5弯曲工艺讲解

1、5 弯曲工艺本章内容：确定毛坯尺寸及弯曲力大小、选择合适的冲压 设备、模具工作零件的尺寸计算。按照弯曲工 艺规范进行工艺设计。本章难点：最小弯曲半径、弯曲回弹及控制。弯曲将金属板料、棒料、管料或型材等弯成一定的 角度和曲率，从而获得所需形状工件的冲压工艺。弯曲方 法可分为压弯、折弯、滚弯、拉弯等表5-1弯曲件的基本类型类 型简 图弯曲方法敞开式半封闭式封闭式V WAUOPO Q- 2 co用模具在压力机上 压弯用模具在压力机上压弯批量较小的大型制 件可在折弯机上折重叠式(=U=> p J批量较小的大型制件可在折弯机上折a。弯曲模压弯（压力机上使用）bo折弯机上的折弯,c。拉弯机上的拉弯d

2、o辐弯机上的辐弯,e 。辐压成形（图31)图次】弯曲件的加工形式G模艮压弯b）折弯C）拉弯d）鞭弯£）鞋形虽然方法不同，但变形过程及特点有相同的 规律。5.1 弯曲工艺设计基础5.1.1 弯曲变形分析511.1.弯曲变形过程(a)(b)(c)(d)图5.1 弯曲过程随着凸模的下行，弯曲半径r和弯曲力臂L逐渐减小，行程终了时，弯曲半径r继续减小，而直边部分反而向凹模方向变形， 直至板材与凸、凹模完全贴合。5.1.1.2. 弯曲变形的特点侧臂坐标网的变化，可以看到：（圆角部分变成了扇形， 而两直边处没有变化，靠近圆角的直边, 仅有少量的变形）。(1)弯曲变形区的位置：弯曲带中心角 中范围

3、内。(2)应变中性层一一弯曲时靠近凹模的外侧纤维切向受拉 伸长，靠近凸模的内侧纤维切向受 压缩短，在拉伸与压缩之间存在的 一个既不伸长也不缩短的中间纤 维层。(3)变形区厚度和板料长度：变形区变薄，板料长度略有 增加。图5.2材料弯曲前后的网格变化图5.3弯曲角与弯曲带中心角(4)变形区的断面：(与板宽有关)窄板(b/tw3):内层受压缩，宽度增加；外层受拉伸,宽度减小。宽板(b/t> 3):基本不变图5.4窄板弯曲后的断面变化5.1.1.3. 应力、应变状态分析 1)应力状态特点(1)长度方向(切向)：外侧受拉应力，内侧受压应力(2)厚度方向(径向)：外侧内侧都为压应力。(3)宽度方向

4、(轴向)：窄板弯曲(b/tw3)时内侧外侧的应力均可忽略为零;宽板弯曲（b/t>3）时外侧产生拉应力，内侧产生压应 力。图5.5板料在弯曲过程中的应力、应变状态（4）应力突变面（或中性层）分析宽板弯曲时的应力分析：在变形区取一微元体，如图3-5a所示d% (% dp P代入平面应变条件下的 Mises屈服条件CJ CJ0 P平衡方程式为dcr_ dp1. 155。P上式积分的边界条件：在外表面p =R,(rp=0;在内表面p =r,=0。(a )材料是理想刚塑性体时，即 有L 15 54口 方1. 15 5凡In /<p<j < < R)la)1. 155”1 一

5、 In(Po V P < R)(3-lb)r<p< %)(3-10- 1. 155/(1 + In /)G = /(% + 3(b)材料是按曷函数模型硬化,因为工=1.155,卜吐冬（喉广一（唠门含卜唠r-（-唳n1.155f 4（1吟广 （1吟广十（吗），】 155叫毋（-1 咤厂（- In /'-（一q :（% + 为）把b e突变（可能等于零）的金属层称为应力中性层。 其位置可由p = p （T处（T p的连续条件确定，即：In 等=-ln&R rp产通（3-3）2）应变状态特点（1）长度方向（切向）：外侧伸长应变，内侧压缩应变。（2）厚度方向（径向）：

6、外侧压缩应变，内侧伸长应变。（3）宽度方向（轴向）：窄板弯曲（b/tw 3）时外侧为压缩应变，内侧为伸 长应变宽板弯曲（b/t>3）时外侧内侧方向的应变近似为李。（4）应变中性层分析：设想分成10层，初始阶段，以初始中面（即几何中性面，标号5）为界，内区5层（05）受压缩，外区5 层（6-10）受拉伸。由于体积不变，切向受压而产生压缩变形的内区5层，径向应变增量，总是大于零（d£ p>0）,因此，随 着弯曲半径的减小，材料必然要从板的内区向外区做径向 移动。图3-6纯弯曲时板内几个有代表意义的层的位置 &）弯曲过程中各层金属的径向运动h）"曲后有代表意义

