第四章彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì)

1、4.1 4.1 彎曲變形過程分析彎曲變形過程分析 4.2 4.2 彎曲變形工藝計(jì)算彎曲變形工藝計(jì)算 4.3 4.3 彎曲成形工藝設(shè)計(jì)彎曲成形工藝設(shè)計(jì) 4.4 4.4 彎曲模具設(shè)計(jì)彎曲模具設(shè)計(jì) 概述彎曲彎曲：使材料（板料、型材、棒料、管材等）產(chǎn)生塑性變 形，形成具有一定角度或一定曲率零件的沖壓工序。 分類分類：壓彎、折彎、扭彎、滾彎和拉彎。彎曲模彎曲模：彎曲工藝使用的沖模。 圖4-1各種常見彎曲件 （a）模具壓彎； （b）折彎； （c）拉彎； （d）滾彎； （e）輥壓4.1 4.1 彎曲變形過程分析彎曲變形過程分析一、彎曲變形過程 V形彎曲是最基本的彎曲變形。彎曲變形過程彎曲變形過程：如圖4-2

2、所示V形件的彎曲，隨著凸模進(jìn)入凹模深度的增大，凹模與板料的接觸處位置發(fā)生變化，支點(diǎn)B沿凹模斜面不斷下移，彎曲力臂l 逐漸減小，接近行程終了，彎曲半徑r繼續(xù)減小，而直邊部分反而向凹模方向變形，直至板料與凸、凹模完全貼合。 彎曲變形的過程一般經(jīng)歷彈性彎曲變形、彈-塑性彎曲變形、塑性彎曲變形三個(gè)階段。 自由彎曲校正彎曲彎曲效果：表現(xiàn)為彎曲半徑和彎曲中心角的變化（減?。?。 +圖4-2 V形彎曲變形過程圖4-3 彎曲時(shí)切向應(yīng)力的分布圖4-2 V形彎曲變形過程二、彎曲變形特點(diǎn) 1. 長(zhǎng)度方向的變形特點(diǎn)2厚度方向變形特點(diǎn)3. 寬度方向變形特點(diǎn) 從板料彎曲外側(cè)網(wǎng)格線長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)過渡到內(nèi)側(cè)長(zhǎng)度的縮短，長(zhǎng)度是逐漸改

3、變的。 內(nèi)側(cè)板厚的增厚量小于外側(cè)板厚的減薄量，總體上表現(xiàn)出厚度減薄的特點(diǎn)。 窄板（b/t3）：寬板（b/t3）：橫斷面形狀變成了外窄內(nèi)寬的扇形 橫斷面形狀基本保持為矩形 圖4-2 V形彎曲變形過程彎彎曲曲前前坐坐標(biāo)標(biāo)網(wǎng)網(wǎng)格格的的變變化化 ba圖 4-4 橫斷面形狀變化應(yīng)力狀態(tài) 寬板（b/t3） 窄板（b/t3）長(zhǎng)度方向 ：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉厚度方向 ：內(nèi)外均受壓應(yīng)力 寬度方向 ：內(nèi)外側(cè)壓力均為零長(zhǎng)度方向 ：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉厚度方向 ：內(nèi)外均受壓應(yīng)力 寬度方向 ：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉兩向應(yīng)力三向應(yīng)力三、彎曲時(shí)變形區(qū)的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài) tbtb應(yīng)變狀態(tài) 寬板（b/t3） 窄板（b/t3）長(zhǎng)度方向 ：

