冲压工艺与模具设计-电子教案第3章

1、 弯曲变形分析弯曲变形分析3.1弯曲件的质量分析弯曲件的质量分析3.2弯曲件的结构工艺性弯曲件的结构工艺性3.3弯曲件的工序安排弯曲件的工序安排3.6弯曲模的典型结构弯曲模的典型结构3.7斜楔滑块机构设计斜楔滑块机构设计3.9弯曲模工作部分结构参数的确定弯曲模工作部分结构参数的确定3.8弯曲是将金属材料（包括板材、线材、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。它是冲压基定的角度和形状的工艺方法。它是冲压基本工序之一，在冲压生产中应用广泛。本工序之一，在冲压生产中应用广泛。根据弯曲成形所用模具及设备不同，

2、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、弯曲方法可分为压弯、拉弯、折弯、滚弯、绕弯等。图绕弯等。图3.13.1所示为一些弯曲件示例。本所示为一些弯曲件示例。本章主要介绍在压力机上进行压弯的工艺和章主要介绍在压力机上进行压弯的工艺和弯曲模具的设计。弯曲模具的设计。图图3.1 3.1 各种弯曲件各种弯曲件板料的板料的V V形弯曲是最基本的弯曲方式。形弯曲是最基本的弯曲方式。图图3.23.2所示为所示为V V形件弯曲加工示意图。形件弯曲加工示意图。图图3.2 V3.2 V形件弯曲加工示意图形件弯曲加工示意图图中图中t t为弯曲件厚度，为弯曲件厚度，r r为弯曲（内）为弯

3、曲（内）半径，半径，为弯曲角，为弯曲角，为弯曲段中心角。为弯曲段中心角。显然显然=180=180，弯曲凹模型腔轮，弯曲凹模型腔轮廓由半径分别为廓由半径分别为r r凹和（凹和（r r+ +t t）的两段圆弧）的两段圆弧及其公切线连成，凹模口的圆角，可以减及其公切线连成，凹模口的圆角，可以减少材料流入模腔的阻力，因而减轻凹模的少材料流入模腔的阻力，因而减轻凹模的摩损和降低弯曲变形力，同时还减轻了摩摩损和降低弯曲变形力，同时还减轻了摩擦对制件表面的损伤，增大弯曲成形极限。擦对制件表面的损伤，增大弯曲成形极限。凸模与制件接触的工作部分的形状和凸模与制件接触的工作部分的形状和尺寸与弯曲件内表面一致，两侧

4、不与制件尺寸与弯曲件内表面一致，两侧不与制件接触的非工作表面可以向内凹进一些（图接触的非工作表面可以向内凹进一些（图3.23.2），以免变形过程中和制件接触，影响），以免变形过程中和制件接触，影响其变形。其变形。 3.1.1 3.1.1 弯曲变形过程弯曲变形过程V V形件的弯曲变形过程可分为三个阶段，形件的弯曲变形过程可分为三个阶段，如图如图3.33.3所示。所示。图图3.3 V3.3 V形件弯曲的过程形件弯曲的过程 1 1正向弯曲阶段正向弯曲阶段开始弯曲时，平板料被支承在凹模口开始弯曲时，平板料被支承在凹模口的的AAAA两点上，凸模最先接触的是板料的中两点上，凸模最先接触的是板料的中部。由于

5、凸、凹模的作用力在材料内部形部。由于凸、凹模的作用力在材料内部形成了弯矩，因而在两支承点成了弯矩，因而在两支承点AAAA之间引起弯之间引起弯曲变形。两支承点曲变形。两支承点AAAA两点之间就称为变形两点之间就称为变形区，区，AAAA两点以外的左右两端称为非变形区。两点以外的左右两端称为非变形区。随着凸模的下压，曲率不断增加，弯随着凸模的下压，曲率不断增加，弯曲半径不断减小。凹模对板料的支承点也曲半径不断减小。凹模对板料的支承点也不再是不再是AAAA两点，而是不断向内移动，于是两点，而是不断向内移动，于是两支承点间的变形区范围也就随着支承点两支承点间的变形区范围也就随着支承点的内移而逐渐缩小。两

6、支承点以外的非变的内移而逐渐缩小。两支承点以外的非变形区就不断向内扩大。形区就不断向内扩大。 可见这时的非变形区由两部分组成，可见这时的非变形区由两部分组成，一部分原来就在凹模口一部分原来就在凹模口AAAA两点以外，一直两点以外，一直没有参与弯曲变形，可以称之为不变形区。没有参与弯曲变形，可以称之为不变形区。另一部分是开始阶段还在弯曲变形区另一部分是开始阶段还在弯曲变形区AAAA段段以内，已经发生了弯曲变形，后来由于支以内，已经发生了弯曲变形，后来由于支承点内移，这部分材料就陆续停止变形，承点内移，这部分材料就陆续停止变形，由变形区转为非变形区。由变形区转为非变形区。这部分材料与不变形区不同，

