冲压模具设计-第五章

弯曲是冲压基本工序之一。弯曲变形过程分析弯曲件质量影响因素(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)弯曲工艺计算(坯料尺寸计算)工艺方案制定(工艺性分析与工艺方案确定)弯曲模设计(弯曲模典型结构、弯曲模工作零件设计等)内容简介：学习目的与要求：1．了解弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素；2．掌握弯曲工艺计算方法。3．掌握弯曲工艺性分析与工艺设计方法；4．认识弯曲模典型结构及特点，掌握弯曲模工作零件设计方法；5．掌握弯曲工艺与弯曲模设计的方法和步骤。重点：难点：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。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。第三节弯曲质量分析第四节弯曲件坯料尺寸的计算第五节弯曲力的计算第六节弯曲件的工艺性第七节弯曲件的工序安排第八节弯曲模典型结构第九节弯曲模结构设计第一节概述第二节弯曲变形分析本章目录第一节概述弯曲：弯曲方法：弯曲模：

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。弯曲所使用的模具。

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。

生活中的弯曲件用模具成形的弯曲件之一、之二第二节弯曲变形分析V形弯曲是最基本的弯曲变形。一、弯曲变形过程1、弯曲变形时板材变形区受力情况分析变形区主要在弯曲件的圆角部分，板料受力情况如图。2、弯曲变形过程自由弯曲校正弯曲弹性弯曲塑性弯曲弯曲效果：弯曲半径（减小）、弯曲中心角（增大）的变化二、塑性弯曲变形区的应力、应变窄板（B/t＜3）：弯曲后坐标网格变化。宽板（B/t＞3）：内区宽度增加，外区宽度减小，原矩形截面变成了扇形

横截面几乎不变，仍为矩形内区缩短中性层不变外区伸长长度方向：各方向变形特点宽度方向：厚度方向：内区增加，不易外区变薄中性层内移应力状态宽板（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长度方向σ1：内区受压，外区受拉（+）（－）应变状态宽板（B/t＞3）窄板（B/t＜3）长度方向ε1：内区压应变，外区拉应变厚度方向ε2：内区拉应变，外区压应变

宽度方向ε3：内区拉应变，外区压应变长度方向ε1：内区压应变，外区拉应变厚度方向ε2：内区拉应变，外区压应变

宽度方向ε3：内外区近似为零三向应变两向应变平面应变（+）（－）相对弯曲半径（r/t）：三、变形程度及其表示方法弯曲中心角为表示板料弯曲变形程度的大小。

1、直边不参与变形；中性层的内移四、板料弯曲的变形特点2、变形区长度、宽度、厚度变化，变形区板料厚度变薄3、细而长的板料弯曲后的纵向翘曲与窄板弯曲后的剖面畸变管材、型材弯曲后的剖面畸变（应变）中性层：弯曲变形的前后长度不变弯曲成形典型零件弯曲件的弯曲方法模具压弯折弯滚弯拉弯V形件弯曲模1－下模板2、5－圆柱销3－弯曲凹模4－弯曲凸模6－模柄7－顶杆8、9－螺钉10－定位板V形弯曲板材受力情况1-凸模2-凹模

弯曲过程弯曲前坐标网格的变化

弯曲后

弯曲前弯曲变形区的横截面变化情况

窄板（B/t3）宽板（B/t>3）弯曲后的翘曲型材、管材弯曲后的剖面畸变生活中的弯曲零件用模具成形弯曲件一用模具成形弯曲件二复习上次课内容1、冲裁模设计步骤：工艺分析、工艺方案的确定2、弯曲变形过程3、弯曲变形特点4、弯曲变形时的应力、应变状态5、弯曲件的质量问题——弯裂第三节弯曲质量分析

——弯裂一、最小相对弯曲半径最小弯曲半径rmin：

在板料不发生破坏的条件下，所能弯成零件内表面的最小圆角半径。

常用最小相对弯曲半径rmin/t

表示弯曲时的成形极限。其值越小越有利于弯曲成形。

1、影响最小相对弯曲半径的因素（1）材料的力学性能δrmin/t

（2）材料表面和侧面的质量（3）弯曲线的方向（4）弯曲中心角（5）板材宽度：b/t↓→

rmin/t↓

rmin/t

2、最小弯曲半径rmin的数值取经验值参见表5-1/p1223、提高弯曲极限变形程度的方法（1）经冷变形硬化的材料，可热处理后再弯曲。（2）清除冲裁毛刺，或将有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘。（3）对于低塑性的材料或厚料，可采用加热弯曲。（4）采取两次弯曲的工艺方法，中间加一次退火。