4、內(nèi)區(qū)壓應(yīng)變，外區(qū)拉應(yīng)變厚度方向 ：內(nèi)區(qū)拉應(yīng)變，外區(qū)壓應(yīng)變 寬度方向 ：內(nèi)區(qū)拉應(yīng)變，外區(qū)壓應(yīng)變長(zhǎng)度方向 ：內(nèi)區(qū)壓應(yīng)變，外區(qū)拉應(yīng)變厚度方向 ：內(nèi)區(qū)拉應(yīng)變，外區(qū)壓應(yīng)變 寬度方向 ：內(nèi)外區(qū)近似為零三向應(yīng)變兩向應(yīng)變ttbb4.2 4.2 彎曲變形工藝計(jì)算彎曲變形工藝計(jì)算一、卸載后彎曲件的回彈 1. 回彈現(xiàn)象 塑性彎曲時(shí)伴隨有彈性變形，當(dāng)外載荷去除后，塑性變形保留下來，而彈性變形會(huì)完全消失，使彎曲件的形狀和尺寸發(fā)生變化而與模具尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫回彈回彈。圖 4-5 彎曲時(shí)的回彈 彎曲中心角減小 2. 回彈現(xiàn)象的表征及模具相關(guān)尺寸的修正彎曲回彈的表現(xiàn)形式 曲率減小11KtrTTr1)小變形 (10)自由

5、彎曲時(shí)和EtrrrsT31) 1)(180(TTrr2)大變形 (tr）自由彎曲時(shí) T和Tr卸載后彎曲件圓角半徑的變化很小，可忽略不計(jì)。對(duì)于 90的V形自由彎曲，回彈角 可查表4-3。 當(dāng)彎曲件彎曲角不為90時(shí),其回彈角可用下式計(jì)算： 90)180( 90T 90T設(shè)計(jì)模具時(shí)，當(dāng)彎曲件彎曲角時(shí)，取凸模角度當(dāng)時(shí)，取凸模角度，通過試模來進(jìn)行修正。3 3）校正彎曲時(shí)的）校正彎曲時(shí)的 T和 Tr對(duì)V形彎曲件進(jìn)行校正彎曲時(shí)，一般r/t都比較小，可以不考慮彎曲半徑的回彈，彎曲角的回彈量也比較小。當(dāng)彎曲半徑很小時(shí)，例如tr0.20.3，可能出現(xiàn)負(fù)回彈，即彎曲件脫離模具后的實(shí)際彎曲角度小于凸模的彎曲角。校正彎

6、曲的回彈角可參考表4-4初步確定，并考慮彎曲過程中其他影響因素適當(dāng)修正，再經(jīng)試模后最后修正。3. 影響回彈的主要因素1）材料的力學(xué)性能ES越大，彎曲變形的回彈也愈大。 圖4-6 材料的力學(xué)性能對(duì)回彈的影響2）相對(duì)彎曲半徑tr相對(duì)彎曲半徑tr 愈小，則回彈值愈小 3）彎曲中心角在彎曲半徑相同時(shí)，彎曲中心角 愈大，回彈角愈大。 4）彎曲件形狀一般來說，在tr相同的條件下，U 形件的回彈小于 V 形件；形狀復(fù)雜的彎曲件一次彎成時(shí)回彈困難，因而回彈角減小。 5）模具間隙模具的間隙愈小，回彈也愈小 6）彎曲方式自由彎曲回彈值大，校正彎曲回彈值小 4. 減少回彈值的措施 1）選用合適的彎曲材料 ESn盡可

7、能選用彈性模數(shù) 大、屈服極限 小、加工硬化指數(shù)小、機(jī)械性能比較穩(wěn)定、板厚誤差比較小的材料。 2）改進(jìn)彎曲件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在彎曲件設(shè)計(jì)上改進(jìn)某些結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)彎曲件的剛度以減小回彈。 A A A A A A (a)(b)(c)3）改進(jìn)彎曲工藝 (1) 采用熱處理工藝 (2) 增加校正工序 (3) 采用拉彎工藝 圖4-8 拉彎工藝示意圖圖4-9 壓邊力拉彎示意圖 制件凹模料厚耐磨條防側(cè)塊凸模圖4-10 小間隙拉彎示意圖 4）改進(jìn)模具結(jié)構(gòu) (1) 補(bǔ)償法 (2) 校正法 ab圖4-11 用校正法修正模具結(jié)構(gòu)根據(jù)彎曲件回彈的趨勢(shì)和回彈值修正凸模和凹模工作部分的尺寸和幾何形狀，以相反方向的回彈來補(bǔ)償工件的回彈

