲件材料厚度；r弯

11、曲件的内弯曲半径；b材料的抗拉强度；K安全系数，一般取K1.3。3.3.2 校正弯曲的弯曲力F校Ap （36）式中 F校校正弯曲力； A校正部分投影面积； P单位面积校正力，其值见表3.4。表3.4 单位面积校正力p MPa3.3.3 顶件力和压料力如果弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力（或压料力）FD（或FY）可近似取自由弯曲力的30%80%。FD（0.30.8）F自 （37）3.3.4 弯曲时压力机吨位的确定自由弯曲时： F压力机F自FD (38) 校正弯曲时，由于校正力比压料力或顶件力大得多，所以FD可以忽略。即F压力机F校正 （39）3.4 弯曲件的工艺性及工艺安排3.4.1 弯曲

12、件的工艺性设计弯曲件，必须满足使用上的要求，同时考虑工艺上的可能性与合理性。在一般情况下，对弯曲件工艺性影响最大的除弯曲半径外，还有弯曲件的几何形状、材料及尺寸精度等。3.4.1.1 对弯曲件形状的要求1.为防止弯曲时材料滑移，要求弯曲件的形状尽量对称。如图3.9所示的弯曲件如采用一次弯曲，则要求r1r2(2.53)t，r3r4。2.当弯曲件的弯曲处于宽窄交界处时，为使弯曲时易于 图3.9 弯曲件的形状要求变形，防止交界处开裂，弯曲线的位置应满足lr，如图3.10(a)所示，或在宽窄交界处开槽，如图3.10(b)、(c)所示。 图3.10 对弯曲件不同宽度交界处的要求3.边缘有缺口的弯曲件，若

13、在坯料上将缺口冲出，弯曲时会出现叉口现象，严重时无法弯曲成形。这时可在缺口处留出连接带，待弯曲成形后，再把它切除，如图3.11所示。 3.4.1.2 对弯曲件尺寸的要求1.弯曲件孔到弯边的距离弯曲有孔的坯件时，为防止孔发生变形，使 (a) (b)孔的边缘与弯曲线有一定距离a或a1，如图3.12所示。 图3.11 增添连接带的弯曲件当t2mm时，at；当t2mm时，a1.5t；当b25mm时，a12.5t；当b50mm时，a13t。2.弯曲件的直边高度在弯曲角为90°时，为使弯边有一定的变形稳定性，须使弯边高度h 2t。若h2t，则须压槽，或增加弯边高度，弯曲后再将其切掉，如图3.13

14、所示。3.4.1.3 弯曲件的精度弯曲件的精度与很多因素有关，如弯曲件材料的机械性能和材料厚度，模具结构和模具精度，工序的多少和顺序，弯曲模的安装和调整情况，以及弯曲件本身的形状及尺寸等。精度要求较高的弯曲件必须严格控制材料厚度公差。弯曲件的公差等级和弯曲件角度公差值已经标准化，可查阅有关设计资料。图3.12 弯曲件的最小孔边距 图3.13 弯曲件的直边高度3.4.2 弯曲件的工序安排弯曲件的工序安排应根据工件形状的复杂程度、精度要求、生产批量及材料机械性能等因素综合考虑。合理安排弯曲工序，既可减少工序，又能简化模具结构，提高制件的质量和产量。1.形状简单的弯曲件在图3.14中，V形、U形、Z

15、形等制件，可一次弯曲成形。图3.14 一道工序弯曲成形2.形状复杂的弯曲件如图3.15所示的弯曲件，需要采用二次或多次弯曲成形。但对于某些尺寸小、材料厚度薄、形状较复杂的弹性接触件，应采用一次复合弯曲成形，使之定位准确操作方便。图3.15 二道工序弯曲成形3.非对称弯曲件图3.16所示弯曲件，应采用对称弯曲成形，弯曲后再切开。图3.16 成对弯曲成形4.批量大、尺寸较小的弯曲件为提高生产率，应采用冲裁、弯曲、切断等连续工艺成形，如图3.17所示。图3.17 连续工艺成形3.5 弯曲模结构3.5.1 V形件弯曲模如图3.18(a)所示，为简单的V形件弯曲模，其特点是结构简单、通用性好。但弯曲时坯

16、料容易偏移，影响工件精度。如图3.18(b)(d)所示分别为带有定位尖、顶杆、V形顶板的模具结构，可以防止坯料滑动，提高工件精度。如图3.18(e)所示的V形弯曲模，由于有顶板及定料销，可以有效防止弯曲时坯料的偏移，得到边长偏差为土0.1mm的工件。反侧压块的作用是克服上、下模之间水平方向的错移力，同时也为顶板导向，防止其窜动。(a) (b) (c) (d) (e)图3.18 V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 6V形顶板 7顶板 8定料销 9反侧压块3.5.2 圆形件弯曲模 圆形件的尺寸大小不同，其弯曲方法也不同，一般按直径分为小圆和大圆两种。 1.直径d5m

