冲压工艺与模具设计-电子教案第3章

会计学1冲压工艺与模具设计-电子教案第3章弯曲模的典型结构3.7斜楔滑块机构设计3.9弯曲模工作部分结构参数的确定3.8第1页/共104页弯曲是将金属材料（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。第2页/共104页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、绕弯等。图3.1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弯曲模具的设计。第3页/共104页图3.1各种弯曲件第4页/共104页3.1弯曲变形分析

板料的V形弯曲是最基本的弯曲方式。图3.2所示为V形件弯曲加工示意图。第5页/共104页图3.2V形件弯曲加工示意图第6页/共104页图中t为弯曲件厚度，r为弯曲（内）半径，α为弯曲角，φ为弯曲段中心角。第7页/共104页显然φ=180°−α，弯曲凹模型腔轮廓由半径分别为r凹和（r+t）的两段圆弧及其公切线连成，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。第8页/共104页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，两侧不与制件接触的非工作表面可以向内凹进一些（图3.2），以免变形过程中和制件接触，影响其变形。第9页/共104页

3.1.1弯曲变形过程

V形件的弯曲变形过程可分为三个阶段，如图3.3所示。第10页/共104页图3.3V形件弯曲的过程第11页/共104页1．正向弯曲阶段开始弯曲时，平板料被支承在凹模口的AA两点上，凸模最先接触的是板料的中部。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AA之间引起弯曲变形。两支承点AA两点之间就称为变形区，AA两点以外的左右两端称为非变形区。第12页/共104页随着凸模的下压，曲率不断增加，弯曲半径不断减小。凹模对板料的支承点也不再是AA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。第13页/共104页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AA两点以外，一直没有参与弯曲变形，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AA段以内，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，由变形区转为非变形区。第14页/共104页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。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，使之恢复平直状态。第15页/共104页2．正、反向弯曲阶段随着凸模的下压，直到制件两侧翘起的非变形区与凸模接触（即三点接触），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。第16页/共104页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。第17页/共104页

3．校正弯曲阶段由于塑性变形的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，也可能是负回弹。第18页/共104页为了减少回弹变形，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，但会对制件施加巨大的压力，使之校正定形。这个阶段的变形一般称之为校正弯曲。第19页/共104页3.2弯曲件的质量分析

3.2.2弯曲卸载后的回弹

3.2.2.1回弹现象第20页/共104页图3.7弯曲时的回弹第21页/共104页

3.2.2.2影响回弹的因素①材料的力学性能：材料的屈服点s越高，弹性模量E越小，即s/E的比值愈大，则弯曲回弹越大。第22页/共104页②相对弯曲半径：相对弯曲半径r/t越小，板料的变形程度就越大，总变形中弹性变形所占的比例就减小，所以回弹值越小。第23页/共104页③弯曲件角度：弯曲件角度越小，表示变形区域越大，回弹的积累越大，回弹角越大。第24页/共104页④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（压）应力，因而减小了弯曲回弹。第25页/共104页⑤模具间隙：压制U形件时，模具间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。在无底凹模内作自由弯曲时，回弹最大。第26页/共104页⑥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互牵制，故回弹就越小。第27页/共104页

3.2.2.4控制回弹的措施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。第28页/共104页（1）弯曲件的合理设计在弯曲变形区压出加强筋或成形边翼（图3.8），提高弯曲件的刚度，抑制回弹。第29页/共104页图3.8弯曲区的加强筋第30页/共104页在为弯曲件选材时，选用弹性模量大，屈服点低，力学性能稳定的材料，也可使弯曲件回弹减小。对于冷作硬化的材料，弯曲前先退火软化，降低其屈服点s，以减少回弹，弯曲后再淬硬。第31页/共104页（2）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，尺寸达到要求。第32页/共104页例如：弯曲V形件时，将凸模角度减去一个回弹角，弯曲U形件时，将凸模两侧分别作出等于回弹量的斜度（图3.9（a））；或将凹模底部作成弧形（图3.9（b）），利用底部向下回弹的作用，补偿两直边的向外回弹。第33页/共104页（a）（b）图3.9补偿回弹的方法第34页/共104页（3）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第35页/共104页3.3弯曲件的结构工艺性