7、的各层位置如图3-6b所示，初始中面层在纯弯曲后的板内的位置（曲 率半径p 0）,可由体积不变条件得到。因为，从外区，tB，（R2-P；）aBP；=R2-Lt22内区11-22LtB ( ; ; - r2)： B22Lta联解两式得2(R2 r2)同样，根据体积不变条件122LtB (R2 - r2)： B 2因塑性变形后应变中性层（曲率半径 p £ ）的长度不变，即有L = a p £ ,:1（并以 R = r+r1t 代入，得 = I r + tin由于有2二二JRr = J(r t)ro oo( 1 o 22 一P： - P： = (1-" 2)(r + ”

8、 t)r + I “ 2t > 02即：应力中型层半径小于应变中型层半径分析可知，临近板初始中面而偏于内区的一层 （如图3 6a中第4层）金属，一开始受压缩，随着弯曲过程的进 行，这一层不再进一步承受压缩，到某一时刻其塑性应变 增量变为零；以后就会受到拉伸，并逐渐恢复它的初始长 度，成为应变中性层。从应变历史来看， 应力中性层先于应变中性层向曲率中心处移动，因此，板的弯曲变形区应分为三个不同的区域：I区：包括曲率半径大于初始中面的各层，R> p > J"（R在弯曲过程中切向始终受拉；22口区：包括曲率半径小于最终应力中性层的r< p <各层在弯曲过程中切

9、向始终受压；、Rr ”田区：包括初始中面与最终应力中性层之间的 各层在弯曲过程中切向先受压后受拉应变中性层位置向内移动的结果是：外层受拉变薄区 范围逐渐扩大，内层受压增厚区范围不断减小，外层的变 薄量会大于内层的增厚量，从而使弯曲变形区板厚总体变 薄。结论：窄板弯曲是三维应变、平面应力状态； 宽板弯曲是三维应力、平面应变状态。5.1.2 弯曲质量分析5.1.2.1. 弯曲裂纹与最小相对弯曲半径板料弯曲时外层受拉，当拉伸应力超过材料的强度极 限时，板料外层将出现弯曲裂纹。对于同一种材质的板料j _ . r而言，能否出现裂纹取决于的大小。最小相对弯曲半径一一在保证毛坯最外层纤维不发生破 裂的前提下

10、，所能达到的内表面最 小圆角半径与厚度的比值r min 八。对于一定厚度的材料，弯曲半径越小，外层金属 的相对伸长量越大。图5.6压弯时的变形情况影响因素：弯曲带中心角 弧 材料的力学性能，板料的热 处理状态，板料的边缘及表面状况，板料的弯 曲方向。弯曲线弯曲线纤维方向弯曲线(a)好(rm"小）（b）不好（f/t大） 双弯曲线夹角45 图5.7板料纤维方向对弯曲半径的影响表5- 2 最小弯曲半径（单位：mm）退火正火状态冷作硬化状态弯曲线位置垂直轧制纹向平行轧制纹向垂直轧制纹向平行轧制纹向08、10、Q195、Q21515、20、Q23525、30、Q25535、40、Q27545、

11、5055、600.1t0.1t0.2t0.3t0.5t0.7tCr18Ni9磷铜半硬黄铜软黄铜纯铜铝1.0t0.1t0.1t0.1t0.1t0.4t0.5t0.6t0.8t1.0t1.3t2.0t,*0.35t0.35t0.35t0.35t0.4t0.5t0.6t0.8t1.0t1.3t3.0t1.0t0.5t0.35t1.0t 0.5t0.8t1.0t1.2t1.5t1.7t2.0t4.0t3.0t1.2t 0.8t2.0t1.0t512.2.弯曲回弹1）现象弯曲回弹一一板料在常温下的弯曲卸载后，塑性变形保留下来，弹性变形完全消失，使弯曲件的弯曲 半径与弯曲角发生变化。又称 回复、回跳。 弯

12、曲回弹是弯曲成形不可避免的现象，它将直接影响弯曲件的精度。回弹角弯曲角变化量口。回弹半径一一弯曲半彳5变化量Ar o图5.8弯曲时的回弹影响因素：材料的力学性能。相对弯曲半径r/to弯曲工件的形状。模具间隙。弯曲力。表5-3单角自由弯曲90°时的平均回弹角 风。材料r/t材料厚度t/mm<0.80.8 22软专冈 0 =3.5><103MPav 1420软更铜 Cb < 3.5(03MPa15531铝、锌5642第5章 i雪曲工艺设计- 127 中硬钢 5 =(45) Xl03MPaV 1520硬黄专冈 =(3.54) Ml03MPa15631硬青钢5853V

