彎曲工藝與彎曲模具設計方案研討

概述

3.1彎曲變形的過程及變形特點

3.2彎曲卸載后彎曲件的回彈

3.3彎曲成形的工藝設計

3.4彎曲模具的設計11/21/20231

彎曲是使材料產(chǎn)生塑性變形，形成一定曲率和角度零件的沖壓工序。彎曲毛坯的種類：板料、棒料、型材、管材

11/21/2023211/21/2023311/21/2023411/21/2023511/21/20236彎曲方法：壓彎、折彎、拉彎、滾彎、輥彎（a）模具壓彎；（b）折彎；（c）拉彎；（d）滾彎；（e）輥壓3.0.2彎曲零件的成形方法11/21/202373.1彎曲變形的過程及變形特點3.1.1彎曲變形過程

彎曲變形過程：如圖3.1.2所示V形件的彎曲，隨著凸模進入凹模深度的增大，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。3.1.2板料彎曲變形特點

通過網(wǎng)格試驗觀察彎曲變形特點（如圖3.1.3）。11/21/2023811/21/20239圖3.1.3彎曲前后坐標網(wǎng)絡的變化11/21/2023101.彎曲圓角部分是彎曲變形的主要變形區(qū)

變形區(qū)的材料外側伸長，內(nèi)側縮短，中性層長度不變。2.彎曲變形區(qū)存在應變中性層

應變中型層是指在變形前后金屬纖維的長度沒有發(fā)生改變的那一層金屬纖維。3.變形區(qū)材料厚度變薄的現(xiàn)象

變形程度愈大，變薄現(xiàn)象愈嚴重。

4.變形區(qū)橫斷面的變形

變形區(qū)橫斷面形狀尺寸發(fā)生改變稱為畸變。主要影響因素為板料的相對寬度。(寬板)橫斷面幾乎不變；(窄板)斷面變成了內(nèi)寬外窄的扇形。11/21/202311

3.1.3彎曲時變形區(qū)的應力和應變

板料在塑性彎曲時,變形區(qū)內(nèi)的應力應變狀態(tài)取決于彎曲毛坯的想對寬度

以及彎曲變形程度。

窄板彎曲的應力狀態(tài)是平面的，應變狀態(tài)是立體的。寬板彎曲的應力狀態(tài)是立體的，應變狀態(tài)是平面的。11/21/202312

3.2彎曲卸載后彎曲件的回彈

3.2.1回彈現(xiàn)象當彎曲結束，外力去除后，塑性變形留存下來，而彈性變形則完全消失。彎曲變形區(qū)外側因彈性恢復而縮短，內(nèi)側因彈性恢復而伸長，產(chǎn)生了彎曲件的彎曲角度和彎曲半徑與模具相應尺寸不一致的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為彎曲件的彈性回跳（簡稱回彈）。11/21/202313

圖3.2.1彎曲件的彈性回跳

回彈性的表現(xiàn)形式：(1)彎曲半徑增大卸載前板料的內(nèi)半徑(與凸模的半徑吻合)在卸載后增加至。彎曲半徑的增加量為：

(2)彎曲中心角的變化卸載前彎曲中心角為(與凸模頂角相吻合)，卸載后變化為。彎曲件角度的變化量為：

11/21/2023143.2.2影響回彈的因素1.材料的力學性能

材料的屈服點越高，彈性模量E越小，彎曲彈性回跳越大。

2.相對彎曲半徑

相對彎曲變徑越大，則回彈也越大。3.彎曲中心角

彎曲中心角越大，表明變形區(qū)的長度越長，故回彈的積累值越大，其回彈角越大。但對彎曲半徑的回彈影響不大。11/21/2023154.彎曲方式及彎曲模具結構采用校正彎曲時，工件的回彈小。5.彎曲件形狀