3.3.1弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于表3.2所列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径；也可采用热弯。第36页/共104页对于1mm以下的薄料可改变工件的结构形状。如图3.17（a）所示U形件，可将直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3.17（b））再进行弯曲。第37页/共104页图3.17在弯曲区内侧开制槽口第38页/共104页

3.3.2弯曲件直边高度

在工件弯曲90°时，为了保证弯曲件的直边平直，弯曲件直边高度H不应小于2t（图3.18），最好大于3t。若H<2t时，可开槽后弯曲；或先增高直边高度，弯曲后再去掉。第39页/共104页图3.18弯曲件的直边高度第40页/共104页

3.3.3弯曲件孔边距

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，由孔边到工件弯曲中心的距离L（图3.19）必须保证：当t<2mm时，L≥t；当t≥2mm时，L≥2t。第41页/共104页如不能满足上述条件，则可在不影响制件强度及使用的条件下，采取冲缺口或月牙槽的办法（图3.20（a）、（b）），或在弯曲变形区冲出工艺孔（图3.20（c）），以便将靠近孔的变形区材料适当切除，以释放弯曲应力。第42页/共104页

图3.19弯曲件孔边距第43页/共104页

图3.20防止孔变形的措施第44页/共104页

3.3.4增添连接带和工艺孔、槽

弯曲变形区附近有缺口的弯曲件，若在毛坯上先将缺口冲出后再弯曲，则弯曲时会出现叉口，甚至无法成形。这时应在缺口处补加连接带，弯曲后再将连接带切除，如图3.21所示。第45页/共104页

板料边缘需局部弯曲时，为了避免角部畸变与形成裂纹，应预先切槽或冲工艺孔，如图3.22所示。第46页/共104页

图3.21切除连接弯曲件第47页/共104页

图3.22预冲工艺槽及冲工艺孔的弯曲件第48页/共104页3.3.5切口弯曲件形状

切口弯曲件的切口弯曲工序一般在模内一次完成。为了工件便于从凹模中推出，弯曲部分一般做成梯形或先冲出周边槽孔再弯曲，如图3.23所示。第49页/共104页图3.23切口件形状第50页/共104页3.3.6弯曲件的尺寸公差

一般弯曲件的尺寸公差等级在IT13级以下，角度公差大于15'。当工件弯曲精度要求更高时，应增加整形工序。

第51页/共104页3.6弯曲件的工序安排

一个复杂的弯曲件一般要经过多次弯曲才能成形。弯曲件的工序安排应根据工件形状、精度等级、生产批量以及材料的力学性能等因素进行考虑。弯曲工序安排合理，则可以简化模具结构，提高工件质量和劳动生产率。第52页/共104页

3.6.1弯曲件工序安排的方法

①对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形工件等，可以一次弯曲成形。对于形状复杂的弯曲件，一般要采用两次或多次弯曲成形。第53页/共104页②对于批量大而尺寸较小的弯曲件，应尽可能采用一副复杂的模具（例如多工位级进模）成形，使其操作方便，定位准确，提高生产率。第54页/共104页③弯曲时，一般先弯两端，后弯中间部分，前次弯曲应考虑后次弯曲有可靠的定位，后次弯曲不能影响前次已成形的部分。第55页/共104页

3.6.2典型弯曲件工序安排两道工序弯曲成形的示例，如图3.27所示。第56页/共104页图3.27两道工序弯曲成形第57页/共104页三道工序弯曲成形的示例，如图3.28所示。第58页/共104页图3.28三道工序弯曲成形第59页/共104页多道工序弯曲成形的示例，如图3.29所示。第60页/共104页图3.29多道工序弯曲成形第61页/共104页3.7弯曲模的典型结构

3.7.1V形件弯曲模

图3.30所示为V形件弯曲模的基本结构。第62页/共104页图3.30V形件弯曲模

1—顶杆；2—定位销；3—模柄；

4—凸模；5—凹模；6—下模座第63页/共104页图3.31（a）所示为L形件弯曲模，图3.31（b）是带有校正作用的L形弯曲模。第64页/共104页图3.31L形件弯曲模