8、量。 (3) 軟凹模法 利用聚氨酯或橡膠凹模代替剛性金屬凹模進(jìn)行彎曲 二、最小相對(duì)彎曲半徑 trmin1. 切向應(yīng)變與相對(duì)彎曲半徑的關(guān)系（如圖4-3所示）相對(duì)彎曲半徑是指彎曲件內(nèi)側(cè)圓角半徑與板料厚度的比值。 )1ln()(ln000yy0y設(shè)任一瞬時(shí)彎曲中心角為，變形中性層曲率半徑為 ，則距變形中性層為處的切向應(yīng)變?yōu)椋?將上式按級(jí)數(shù)展開得：圖4-12相對(duì)彎曲半徑trtrt21122max彎曲變形的最大切向應(yīng)變與相對(duì)彎曲半徑tr成反比。 2/0tr 2ty 00)1ln(yy.)(31)(21)1ln(302000yyyy2. 最小相對(duì)彎曲半徑trmin的概念 最小相對(duì)彎曲半徑： 在變形區(qū)外表面

9、的不發(fā)生開裂（破壞）tr值。 的條件下，彎曲所能達(dá)到的最小trmin是衡量彎曲變形程度的主要標(biāo)志。3. 影響最小相對(duì)彎曲半徑 trmin 的因素 1）材料的力學(xué)性能材料的塑性愈好，許可的相對(duì)彎曲半徑愈小。 2）彎曲中心角彎曲中心角越小，直邊對(duì)圓角區(qū)的緩解作用越明顯，則最小彎曲半徑可以取值更小些。 圖4-13 彎曲中心角 對(duì) 的影響trmin3）板料的纖維方向 當(dāng)彎曲件的折彎線與纖維方向垂直時(shí)， 最小相對(duì)彎曲半徑trmin的數(shù)值最小，4）板料的沖裁斷面質(zhì)量和表面質(zhì)量 表面質(zhì)量和斷面質(zhì)量差的板料彎曲，其最小相對(duì)彎曲半徑 trmin 的數(shù)值較大。板料纖維方向?qū)Π辶侠w維方向?qū)?的影響的影響trmin1

10、2432010601234b/trmin/t鋒利刃口 切斷鈍刃口 切斷圖4-14 剪切斷面質(zhì)量和相對(duì)寬度對(duì)相對(duì)彎曲半徑的影響 tbtb相對(duì)寬度較小的窄板，其相10的寬板彎曲時(shí)，相對(duì)彎曲半對(duì)彎曲半徑的數(shù)值可以較?。幌鄬?duì)寬度徑的數(shù)值應(yīng)取較大值。6）板料的厚度 當(dāng)板料的厚度較小時(shí)，薄板彎曲允許具有更小的 值。 trmin5）板料的寬度 081046212345t/mmrmin/t 圖 4-15 材料厚度對(duì)最小相對(duì)彎曲半徑的影響 4 最小相對(duì)彎曲半徑 trmin的確定 121tr) 11(21tr1121maxmintr1121tr當(dāng) 達(dá)到材料拉應(yīng)變的最大極限值 時(shí),則相對(duì)彎曲半徑達(dá)到最121maxm

11、intr經(jīng)變換得：max小值，即 。trmin根據(jù)斷面收縮率與切向應(yīng)變之間的關(guān)系：tr相對(duì)彎曲半徑 也可以用材料的斷面收縮率表示， 即： 三、彎曲件坯料展開尺寸的計(jì)算 1彎曲中性層位置的確定 當(dāng)彎曲變形程度很小時(shí)，可以認(rèn)為中性層位于板料厚度的幾何中心，即： 20tr 圖4-12相對(duì)彎曲半徑當(dāng)彎曲變形程度較大時(shí)，彎曲變形區(qū)厚度變薄，中性層位置將發(fā)生移動(dòng)： )21(0tr經(jīng)驗(yàn)公式：xtr 0與變形程度有關(guān)的中性層位移系數(shù)，其值可由表4-6查得。 x2彎曲件毛坯展開尺寸的計(jì)算 rt1）圓角半徑0.5的彎曲件 rt圓角半徑0.5的彎曲件 圖4-16 )(180txrlLiiii當(dāng)彎曲中心角為 90時(shí),