工件的形狀越復雜，一次彎曲所成形的角度數(shù)量越多，使回彈困難，因而回彈角減小。

6.模具間隙

在壓彎U形件時，間隙大，材料處于松動狀態(tài)，回彈就大；間隙小，材料被擠壓，回彈就小。

7.非變形區(qū)的影響

11/21/202316

3.2.3回彈值的確定

目的：作為修正模具工作部分參數(shù)的依據(jù)。1.小半徑彎曲的回彈（）

2.大圓角半徑彎曲的回彈（）

11/21/202317

3.2.4減少回彈的措施1.材料選擇

應盡可能選用彈性模數(shù)大的，屈服極限小，機械性比較穩(wěn)定的材料。2.改進彎曲件的結構設計

設計彎曲件時改進一些結構，加強彎曲件的剛度以減小回彈。比如：在變形區(qū)壓加強肋或壓成形邊翼，增加彎曲件的剛性，使彎曲件回彈困難(如圖3.2.3)。11/21/2023183.2.3改進零件的結構設計11/21/2023193.從工藝上采取措施

(1)采用熱處理工藝

對一些硬材料和已經(jīng)冷作硬化的材料，彎曲前先進行退火處理，降低其硬度以減少彎曲時的回彈，待彎曲后再淬硬。在條件允許的情況下，甚至可使用加熱彎曲。

(2)增加校正工序

運用校正彎曲工序，對彎曲件施加較大的校正壓力，可以改變其變形區(qū)的應力應變狀態(tài)，以減少回彈量。

(3)采用拉彎工藝

對于相對彎曲半徑很大的彎曲件，由于變形區(qū)大部分處于彈性變形狀態(tài)，彎曲回彈量很大。這時可以采用拉彎工藝

(如圖3.2.4)。11/21/20232011/21/202321

4.從模具結構采取措施

(1)補償法

利用彎曲件不同部位回彈方向相反的特點，按預先估算或試驗所得的回彈量，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償工件的回彈量(如圖3.2.9)。(2)校正法可以改變凸模結構，使校正力集中在彎曲變形區(qū)，加大變形區(qū)應力應變狀態(tài)的改變程度（迫使材料內(nèi)外側同為切向壓應力、切向拉應變）如圖3.2.10。(3)縱向加壓法在彎曲過程完成后，利用模具的

突肩在

彎曲件的端部縱向加壓（如圖3.2.11）,使彎曲變形區(qū)橫斷面上都受到壓應力，卸載時工件內(nèi)外側的回彈趨勢相反，使回彈大為降低。利用這種方法可獲得較精確的彎邊尺寸，但對毛坯精度要求較高。11/21/202322圖3.2.9用補償法修正模具結構

11/21/202323圖3.2.10用校正法修正模具結構11/21/202324圖3.2.11

縱向加壓彎曲11/21/202325(4)采用聚氨酯彎曲模

利用聚氨酯凹模代替剛性金屬凹模進行彎曲（圖3.2.12）。彎曲時金屬板料隨著凸模逐漸進入聚氨酯凹模，激增的彎曲力將會改變圓角變形區(qū)材料的應力應變狀態(tài)，達到類似校正彎曲的效果，從而減少回彈。

11/21/202326圖3.2.12聚氨酯彎曲模11/21/2023273.3彎曲成形的工藝設計

彎曲件的工藝性是指彎曲件的形狀、尺寸、材料的選用及技術要求等是否滿足彎曲加工的工藝要求。具有良好沖壓工藝性的彎曲件，不僅能提高工件質量，減少廢品率，而且能簡化工藝和模具結構，降低材料消耗。

11/21/202328

3.3.1最小相對彎曲半徑（）1.最小相對彎曲半徑的概念

最小相對彎曲半徑是指：在保證毛坯彎曲時外表面不發(fā)生開裂的條件下，彎曲件內(nèi)表面能夠彎成的最小圓角半徑與坯料厚度的比值，用

來表示。該值越小，板料彎曲的性能也越好。

2.影響最小彎曲半徑的因素

(1)材料的力學性能

(2)工件的彎曲中心角(3)板料的表面質量與剪切斷面質量(4)板料寬度的影響

(5)板材的方向性(如圖3.3.2)11/21/202329圖3.3.2板料纖維方向對彎曲半徑的影響11/21/2023303.最小相對彎曲半徑經(jīng)驗數(shù)值的確定

表3.3.111/21/202331

3.3.2彎曲件的結構工藝性1.最小彎曲半徑

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:熱彎、多次彎曲等（如圖3.3.3）。2.彎曲件形狀與尺寸的對稱性

