1、弯曲是将板料、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。它属于成形工序，是冲压基本工序之一，在冲压零件生产中应用较普遍，图3.1.1 是用弯曲方法加工一些典型零件。图 3.1.1 弯曲成形典型零件 根据所使用的工具与设备的不同，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，如图 3.1.2 所示。各种弯曲方法尽管所用设备与工具不同，但其变形过程及特点有共同规律。本章将主要介绍在生产中应用最多的压弯工艺与弯曲模设计。弯曲所使用的模具叫弯曲模，它是弯曲过程必不可少的工艺装备。图 3.1.3 是一副常见的形件弯曲模。
2、弯曲开始前，先将平板毛坯放入定位板 10 中定位，然后凸模 4 下行，凸模与顶杆 7 将板材压住（可防止板材在弯曲过程中发生偏移），实施弯曲，直至板材与凸模、凹模3 完全贴紧，最后开模，形件被顶杆顶出。a)模具压弯 b)折弯 c)滚弯 d)拉弯 图 3.1.2 弯曲件的弯曲方法 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 图 3.1.3 形件弯曲模 形弯曲是最基本的弯曲变形，任何复杂弯曲都可看成是由多个 V 形弯曲组成。所以我们以 V 形弯曲为代表分析弯曲变形过程。图 3.2.1 为 V 形弯曲时板材的受力情况。在板材 A 处，凸模 1 施加外力 2
3、F，在凹模 2 支承点 B 处，则产生反力并与这外力构成了弯曲力矩 M=F*L，该弯曲力矩使板材产生弯曲变形。1凸模 2凹模 图 3.2.1 V 形弯曲板材受力情况 图 3.2.2 弯曲过程）弯曲前 ）弯曲后3.2.3 弯曲前坐标网格的变化从弯曲变形区的横截面变化来看，变形有两种情况：窄板（B/t 3）弯曲时，内区宽度增加，外区宽度减小，原矩形截面变成了扇形（图 3.2.4a）；宽板（B/t 3）弯曲时，横截面几乎不变，仍为矩形（图 3.2.4b）。由此可见，板料在塑性弯曲时，随相对宽度 B/t 的不同，其应力、应变的性质也不同，分析如下：应变状态 a) 窄板（B/t 3）b) 宽板（B/t
4、3）图 3.2.4 弯曲变形区的横截面变化情况 从应力状态来看，窄板弯曲时的应力状态是平面的，宽板则是立体的。综上所述，将板料弯曲时的应力应变状态归纳于表 3.2.1。）弹性弯曲 ）弹塑性弯曲 ）纯塑性弯曲图 3.2.5 弯曲半径和弯曲中心角 图 3.2.6 坯料弯曲变形区内切向应为的分布1中性层的内移图 3.2.7 弯曲后的翘曲 图 3.2.8 型材、管材弯曲后的剖面畸变影响最小弯曲半径的因素 （）材料的力学性能材料的塑性越好，塑性变形的稳定性越强（均匀伸长率 越大），许可的最小弯曲半径就越小。（）材料表面和侧面的质量板料表面和侧面（剪切断面）的质量差时，容易造成应力集中并降低塑性变形的稳定
5、性，使材料过早地破坏。对于冲裁或剪裁坯料，若未经退火，由于切断的面存在冷变形硬化层，就会使材料塑性降低。在上述的情况下应选用较大的最小弯曲半径。（）弯曲线的方向 最小弯曲半径 的数值由于上述各种因素的影响十分复杂，所以最小弯曲半径的数值一般用试验方法确定。各种金属材料在不同状态下的最小弯曲半径的数值，参见表 3.2.2。提高弯曲极限变形程度的方法在一般的情况下，不宜采用最小弯曲半径。当工件的弯曲半径小于表 3.2.2 所列数值时，为提高弯曲极限变形程度，常采取以下措施：(1）经冷变形硬化的材料，可采用热处理的方法恢复其塑性，再进行弯曲。(2）清除冲裁毛刺，当毛刺较小时也可以使有毛刺的一面处于弯
6、曲受压的内缘（即有毛刺的一面朝向弯曲凸模），以免应力集中而开裂。(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，即第一次采用较大的弯曲半径，然后退火；第二次再按工件要求的弯曲半径进行弯曲。这样就使变形区域扩大，减小了外层材料的伸长率。(5）对于较厚材料的弯曲，如结构允许，可以采取先在弯角内侧开槽后再进行弯曲的工艺（图 3.2.10）。图 3.2.9 纤维方向对 的影响 图 3.2.10 开槽后进行弯曲注：1.当弯曲线与纤维方向成一定角度时，可采用垂直和平行纤维方向二者的中间值。2.在冲裁或剪切后没有退火的毛坯弯曲时，应作为硬化的金属选用。3.弯曲时应使有毛刺的一边处
7、于弯角的内侧。4.表中 t 为板料厚度。材料的力学性能材料的塑性越好，塑性变形的稳定性越强（均匀伸长率 越大），许可的最小弯曲半径就越小。（）材料表面和侧面的质量板料表面和侧面（剪切断面）的质量差时，容易造成应力集中并降低塑性变形的稳定性，使材料过早地破坏。对于冲裁或剪裁坯料，若未经退火，由于切断的面存在冷变形硬化层，就会使材料塑性降低。在上述的情况下应选用较大的最小弯曲半径。（）弯曲线的方向 最小弯曲半径 的数值由于上述各种因素的影响十分复杂，所以最小弯曲半径的数值一般用试验方法确定。各种金属材料在不同状态下的最小弯曲半径的数值，参见表 3.2.2。提高弯曲极限变形程度的方法在一般的情况下，