13、 1742硬专冈 5 > 5.5 x103MP回弹值的确定(1)大变形自由弯曲(r/t< 5)时，补偿回弹角。回弹角应作如下修改：A a =aA ax八一9090(2)小变形自由弯曲(r/t> 10)时，计算回弹补偿弯曲凸模的圆角半径及角度or 二1 二 二p 1打 pr Et式中：rp 弯曲凸模圆角半径； 弯曲凸模角度; r 弯曲件的弯曲半径；“一一弯曲件的弯曲 角； 一材料屈服强度；E 材料弹性模量; t 一 一材料厚度。(3)校正弯曲时的回弹角比自由弯曲时的回弹角小。3)减少回弹量的措施(1)改善制件的结构，提高材料塑性。图5.9压制加强筋减少

14、回弹(2)采用正确的弯曲工艺，改善变形区应力状态图5.10用局部校正减少回弹凸模图5.16活动式凹模图5.14 U形弯曲件回弹补偿 图5.15橡胶或聚酯胺酯软凹模弯曲活动网模5.1.2.3. 弯曲偏移弯曲偏移一一在弯曲过程中，由于制件形状不对称，坯料 沿凹模滑动时受到的摩擦阻力不等，坯料会 产生滑移，使弯曲线不在指定的位置，因 而制件边长不符合要求。减少措施：,(1)采用弹性压料装置。图5.17弹性压料装置(2)利用孔和销钉定位。(3)受力平衡，以防弯曲偏移。图5.18 销钉定位图5.19 成对弯曲5.1.2.4. 直边高度不稳定稳定性不好一一直角弯曲时，直立部分过小将产生不规则 形状。一般使

15、直立部分的高度H>2.5tc当H<2.5t时，则应在弯曲部位加工出槽, 使之便于弯曲，或者加大此处的弯边高度 H,在弯曲后再切去加高的部分。防riAH7图5.20弯边高度5.1.2.5. 形预先冲出的孔离弯曲线太近。(a)弯曲件的孔边距离(b)弯曲孔变形的防图5.21孔与弯曲处的最小距离图5.22形状对称的弯曲件图5.23 工艺槽或工艺缺口止措施512.6.对弯曲形状的要求5.1.2.7.弯曲时的主要质量问题a、拉裂一多发生在弯曲外侧表面。变形过大、塑性较差时易产生。b、截面畸变一板材截面变为梯形。窄板弯曲时易产 生，同时内外层表面发生微小的翘曲。c、翘曲一纵向翘曲宽板弯曲时易产生

16、。d、回弹-弯曲角形状和尺寸发生变化弯曲工艺的共性问题图-20弯曲时的主要质量问题H）拉裂b）裁面畸变G褴曲d）回弹5.2弯曲工艺计算5.2.1 弯曲件展开长度521.1.概算法图5.24弯曲中心角为中的弯曲件於L = I1 + l2 + （r + 九 t） 180式中：L 与曲件展开卜度；|1 >12弯曲件直边长度；r弯曲件弯曲半径；八 层位移系数，见表5-6;中弯曲件的弯曲带中心角。表5- 6层位移系数儿值V形弯曲r/ t0.5以下0.51.51.53.03.05.05.0以上九0.20.30.330.40.5U形弯曲r/ t0.5以下0.51.51.53.03.05.05.0以上九

17、0.25 0.30.330.40.40.55.2.1.2. 外侧尺寸加算法图5.25外侧尺寸标注L= (li I2 I3 HI ln)- (n- 1)C式中：L弯曲件展开长度；li、I2、I3弯曲件直边外侧尺寸；n 弯曲件的弯曲次数；C伸长补正系数，见表5-7。表5- 7伸长补正系数C值板厚/mm1.01.21.62.02.33.2以上C1.51.82.53.03.55.05.2.1.3. 内侧尺寸加算法图5.26内侧尺寸标注L : 11 l2 a式中：L 弯曲件展开长度；11、12 弯曲件直边内 侧尺寸；a伸长补正系数,见表5- 8。表5- 8伸长补正系数a值r板厚t0.10.20.30.4

18、0.50.811.21.522.53456810,000.o.0.0.KnKKKK1112工3101000.10.3.4.6.8.0.5.9.33. on.0.33074032 1024550042070.0.0.0.0.0n00001112工A1100.00.A A.2.3.5.7.0.4.8.23. d n.0.48529561425680045i000.20.10. 10. 10.e00 .200011233.5220007.1.4.7.9.3.7.200.908526 188004500晨0.00.0.0.0.10.00001T123.830633328.0.3.5.7.1.5.9.6

