第3章弯曲工艺与模具设计an2012-1.ppt

1、弯曲是冲压基本工序 本章在分析弯曲变形过程及弯曲件质量影响因素的基础上，介绍弯曲工艺计算和弯曲模设计。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。,内容简介：,第3章 弯曲工艺与模具设计,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。,生活中的弯曲零件,弯曲成形典型零件,弯曲件的弯曲方法,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。,本章与第2章相比：准确工

2、艺计算难，模具动作复杂、结构设计规律性不强。,弯曲模：弯曲所使用的模具。用模具成形的弯曲件如下:,用模具成形弯曲件,弯曲模设计程序,3.1 弯曲变形分析 3.2 宽板弯曲时的主应力值 和应力中性层的位置 3.3 弯曲件质量分析 3.4 弯曲加工的工艺性要求和工艺计算 3.5 弯曲模设计 3.6 凸、凹模工作部分尺寸确定,第3章 弯曲工艺与弯曲模,V形件弯曲是最基本的弯曲变形，以此为例来进行说明。,3.1.1弯曲变形过程,变形区主要在弯曲件的圆角部分，板料受力情况如图所示。,V形弯曲板材受力情况,要弯曲必须要有弯曲力矩 自由弯曲、校正弯曲,3.1 弯曲变形分析,弯曲过程,自由弯曲,校正弯曲,2.

3、弯曲变形过程,如果再继续加力，则称为校正弯曲,弯曲前坐标网格的变化,弯曲后,弯曲前,为了研究弯曲变形的情况,将其表面划上网格,观察弯曲变形后坐标网格及工件横断面的变化，变形区由矩形变为扇形，其变形特点为： 1）弯曲的变形区主要是弯曲件的圆角部分。 2）在圆角变形区内，变形是不均匀的。,3.1.2 弯曲变形分析,1.弯曲变形区的特点,弯曲前坐标网格的变化,弯曲后,弯曲前,外侧受拉，内侧受压。 有一个既不伸长也不缩短的金属层，称为应变中型层。 以此为界，分为内、外两层区域。,3）弯曲时外侧的减薄量大于内侧的增厚量，从而在变形中厚度将变薄,用变薄系数,r/t越小，则厚度变薄量大,弯曲前坐标网格的变化

4、,弯曲后,弯曲前,4）变形区内板料横断面的变化则视板料的宽窄而有所不同 b/t3宽板弯曲，横断面几乎不变 b/t3窄板弯曲，断面产生了畸变,5）板料长度增加,由弯曲变形的有关知识可知，距中性层为y处的纤维，其应变为：,假设中性层的位置为：,最大应变出现在最外层纤维，即y=t/2的应变：,因此应限制相对弯曲半径r/t的值,2. 弯曲变形程度与相对弯曲半径,弯裂：使变形区外层材料沿板宽方向产生裂纹而导致破坏,最小相对弯曲半径rmin/t：外层纤维不拉裂的极限弯曲半径，表示板料弯曲变形程度的大小，越小则变形程度越大。,板料弯曲时应变中性层的长度始终是不变化的。,3.弯曲变形中性层的位置,=t1/t为

5、变薄系数,外层 中性层 内层,应力s 工作区塑性变形先是内外表面，逐渐向中心扩展逐渐从弹-塑性变形阶段，变为纯塑性变形阶段 应力b 拉裂,a) 弹性弯曲 b)弹塑性弯曲 c)纯塑性弯曲,3.1.3 弯曲变形区的应力应变状态,1. 弯曲变形阶段,2.弯曲变形区的应力应变状态,(1) 切向 以中性层为界，外受拉，内受压,(2) 厚度 内外都受压,(3) 宽度方向 分为窄板和宽板分别进行讨论,）窄板,(1)窄板弯曲 内、外区宽向应力为零，应变的值与切向应变相反,b）宽板,(2)宽板弯曲 内、外区宽向应变为零，应力的值与切向应变相同,1.无硬化塑性弯曲,3.2 宽板弯曲时的主应力值和应力中性层的位置,

6、(1) 外区的3个主应力,(2) 内区的3个主应力,（3）应力中性层的位置,应力中性层上的应力是不连续的,当r/t5时，应力状态简图接近线性，应力中性层与毛坯中心层重合,当r/t5时，应力中性层从毛坯中心层向曲率中心方向即内侧偏移 偏移的原因是由于径向压应力的作用,3.有硬化弯曲的主应力分布,弯曲变形程度的控制 弯裂：当弯曲变形达到一定程度时，将会使变形区外层材料沿板宽方向产生拉伸裂纹而导致破坏。 弯曲变形程度的控制指标：最小相对弯曲半径,3.3.1 弯裂与最小相对弯曲半径,3.3 弯曲件质量分析,1）材料的机械性能 材料的塑性越好，便可采用越小的rmin/t。,2）弯曲件角度,(以90为界)