彎曲件的形狀與尺寸應盡可能對稱、高度也不應相差太大。當沖壓不對稱的彎曲件時，因受力不均勻，毛坯容易偏移(如圖3.3.4)，尺寸不易保證。為防止毛坯的偏移，在設計模具結構時應考慮增設壓料板，或增加工藝孔定位。彎曲件形狀應力求簡單，邊緣有缺口的彎曲件，若在毛坯上先將缺口沖出，彎曲時會出現(xiàn)叉口現(xiàn)象，嚴重時難以成形。這時必須在缺口處留有連結帶，彎曲后再將連接帶切除(如圖3.3.5)。11/21/202332圖3.3.3壓槽后再進行彎曲11/21/202333圖3.3.4彎曲件形狀對彎曲過程的影響11/21/202334圖3.3.5彎曲件邊緣缺口對彎曲過程的影響11/21/2023353.彎曲件直邊高度對彎曲的影響(如圖3.3.5)

在進行彎曲時，若彎曲的直邊高度過短，彎曲過程中不能產(chǎn)生足夠的彎距,將無法保證彎曲件的直邊的平直。4.彎曲件孔邊距離

帶孔的板料在彎曲時，如果孔位位于彎曲變形區(qū)內(nèi)，則孔的形狀會發(fā)生畸變。因此，孔邊到彎曲半徑r中心的距離(如圖3.3.7)要滿足以下關系：當t＜2mm時，L≥t；t≥2mm時；L≥2t。

如不能滿足上述條件，在結構許可的情況下，可在彎曲變形區(qū)上預先沖出工藝孔或工藝槽來改變變形區(qū)范圍，有意使工藝孔的變形來保證所要求的孔不產(chǎn)生變形(如圖3.3.8)。11/21/202336圖3.3.5彎曲件直邊的高度對彎曲的影響

11/21/202337圖3.3.7彎曲件的孔邊距

11/21/202338

3.3.8防止孔變形的措施

11/21/202339

5.防止彎曲邊交接處應力集中的措施

當彎曲圖3.3.9所示彎曲件時，為防止彎曲邊交接處由于應力集中，可能產(chǎn)生的畸變和開裂，可預先在折彎線的兩端沖裁卸荷孔或卸荷槽，也可以將彎曲線移動一段距離，以離開尺寸突變處。6.彎曲件尺寸的標注應考慮工藝性

彎曲件尺寸標注不同，會影響沖壓工序的安排。如圖3.3.10a)所示的彎曲件尺寸標注，孔的位置精度不受毛坯展開尺寸和回彈的影響，可簡化沖壓工藝。采用先落料沖孔，然后再彎曲成形。b)、c)圖所示的標注法，沖孔只能安排在彎曲工序之后進行，才能保證孔位置精度的要求。在不存在彎曲件有一定的裝配關系時，應考慮圖a)的標注方法。11/21/202340圖3.3.9防止彎曲邊交接處應力集中的措施11/21/202341圖3.3.10尺寸的標注對彎曲工藝的影響

11/21/2023423.3.3彎曲工藝力的計算

彎曲力是設計彎曲模和選擇壓力機噸位的重要依據(jù)。生產(chǎn)中常用經(jīng)驗公式概略計算彎曲力，作為設計彎曲工藝過程和選擇沖壓設備的依據(jù)。1.自由彎曲時的彎曲力V形彎曲件彎曲力：U形彎曲件彎曲力：11/21/2023432.校正彎曲時的彎曲力校正彎曲是在自由彎曲階段后，進一步使對貼合凸模、凹模表面的彎曲件進行擠壓，其校正力比自由壓彎力大得多。由于這兩個力先后作用，校正彎曲時只需計算校正彎曲力。V形彎曲件和U形彎曲件均按下式計算：

式中：為校正彎曲時的彎曲力(N)；為校正部分垂直投影面積()；為單位面積上的校正力()。

11/21/2023443.3.4彎曲件毛坯展開尺寸的計算

在進行彎曲工藝和彎曲模具設計時，要計算出彎曲件毛坯的展開尺寸。計算的依據(jù)是：變形區(qū)彎曲變形前后體積不變；應變中性層在彎曲變形前后長度不變。即：彎曲變形區(qū)的應變中性層長度，就是彎曲件的展開尺寸。

11/21/2023451.應變中性層位置的確定

（1）當彎曲變形程度不大時（時），可以認為應變中性層就在板料厚度的中心位置；

（2）而當彎曲變形程度較大時（時），應變中性層會向內(nèi)表面偏移。這時，中性層位置的曲率半徑可以通過以下的公式進行估算：式中：x為中性層位移系數(shù)，查教材表3.3.3。11/21/202346