8、不宜采用最小弯曲半径。当工件的弯曲半径小于表 3.2.2 所列数值时，为提高弯曲极限变形程度，常采取以下措施：(1）经冷变形硬化的材料，可采用热处理的方法恢复其塑性，再进行弯曲。(2）清除冲裁毛刺，当毛刺较小时也可以使有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘（即有毛刺的一面朝向弯曲凸模），以免应力集中而开裂。(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，即第一次采用较大的弯曲半径，然后退火；第二次再按工件要求的弯曲半径进行弯曲。这样就使变形区域扩大，减小了外层材料的伸长率。(5）对于较厚材料的弯曲，如结构允许，可以采取先在弯角内侧开槽后再进行弯曲的工艺（图 3.2.10）。
9、与所有塑性变形一样，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。由于弯曲时内、外区切向应力方向不一致，因而弹性回复方向也相反，即外区弹性缩短而内区弹性伸长，这种反向的弹性回复加剧了工件形状和尺寸的改变。所以与其它变形工序相比，弯曲过程的回弹现象是一个影响弯曲件精度的重要问题，弯曲工艺与弯曲模设计时应认真考虑。弯曲回弹的表现形式有两个方面（图 3.3.1）： 图 3.3.1 弯曲后的回弹曲率减小弯曲中心角减小1、3退火软钢 2-软锰黄铜 4-经冷变形硬化的软钢图 3.3.2 材料的力学性能对回弹
10、值的影响弯曲中心角 aa 越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，故回弹角 越大。弯曲方式及弯曲模在无底凹模内作自由弯曲时（图 3.3.4），回弹最大。在有底凹模内作校正弯曲时（图 3.1.3），回弹较小。其原因之一是：从坯料直边部分的回弹来看，由于凹模 V 形面对坯料限制作用，当坯料与凸模三点接触后，随凸模的继续下压，坯料的直边部分则向与以前相反的方向变形，弯曲终了时可以使产生了一定曲率的直边重新压平并与凸模完全贴合。卸载后弯曲件直边部分的回弹方向是朝向 V 形闭合方向（负回弹）。而圆角部分的回弹方向是朝向 V 形张开方向（正回弹），两者回弹方向相反。原因之二是：从圆角部分的回弹来看，由于
11、板料受凸、凹模压缩的作用，不仅弯曲变形外区的拉应力有所减小，而且在外区中性层附近还出现和内区同号的压缩应力，随着校正力的增加，压应力区向板材的外表面逐步扩展，致使板料的全部或大部分断面均出现压缩应力，于是圆角部分的内、外区回弹方向一致，故校正弯曲圆角部分的回弹比自由弯曲时大为减小。综上所述，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。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 3.3.5 所示。图 3.3.3 变形程度对弹性恢复值的影响 图 3.3.4 无底凹模内的自由弯曲图 3.3.5 间隙对回弹的影
12、响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，则弯曲时各部分互相牵制作用越大，弯曲中拉伸变形的成分越大，故回弹量就越小。例如一次弯曲成形时， 形件的回弹量较U 形件小，形件又较 V 形件为小。校正弯曲时的回弹值校正弯曲的回弹可用试验所得的公式计算，公式见表 3.3.2，符号如图 3.3.7 所示。在实际生产中，由于材料的力学性能和厚度的波动等，要完全消除弯曲件的回弹是不可能的。但可以采取一些措施来减小或补偿回弹所产生的误差，以提高弯曲件的精度。1. 改进弯曲件的设计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 降低。对回弹
13、较大的材料，必要时可采用加热弯曲。（3）弯曲相对弯曲半径很大的弯曲件时，由于变形程度很小，变形区横截面大部分或全部处于弹性变形状态，回弹很大，甚至根本无法成形，这时可采用拉弯工艺。拉弯用模具如图3.3.9 所示。拉弯特点是在弯曲之前先使坯料承受一定的拉伸应力，其数值使坯料截面内的应力稍大于材料的屈服强度。随后在拉力作用的同时进行弯曲。图 3.3.10 所示为工件在拉弯曲中沿截面高度的应变分布。图 3.3.10a 为拉伸时的应变；图 3.3.10b 为普通弯曲时的应变；图3.3.10c 为拉弯总的合成应变；图 3.3.10d 为卸载时的应变；图 3.3.10e 为最后永久变形。从图 3.3.10