7、它不再这部分材料与不变形区不同，它不再是原来的平直状态，可以称之为已变形区。是原来的平直状态，可以称之为已变形区。显然，已变形区的弯曲变形不符合制件要显然，已变形区的弯曲变形不符合制件要求，属于多余弯曲，应予以消除，使之恢求，属于多余弯曲，应予以消除，使之恢复平直状态。复平直状态。 2 2正、反向弯曲阶段正、反向弯曲阶段随着凸模的下压，直到制件两侧翘起随着凸模的下压，直到制件两侧翘起的非变形区与凸模接触（即三点接触），的非变形区与凸模接触（即三点接触），这时，正向弯曲阶段结束，开始了正、反这时，正向弯曲阶段结束，开始了正、反向弯曲阶段。中间部位的材料继续正向弯向弯曲阶段。中间部位的材料继续正向

8、弯曲，而两侧已经停止变形的非变形区又重曲，而两侧已经停止变形的非变形区又重新开始反向弯曲变形。新开始反向弯曲变形。随着凸模的继续下压，此正、反向弯随着凸模的继续下压，此正、反向弯曲变形一直进行到中部弯曲半径和角度符曲变形一直进行到中部弯曲半径和角度符合制件要求，两侧的已变形区通过反向弯合制件要求，两侧的已变形区通过反向弯曲重新恢复平直状态，凸模、凹模和制件曲重新恢复平直状态，凸模、凹模和制件三者完全贴合为止。生产上一般称上述两三者完全贴合为止。生产上一般称上述两个阶段的弯曲变形为自由弯曲。个阶段的弯曲变形为自由弯曲。3 3校正弯曲阶段校正弯曲阶段由于塑性变形的同时还存在弹性变形，由于塑性变形的

9、同时还存在弹性变形，所以自由弯曲后的制件在卸载后会有弯曲所以自由弯曲后的制件在卸载后会有弯曲回弹。由于制件既有正向弯曲，还有反向回弹。由于制件既有正向弯曲，还有反向弯曲，所以回弹也可能是正回弹，也可能弯曲，所以回弹也可能是正回弹，也可能是负回弹。是负回弹。为了减少回弹变形，提高制件精度，为了减少回弹变形，提高制件精度，在自由弯曲阶段结束，凸、凹模与制件完在自由弯曲阶段结束，凸、凹模与制件完全贴合后，再使凸模继续下压。虽然此时全贴合后，再使凸模继续下压。虽然此时凸模下行量不会很大，但会对制件施加巨凸模下行量不会很大，但会对制件施加巨大的压力，使之校正定形。这个阶段的变大的压力，使之校正定形。这个

10、阶段的变形一般称之为校正弯曲。形一般称之为校正弯曲。 3.2.2 3.2.2 弯曲卸载后的回弹弯曲卸载后的回弹 3.2.2.1 3.2.2.1 回弹现象回弹现象图图3.7 3.7 弯曲时的回弹弯曲时的回弹3.2.2.2 3.2.2.2 影响回弹的因素影响回弹的因素 材料的力学性能：材料的屈服点材料的力学性能：材料的屈服点 s s越高，弹性模量越高，弹性模量E E越小，即越小，即 s s/ /E E的比值的比值愈大，则弯曲回弹越大。愈大，则弯曲回弹越大。 相对弯曲半径：相对弯曲半径相对弯曲半径：相对弯曲半径r r/ /t t越小，板料的变形程度就越大，总变形中越小，板料的变形程度就越大，总变形中

11、弹性变形所占的比例就减小，所以回弹值弹性变形所占的比例就减小，所以回弹值越小。越小。 弯曲件角度：弯曲件角度弯曲件角度：弯曲件角度 越小，越小，表示变形区域越大，回弹的积累越大，回表示变形区域越大，回弹的积累越大，回弹角越大。弹角越大。 弯曲方式：自由弯曲与校正弯曲比弯曲方式：自由弯曲与校正弯曲比较，由于校正弯曲时内外区纵向均为同号较，由于校正弯曲时内外区纵向均为同号（压）应力，因而减小了弯曲回弹。（压）应力，因而减小了弯曲回弹。 模具间隙：压制模具间隙：压制U U形件时，模具间形件时，模具间隙对回弹值有直接影响。间隙大，材料处隙对回弹值有直接影响。间隙大，材料处于松动状态，回弹就大。在无底凹