2.彎曲件毛坯展開尺寸計算（1）圓角半徑的彎曲件，如圖3.3.5。圖(b)中，毛坯的展開長度圖(a)中，毛坯的展開長度11/21/20234711/21/202348（2）無圓角半徑的彎曲()無圓角半徑彎曲件的展開長度一般根據(jù)彎曲前后體積相等的原則，考慮到彎曲圓角變形區(qū)以及相鄰直邊部分的變薄因素，采用經(jīng)過修正的公式來進行計算，見教材表3.3.4。（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，中性層將向外側移動，因此其中性層位移系數(shù)K≥0.5。圖3.3.13所示為鉸鏈中性層位置示意圖。

11/21/202349圖3.3.13鉸鏈中性層位置

11/21/202350

3.3.5彎曲件彎曲工序的安排

彎曲件的彎曲工序安排是在工藝分析和計算后進行的工藝設計工作。形狀簡單的彎曲件，如V形件、U形件、Z形件等都可以一次彎曲成形。形狀復雜的彎曲件，一般要多次彎曲才能成形。彎曲工序的安排對彎曲模的結構、彎曲件的精度和生產(chǎn)批量影響很大。

11/21/2023511.彎曲件工序安排的原則

原則（1）：對多角彎曲件，因變形會影響彎曲件的形狀精度，故一般應先彎外角，后彎內(nèi)角。前次彎曲要給后次彎曲留出可靠的定位，并保證后次彎曲不破壞前次已彎曲的形狀。

原則（2）：結構不對稱彎曲件，彎曲時毛坯容易發(fā)生偏移，應盡可能采用成對彎曲后，再切開的工藝方法，如圖3.3.8。

原則（3）：批量大、尺寸小的彎曲件，應采用級進模彎曲成形工藝（如圖3.3.9），以提高生產(chǎn)率。

原則（4）：如果彎曲件上孔的位置受彎曲過程影響而且精度要求較高，則應在彎曲后再沖孔，否則孔的位置精度無法保證。11/21/202352圖3.3.8成對彎曲

11/21/202353

圖3.3.9級進模彎曲成形

11/21/202354圖3.3.10一次彎曲成形圖例

2.工序安排實例

圖3.3.10為一次次彎曲成形的示例：11/21/202355圖3.3.11兩次彎曲成形圖例

圖3.3.11為二次彎曲成形的示例：11/21/202356圖3.3.12三次彎曲成形圖例

圖3.3.12為三次彎曲的示例：11/21/202357圖3.3.13多次彎曲成形圖例

圖3.3.13所示為多道工序成形的示例。11/21/2023583.4彎曲模的典型結構設計

彎曲模的結構主要取決于彎曲件的形狀及彎曲工序的安排。最簡單的彎曲模只有一個垂直運動；復雜的彎曲模具除了垂直運動外，還有一個乃至多個水平動作。彎曲模結構設計要點為：

(1)彎曲毛坯的定位要準確、可靠，盡可能是水平放置。多次彎曲最好使用同一基準定位。(2)結構中要能防止毛坯在變形過程中發(fā)生位移，毛坯的安放和制件的取出要方便、安全和操作簡單。(3)模具結構盡量簡單，并且便于調(diào)整修理。對于回彈性大的材料彎曲，應考慮凸模、凹模制造加工及試模修模的可能性以及剛度和強度的要求。11/21/202359

3.4.1典型彎曲模具的結構1.V形件彎曲模這類形狀的彎曲件可以用兩種方法彎曲：（1）是沿著工件彎曲角的角平分線方向彎曲，稱為V形彎曲；(如圖3.4.1）（2）是垂直于工件一條邊的方向彎曲，稱為L形彎曲(如圖3.4.2)（3）對于精度要求較高，形狀復雜、定位較困難的V形件（如圖3.4.3），可以采用折板式彎曲模。