7、,3）板料厚度 4）板料的热处理状态(退火、加工硬化) 5）毛坯的断面质量和板料的表面质量,2.影响rmin/t的因素：,折弯方向对 rmin/t 的影响,6）折弯方向(与材料纹向的关系),3.最小相对弯曲半径rmin/t的确定,3.3.2 弯曲件的回弹,1.弯曲回弹现象分析,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。,（1）回弹现象,弯曲回弹的表现形式：,弯曲半径的变化：回弹会使工件的圆角半径增大，即rr。则回弹量可表示为： r=r- r 弯曲件角度：回弹会使弯曲件的弯曲中心角减小，即。则

8、回弹量可表示为： =-,弯曲时的回弹会造成弯曲的角度和工件尺寸误差,(2) 弯曲回弹与残余应力,(1)材料的机械(力学)性能,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. 影响弯曲回弹的因素,E1E2,E3=E4,.,图b),图a),r/t越小，变形程度越大，回弹量减小。,(2)相对弯曲半径r/t,应尽量选择屈服极限小、n值小的材料以获得形状规则、尺寸精确的弯曲件。,自由弯曲回弹大，校正弯曲回弹小,(4)弯曲方式,(3)弯曲角中心角 弯曲角越小，角度回弹量越大，曲率回弹量关系不大,(6)模具结构因素 间隙越小，角度回弹量越小。,一般而言

9、，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)工件的形状,卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的，可以不予考虑，而仅考虑角度(弯曲中心角)的回弹变化。 其值可查阅相关手册。,(1)大变形程度（r/t5）自由弯曲时的回弹值,3.弯曲回弹值的确定,凸模工作部分的圆角半径和角度可按右式进行计算，然后在生产中根据试模进行修正。 按照经验表或经验数据进行计算。,(2)小变形程度（r/t10）自由弯曲时的回弹值,(1)从弯曲见结构上改进弯曲件的设计,尽量避免选用过大的r/t 。在弯曲区压制加强筋或成形边翼，以提高零件的刚度，抑制回弹。,尽量选用 小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。,4.

10、 减少回弹的措施,(a)采用校正弯曲代替自由弯曲。 (b)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。 (c)采用拉弯工艺。,工件在拉弯过程板料沿截面高度的应变分布,拉弯工艺示意图,(2)采取适当的弯曲工艺,(a)弯曲板料厚度大于0.8mm，材料塑性较好时，改变凸模形状 (b)对较硬的材料，可通过改变模具形状，补偿回弹,改变凸模形状,改变模具形状,(3)从模具结构上考虑,(c)在弯曲件的端部加压 (d)采用橡胶凹模(或凸模),端部加压,橡胶凹模,1. 弯曲偏移现象 毛坯在弯曲过程中产生移动，这种现象称为弯曲偏移 产生原因：毛坯形状不对称、工件结构不对称、

11、凸模与凹模圆角不对称、模具间隙不对称、模具结构不合理等,3.3.3 弯曲时的偏移,2.克服弯曲偏移的措施 采用压料装置 采用毛坯定位措施 采用对称工件结构 采用制造质量较好的模具,防止毛坯偏移的措施,3.4 弯曲加工的工艺性要求和工艺计算,弯曲件的工艺性是指弯曲零件的形状、尺寸、精度、材料以及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。具有良好工艺性的弯曲件，能简化弯曲的工艺过程及模具结构，提高工件的质量。,（1）板料的材质、厚度及热处理状态 （2）板料的滚轧方向、弯曲毛坯在条料上的排列方向 （3）毛坯的断面状态、板料的表面质量,1.弯曲加工的成形极限,受最小相对弯曲半径的限制，还要考虑以下因素：,

12、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。,2.提高弯曲极限变形程度的方法,开槽后进行弯曲,5）对较厚材料的弯曲，如结构允许，可采取开槽后弯曲。,3.弯曲件的结构工艺性,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（图a）。 如果弯曲件不对称，由于摩擦阻力不均匀，坯料在弯曲过程中会产生滑动，造成偏移（图b）。,（1） 弯曲件的形状,弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为hr+2t（图a）。当h较小时，直边在模具上支持的长度过小