12、模内作于松动状态，回弹就大。在无底凹模内作自由弯曲时，回弹最大。自由弯曲时，回弹最大。 工件形状：工件形状越复杂，一次工件形状：工件形状越复杂，一次弯成角的数量越多，由于各部分的回弹相弯成角的数量越多，由于各部分的回弹相互牵制，故回弹就越小。互牵制，故回弹就越小。3.2.2.4 3.2.2.4 控制回弹的措施控制回弹的措施为了获得合格的弯曲件尺寸，必须采为了获得合格的弯曲件尺寸，必须采取措施来控制或减小回弹，提高弯曲精度。取措施来控制或减小回弹，提高弯曲精度。（1 1）弯曲件的合理设计）弯曲件的合理设计在弯曲变形区压出加强筋或成形边翼在弯曲变形区压出加强筋或成形边翼（图（图3.83.8），提高

13、弯曲件的刚度，抑制回弹。），提高弯曲件的刚度，抑制回弹。图图3.8 3.8 弯曲区的加强筋弯曲区的加强筋在为弯曲件选材时，选用弹性模量大，在为弯曲件选材时，选用弹性模量大，屈服点低，力学性能稳定的材料，也可使屈服点低，力学性能稳定的材料，也可使弯曲件回弹减小。弯曲件回弹减小。对于冷作硬化的材料，弯曲前先退火对于冷作硬化的材料，弯曲前先退火软化，降低其屈服点软化，降低其屈服点 s s，以减少回弹，弯，以减少回弹，弯曲后再淬硬。曲后再淬硬。（2 2）采取补偿措施，抵消弯曲回弹变）采取补偿措施，抵消弯曲回弹变形弯曲成形时，使制件预先向回弹的反方形弯曲成形时，使制件预先向回弹的反方向产生附加变形，其变

14、形量与回弹变形值向产生附加变形，其变形量与回弹变形值相等。卸载后，工件回弹，附加变形消失，相等。卸载后，工件回弹，附加变形消失，尺寸达到要求。尺寸达到要求。例如：弯曲例如：弯曲V V形件时，将凸模角度减去形件时，将凸模角度减去一个回弹角，弯曲一个回弹角，弯曲U U形件时，将凸模两侧分形件时，将凸模两侧分别作出等于回弹量的斜度（图别作出等于回弹量的斜度（图3.93.9（a a）；）；或将凹模底部作成弧形（图或将凹模底部作成弧形（图3.93.9（b b），），利用底部向下回弹的作用，补偿两直边的利用底部向下回弹的作用，补偿两直边的向外回弹。向外回弹。（a a） （b b）图图3.9 3.9 补偿回

15、弹的方法补偿回弹的方法（3 3）通过改变应力状态及应力分布规）通过改变应力状态及应力分布规律来改变回弹变形的性质律来改变回弹变形的性质 3.3.1 3.3.1 弯曲半径弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于表弯曲件的弯曲半径不宜小于表3.23.2所列所列的材料的最小弯曲半径，否则会造成变形的材料的最小弯曲半径，否则会造成变形区外层材料的破裂。若工件要求的弯曲半区外层材料的破裂。若工件要求的弯曲半径很小时，可分两次弯曲，第一次预弯适径很小时，可分两次弯曲，第一次预弯适当增大弯曲半径，第二次整形到要求的半当增大弯曲半径，第二次整形到要求的半径；也可采用热弯。径；也可采用热弯。对于对于1mm1mm以下的薄

16、料可改变工件的结构以下的薄料可改变工件的结构形状。如图形状。如图3.173.17（a a）所示）所示U U形件，可将直形件，可将直角处的清角改为凸底圆角。对于厚料，则角处的清角改为凸底圆角。对于厚料，则预先沿弯曲区内侧开制槽口（图预先沿弯曲区内侧开制槽口（图3.173.17（b b）再进行弯曲。再进行弯曲。图图3.17 3.17 在弯曲区内侧开制槽口在弯曲区内侧开制槽口 3.3.2 3.3.2 弯曲件直边高度弯曲件直边高度在工件弯曲在工件弯曲9090时，为了保证弯曲件时，为了保证弯曲件的直边平直，弯曲件直边高度的直边平直，弯曲件直边高度H H不应小于不应小于2 2t t（图（图3.183.18

