1、1,第五章 弯曲工艺与弯曲模具,弯曲是冲压成形工序,弯曲：,弯曲方法：,弯曲模：,弯曲工艺与冲裁工艺相比：准确工艺计算难，模具动作复杂、结构设计规律性不强。,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、之二,2,第五章 弯曲工艺与弯曲模具,第一节 弯曲变形分析 第二节 弯曲件的质量分析 第三节 弯曲件的结构工艺性 第四节 弯曲件毛坯展开尺寸的计算 第五节 弯曲力的计算 第六节 弯曲模工作部分结构参
2、数的确定 第七节 弯曲件的工序安排 第八节 弯曲模的典型结构 第九节 连续弯曲模,3,第一节 弯曲变形分析,V形件弯曲是最基本的弯曲变形。,一、弯曲变形过程,弯曲变形过程,自由弯曲,校正弯曲,弹性弯曲,塑性弯曲,弯曲结果：,表现为弯曲半径和弯曲力臂的变化（减小）。,弯曲半径逐渐减小：弯曲变形部分的变形程度逐渐增加 弯曲力臂逐渐减小：弯曲变形过程中板料与凹模之间有相对滑移,4,二、弯曲变形的特点,弯曲前后坐标网格的变化,弯曲变形主要发生在弯曲带中心角范围内，中心角以外基本不变形。 在变形区内，板料在长、宽、厚三个方向都发生了变形。,长度方向网格由正方形变成了扇形，靠近凹模的外侧长度伸长，靠近凸模
3、的内侧长度缩短。 长度在变形前后没有变化的一层金属,变形区板料厚度变薄,中性层的内移,应变中性层,厚度方向,内层长度方向缩短，厚度应增加； 外层长度方向伸长，厚度要变薄。,5,宽度方向内层材料受压缩，宽度应增加；外层材料受拉伸，宽度要减小。,板料弯曲后的断面变化,宽板(b/t3)弯曲：材料在宽度方向的变形会受到相邻金属的限制，横断面几乎不变，基本保持为矩形。窄板(b/t3)弯曲：宽度方向变形不受约束，断面变成了内宽外窄的扇形。,6,三、弯曲变形时的应力、应变状态分析,应变状态,宽板 （b/t3）,窄板 （b/t3）,长度方向1：,厚度方向2：,宽度方向3：,长度方向1：,厚度方向2：,宽度方向
4、3：,三向应变,两向应变,内区压缩应变，外区伸长应变,内区伸长应变，外区压缩应变,内区伸长应变，外区压缩应变,内区压缩应变，外区伸长应变,内区伸长应变，外区压缩应变,内外区近似为零,7,应力状态,宽板 （b/t3）,窄板 （b/t3）,长度方向1：,厚度方向2：,宽度方向3：,长度方向1：,厚度方向2：,宽度方向3：,两向应力,三向应力,弯曲时的应力应变状态图,内区受压，外区受拉,内外均受压应力,内外侧压力均为零,内区受压，外区受拉,内外均受压应力,内区受压，外区受拉,8,相对弯曲半径（r/t）,一、弯裂与最小相对弯曲半径的控制,表示板料弯曲变形程度的大小。,第二节 弯曲件的质量分析,最小相对
5、弯曲半径rmin/t在保证毛坯最外层纤维不发生破裂的前提下，所能获得的弯曲零件内表面最小圆角半径与弯曲材料厚度的比值。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。,9,1.影响最小弯曲半径的因素,（）材料的力学性能：材料的塑性愈好，延伸率愈大，其rmin/t愈小。,（）弯曲件角度：弯曲件角度愈大，rmin/t愈小。,（）板材宽度：窄板弯曲宽度方向材料自由流动，缓解弯曲圆角外侧的拉应力状态，rmin/t减小。,（）板料的热处理状态：经退火的板料塑性好，rmin/t小；经冷作硬化的板料塑性降低，rmin/t应增大。,（5）板料的边缘及表面状态：表面缺陷容易在弯曲
6、时破裂，rmin/t大。,（6）折弯方向：沿纤维方向的力学性能较好，不易拉裂。当折弯线与纤维组织方向垂直时rmin/t最小；当折弯线与纤维组织方向平行时rmin/t最大。,最小弯曲半径rmin的数值,参见表5-1,10,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、弯曲时的回弹,1.弯曲回弹的表现形式,（1）弯曲半径增大,（2）弯曲件角度增大,11,（1）材料的力学性能,s/E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.影响回弹
7、的因素,12,（2）相对弯曲半径r/t,r/t越大，回弹越大。,相对弯曲半径对回弹值的影响,（3）弯曲件角度, 越小，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，故回弹角越大。,13,（4）弯曲方式,（5）模具间隙,（6）工件形状,在无底凹模内作自由弯曲时，回弹最大。,在有底凹模内作校正弯曲时，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。,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。,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。,14,方法:先
8、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。,3.回弹值的大小,（1）小变形程度（r/t10）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，再在生产中修正,15,（2）大变形程度（r/t5）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。弯曲中心角为90时部分材料的回弹角见表5-2。当弯曲件弯曲中心角不为90时，其回弹角可用下式计算：,单角校正弯曲时的角度回弹角见表5-3。,U形件弯曲时的回弹角见表5-4。,16,（1）改进弯曲件的设计,尽量避免选用过大的r/t 。如有可能，在弯曲区压制加强筋