13、，不容易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件。,弯曲件的弯边高度,（2）弯曲件直边高度,如果孔边至弯曲半径r中心的距离过小，为防止弯曲时孔变形，可在弯曲线上冲工艺孔（图b）或切槽（图c）。如对零件孔的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。,（3） 弯曲件孔边距离,弯曲件孔边距离,弯曲有孔的工序件时，如果孔位于弯曲变形区内，则弯曲时孔要发生变形，为此必须使孔处于变形区之外（图a）。,增添连接带和定位工艺孔的弯曲件,在弯曲变形区附近有缺口的弯曲件，若在坯料上先将缺口冲出，弯曲时会出现叉口，严重时无法成形，这时应在缺口处留连接带，待弯曲成形后再将连接带切除（图a、图b）。,（4）增添连接带和定位工艺孔,

14、增添连接带和定位工艺孔的弯曲件,为保证坯料在弯曲模内准确定位，或防止在弯曲过程中坯料的偏移，最好能在坯料上预先增添定位工艺孔（图b、图c）。,4. 弯曲件的成形精度,弯曲件的精度受坯料定位、偏移、翘曲和回弹等因素的影响，弯曲的工序数目越多，精度也越低。一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15。长度的未注公差尺寸的极限偏差见表1，弯曲件角度的自由公差见表2。,表1 弯曲件长度的未注公差尺寸的极限偏差,表2 弯曲件角度的自由公差,5. 弯曲件的材料,如果弯曲件的材料具有足够的塑性，屈强比小，屈服点与弹性模量的比值小，则有利于弯曲成形和工件质量的提高。如软钢、黄铜和铝等材料的弯曲成

15、形性能好。 而脆性较大的材料，如磷青铜、铍青铜、弹簧钢等，则最小相对弯曲半径 大，回弹大，不利于成形。,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质等因素进行考虑。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。,3.4.2 弯曲件的工序安排,一次弯曲,（1）对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形工件等，可以采用一次弯曲成形。,（2）对于形状复杂的弯曲件，一般需要采用二次或多次弯曲成形，但尺寸小、材料薄、形状较复杂的弹性接触件最好一次复合或级进弯曲成形。,二次弯曲,第一次弯曲,第二次弯曲,第一次弯曲,第二次弯曲,第三次弯曲,三次弯曲,第一次弯曲,第二次

16、弯曲,第三次弯曲,第四次弯曲,四次弯曲,（3）非对称弯曲件应尽可能采用成对弯曲；这样压弯时可以避免坯料偏移，所以应尽量采用成对弯曲，然后再切成两件的工艺。,（4）对于批量大而尺寸较小的弯曲件，为使操作方便、定位准确和提高生产率，应尽可能采用级进模或复合模。,（5） 需多次弯曲时，弯曲次序一般是先弯两端，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形状。,（6） 带孔的弯曲件，冲孔应尽可能安排在弯曲工序之后进行。,3.4.3 弯曲力的计算,目的： 弯曲力是拟订板料弯曲加工工艺和选择弯曲加工设备的重要依据，因此要进行计算。,弯曲过程： 板料弯曲时开始是弹性弯曲，然

17、后是变形区内外层纤维首先进入塑性状态，并逐渐向板厚中心扩展的自由弯曲，最后是凸、凹模与板料相互接触并压实零件的校正弯曲。,各阶段的弯曲力显然不同，图中表示了各阶段弯曲力与弯曲行程这种变化关系。弹性阶段的弯曲力较小，可以略去不计。自由弯曲阶段的弯曲力不随弯曲行程变化，校正弯曲力则随行程的推移而急剧增加。,弯曲力的变化,自由弯曲与校正弯曲,自由弯曲 1）V形弯曲 2）U形弯曲,校正弯曲 1）V形弯曲 2）U形弯曲,1. 自由弯曲时的弯曲力,V形件,U形件,F自冲压行程结束时的自由弯曲力 k安全系数，取1.0 1.3 b弯曲材料的宽度 t弯曲材料的厚度 r弯曲件的内弯曲半径 b材料的强度极限,2.校

18、正弯曲力,F校校正弯曲时的弯曲力 A校正部分垂直投影面积 q单位面积上的校正力,F校=qA,3. 顶件力或压料力FQ,FQ=（0.3 0.8）F自,4.压力机公称压力的确定 对于自由弯曲，压机压力应为：,对于校正弯曲，由于校正力是发生在接近压力机下死点的位置，校正力与自由弯曲力并不重叠，且校正力的数值也比压料力P大得多，故P值也可忽略不计，因此按校正力选择压力机的压力就可以了，即：,3.4.4 弯曲毛坯尺寸的计算,1.重要性： 在拟订弯曲工艺和模具设计时，要计算出弯曲件的展开长度，即弯曲件的毛坯长度。毛坯尺寸正确与否会影响弯曲件的精度，以及弯曲后是否要增加修整工序等问题。,板料弯曲时应变中性层