17、），最好大于），最好大于3 3t t。若。若H H22t t时，可时，可开槽后弯曲；或先增高直边高度，弯曲后开槽后弯曲；或先增高直边高度，弯曲后再去掉。再去掉。图图3.18 3.18 弯曲件的直边高度弯曲件的直边高度 3.3.3 3.3.3 弯曲件孔边距弯曲件孔边距带孔的板料在弯曲时，如果孔位于弯带孔的板料在弯曲时，如果孔位于弯曲变形区内，则孔会发生畸变。因此，由曲变形区内，则孔会发生畸变。因此，由孔边到工件弯曲中心的距离孔边到工件弯曲中心的距离L L（图（图3.193.19）必）必须保证：须保证：当当t t2mm4mm 4mm r r凹凹=2=2t t 对于对于V V形件凹模，其底部可开槽，

18、或取形件凹模，其底部可开槽，或取 r r凹凹= (= (0.60.60.8) (0.8) (r r凸凸+ +t t) ) 3.8.2 3.8.2 弯曲凹模工作部分深弯曲凹模工作部分深度度弯曲凹模深度是弯曲模结构的重要参弯曲凹模深度是弯曲模结构的重要参数。数。V V形件弯曲凹模深度通常用其斜壁长度形件弯曲凹模深度通常用其斜壁长度L L0 0（图（图3.423.42）表示。）表示。L L0 0过小，则无法对材料两侧的已变形过小，则无法对材料两侧的已变形区进行校正。区进行校正。L L0 0过大，则会增大凹模尺寸，过大，则会增大凹模尺寸，且需要行程更大的压力机，甚至使凹模口且需要行程更大的压力机，甚至

19、使凹模口宽度大于毛坯长度，影响毛坯在凹模上的宽度大于毛坯长度，影响毛坯在凹模上的定位，导致工件在弯曲过程中的偏移。定位，导致工件在弯曲过程中的偏移。图图3.42 3.42 弯曲模结构尺寸弯曲模结构尺寸 3.8.3 3.8.3 弯曲凸模和凹模之间弯曲凸模和凹模之间的间隙的间隙对于对于V V形件弯曲模，凸模和凹模之间的形件弯曲模，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。间隙是由调节压力机的装模高度来控制的。对于对于U U形件弯曲模，则应选择合适的间隙。形件弯曲模，则应选择合适的间隙。间隙过小，会使工件边部壁厚减薄，降低间隙过小，会使工件边部壁厚减薄，降低凹模寿命；间隙过大，则回弹增大

20、，降低凹模寿命；间隙过大，则回弹增大，降低工件的精度。工件的精度。 U U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙形件弯曲模的凸、凹模单边间隙Z Z一一般可按下式计算：般可按下式计算：cttcttZmax一般的冲压加工方向为垂直方向。当一般的冲压加工方向为垂直方向。当工件加工方向为水平方向或倾斜一定角度工件加工方向为水平方向或倾斜一定角度时，则应采用斜楔滑块机构。时，则应采用斜楔滑块机构。通过斜楔滑块机构可将压力机滑块的通过斜楔滑块机构可将压力机滑块的垂直运动转化为凸模、凹模的水平运动或垂直运动转化为凸模、凹模的水平运动或倾斜运动，以便进行冲侧孔、水平弯曲等倾斜运动，以便进行冲侧孔、水平弯曲等工序的加工。

21、下面主要介绍斜楔滑块水平工序的加工。下面主要介绍斜楔滑块水平运动的情况。运动的情况。 3.9.1 3.9.1 斜楔、滑块之间的行斜楔、滑块之间的行程关系程关系斜楔作用下滑块水平运动时的几何关斜楔作用下滑块水平运动时的几何关系如图系如图3.453.45所示。由图可知：所示。由图可知：sstg1式中，式中，S水平滑块行程；水平滑块行程； S1斜楔工作行程；斜楔工作行程； 斜楔角。斜楔角。图图3.45 3.45 滑块水平运动几何关系滑块水平运动几何关系5mm5mm，b b滑块斜面长度滑块斜面长度/5/5 3.9.2 3.9.2 斜楔滑块的结构设计斜楔滑块的结构设计斜楔滑块的结构如图斜楔滑块的结构如图3.463.46所示。斜楔所示。斜楔滑块的结构设计除应保证行程关系外，为滑块的结构设计除应保证行程关系外，为使斜楔滑块工作可靠，应设置复位机构，使斜楔滑块工作可靠，应设置复位机构，一般采用弹簧，有时也用气缸等装置。一般采用弹簧，有时也用气缸等装置。此外，还应设置后挡块均衡侧向力和此外，还应设置后挡块均衡侧向力和进行滑块后退限位，在大型模具上也可把进行滑块后退限位，在大型模具上也可把后挡块与模座铸成一体。后挡块与模座铸成一体。图图3.46 3.46 斜楔滑块结构示意图斜楔滑块结构示意图11斜楔；斜楔；22挡块；挡块；33键