14、d 可看出，拉弯卸载时坯料内、外区弹复方向一致，故大大减小工件的回弹。所以拉弯主要用于长度和曲率半径都比较大的零件。合理设计弯曲模 （1）对于较硬材料（如 45、50、Q275 和 H 62（硬）等），可根据回弹值对模具工作部分的形状和尺寸进行修正。图 3.3.9 拉弯用模具 图 3.3.10 拉弯时断面内切向应变的分析（2）对于软材料（如 Q215、Q235、10、20 和 H62（软）等），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 3.3.11）。 （3）对于厚度在 0.8mm 以上的软材料，相对弯曲半径又不大时，可把凸模做成图3.3.12a、b 所示结构，使凸模
15、的作用力集中在变形区，以改变应力状态达到减小回弹的目的，但易产生压痕。也可采用凸模角减小 25的方法来减小接触面积，减小回弹使压痕减轻（图 3.3.12c）。还可将凹模角度减小 2，以此减小回弹，又能减小弯曲件纵向翘曲度（图3.3.12d）。（4）对于 U 形件弯曲，减小回弹常用的方法还有：当相对弯曲半径较小时可采取增加背压的方法（图 3.3.12b）；当相对弯曲半径较大时，可采取将凸模端面和顶板表面作成一定曲率的弧形（图 3.3.13a）。这两种方法的实质都是使底部产生的负回弹和角部产生的正回弹互相补偿。另一种克服回弹的有效方法是采用摆动式凹模，而凸模侧壁应有补偿回弹角 （图3.3.13b）
16、，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（图 3.3.13c）。图 3.3.11 克服回弹措施 图 3.3.12 克服回弹措施 图 3.3.13 克服回弹措施 （5）在弯曲件直边端部纵向加压，使弯曲变形的内、外区都成为压应力而减少回弹，可得到精确的弯边高度（图 3.3.14）。（6）用橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹。通过调节凸模压入橡胶或聚氨酯凹模的深度，控制弯曲力的大小，以获得满足精度要求的弯曲件（图 3.3.15）。图 3.3.14 坯料端部加压弯曲 图 3.3.15 软凹模弯曲 中性层位置确定后，对于形状比较简单、尺寸精度要求不高的弯曲件，可直接采用下面介绍的方
17、法计算坯料长度。而对于形状比较复杂或精度要求高的弯曲件，在利用下述公式初步计算坯料长度后，还需反复试弯不断修正，才能最后确定坯料的形状及尺寸。 图 3.4.1 中性层位置 圆角半径 r0.5t 的弯曲件圆角半径 r0.5t 的弯曲 铰链式弯曲件图 3.4.3例 3.4.1 计算图 3.4.4 所示弯曲件的坯料展开长度。图 3.4.4 形支架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。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
18、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 3.6.1，弯曲件角度的自由公差见表 3.6.2。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形性能好。而脆较大的材料，如磷青铜、铍青铜、弹簧等，则最小相对弯曲半径 大，回弹大，不利于成形。弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则，要多次弯曲，增加工序数；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。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
19、受力平衡而无滑动（图3.6.1a）。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 3.6.1b）。图 3.6.1 形状对称和不对称的弯曲件 弯曲件直边高度弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为 hr+2t（图 3.6.2a）。当 h 较小时，直边在模具上支持的长度过小，不容易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件。若 hr+2t 时，则须预先压槽，再弯曲；或增加弯边高度，弯曲后再切掉（图 3.6.2b）。如果所弯直边带有斜角，则在斜边高度小于 r+2t 的区段不可能弯曲到要求的角度，而且此处也容易开裂（图 3.6.2c）。因此必须改变零件的形状，加高直边尺寸（图
20、3.6.2d）。图 3.6.2 弯曲件的弯边高度 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 br（图 3.6.2a）。如果零件的长度不能减小，应在弯曲部分与不弯曲部分之间切槽（图 3.6.3a）或在弯曲前冲出工艺孔（图 3.6.3b）。图 3.6.3 加冲工艺槽和孔 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 3.6.4a）。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 3.6.4b）或切槽（图 3.6.4c