9、，以提高零件的刚度，抑制回弹。,尽量选用s/E小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。,4.控制回弹的措施,17,（2）采取适当的弯曲工艺,采用校正弯曲代替自由弯曲。 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。 采用拉弯工艺。,（3）合理设计弯曲模,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。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515）。对于厚度在0.8mm以上的软材料， r/t又不大时，可采取如图516所示结构。,18,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
10、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；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。,在弯曲件直边端部纵向加压。用橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹。,19,三、弯曲时的偏移,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。,制件毛坯形状不对称,工件结构不对称,弯曲模结构不合理,20,克服偏移的措施,采用压料装置，使毛坯在压紧的状态下逐渐弯曲成形，从而防止
11、毛坯的滑动，而且能得到较平整的工件。 利用毛坯上的孔或设计工艺孔，用定位销插入孔内再弯曲，使毛坯无法移动。 将不对称形状的弯曲件组合成对称弯曲件弯曲，然后再切开，使板料弯曲时受力均匀，不容易产生偏移。 模具制造准确，间隙调整对称。,21,一、弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则在弯曲变形区外表面将产生拉裂；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。,第三节 弯曲件的结构工艺性,如果工件要求的弯曲半径过小，需要提高弯曲极限变形程度,经冷变形硬化的材料，可热处理后再弯曲。 清除冲裁毛刺，或将有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘。 采取两次弯曲的工艺方法，中
12、间加一次退火。 对较薄材料的弯曲，改变工件结构形状。 对较厚材料的弯曲，可采取开槽后弯曲。,22,二、弯曲件孔边距离,当t2mm时，Lt 当t2mm时，L2t,三、弯曲件直边高度,若H2t，增加工艺余料。,弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为 H2t,在弯曲变形区冲出孔或槽以转移变形区,23,四、增添工艺孔、槽或缺口,五、加添连接带,板料边缘需局部弯曲时，为避免角部畸变与形成裂纹，应预先切槽或冲工艺孔。,边缘部分有缺口的弯曲件，必须在缺口外留有连结带，弯曲后再将连接带切除。,24,六、切口弯曲件的形状,七、弯曲件的尺寸公差,切口弯曲工序一般在模内一次完成。为了便于使工件从凹模中推出，弯曲部分一般
13、做成梯形或先冲出周边槽孔再弯曲。,一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15。,25,第四节 弯曲毛坯展开尺寸的计算,计算依据：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表示,其中x 中性层系数，见表5-5。,通常用经验公式确定：,26,二、弯曲件毛坯展开长度的计算,1.有圆角半径的弯曲件（r0.5t）,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,27,2.无圆角半径的弯曲件（r0.5t）,按变形前后体积不变条件确定坯料长度，同时考虑弯曲材料变薄的规律。,弯曲前的体积：,弯曲后的体积：,28,第五节 弯
14、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,F自 自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力； b 弯曲件的宽度； 弯曲材料的厚度； 弯曲件的内弯曲半径； b 材料的抗拉强度； 安全系数，一般取1.3。,式中：,29,式中：,二、校正弯曲时的弯曲力,F校 校正弯曲应力； A 校正部分投影面积； 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，其顶件力和压料力近似取自由弯曲力的3080。即,三、顶件力、卸料力或压料力,30,自由弯曲,四、压力机公称压力的确定,校正弯曲,31,第六节 弯曲模工作部分结构参数的确定,一、弯曲凸模圆角半径,当/10时，则应考虑回弹，将凸
