冷冲压工艺与模具设计之U形件弯曲模

模块三U形件弯曲模本模块内容

弯曲是冷冲压基本工序之一。本模块以U形件弯曲工艺和弯曲模结构设计为学习任务，包含的弯曲工序基本知识有：弯曲变形过程及弯曲件质量影响因素，弯曲工艺计算、工艺方案制定和弯曲模设计。涉及弯曲变形过程分析、弯曲半径及最小弯曲半径影响因素、弯曲卸载后的回弹及影响因素、减少回弹的措施、坯料尺寸计算、工艺性分析与工艺方案确定、弯曲模典型结构、弯曲模工作零件设计等。本模块重点1．

弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素；2．

弯曲工艺计算方法；3．

弯曲工艺性分析与工艺方案制定；4．

弯曲模典型结构与结构设计；5．

弯曲工艺与弯曲模设计的方法和步骤。

难点1．弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素；2．影响回弹的因素与减少回弹的措施；3．弯曲工艺计算；4．弯曲模典型结构与弯曲模工作零件设计。

弯曲：将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度和一定的曲率，形成所需形状零件的冲压工序。弯曲方法：弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以及在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。弯曲模：弯曲所使用的模具。

课题一

弯曲概述

典型弯曲件及实物弯曲方法1—模柄;2—圆柱销;3—凸模;4—凹模;5—定位销;6—下模座;7—螺钉;8—弹簧;9—顶杆;10—挡料销

V形件弯曲模弯曲分类：自由弯曲和校正弯曲。

校正弯曲过程课题二弯曲变形过程及变形特点

一弯曲变形过程

1.弯曲变形主要发生在弯曲带中心角α范围内，中心角以外基本不变形。2.坯料在长、宽、厚三个方向都发生了变形。

弯曲前后网格变化二弯曲变形特点

弯曲角与弯曲带中心角弯曲变形区的横截面变化二弯曲变形特点

应力状态

宽板（B/t＞3）

窄板（B/t＜3）长度方向σ1：内区受压，外区受拉厚度方向σ2：内外均受压应力

宽度方向σ3：内外侧压力均为零长度方向σ1：内区受压，外区受拉厚度方向σ2：内外均受压应力

宽度方向σ3：内区受压，外区受拉两向应力三向应力三弯曲变形时的应力与应变状态

应变状态宽板（B/t＞3）窄板（B/t＜3）长度方向ε1：内区压应变，，外区拉应变变厚度方向ε2：内区拉应变变，外区压应应变宽度方向ε3：内区拉应变变，外区压应应变长度方向ε1：内区压应变，，外区拉应变变厚度方向ε2：内区拉应变变，外区压应应变宽度方向ε3：内外区近似为为零三向应变两向应变三弯曲变形形时的应力与与应变状态1.弯曲变形程度度：常用板料的相相对弯曲半径径r/t来表示板料弯弯曲变形程度度的大小。。2.最小弯曲半径径：通常将不致使使材料弯曲时时发生开裂的的最小弯曲半半径的极限值值，称为该材材料的最小弯弯曲半径。课题三弯曲件质量分分析一弯曲变形程度度与最小弯曲曲半径1.最小相对弯曲曲半径rmin/t2.最小弯曲半径径影响因素（１）材料的的力学性能；；（2）弯曲方向；；（3）弯曲件角度度φ；（4）板料的热处处理状态；；（5）板料的边缘缘以及表面状状态:（6）板宽的影响响。二弯裂与最小相相对弯曲半径径的控制3．最小弯曲半半径rmin的数值参见表3-14.