21、）。如对零件孔的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。图 3.6.4 弯曲件孔边距离 增添连接带和定位工艺孔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 3.6.5a、图3.6.5b）。图 3.6.5 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 3.6.5b、图 3.6.5c）。尺寸标注尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。例如，图 3.6.6 是弯曲件孔的位置尺寸的三种标注法。对于第一种标注法，孔的位置精度不受坯料
22、展开长度和回弹的影响，将大大简化工艺设计。因此，在不要求弯曲件有一定装配关系时，应尽量考虑冲压工艺的方便来标注尺寸。图 3.6.6 尺寸标注对弯曲工艺的影响 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。 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。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。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。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
23、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。当弯曲件几何形状不对称时，为避免压弯时坯料偏移，应尽量采用成对弯曲，然后再切成两件的工艺（图 3.7.1）图 3.7.1 成对弯曲成形图 3.7.2 至图 3.7.5 分别为一次弯曲、二次弯曲、三次弯曲以及多次弯曲成形工件的例子，可供制订弯曲件工艺程序时参考。一次弯曲二次弯曲图 3.7.2 一道工序弯曲成形 一次弯曲二次弯曲三次弯曲图 3.7.4 三道工序弯曲成形 一次弯曲二次弯曲三次弯曲四次弯曲图 3.7.5 四道工序弯曲成形 定弯曲件工艺方案后，即可进行弯曲模的结构设计。常见的弯曲模结构类型有：单工序弯曲模、级进弯曲模、复合模和通用弯
24、曲模。下面对一些比较典型的模具结构简单介绍如下： V 形件弯曲模 图 3.8.1a 为简单的 V 形件弯曲模，其特点是结构简单、通用性好。但弯曲时坯料容易偏移，影响工件精度。 图 3.8.1b图 3.8.1d 所示分别为带有定位尖、顶杆、V 形顶板的模具结构，可以防止坯料滑动，提高工件精度。图 3.8.1e 所示的 V 形弯曲模，由于有顶板及定料销，可以有效防止弯曲时坯料的偏移，得到边长差偏差为 0.1mm 的工件。反侧压块的作用平衡左边弯曲时产生的水平侧向力图 3.8.1 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反侧压块图 3.8.2
25、为 V 形精弯模，两块活动凹模 4 通过转轴 5 铰接，定位板 3（或定位销）固定在活动凹模上。弯曲前顶杆 7 将转轴顶到最高位置，使两块活动凹模成一平面。在弯曲过程中坯料始终与活动凹模和定位板接触，以防止弯曲过程中坯料的偏移。这种结构特别适用于有精确孔位的小零件、坯料不易放平稳的带窄条的零件以及没有足够压料面的零件。图 3.8.2 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 U 形件弯曲模 根据弯曲件的要求，常用的 U 形弯曲模有图 3.8.3 所示的几种结构形式。图 3.8.3a 所示为开底凹模，用于底部不要求平整的制件。图 3.8.3用于底部要
26、求平整的弯曲件。图 3.8.3c 用于料厚公差较大而外侧尺寸要求较高的弯曲件，其凸模为活动结构，可随料厚自动调整凸模横向尺寸。图 3.8.3d 用于料厚公差较大而内侧尺寸要求较高的弯曲件，凹模两侧为活动结构，可随料厚自动调整图 3.8.3 形件弯曲模 1凸模 2凹模 3弹簧 4凸模活动镶块5、9凹模活动镶块 6定位销 7转轴 8顶板凹模横向尺寸。图 3.8.3e 为 U 形精弯模，两侧的凹模活动镶块用转轴分别与顶板铰接。弯曲前顶杆将顶板顶出凹模面，同时顶板与凹模活动镶块成一平面，镶块上有定位销供工序件定位之用。弯曲时工序件与凹模活动一起运动，这样就保证了两侧孔的同轴。图 3.8.3f 为弯曲件两侧壁厚变薄的弯曲模。 图 3.8.4 是弯曲角小于 90的 U 形弯曲模。压弯时凸模首先将坯料弯曲成 U 形，当凸模继续下压时,两侧的转动凹模使坯料最后压弯成弯曲角小于 90的 U 形件。凸模上升，弹簧使转动凹模复位，工件则由垂直图面方向从凸模上卸下。