（5）对较厚材料的弯曲，如结构允许，可采取开槽后弯曲。第三节弯曲质量分析

——卸载后的回弹

塑性弯曲时伴随有弹性变形，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致，这种现象叫回弹。二、回弹现象弯曲回弹的表现形式：

1、弯曲半径增大2、弯曲件角度增大弯曲中心角减小1、材料的力学性能影响回弹的因素越大，回弹越大。材料的力学性能对回弹值的影响1、3-退火软钢2-软锰黄铜4-经冷变形硬化的软钢2、相对弯曲半径r/t越小，变形区的外侧在长度方向的总变形程度越大，但弹性变形的比例越小，回弹积累值也越小。r/t越大，回弹越大。变形程度对弹性恢复值的影响

3、弯曲中心角

越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，故回弹角越大。4、工件的形状一般而言，弯曲件越复杂，一次弯曲成形角的数量越多，回弹量就越小。5、弯曲方式及弯曲模结构

（1）在无底凹模内作自由弯曲时（图），回弹最大。

（2）在有底凹模内作校正弯曲时（图），回弹较小。校正弯曲圆角部分的回弹比自由弯曲时大为减小。

校正弯曲时圆角部分的较小正回弹与直边部分负回弹的抵销，回弹可能出现正、零或是负三种情况。（3）在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有较大的影响。间隙越大，回弹角也就越大，如图所示。

方法:先根据经验数值和简单的计算来初步确定模具工作部分尺寸，然后在试模时进行修正。三、回弹值的确定1、小变形程度（r/t≥10）自由弯曲时的回弹值

凸模工作部分的圆角半径和角度可按下式进行计算：

2、大变形程度（r/t

＜5）自由弯曲时的回弹值

卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的，可以不予考虑，而仅考虑弯曲中心角的回弹变化。

弯曲件角度为90°时部分材料的平均回弹角见表5-2。当弯曲件角度不为90°时，其回弹角可用下式计算：3、校正弯曲时的回弹值见表5-3。表5-4为U形件弯曲回弹角。1、改进弯曲件的设计四、减少回弹的措施（1）尽量避免选用过大的r/t。如有可能，在弯曲区压制加强筋，以提高零件的刚度，抑制回弹。（2）尽量选用小s/E的材料。2、采取适当的弯曲工艺（1）采用校正弯曲代替自由弯曲。（2）对冷作硬化的材料须先退火，使其屈服点s降低。对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。（3）相对弯曲半径很大的工件采用拉弯工艺。

工件在拉弯中沿截面高度的应变分布（4）对于U形件弯曲当r/t较小时，可采取增加背压的方法；

当r/t较大时，可采取将凸模端面和顶板表面作成一定曲率的弧形；

另一种克服回弹的有效方法：采用摆动式凹模，而凸模侧壁应有补偿回弹角

Δ

；当材料厚度负偏差较大时，可设计成凸、凹模间隙可调的弯曲模。3、合理设计弯曲模（1）对于较硬材料，可根据回弹值对模具工作部分的形状和尺寸进行修正。（2）对于软材料，其回弹角小于5°时，可在模具上作出补偿角并取较小的凸、凹模间隙（图）。（3）对于厚度在0.8mm以上的软材料，r/t又不大时，可采取如图所示结构。（5）在弯曲件直边端部纵向加压。（6）用橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹。（如图）。板料在弯曲过程中沿凹模圆角滑移时，会受到凹模圆角处摩擦阻力的作用。当板料各边所受的摩擦阻力不等时，有可能使毛坯在弯曲过程中沿工件的长度方向产生移动，使工件两直边的高度不符合图样的要求，这种现象称为偏移。第三节弯曲质量分析