1—凹模；2—凸模；3—定位销；4—压料板；5—靠板第65页/共104页

3.7.2U形件弯曲模

U形件一般是一次同时弯两个角。根据工件的要求，可采用如图3.32所示的几种结构形式。第66页/共104页图3.32U形件弯曲模

1—凸模；2—定位板；3—凹模；4—压料板第67页/共104页

3.7.3帽形件弯曲模

帽形件（）可以一次弯曲成形，也可以分两次弯曲成形。一次弯曲成形用最简单的弯曲模如图3.35所示。在弯曲过程中，由于外角C处的弯曲线位置是变化的，因此，材料在弯曲时有拉长现象，零件脱模后可能产生变形，如图3.35（c）所示。第68页/共104页图3.35帽形件弯曲模第69页/共104页图3.35帽形件弯曲模第70页/共104页图3.35帽形件弯曲模第71页/共104页

3.7.4圆形件弯曲模

①

圆筒直径d≤5mm的小圆弯曲件，一般是先弯成U形，然后再弯成圆形，如图3.37所示。第72页/共104页

图3.37小圆两次弯曲模第73页/共104页②

圆筒直径d≥20mm的大圆弯曲件。一般是先弯曲成波浪形，然后再弯成圆形，如图3.39所示。第74页/共104页图3.39大圆两次弯曲模

1—凸模；2—凹模；3—定位板第75页/共104页③采用摆动凹模一次弯曲成形。如图3.40所示的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。凸模继续下行，摆动凹模将U形弯成圆形。第76页/共104页弯好后，推开支撑3，将工件从凸模4上取下。这种弯曲方法的缺点是弯曲件上部得不到校正，回弹较大，只适合于直径较大的弯曲件。第77页/共104页图3.40大圆一次弯曲模

1—顶板；2—摆动凹模；3—支撑；4—凸模第78页/共104页3.8弯曲模工作部分结构

参数的确定

3.8.1弯曲凸模和凹模圆角半径

3.8.1.1弯曲凸模的圆角半径当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模圆角半径r凸等于弯曲件的弯曲半径，但必须大于最小弯曲圆角半径。第79页/共104页若r/t小于最小相对弯曲半径，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，达到零件要求。第80页/共104页若弯曲件的相对弯曲半径r/t较大，精度要求较高时，凸模圆角半径应根据回弹值作相应的修正。第81页/共104页

3.8.1.2弯曲凹模的圆角半径

弯曲凹模圆角半径r凹的大小，直接影响坯料的弯曲成形。第82页/共104页圆角半径过小，坯料拉入凹模的阻力大，会产生毛坯表面严重擦伤和拉薄；圆角半径过大，会影响定位的准确性；在对称弯曲时，如两面的圆角半径不一致，流动阻力则不一致，会使坯料产生偏移。第83页/共104页

生产中，一般按材料的厚度决定凹模圆角半径：

t≤2mmr凹=(3～6)tt=2～4mmr凹=(2～3)tt>4mmr凹=2t第84页/共104页

对于V形件凹模，其底部可开槽，或取

r凹=(0.6～0.8)(r凸+t)第85页/共104页

3.8.2弯曲凹模工作部分深度弯曲凹模深度是弯曲模结构的重要参数。V形件弯曲凹模深度通常用其斜壁长度L0（图3.42）表示。第86页/共104页

L0过小，则无法对材料两侧的已变形区进行校正。L0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。第87页/共104页图3.42弯曲模结构尺寸第88页/共104页

3.8.3弯曲凸模和凹模之间的间隙

对于V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。对于U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，降低凹模寿命；间隙过大，则回弹增大，降低工件的精度。第89页/共104页U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙Z一般可按下式计算：第90页/共104页3.9斜楔滑块机构设计

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时，则应采用斜楔滑块机构。第91页/共104页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、凹模的水平运动或倾斜运动，以便进行冲侧孔、水平弯曲等工序的加工。下面主要介绍斜楔滑块水平运动的情况。第92页/共104页

3.9.1斜楔、滑块之间的行程关系斜楔作用下滑块水平运动时的几何关系如图3.45所示。由图可知：第93页/共104页式中，S—水平滑块行程；

S1—斜楔工作行程；

—斜楔角。第94页/共104页图3.45滑块水平运动几何关系α>5mm，b≥