防止弯裂的措措施不宜采用最小小弯曲半径。。当零件的弯弯曲半径小于于表3-1所列数值时，，为了提高极极限弯曲变形形程度，防止止弯裂，常采采用的措施有有退火、加热热弯曲、消除除冲裁毛刺、、两次弯曲（（先加大大弯曲半径，，退火后再按按工件要求小小弯曲半径弯弯曲）、校正正弯曲以及对对较厚的材料料开槽后弯曲曲。塑性弯曲时伴伴随有弹性变变形，当外载载荷去除后，，塑性变形保保留下来，而而弹性变形会会完全消失，，使弯曲件的的形状和尺寸寸发生变化而而与模具尺寸寸不一致，这这种现象叫回弹。1.回弹现象2.弯曲回弹的表表现形式(１)曲率减小(２)弯曲中心角减减小三弯曲卸载后的的回弹(１)材料的力学性性能3.影响回弹的因因素越大，回弹越越大。材料的力学性性能对回弹值值的影响1、3－退火软钢；；2-软锰黄铜；4-经冷变形硬化化的软钢3.影响回弹的因因素（续）(２)相对弯曲半径越大，回弹越大。变形程度对弹弹性恢复值的的影响(３)弯曲中心角越大，变形区区的长度越长长，回弹积累值也也越大，故回回弹角越大。(４)弯曲方式及弯弯曲模①在无底凹模内内作自由弯曲曲时回弹最大大。②在有底凹模模内作校正正弯曲时，，回弹较小小。校正弯曲圆角部分的的回弹比自自由弯曲时时大为减小小。校正弯曲时时圆角部分分的较小正正回弹与直直边部分负负回弹的抵抵销，回回弹可能出出现正、零或是负三种情况。。（5）在弯曲U形件时，凸凸、凹模之之间的间隙隙对回弹有有较大的影影响。间隙隙越大，回回弹角也就就越大。3.影响回弹的的因素（续续）(6)工件的形状状一般而言，，弯曲件越越复杂，一一次弯曲成成形角的数数量越多，，回弹量就就越小。方法:先根据经验验数值和简简单的计算算来初步确定模具工工作部分尺尺寸，然后后在试模时时进行修正。三弯曲卸载后后的回弹4.回弹值的确确定(1)大变形程度（＜5）自由弯曲时的回弹值卸载后弯曲曲件圆角半半径的变化化是很小的的，可以不不予考虑，，而仅考虑虑弯曲中心心角的回弹弹变化。弯曲中心角角为90°时部分材料料的平均回回弹角见表表3-3。当弯曲件弯弯曲中心角角不为90°时，其回弹弹角可用下下式计算：：校正弯曲的的回弹可用用试验所得得的公式（（见表3-3）计算，符符号如右图图所示。V形件校正弯弯曲的回弹弹(2)校正弯曲时时的回弹值值(3)小变形程度度（≥≥10）自由弯曲曲时的回弹弹值凸模工作部部分的圆角角半径和角角度可按下下式进行计计算：【例3-1】回弹值计算算示例图3-20(b)为根据回弹弹值确定的的凸模工作作部分尺寸寸。（1）改进弯曲曲件的结构构设计①尽量避免选用过过大的r/t。如有可能能，在弯曲曲区压制加强筋，以提高零零件的刚度度，抑制回回弹。②尽量选用小、力学性性能稳定和和板料厚度度波动小的的材料。5.减小回弹的的措施（2）从工艺上上采取措施施①采用校正弯曲代替自由弯弯曲;②采用拉弯工艺。（3）从模具结结构上采取取措施①对于较硬材材料，可根根据回弹值值对模具工工作部分的的形状和尺尺寸进行修正。②对于软材料料，其回弹弹角小于5°时，可在模模具上作出出补偿角并取较小的凸、、凹模间隙隙（图3-24）。③对于厚度在在0.8mm以上的软材材料，r/t又不大时，，可采取如如图3-25所示结构。。④对于U形件弯曲，，当r/t较小时,可采取增加加背压的方法(如图3-25(b))；当r/t较大时，可可采取将凸凸模端面和和顶板表面面作成一定定曲率的弧形（如图3-26(a)）；另一种克服服回弹的有有效方法：：采用摆动式凹模模，而凸模侧侧壁应有补补偿回弹角角（图3-26（b））。