——偏移克服措施：１）采用压料装置２）利用毛坯上的孔或设计工艺孔用定位销定位３）对称弯曲４）模具间隙调整对称第四节弯曲件坯料尺寸的计算据中性层的定义，弯曲件的坯料长度应等于中性层的展开长度。一、弯曲中性层位置的确定中性层位置以曲率半径

x—中性层位移系数

表5-5/p131

表示，通常用下面经验公式确定：

（推导过程p131)

形状比较简单、尺寸精度要求不高的弯曲件:

直接计算坯料长度。形状复杂或精度要求高的弯曲件:

公式初步计算坯料长度,再反复试弯不断修正，最后确定坯料的形状及尺寸。二、弯曲件坯料尺寸的计算1、圆角半径r>0.5t的弯曲件

按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，即

2、圆角半径r<0.5t的弯曲件（无圆角半径）

按变形前后体积不变条件确定坯料长度。经验公式：

x′=0.4~0.6，为考虑弯曲变薄的系数。3、铰链式弯曲件对于r＝（0.6~3.5）t的铰链件，其坯料长度可按下式近似计算：注：铰链通常采用推圆的方法，在卷圆过程中板料增厚，中性层外移。卷圆时中性层位移系数r/t0.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.82.02.5≥3x10.770.760.750.730.720.700.690.670.660.640.620.600.580.540.520.5作业1、计算下图所示弯曲件的坯料展开长度。（a）（b）（c）纤维方向对的影响rmin/t开槽后进行弯曲无底凹模内的自由弯曲Ｖ形件弯曲模1－下模板2、5－圆柱销3－弯曲凹模4－弯曲凸模6－模柄7－顶杆8、9－螺钉10－定位板校正性弯曲时的回弹间隙对回弹的影响

拉弯用模具拉弯时断面内切向应变的分析克服回弹措施Ⅰ克服回弹措施Ⅱ克服回弹措施Ⅲ坯料端部加压弯曲软凹模弯曲第五节弯曲力的计算V形件弯曲力一、自由弯曲时的弯曲力U形件弯曲力——自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力；B——弯曲件的宽度；t——弯曲材料的厚度；r——弯曲件的内弯曲半径；式中：——材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取K＝1.3。式中：二、校正弯曲时的弯曲力——校正弯曲应力；A——校正部分的垂直投影面积；p——单位面积校正力，其值见表5-6。若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力三、顶件力或压料力（或压料力)可近似取自由弯曲力的30％～80％。即对于有压料的自由弯曲四、压力机公称压力的确定对于校正弯曲弯曲力的变化曲线1-弹性弯曲阶段2-自由弯曲阶段3-校正弯曲阶段1.5～2复习上次课内容1、弯曲件的质量分析弯裂、回弹、偏移2、弯曲件坯料尺寸的计算3、弯曲力的计算第六节弯曲件的工艺性

一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15´。一、弯曲件的精度具有足够的塑性，屈强比（二、弯曲件的材料脆性较大的材料，则最小相对弯曲半径屈服点与弹性模量的比值（则有利于弯曲成形和工件质量的提高。）小）小大，回弹大，不利于成形。1、弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则造成变形区外层材料弯裂；也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度与弯曲半径的精度都不易保证。

三、弯曲件的结构2、弯曲件的形状一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯料受力平衡而无滑动。

3、弯曲件直边高度弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为

h>r+2t直边带斜角，斜角到达变形区，应改变零件形状4、防止弯曲根部裂纹的工件结构在局部弯曲某一段边缘时，为避免弯曲根部撕裂，应减小不弯曲部分的长度B，使其退出弯曲线之外，即b≥r（如上页图a），或在弯曲部分与不弯曲部分之间切槽，或在弯曲前冲出工艺孔。

5、弯曲件上孔的位置当t<2mm时，当t≥2mm时，6、增添连接带和定位工艺孔增添连接带和定位工艺孔的弯曲件

7、尺寸标注尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。第七节弯曲件的工序安排1、形状简单的弯曲件：采用一次弯曲成形；形状复杂的弯曲件：采用二次或多次弯曲成形。2、批量大而尺寸较小的弯曲件：尽可能采用级进模或复合模。3、需多次弯曲时：先弯两端，后弯中间，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形状。4、弯曲件形状不对称时：尽量成对弯曲，然后再剖切（图）