12、單角彎曲件的毛坯展開長(zhǎng)度為：)(221xtrllL 按中性層展開的原理，坯料總長(zhǎng)度應(yīng)等于彎曲件直線部分和圓弧部分長(zhǎng)度之和，即 例4-1 計(jì)算圖4-17所示彎曲件的坯料展開長(zhǎng)度。ABl彎2l彎1l直1l直2FECD圖4-17 彎曲件的坯料展開長(zhǎng)度解：工件彎曲半徑 ， t 5 . 0故坯料展開長(zhǎng)度公式為 r)(22121彎彎自自llllLZ2tr38. 0 x3tr4 . 0 x查表4-5，當(dāng)時(shí)，；時(shí)，mmmmEFl87.12)30tan430tan30(5 .321自mmmmBCl47.18)30tan460tan8(30cos302自則坯料展開長(zhǎng)度ZL為 mmmmLZ88.86)12. 798

13、. 447.1887.12(2mmmmxtrl12. 7)24 . 06(18060)(1802彎mmmmxtrl98. 4)238. 04(18060)(1801彎2）圓角半徑r0.5t的彎曲件 按彎曲前后體積相等體積相等原則確定坯料長(zhǎng)度。通常采用表4-7所列經(jīng)過修正的公式計(jì)算。3）鉸鏈彎曲件 鉸鏈彎曲和一般彎曲件有所不同，鉸鏈彎曲常用推卷的方法成形。在彎曲卷圓的過程中，材料除了彎曲以外還受到擠壓作用，板料不是變薄而是增厚了，中性層將向外側(cè)移動(dòng)，因此其中性層位移系數(shù) 0.5。xXtA型B型L2圖4-18 鉸鏈形件的彎曲(a)(b)1180)(LxtRL21180)(LLxtRLA型：B型：

14、4）圓桿彎曲件圓弧段展開長(zhǎng)度可通過下式近似計(jì)算： 180)(xdrl四、彎曲力的計(jì)算與壓力機(jī)的選用 1. 彎曲力的計(jì)算1) 自由彎曲時(shí)的彎曲力彎曲力是工藝計(jì)算和壓力機(jī)選擇以及模具設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。 V形彎曲件： trKBtFbVz26 . 0圖4-19a V形自由彎曲 U形彎曲件: trKBtFbUz27 . 0圖4-19b U形自由彎曲 L形彎曲件: 2)F(QUzLFF2) 校正彎曲時(shí)的彎曲力 AFFqJ圖4-20 校正彎曲2. 彎曲時(shí)壓力機(jī)壓力的確定QzFFF總1)自由彎曲時(shí) 一般情況下，壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓總工藝力的 1.3倍，可以取壓力機(jī)的壓力為： 壓機(jī)F總F3 . 1 2

15、)校正彎曲時(shí) 壓機(jī)FJF)25 . 1 ( 4.3 4.3 彎曲成形工藝設(shè)計(jì)彎曲成形工藝設(shè)計(jì) 彎曲件的工藝性是指彎曲零件的形狀、尺寸、精度、材料以及技術(shù)要求等是否符合彎曲加工的工藝要求。具有良好沖壓工藝性的彎曲件，不僅能提高工件質(zhì)量，減少廢品率，而且能簡(jiǎn)化工藝和模具結(jié)構(gòu)，降低材料消耗。 一、彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性 1彎曲半徑彎曲件的彎曲半徑必須小于最小彎曲半徑，否則要采用工藝措施，如:壓圓角凸肩 、開槽后彎曲等。 t4-t5圖4-21 壓圓角凸肩 圖4-22 開槽后彎曲 2. 直邊高度 彎曲件的直邊高度不宜過小，其值應(yīng)為Ht 2Ht 3，最好3mm。 Ht 2若工件的直邊高度，則需先開槽或壓槽后再