当当材料厚度度负偏差较较大时，可可设计成凸凸、凹模间隙可调的弯曲模（（图3-26（c））。1.偏移现象四弯曲时的偏偏移2.消除偏移的的措施对称弯曲弯曲后的翘翘曲五弯曲曲后的翘曲曲与剖面畸畸变型材、管材材弯曲后的的剖面畸变变弯曲件的结结构工艺性性:指弯曲件的的形状、尺尺寸、精度度、材料以以及技术要要求等是否否符合弯曲曲加工的工工艺要求。。尺寸公差按按GB/T13914-92，角度公差差按GB/T13915-92，形状和位位置未注公公差按GB/T13916-92，未注公差差尺寸的极极限偏差按按GB/T5055-94。对于弯曲曲件的精度度要求要合合理。弯曲曲件长度的的未注公差差尺寸的极极限偏差和和弯曲件角角度的自由由公差也可可以按表3-4和表3-5确定。一弯曲曲件的精度度课题四弯弯曲件的的结构工艺艺性具有有足足够够的的塑塑性性，，屈屈强强比比（（脆较较大大的的材材料料，，则则最最小小相相对对弯弯曲曲半半径径大，，回回弹弹大大，，不不利利于于成成形形。。屈服服点点与与弹弹性性模模量量的的比比值值（（则有有利利于于弯弯曲曲成成形形和和工工件件质质量量的的提提高高。。)小，，)小，，二弯弯曲曲件件的的材材料料弯曲曲件件的的弯弯曲曲半半径径不不宜宜小小于于最最小小弯弯曲曲半半径径，，否否则则，，要要多多次次弯弯曲曲，，增增加加工工序序数数；；也不不宜宜过过大大，，因因为为过过大大时时，，受受到到回回弹弹的的影影响响，，弯弯曲曲角角度度与与弯弯曲曲半半径径的的精精度度都都不不易易保保证证。。三弯曲曲件件的的结结构构1.弯曲曲半半径径一般般要要求求弯弯曲曲件件形形状状对对称称，，弯弯曲曲半半径径左左右右一一致致，，则则弯弯曲曲时时坯坯料料受受力力平平衡衡而而无无滑滑动动。。三弯曲曲件件的的结结构构2.弯曲曲件件的的形形状状弯曲曲件件的的直直边边高高度度不不宜宜过过小小，，其其值值应应为为h>r+2t三弯曲曲件件的的结结构构3.弯曲曲件件高高度度在局局部部弯弯曲曲某某一一段段边边缘缘时时，，为为避避免免弯弯曲曲根根部部撕撕裂裂，，应应减减小小不不弯弯曲曲部部分分的的长长度度B，使使其其退退出出弯弯曲曲线线之之外外，，即即b≥≥r（如如上上页页图图(a)），，或或在在弯弯曲曲部部分分与与不不弯弯曲曲部部分分之之间间切切槽槽，，或或在在弯弯曲曲前前冲冲出出工工艺艺孔孔。。三弯曲曲件件的的结结构构4．防止止弯弯曲曲根根部部裂裂纹纹的的工工件件结结构构当t<2mm时，，当t≥2mm时，，三弯曲曲件件的的结结构构5．弯曲曲件件孔孔边边距距离离增添添连连接接带带和和定定位位工工艺艺孔孔的的弯弯曲曲件件三弯曲曲件件的的结结构构6．增添添连连接接带带和和定定位位工工艺艺孔孔尺寸寸标标注注对对弯弯曲曲件件的的工工艺艺性性有有很很大大的的影影响响。。三弯曲曲件件的的结结构构7．尺寸寸标标注注据中中性性层层的的定定义义，，弯弯曲曲件件的的坯料料长长度度应应等等于于中中性性层层的的展展开开长长度度。中性性层层位位置置以以曲率率半半径径式中中：：为中中性性层层位位移移系系数，见表3-6。表示（右图）），通常用下下面经验公式式确定：课题五弯曲件展开尺尺寸计算一弯曲中性层位位置的确定对于形状比较较简单、尺寸寸精度要求不不高的弯曲件件，可直接采采用下面介绍绍的方法计算算坯料长度。。对于形状比较较复杂或精度度要求高的弯弯曲件，在利利用下述公式式初步计算坯坯料长度后，，还需反复试弯不断修正，才能最后确确定坯料的形形状及尺寸。。二弯曲件件展开尺寸计计算1.圆角半径r>0.5t的弯曲件按中性层展开开的原理，坯坯料总长度应应等于弯曲件件直线部分和和圆弧部分长长度之和，即即2.