15、模圆角半径r凸加以修正。,32,二、凹模圆角半径,凹模圆角半径不能过小，否则弯矩的力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑进时阻力增大，从耐增加弯曲力，并使毛坯表面擦伤。 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。,t2mm时，,r凹（36）,24时，,r凹（23）,4时，,r凹2,V形弯曲凹模的底部可开退刀槽或取,33,凹模深度,若过小，则工件两端的自由部分较长，弯曲零件回弹大，不平直。若过大，则浪费模具材料，且需较大的压力机行程。,具体数值可以查阅相关标准。,34,三、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
16、可按下式计算：,当工件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取ct。,U形弯曲模的模具间隙值对弯曲件回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。间隙愈大，回弹增大，工件的误差愈大；间隙过小，会使零件边部壁厚减薄，降低凹模寿命。,35,四、弯曲凸、凹模宽度尺寸计算,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。,36,（2）尺寸标注在外形上,（）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79级精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一级。,式中,37,V形件弯曲模,形弯曲模的一般结构形式 1凸模 2
17、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形件的弯曲方法有两种: 沿弯曲件的角平分线方向弯曲，称为V形弯曲； 垂直于一直边方向的弯曲，称为L形弯曲。,第八节 弯曲模典型结构,一、简单模,38,V形精弯模,1定位板 2铰链 3支架 4下模座 5靠板 6模柄 7凸模 8活动凹模 9顶杆,39,一般U形件弯曲模,弯曲角小于90的U形弯曲模,一次成形弯曲模,两次成形弯曲模,复合弯曲模,带摆块的弯曲模,四角形件弯曲模,40,4圆形件弯曲模,（2）直径d5mm的小圆形件,（1）直径d20mm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,小圆一次压弯模,自动推件
18、圆形件一次弯曲模,41,5其它形状零件的弯曲模,滚轴式弯曲模,带摆动凸模弯曲模,带摆动凹模的弯曲模,铰支板弯曲模,Z形件弯曲模,42,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，可以采用连续弯曲模进行多工位的冲裁、压弯、切断连续工艺成形。,二、连续模,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,两次弯曲复合的弯曲模,43,思考题,1.影响弯曲变形回弹的因素是什么，采取什么措施能减小回弹？ 2.弯曲时的变形程度用什么来表示？弯曲时的极限变形程度受哪些因素的影响？ 3.弯曲过程中坯料可能
19、产生偏移的原因有哪些？如何减小和克服偏移？ 4.计算如图所示弯曲件的坯料长度和模具工作部分尺寸并标注公差，画出模具结构草图。,44,弯曲成形典型零件,45,弯曲件的弯曲方法,模具压弯,折弯,滚弯,拉弯,46,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,47,V形弯曲板材受力情况,1-凸模 2-凹模,48,弯 曲 过 程,49,弯曲前后坐标网格的变化,弯曲后,弯曲前,50,板料弯曲后的断面变化,窄板（b/t3） 宽板（b/t3）,51,弯曲时的应力应变状态图,52,纤维方向对的影响,rmin/t,53,开槽后进行弯曲,凸底圆角零件,54,生
20、活中的弯曲零件,55,用模具成形弯曲件一,56,用模具成形弯曲件二,57,无底凹模内的自由弯曲,58,间隙对回弹的影响,59,拉弯用模具,60,克服回弹措施,61,克服回弹措施,62,克服回弹措施,63,坯料端部加压弯曲,64,软凹模弯曲,65,压料装置,定位销,组合弯曲件,66,弯曲模结构尺寸,67,形件弯曲模,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,68,弯曲角小于90的形弯曲模 1凸模 2转动凹模 3弹簧,69,四角形件一次成形弯曲模,70,）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,四角形件两次成形弯曲模,71,1凸凹模
21、2凹模 3活动凸模 4顶杆,四角形件复合弯曲模,72,带摆块的四角形件弯曲模,1凹模 2活动凸模 3摆块 4垫板 5推板,73,大圆两次弯曲模,74,带摆动凹模的一次弯曲成形模 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,75,小圆两次弯曲模,a) 首次弯曲 b) 二次弯曲,76,小圆一次弯曲模,1凹模固定板 2下凹模 3压料板 4上凹模 5芯轴凸模,77,自动推件圆形件一次弯曲模,1上凹模 2摆块 3下凹模 4调整螺钉 5升降架 6滑套 7芯轴凸模 8弹簧 9弹顶器 10推块 11滑轮,78,1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活动凸模 11下模座,形件弯曲模,79,滚轴式弯曲模,1凸模 2定位板 3凹模 4滚轴 5挡板,80,带摆动凸模弯曲模,摆动凸模,压料装置,凹模,81,带摆动凹模的弯曲模,定位板,摆动凹模,凸模,82,复合弯曲模,