16、彎曲或者先適當(dāng)增加直邊高度，彎曲后再切除多余的部分（如圖4-23所示） 。工藝余料圖4-23彎曲件的直邊高度圖4-24 帶斜邊的彎曲件圖 4-25 帶斜邊的彎曲件結(jié)構(gòu)改進(jìn) (a)(b)3. 孔邊距離 孔的位置應(yīng)處于彎曲變形區(qū)外（如圖4-26）。 t2Ltt2Lt 2當(dāng) mm 時(shí)， ； 當(dāng)mm時(shí)，。工藝孔圖4-26 彎曲件的孔邊距離 圖4-27 防止孔變形的措施 4. 工藝孔和工藝缺口圖4-28 預(yù)沖工藝槽、孔的彎曲件凸起切圓弧展開件圖4-29 彎曲畸變消除方法圖 4-30 定位工藝孔的設(shè)置 5. 彎曲件的幾何形狀一般要求彎曲件形狀對(duì)稱，彎曲半徑左右一致，則彎曲時(shí)坯料受力平衡而無滑動(dòng)。凸模凹模彈

17、頂裝置圖4-31 通過壓料裝置減小偏移 凸模凹模定位銷圖4-32通過定位銷限制偏移 連接帶圖4-33帶有缺口的彎曲件 梯形切口預(yù)先沖出槽孔 圖4-34帶有切口的彎曲件 6. 彎曲件的尺寸標(biāo)注圖4-35 不同標(biāo)注方式的彎曲件二、彎曲件的尺寸精度 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般彎曲件的經(jīng)濟(jì)公差等級(jí)在IT13級(jí)以下，角度公差大于15。 三、彎曲件的工序安排 1. 工序安排的原則（）形狀簡(jiǎn)單的彎曲件：采用一次彎曲成形； 形狀復(fù)雜的彎曲件：采用二次或多次彎曲成形。（）批量大而尺寸較小的彎曲件： 盡可能采用級(jí)進(jìn)?；驈?fù)合模。（）需多次彎曲時(shí)： 先彎兩端，后彎中間部分，前次彎曲應(yīng)考慮后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響

18、前次已成形的形狀。（）彎曲件形狀不對(duì)稱時(shí)： 盡量成對(duì)彎曲，然后再剖切（圖4-36） 圖4-36成對(duì)彎曲成形2. 典型彎曲件的工序安排圖4-37兩道工序彎曲成形圖4-38三道工序彎曲成形圖4-39四道工序彎曲成形4.4 4.4 彎曲模具設(shè)計(jì)彎曲模具設(shè)計(jì)一、彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 彎曲模的結(jié)構(gòu)主要取決于彎曲件的形狀及彎曲工序的安排。最簡(jiǎn)單的彎曲模只有一個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)；復(fù)雜的彎曲模具除了垂直運(yùn)動(dòng)外，還有一個(gè)乃至多個(gè)水平動(dòng)作。彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：1.彎曲模的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)彎曲件的形狀、精度要求和生產(chǎn)批量等進(jìn)行選擇。 2.毛坯放置在模具上必須有正確可靠的定位。 3.彎曲模的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮到制

19、造和維修中減小回彈的可能，并考慮當(dāng)壓力機(jī)滑塊到達(dá)下極點(diǎn)時(shí)，使工件彎曲部分在與模具相接觸的工作部分得到校正。4.彎曲模凸、凹模的定位要準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)要牢靠，同時(shí)不應(yīng)妨礙和阻止毛坯在模具閉合過程中必要的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，此外，還應(yīng)注意放入和取出工件的操作要安全、方便。5.為了盡量減少工件在彎曲過程中的拉長(zhǎng)、變薄和劃傷等現(xiàn)象，彎曲模的凹模圓角半徑應(yīng)光滑，凸、凹模間隙要適當(dāng)，不宜過小。6.當(dāng)彎曲過程中有較大的水平側(cè)向力作用于模具上時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)側(cè)向力平衡裝置。二、典型彎曲模結(jié)構(gòu) 1. 單工序彎曲模1) V形件彎曲模圖圖4-40 形彎曲模的一般結(jié)構(gòu)形式形彎曲模的一般結(jié)構(gòu)形式1凸模2定位板3凹模4定位尖5頂桿6形頂板7