圆角半径r<0.5t的弯曲件按变形前后体积不变条件确定坯料料长度。通常常采用表3-7所列经验公式式计算。3.铰链式弯曲件件对于ｒ＝（0.6～3.5）ｔ的铰链件（右右图），其坯坯料长度可按按下式近似计计算。例3-2计算下图所示示弯曲件的坯坯料展开长度度。V形件弯曲力一自由弯弯曲时的弯曲曲力U形件弯曲力——自由弯曲在冲冲压行程结束束时的弯曲力力；Ｂ——弯曲件件的宽宽度；；ｔ——弯曲材材料的的厚度度；ｒ——弯曲件件的内内弯曲曲半径径；式中：：——材料的的抗拉拉强度度；Ｋ——安全系系数，，一般般取Ｋ＝1.3。课题六六弯曲力力的计计算式中：：二校校正正弯曲曲时的的弯曲曲力——校正弯弯曲应应力；；A———校正部部分投投影面面积；；P———单位面面积校校正力力，其其值见见表3-9。三顶顶件件力或或压料料力若弯曲曲模设设有顶顶件装装置或或压料料装置置，其其顶件件力（或压压料力力)可近似似取自自由弯弯曲力力的30％～80％。即即对于有有压料料的自自由弯弯曲四压压力力机公公称压压力的的确定定对于校校正弯弯曲１．形形状简简单的的弯曲曲件：：采用用一次次弯曲曲成形形；形状复复杂的的弯曲曲件：：采用用二次次或多多次弯弯曲成成形。。２．批批量大大而尺尺寸较较小的的弯曲曲件：：尽可能能采用用级进进模或或复合合模。。３．需需多次次弯曲曲时：：先弯两两端，，后弯弯中间间部分分，前前次弯弯曲应应考虑虑后次次弯曲曲有可可靠的的定位位，后后次弯弯曲不不能影影响前前次已已成形形的形形状。。４．弯弯曲件件形状状不对对称时时：尽量成成对弯弯曲，，然后后再剖剖切。。一弯弯曲曲件的的工序序安排排原则则课题七七弯曲件件的工工序安安排一次弯弯曲二次弯弯曲第一次次弯曲曲第二次次弯曲曲二典典型型弯曲曲件的的工序序安排排二典典型型弯曲曲件的的工序序安排排（续续）三次弯弯曲第一次次弯曲曲第二次次弯曲曲第三次次弯曲曲二典典型型弯曲曲件的的工序序安排排（续续）四次弯弯曲第一次次弯曲曲第二次次弯曲曲第三次次弯曲曲第四次次弯曲曲采用级级进模模弯曲曲1.V形件弯弯曲模模Ｖ形弯弯曲模模的一一般结结构形形式1－凸模模;2－定位位板;3－凹模模;4－定位位尖;5－顶杆杆;6－Ｖ形形顶板板;7－顶板板;8－定料料销;9－反侧侧压块块课题八八弯曲模模的典典型结结构一单工序序弯曲曲模1-凸模;2－支架架;3－定位位板（（或定定位销销）;4－活动动凹模模;5－转轴轴;6－支承承板;7－顶杆杆V形精弯弯模２．U形件弯弯曲模模一单单工工序弯弯曲模模（续续）弯曲角角小于于90°°的U形弯曲曲模３．形件一一次弯弯曲模模两次成成形弯弯曲模模形件复复合弯弯曲模模带摆块块的形件弯弯曲模模４．Z形件弯弯曲模模形件弯弯曲模模U形件弯弯曲模模1—凸模;2——凹模;3——弹簧;4——凸模活活动镶镶块;5、9—凹模活活动镶镶块;6——定位销销;7——转轴;8——顶板弯曲角角小于于90°°的U形弯曲曲模形件一一次弯弯曲模模两次成成形弯弯曲模模1—凸模;2——定位板板;3——凹模;4——顶板;5——下模座座形件复复合弯弯曲模模1—凸凹模模;2—凹模;3—活动凸凸模;4—顶杆带摆块块的形件弯弯曲模模1—凹模;2——活动凸凸模;3——摆块;4——垫板;5——推板Z形件弯弯曲模模一单单工工序弯弯曲模模（续续）５．