19、1810480531700027660.4130.430.430. 410.380.300.230.150.050 .10 .30 .50 .9 61 .3 81 .8 22663 .545700.0.0.0.0.0.30.0.0000112315554.0.2.8.2.6.3.254052515.452233181352578.510.60.60.60.60.560.5 00.450.350.150 .00 .20 .61.01 .423.15563212230720.0.0.0.0.0.70.0.0.0.0.00122.2.6.11.7888881670634628097893856780

20、21.1.1.1.1.00.0.0.0.0.0.002n0808.3 5.7 5T.45.507071968875573905601.1.1.1.1.21.1.1.0.0.0.0-023.0.4T.22333262013008769358012025041.721.731.17LLLLL0.0.0.AT .3 674771645139259257225452. 12. 12.2d2.2.2.LLLL0.10 .716722 11807917755168004505.2.1.4. 弯曲力计算5.2.2.1.自由弯曲力计算F 0.6Kbt. bV形自由弯曲力:1 r十t20.7Kbt2, bu形自

21、由弯曲力：Fl =一不一式中：Fi自由弯曲力（冲压行程结 束，尚未进行校正弯曲时的压力）；b 弯曲件宽度；t弯曲件材料厚度；r 弯曲件的弯曲内半径；明一一材料抗拉强度；K安全因数，一般取K=1.3o5.2.2.2.校正弯曲力计算F2 = qA式中：F2校正力，N; q单位校正力，MPa,见表5-9;A工件被校正部分在垂直 于凸模运动方向上的投影面积，mm2。表5- 9 单位校正力 q值（单位：MPa）材料材料厚度/mm< 11225>510铝1015203040152030黄铜15202030304040 6010、 15、 20 钢203030404060608025、 30、

22、35 钢304040505070701005.2.2.3.顶件力和压料力Q = (0.30.8)Fi5.2.2.4.弯曲时压力机的压力确定F>Fi+F2+ Q式中：F压力机的公称压力,No自由弯曲时，校正弯曲力F2不计。校 正弯曲按F2大小来选择压力机。5.2.3弯曲模工作部分尺寸计算5.2.3.1. 弯曲时凸模与凹模之间的间隙U形工件弯曲的凸、凹模单边间隙值：c 二 t kt式中：c弯曲时凸模与凹模之间的间隙，mm; t材料的公称厚度；k 间隙系数,见表5-10; 板第5章弯曲工艺设计 139 料厚度的正偏差。当工件精度要求较高时，凸、凹模问 隙值应取小些，c = t。表5-10 U形

23、件弯曲模间隙系数 k值弯曲件高度h/mm弯曲件宽度b<2h弯曲件宽度b> 2h材料厚度t/mm<0.50.622.1 44.1 5<0.50.622.1 44.1 7.57.610 20255070 100 150 2000.050.050.070.10 0.10： r0.050.050.050.070.070.070.100.100.040.040.040.050.050.050.070.07k- 1 0.030.03 0.04 0.05 0.05 0.05 0.070.100.100.150.200.20.0.100.100.100.150.150.150.200.

24、200.080.080.080.100.100.100.150.150.060.060.060.100.100.100.15-n0.00.00.00.00.00.10.15.2.3.2. 弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸图5.27 U形弯曲模尺寸表5-11 凸模与凹模的宽度尺寸计算工件尺寸标注方式工件简图凹模尺寸凸模尺寸用外形尺寸标注用内形尺寸标注9i±4-d以凹模为基 准件L凹=(LA)彩4以凹模为基准件L凹=(L - ) 0回2L凹按凸模尺 寸配制，保证 双面间隙为2c或 、L凹=(L凸2c) O用L凸按凹模) 寸配制，保证双值间隙为2cLa =化凹2c)重以凸模为基准件l凸=(L 2

25、 ：)：刈凸模为基准件L 凸=(L + A)&l凹一一弯曲凸模和凹模宽度尺寸,mm ; l 一一弯曲件外形或内形公称尺寸，mm; 弯曲件的尺寸公差， mm; c凸模与凹模的单面间隙，mm;6凸、编一一弯曲凸模、凹模的制造公差，采用 IT9IT7。5.2.3.3.弯曲时模具圆角半径与凹模深度图5.28弯曲模工作部分尺寸表5-12凹模的圆角半径rd与凹模的深度i值（单位：mm）料厚t弯曲件直边长l1020355075100150200 00.5rd>0.5 2.0>2.0 4.0>4.0 人638314516lrdlrd10310P 41241551552062062582583010301035123512401545155520202530354050655.2.4弯曲件的工序安排(1)简单弯曲件，采用一次压弯成形图5.29 一次压弯成形(2)形状复杂弯曲件，采用二次或多次压弯成形图5.30二次压弯成形图5.31 三次压弯成形(3)批量大尺寸小的弯曲件，可采用多工序的冲裁、压弯、 切断连续工艺成形。图