一、弯曲件的工序安排原则二、典型弯曲件的工序安排一次弯曲二次弯曲第一次弯曲第二次弯曲三次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲四次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第四次弯曲成对弯曲成形第八节弯曲模典型结构1、V形件弯曲模一、单工序弯曲模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6－Ｖ形顶板7－顶板8－定料销9－反侧压块(1)V形精弯模1-凸模2－支架3－定位板（或定位销）4－活动凹模5－转轴6－支承板7－顶杆(2)U形件弯曲模弯曲角小于90°的U形弯曲模(3)

形件一次弯曲模两次成形弯曲模

形件复合弯曲模带摆块的(4)Z形件弯曲模形件弯曲模形件弯曲模5、圆形件弯曲模（1）直径d≤5mm的小圆形件（2）直径d≥20mm的大圆形件带摆动凹模的一次弯曲成形模两道工序弯曲大圆三道工序弯曲大圆小圆一次压弯模自动推件圆形件一次弯曲模6、铰链件弯曲模7、其它形状弯曲件的弯曲模滚轴式弯曲模带摆动凸模弯曲模带摆动凹模的弯曲模卷圆的原理：通常是采用推圆法铰支板弯曲模对于批量大、尺寸较小的弯曲件，为了提高生产率，操作安全，保证产品质量等，可以采用级进弯曲模进行多工位的冲裁、压弯、切断连续工艺成形。二、级进模(连续弯曲模)对于尺寸不大的弯曲件，还可以采用复合模，即在压力机一次行程内，在模具同一位置上完成落料、弯曲、冲孔等几种不同工序。三、复合模对于小批生产或试制生产的零件，一般采用通用弯曲模。图1是经多次V形弯曲制造复杂零件的例子。图2是折弯机上用的通用弯曲模。图3为通用V形弯曲模。图4为通用U形弯曲模。四、通用弯曲模形件弯曲模结构简图。

第九节弯曲模结构设计

1、模具结构应能保证坯料在弯曲时不发生偏移:

用定料销定位（图5-3b），定料销装在顶板上时应注意防止顶板与凹模之间产生窜动（5-1e、图5-9b）;工件无孔时可采用定位尖（图5-1b）、顶杆（图5-7）、顶板（图5-1d、图5-6）等措施防止坯料偏移。一、弯曲模结构设计应注意的问题2、模具结构不应妨碍坯料在合模过程中应有的转动和移动

（图5-7、5-20）。3、模具结构应能保证弯曲时产生的水平方向的错移力得到平衡（图5-1e、图5-9b）。1、凸模圆角半径二、弯曲模工作部分尺寸的设计当工件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模圆角半径加以修正。取等于工件的弯曲半径r，但不应小于最小弯曲半径值rmin。当r/t＞10时，则应考虑回弹，将凸模圆角半径2、凹模圆角半径

凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。t≤2mm时，＝（3~6）tt

＝2～4ｍｍ时，＝（2~3）tt

＞4ｍｍ时，＝2tV形弯曲凹模的底部可开退刀槽或取圆角半径3、凹模深度V形件弯曲模：L0、h--表5-7/p134U形件弯曲模：h0、L0--表5-8、5-9/p1354、凸、凹模间隙V形弯曲模的凸、凹模间隙是靠调整压机的闭合高度来控制的，设计时可以不考虑。U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般可按下式计算：

式中c——间隙系数，可查表5-10。当工件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取Z＝t。5、U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差决定原则：

工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上。工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。（2）尺寸标注在外形上（1）尺寸标注在外形上凹模尺寸凸模尺寸凸模尺寸凹模尺寸—凸、凹模的制造公差，可采用IT7~IT9级精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一级。式中1、斜楔、滑块之间的行程关系三、斜楔滑块机构设计2、斜楔滑块的结构设计斜楔角一般取40°，为了增大滑块行程s，也可取45°、50°等。一般要求斜楔的有效行程s1应大于滑块的行程s。复位机构后挡块导滑形式凸模凹模弹簧凸模活动镶块凹模活动镶块凹模活动镶块定位销转轴顶板U形件弯曲模弯曲角小于90°的U形弯曲模1