11/21/2023601-下模座；2、5-銷釘；3-凹模；4-凸模；6-上模座；7-頂桿；8-彈簧；9、11-螺釘；10-可調(diào)定位板圖3.4.1V形件彎曲模1-凹模；2-凸模；3-定位釘；4-壓料板；5-靠板圖3.4.2L形件彎曲模11/21/2023611-凸模；2-支架；3-定位板；4-活動凹模；5-轉軸；6-支承板；7-頂桿圖3.4.3V形件精彎模11/21/2023622.U形件彎曲模

（1）U形彎曲模在一次彎曲過程中可以形成兩個彎曲角，圖3.4.4為常見U形件彎曲模結構。（2）彎曲角小于90°的U形件時，可在兩彎曲角處設置活動凹模鑲塊，彎曲模下降到與鑲塊接觸時，推動活動凹模鑲塊擺動，并使材料包緊凸模(圖3.4.5)。另一種方法是采用斜楔彎曲模，圖3.4.6所示。11/21/202363圖3.4.4U形件彎曲模具1-凸模；2-凹模；3-彈簧；4-凸?；顒予倝K；5、9-凹?；顒予倝K；6-定位銷；7-轉軸；8-頂板11/21/202364圖3.4.5彎曲角小于90°的彎模11/21/202365圖3.4.6斜楔彎曲模11/21/202366

3.Z形件彎曲模由于Z形件兩端直邊彎曲方向相反，所以Z形彎曲模需要有兩個方向的彎曲動作（如圖3.4.7）。4.四角形件彎曲模（1）四角形件兩次彎曲模兩次彎曲成形的方法（如圖3.4.8）。倒裝式兩次彎曲成形的方法（如圖3.4.9）。（2）四角形件一次彎曲模一次彎曲成形的復合彎曲模結構，是將兩個簡單模復合在一起的彎曲模（如圖3.4.10）。

11/21/2023671-頂板；2-定位銷；3-側壓塊；4-凸模；5-凹模；6-上模座；7-壓塊；8-橡皮；9-凸模固定板；10-活動凸模；11-下模座

圖3.4.7Z形件彎曲模11/21/202368圖3.4.8形件兩次彎曲模（一）

11/21/202369圖3.4.9形件兩次彎曲模（二）

11/21/202370圖3.4.10形件一次彎曲成形模11/21/202371

５.圓形件彎曲模圓筒形件彎曲的彎曲方法可分為三類：（1）對于圓筒直徑mm的小圓，一般先將毛坯彎成U形，然后再彎成圓形（如圖3.4.15）或一次彎曲成形（如圖3.4.16）。（2）對于圓筒直徑mm的大圓，一般先將毛坯彎成波浪形，然后再彎成圓形（如圖3.4.17）。（3）對于圓筒直徑

為10~40mm、材料厚度大約1mm的圓筒形件，可以采用擺動式凹模結構的彎曲模一次彎成，（如圖3.4.18）。６.鉸鏈彎曲模鉸鏈彎曲成形，一般分兩道工序進行，先將平直的毛坯端部預彎成圓弧然后再進行卷圓。（如圖所示）11/21/20237211/21/202373圖3.4.16小圓形件一次彎曲成形模

11/21/20237411/21/2023751-支承；2-凸模；3-擺塊凹模；4-墊板圖3.4.18擺塊一次彎曲模11/21/20237611/21/202377

3.4.2彎曲模主要工作零件結構參數(shù)的確定

1.彎曲凸模和凹模的圓角半徑

（1）彎曲凸模的圓角半徑

當彎曲件的相對彎曲半徑

，且不小于

時，凸模的圓角半徑一般等于彎曲件的圓角半徑；若彎曲件的圓角半徑小于最小彎曲半徑()時，首次彎曲可先彎成較大的圓角半徑，然后采用整形工序進行整形，使其滿足彎曲件圓角的要求；

若彎曲件的相對彎曲半徑較大（

），精度要求較高時，由于圓角半徑的回彈大，凸模的圓角半徑應根據(jù)回彈值作相應的修正。

11/21/202378（2）凹模圓角半徑凹模的圓角半徑的大小對彎曲變形力和制件質量均有較大影響，同時還關系到凹模厚度的確定。凹模圓角半徑過小，坯料拉入凹模的滑動阻力大，使制件表面易擦傷甚至出現(xiàn)壓痕。凹模圓角半徑過大，會影響坯料定位的準確性。凹模兩邊的圓角要求制造均勻一致，當兩邊圓角有差異時，毛坯兩側移動速度