17、m的小圆形件弯小圆的方法是先是先弯成U形，再将U形弯成圆形。用两套简单模弯圆的方法，如图3.19(a)所示。由于工件小，分两次弯曲操作不便，故可将两道工序合并。图3.19(b)为有侧楔的一次弯圆模，上模下行，芯棒将坯料弯成U形，上模继续下行，侧楔推动活动凹模将U形弯成圆形。图3.19(c)所示的也是一次弯圆模。上模下行时，压板将滑块往下压，滑块带动芯棒将坯料弯成U形。上模继续下行，凸模再将U形弯成圆形。如果工件精度要求高，可以旋转工件连冲几次，以获得较好的圆度。工件由垂直图面方向从芯棒上取下。2.直径d20mm的大圆形件图3.20(a)是带摆动凹模的一次弯曲成形模，凸模下行先将坯料压成U形，凸

18、模继续下行，摆动凹模将U形弯成圆形，工件顺凸模轴线方向推开支撑取下。这种模具生产率较高，但由于回弹在工件接缝处留有缝隙和少量直边，工件精度差、模具结构也较复杂。图3.20(b)是坯料绕芯棒卷制圆形件的方法。反侧压块的作用是为凸模导向，并平衡上、下模圆度较好，但需要行程较大的压力机。 图3.19 小圆弯曲模1-凸模 2-压板 3-芯棒 4-坯料 5-凹模6-滑块 7-侧楔 8-活动凹模图3.20 大圆一次弯曲成形模1-支撑 2-凸模 3-摆动凹模 4-顶板 5-上模座 6-芯棒 7-反侧压块 8-下模座3.6 弯曲模工作部分设计3.6.1 凸、凹模间隙弯曲模凸、凹模之间的间隙指单边间隙，用Z/2

19、表示，如图3.21所示。对于V形件弯曲，凸、凹模之间的间隙是靠调节压力机的装模高度来控制的。对于U形弯曲件，凸、凹模之间的间隙值对弯曲件回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响，间隙越大，回弹越大，工件的精度也越低；间隙越小，会使零件壁部厚度减薄，降低模具寿命。凸、凹模单边间隙Z/2一般可根据工件料厚t按下式计算：钢板 Z/2(1.051.15)t （310）有色金属Z/2(11.1)t （311） 图3.21 弯曲模间隙3.6.2 凸、凹模宽度尺寸弯曲工序中，凸、凹模的宽度尺寸根据弯曲工件的标注方式不同，可根据下列情况分别计算。1.工件标注外形尺寸工件标注外形尺寸时，根据工件宽度偏差的分布又可分

20、为对称偏差和单向偏差两种情况。(1)工件标注外形尺寸L土，即对称偏差时，如图3.22(a)所示图3.22 工件尺寸不同标注凹模宽度 （312）(2)工件标注外形尺寸L，即单向偏差时，如图3.22(b)所示。凹模宽度 （313）在工件标注外形尺寸的情况下，凸模应按凹模宽度尺寸配制，并保证单面间隙为Z/2，即 （314）2.工件标注内形尺寸工件标注内形尺寸时，根据工件宽度偏差的分布也可分为对称偏差和单向偏差两种情况。(1)工件标注内形尺寸L士，即对称偏差，如图3.22(c)所示。凸模宽度 （315）(2)工件标注内形尺寸L，即单向偏差，如图3.22(d)所示。凸模宽度 （316）在工件标注内形尺寸

21、的情况下，凹模应按凸模宽度尺寸配制，并保证单面间隙为Z/2，即 （317）式中 Lp、Ld弯曲凸模、凹模宽度尺寸，单位mm；L弯曲件外形或内形基本尺寸，单位mm； Z/2弯曲模单边间隙，单位mm；弯曲件尺寸偏差，单位mm；p、d弯曲凸模、凹模制造公差，采用IT7IT9。3.6.3 凸、凹模圆角半径和凹模深度1.凸模圆角半径当弯曲件的内侧弯曲半径为r时，凸模圆角半径应等于弯曲件的弯曲半径，即rp=r，但必须使r大于允许的最小弯曲圆角半径。若因结构需要，必须使r小于最小弯曲半径时，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。若弯曲件的相对弯曲半径r/t较大、精度要求较高时，凸模圆角半径应

22、根据回弹值作相应的修正。2.弯曲凹模的圆角半径及其工作部分的深度弯曲凹模的圆角半径一般不应小于3mm，以免弯曲时毛坯表面出现裂痕。凹模两侧圆角半径应保持一致，否则弯曲过程中毛坯会发生偏移。 过小的凹模深度会使毛坯两边自由部分过大，造成弯曲件回弹量大，工件不平直；过大的凹模深度增大了凹模尺寸，浪费模具材料，并且需要大行程的压力机，因此模具设计中要保持适当的凹模深度。凹模圆角半径及凹模深度，可按表3.5查取。 表3.5 弯曲凹模圆角半径与深度 mm3.7 弯曲模设计实例零件名称：保持架；生产批量：中批量；材料：20钢，板厚0.5mm；零件简图：如图3.23所示。图3.23 保持架零件图保持架采用单