圆圆形件件弯曲曲模（1）直径径d≤5mm的小圆圆形件件（2）直径径d≥20mm的大圆圆形件件带摆动动凹模模的一一次弯弯曲成成形模模两道工工序弯弯曲大大圆三道工工序弯弯曲大大圆1—凸模;2—压板;3—芯棒;4—坯料;5—凹模;6—滑块;7—侧楔;8—活动凹凹模直径d≤5mm的小圆圆形件件三道工序弯弯曲大圆直径d≥20mm的大圆形件件1—凸模;2—凹模;3—定位板两道工序弯弯曲大圆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—下模座带摆动凹模模的一次弯弯曲成形模模一单工工序弯曲模模（续）６．铰链件件弯曲模７．其他形形状弯曲件件的弯曲模模滚轴式弯曲曲模带摆动凸模模弯曲模带摆动凹模模的弯曲模模卷圆的原理理：通常是采用用推圆法铰链件弯曲曲工序安排排铰链件弯曲曲模1—斜楔;2—凹模;3—凸模;4—弹簧1—凸模;2—定位板;3—凹模;4—滚轴;5—挡板滚轴式弯曲曲模1—摆动凸模;2—压料装置;3—凹模带摆动凸模模的弯曲模模1—凸模;2—定位板;3—摆动凹模带摆动凹模模的弯曲模模对于批量大、尺寸较小的弯曲件，，为了提高高生产率，，操作安全全，保证产产品质量等等，可以采采用级进弯曲模模进行多工位位的冲裁、、压弯、切切断连续工工艺成形。。连续工艺成成形二级进弯曲模模1—挡块;2—顶件销;3—凸凹模;4—冲孔凸模;5—冲孔凹模;6—弯曲凸模对于尺寸不大的弯曲件，，可以采取取复合模，即在压力力机一次行行程内，在在模具同一一位置上完完成落料、、弯曲、冲冲孔等几种种不同工序序。三复合弯曲模模对于小批生产或试制生产的零件件，一般采采用通用弯弯曲模。图3-70是经多次V形弯曲制造造复杂零件件的例子。。图3-71是折弯机上上用的弯曲曲模端面形形状。图3-72为通用V形弯曲模。。四通用弯曲模模多次V形弯曲制造造复杂零件件的例子折弯机上用用的弯曲模模端面形状通用V形弯曲模弯曲模工作作部分的尺尺寸课题九弯弯曲模模工作零件件设计一弯曲曲模工作部部分结构参参数确定当工件的相相对弯曲半半径ｒ/ｔ较小时，凸凸模圆角半半径加以修正。。取等于工件件的弯曲半半径ｒ，但不应小小于表3-1所列的最小小弯曲半径径值rmin。当ｒ/ｔ＞10时，则应考考虑回弹，，将凸模圆圆角半径1.凸模圆角半半径凹模两边的的圆角半径径应一致，否则在弯弯曲时坯料料会发生偏偏移。t≤2mm时，＝（3～6）ｔｔ＝2～4ｍｍ时，＝（2～3）ｔｔ＞4ｍｍ时，＝2ｔV形弯曲凹模模的底部可可开退刀槽槽或取圆角角半径2.凹模圆角半半径V形件弯曲模模：表3-10U形件弯曲模模：表3-11及表3-123.凹模深度V形弯曲模的的凸、凹模模间隙是靠靠调整压机机的闭合高高度来控制制的，设计计时可以不不考虑。U形件弯曲模模的凸、凹凹模单边间间隙一般可可按下式计计算：式中,C为间隙系数数，可查表表3-13。当工件精度度要求较高高时，其间间隙应适当当缩小，取取Z/2＝t。4.凸、凹模间间隙决定原则：工件标注外外形尺寸时时，应以凹凹模为基准准件，间隙隙取在凸模模上。工件标注内内形尺寸时时，应以凸凸模为基准准件，间隙隙取在凹模模上。5.U形件弯曲凸凸、凹模横横向尺寸及及公差（2）尺寸标注注在外形上上(１)尺寸标注在在外形上凹模尺寸凸模尺寸凸模尺寸凹模尺寸式中，为凸、凹模模的制造公公差，可采采用ＩＴ7～ＩＴ9级精度，一一般取凸模模的精度比比凹模精度度高一级。。1.斜楔楔、、滑滑块块之之间间的的行行程程关关系系2.斜楔楔滑滑块块的的尺尺寸寸设设计计斜楔楔角角α一般般取取40°，为为了了增增大大滑滑块块行行程程s，也也可可取取45°、50°等。。一一般般要要求求斜斜楔楔的的有有效效行行程程s1应大大于于滑滑块块的的行行程程s。斜楔楔、、滑滑块块尺尺寸寸关关系系图图二斜