20、頂板8定料銷9反側(cè)壓塊 3214512345圖4-41 L形彎曲模 a 1-凸模 2-凹模 3-定位銷 4-壓料板 5-擋塊 b 1-凸模 2-壓料板 3-凹模 4-定位板 5-擋塊1-凸模 2支架 3定位板（或定位銷）4活動(dòng)凹模 5轉(zhuǎn)軸 6支承板 7頂桿 圖4-42形精彎模 2) U 形件彎曲模abcdef85432167圖4-43形件彎曲模1凸模2凹模3彈簧 4凸?；顒?dòng)鑲塊 5、8凹模活動(dòng)鑲塊6凹模板7頂板12345圖4-44 夾角小于90的U形件彎曲模 1-凸模 2-定位板 3-彈簧 4-回轉(zhuǎn)凹模 5-限位釘 1243567891011 圖4-45 斜楔結(jié)構(gòu)U形件彎曲模 1-斜楔 2-凸

21、模支桿 3-彈簧 4-上模座 5-凸模6定位銷 7，8-活動(dòng)凹模；9-彈簧10-下模座11-滾柱 3) Z形件彎曲模12345圖4-46 形件彎曲模（一）1頂板2定位銷3反側(cè)壓塊4凸模5凹模56782341圖4-47 Z形件彎曲模（二） 1上模座 2 凸模 3壓塊 4下模座 5頂塊 6托板 7橡膠 8限位塊(a)(b)4) 四角形件彎曲模 (a)(b)(c)圖4-48 四角形件一次成形彎曲模圖4-49 四角形件兩次成形彎曲模 () 首次彎曲 () 二次彎曲()()5) 圓筒形件彎曲模 (1)對(duì)于圓筒直徑 d5mm 的小圓，一般先將毛坯彎成 U 形，然后再彎成圓形。1432圖4-50小圓筒件彎曲

22、模（一） 圖4-51小圓筒件彎曲模（二）1楔模2滑塊3活動(dòng)凹模4芯棒234165圖4-52小圓筒件彎曲模（三）1凸模 2壓板 3芯棒 4坯料 5凹模6滑塊(2)對(duì)于圓筒直徑d 20mm 的大圓，一般先將毛坯彎成波浪形，然后再彎成圓形。圖4-53 大圓筒件彎曲模(3)對(duì)于圓筒直徑10d40mm 、材料厚度約為 1 mm的圓筒形件，可以采用擺動(dòng)式凹模結(jié)構(gòu)的彎曲模一次彎成，如圖4-54 所示。 1432圖4-54 擺動(dòng)式凹模圓筒件彎曲模1凹模擺塊 2銷軸 3凸模 4支撐 6) 鉸鏈彎曲模 213圖4-55 鉸鏈預(yù)彎工序成形尺寸1凹模 2頂板 3凸模圖4-56 鉸鏈彎曲預(yù)彎曲模 （a)(b)12344-57 立式鉸鏈彎曲模 4-58 臥式鉸鏈彎曲模 1斜楔 2凹模 3凸模 4彈簧 2. 復(fù)合彎曲模2143圖4-59四角形件復(fù)合彎曲模（一）1凸凹模 2活動(dòng)凸模 3凹模 4頂板12435圖4-60四角形件復(fù)合彎曲模（二）1凹模2活動(dòng)凸模 3擺塊4墊板5推板3. 級(jí)進(jìn)彎 曲模58312467圖4-61 級(jí)進(jìn)彎曲模 1-彎曲凹模2-推桿3-彈壓卸料板4-板料 5-擋塊 6-彎曲凸模 7-剪刃 8-沖孔凹模實(shí)例分析一折彎切斷連續(xù)模實(shí)例分析二連續(xù)彎曲模實(shí)例分析三切斷彎曲連續(xù)模三、彎曲模工作部分尺寸設(shè)計(jì) 1凸模圓角半徑當(dāng)彎曲件的相對(duì)彎曲半徑 tr較小時(shí)，取凸模圓角半徑等于或略小于工件內(nèi)側(cè)的