23、工序冲压，需要三道工序，如图3.24所示。三道工序依次为落料、异向弯曲、最终弯曲。每道工序各用一套模具。现将第二道工序的异向弯曲模介绍如下。 异向弯曲工序的工件，如图3.25所示。工件左右对称，在b、c、d各有两处弯曲。bc弧段的半径为R3，其余各段是直线。中间部位为对称的向下弯曲。通过上述分析可知，其共有八条弯曲线。图3.24 异向弯曲工序图 图3.25 异向弯曲件坯料在弯曲过程中极易滑动，必须采取定位措施。本工件中部有两个突耳，在凹模的对应部位设置沟槽，冲压时突耳始终处于沟槽内，用这种方法实现坯料的定位。模具总体结构如图3.26所示。上模座采用带柄矩形模座，凸模用凸模固定板固定；下模部分由

24、凹模、凹模固定板、垫板和下模座组成。模座下面装有弹顶器，弹顶力通过两细杆传递到顶件块上。模具工作过程：将落料后的坯料放在凹模上，并使中部的两个突耳进入凹模固定板的槽中。当模具下行时，凸模中部和顶件块压住坯料的突耳，使坯料准确定位在槽内。模具继续下行，使各部弯曲逐渐成形。上模回程时，弹顶器通过顶件块将工件顶出。3.7.3 主要计算1. 弯曲力计算八条弯曲线均按自由弯曲计算。图3.25中的b、c、d各处弯曲按式(34)计算，当弯曲内半径r取0.1t时，则每处的弯曲力为工件共有六处弯曲，六处总的弯曲力为：1276.36×6=7658.16(N)图3.25中的e处弯曲与上述计算类同，只是弯曲

25、件宽度为4mm，则e处单侧弯曲力为638.18N，而两侧的弯曲力应再乘以2，即1276.36N。总的弯曲力为 F总7658.161276.368934.52（N）2.校正弯曲力的计算按式(36)为 F校Ap式中p查表3.4取值为30MPa，面积A按水平面的投影面积计算(见图3.25俯视图)。 A56×84×(148)472（mm2），所以F校30×106×47214160（N）自由弯曲力和校正弯曲力的和为 F8934.521416023094.2（N）2.弹顶器的计算弹顶器的作用是将弯曲后的工件顶出凹模，由于所需的顶出力很小，在突耳的弯曲过程中，弹顶器的

26、力不宜太大，应当小于单边的弯曲力，否则弹顶器将压弯工件使工件在直边部位出现变形。选用圆柱螺旋压缩弹簧，从冲压设计资料中选取弹簧，其中径D2l4mm，钢丝直径d1.2mm，最大工作负荷FN41.3N，最大单圈变形量fn5.575mm，节距t7.44mm。如图3.25主视图所示，顶件块位于上止点时应和b、c点等高，上模压下时与f点等高，弹顶器的工作行程fx4.2610.2(mm)，弹簧有效圈数n=3圈，最大变形量为：f1n×fn3×5.57516.73(mm)弹簧预先压缩量选为f0=8mm。弹簧的弹性系数K可按下式估算则弹簧预紧力为F0Kf02.47×819.76(N

27、)下止点时弹簧弹顶力为F1Kfx2.47×10.225.2 (N)此值远小于e处的弯曲力，故符合要求。4.回弹量的计算影响回弹值的因素很多，各因素又互相影响，理论计算出来的数值往往不准确，所以在实际中，是根据经验来初定回弹角，然后在试模修正。本例题采用补偿法来消除回弹。图3.26 保持架弯曲模装配图1带柄矩形上模座 2、6垫板手 3凸模固定板 4凸模 5模座 7凹模固定板 8弹顶器 9凹模 10螺栓 11销钉 12顶件块 13推杆3.7.4 主要零、部件设计1.凸模凸模是由两部分组成的镶拼结构，如图3.27所示。这样的结构便于线切割机床加工。图中凸模B部位的尺寸按回弹补偿角度设计。A部位在弯曲工件的两突耳时起凹模作用。凸模用凸模固定板和螺钉固定。它与该部位的凸模间隙由式(3.10)。则单边间隙Z/2(1.051.15)t0.5×(1.051.15)(0.5250.575)(mm) 取单边间隙为Z/20.575（mm）2.凹模凹模采用镶拼结构，与凸模结构类同，如图3.28所示。凹模下部设计有凸台，用于凹模的固定。凹模工作部位的几何形状，可对照凸模的几何形状并考虑工件厚