19、的长度始终是不变化的，据此得到计算原则： 弯曲区的应变中性层长度=弯曲区内弯曲件的展开长度=弯曲区内毛坯长度。,2.计算原则,3.中性层的位置,计算依据：毛坯长度等于弯曲件各直边长度与弯曲区应变中性层弧长之和。,弯曲变形部分的长度：,毛坯总的长度：,4.弯曲件展开长度的基本计算公式,(1)弯曲件尺寸标注在外侧的毛坯长度计算,式中： l1, l2ln标注在外侧的弯曲件尺寸； n-1弯曲的部位数； C弯曲时纤维伸长的修正系数，附表1。,5.弯曲件展开长度的近似计算公式,单角或多角弯曲时，弯曲件尺寸标注在内侧的毛坯展开尺寸，可按下式近似计算：,式中: l1, l2标注在内侧的弯曲件尺寸； 考虑弯曲后

20、纤维伸长的修正系数；见附表2,(2)弯曲件尺寸标注在内侧的毛坯长度计算,在R/t2.6时，应变中性层将向弯曲的外侧移动(板料增厚)。其展开长度L及曲率半径0可按下式计算：,式中 x1应变中性层移动系数，其值由实验测定，见附表3。,(3)卷圆弯曲的毛坯长度,3.5 弯曲模具设计,设计弯曲模结构时，应该考虑以下几点： (1) 毛坯要有可靠的定位 (2)不应使毛坯产生严重的局部变薄 (3)作用在毛坯上的力应尽量对称，避免毛坯产生错移 (4)弯曲变形区能得到校正 (5)有补偿回弹量的可能,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形顶板 7顶板 8定料销 9反侧压块,V形件

21、(单角弯曲件）形状简单，弯曲变形容易，因此模具结构也较简单。常用结构如下：,1.V形件弯曲模的一般结构形式,3.5.1 V形件弯曲模,2.V形件弯曲模的常用形式 (1)工作部分：3、4 (2)定位及挡料部分 ：4、10 (3)卸料及推件装置：9 (4)导向装置：无 (5)连接固定部分：其它,播放动画,a）竖边无校正 b）竖边可校正 L形件弯曲,适用于两直边长度相差较大的单角弯曲件,3. L形件弯曲,多次V形弯曲制造复杂零件举例,4.复杂零件,形件弯曲模,1.凸模 2.凹模 3.弹簧 4.凸模活动镶块 5.凹模活动镶块 6.定位销 7.转轴 8.顶板 9.凹模活动镶块,1.U形件弯曲模的一般结构

22、形式,3.5.2 U形件弯曲模,转轴式凹模弯曲模,播放动画,转轴式凹模弯曲模,2.弯曲角小于90o的U形件,斜楔式凹模弯曲模,斜楔式凹模弯曲模,低帽形件H(810)t 一次成形弯曲模,1. 一次成形弯曲模,3.5.3 帽罩形件弯曲模（四角弯曲模）,1凸凹模2凹模 3活动凸模4顶杆,高帽形件复合弯曲模,2.帽形件复合弯曲模,播放动画,）首次弯曲 ）二次弯曲 1凸模2定位板3凹模4顶板5下模形,帽形件两次成形弯曲模,3. 帽形件二次成形弯曲模,适用于（1215)t，弯曲半径较小，尺寸精度要求较高的弯曲件,1顶板 2定位销 3反侧压块 4凸模 5凹模 6上模座 7压块 8橡皮 9凸模托板 10活动凸

23、模 11下模座,形件弯曲模,3.5.4 Z形件弯曲模,动画,3.5.5 圆形弯曲模,1. 大圆形件弯曲模 适用于圆筒直径d20mm的大圆,播放动画,转动凹模弯曲模,一次成形的大圆弯曲模,一次成形复合弯曲模,播放动画,适合dmm的小圆形件,2. 小圆形件弯曲模,图示为常见的铰链件形式和弯曲工序的安排。,3.5.6 铰链件弯曲模,第一道工序,第二道工序,预弯模如图a,卷圆的原理通常是采用推圆法。图b是立式卷圆模，结构简单。图c是卧式卷圆模，有压料装置，工件质量较好，操作方便。,铰链件弯曲模,1摆动凸模2压料装置3凹模,3.5.7 级进弯曲模,播放动画,冲孔弯曲连续模,播放动画,折弯切断连续模,播放动画,截断弯曲连续模,3.6 凸、凹模工作部分尺寸确定,(1) V形弯曲模的凸、凹模间隙是靠调整压机的闭