冷冲压工艺与模具设计经典课件--第3章_图文

第3章 弯曲
本章内容
弯曲是冷冲压基本工序之一。 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、工艺方案制定和弯曲 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。

本章重点
1. 弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素; 2. 弯曲工艺计算方法; 3. 弯曲工艺性分析与工艺方案制定; 4. 弯曲模典型结构与结构设计; 5. 弯曲工艺与弯曲模设计的方法和步骤。

难点
1.弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素; 2.影响回弹的因素与减少回弹的措施 ; 3.弯曲工艺计算; 4.弯曲模典型结构与弯曲模工作零件设计。

3.1 弯曲概述
弯曲: 弯曲:将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角
零件的冲压工序。 度和一定的曲率,形成所需形状零件 零件 弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以 弯曲方法: 弯曲方法: 及在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。 弯曲所使用的模具。 弯曲模: 弯曲模:

典型弯曲件及实物 典型弯曲件及实物

弯曲方法

V形件弯曲模

1—模柄;2—圆柱销;3—凸模;4—凹模;5—定位销;6—下模座;7— 螺钉;8—弹簧;9—顶杆;10—挡料销

3.2 弯曲变形过程及变形特点 3.2.1 弯曲变形过程
弯曲分类: 弯曲分类:自由弯曲和校正弯曲。

校正弯曲过程

3.2.2 弯曲变形特点
1.弯曲变形主要发生在弯曲带中心角α范围内,中心 角以外基本不变形。 2.坯料在长、宽、厚三个方向都发生了变形。

弯曲前后网格变化

3.2.2 弯曲变形特点

弯曲角与弯曲带中心角

弯曲变形区的横截面变化

3 2 3 弯曲变形时的应力与应变状态
长度方向σ1:内区受压,外区受拉 向 应 力 三 向 应 力 窄板 厚度方向σ2:内外均受压应力 (B/t<3)宽度方向σ :内外侧压力均为零 3 应力 宽板 (B/t 3) 长度方向σ1:内区受压,外区受拉 厚度方向σ2:内外均受压应力 宽度方向σ3:内区受压,外区受拉 两

3 2 3 弯曲变形时的应力与应变状态
窄板 长度方向ε1:内区压应变,外区拉应变 向 应 变 两 向 应 变 三

应变

厚度方向ε2:内区拉应变,外区压应变 (B/t<3) 宽度方向ε3:内区拉应变,外区压应变 宽板 (B/t 长度方向ε1:内区压应变,外区拉应变 厚度方向ε2:内区拉应变,外区压应变 3) 宽度方向ε3:内外区

3.3 弯曲件质量分析
3.3.1 弯曲变形程度与最小弯曲半径
1.弯曲变形程度 1.弯曲变形程度 :常用板料的相对弯曲半径r/t来表
示板料弯曲变形程度的大小 。

2.最小弯曲半径: 2.最小弯曲半径:通常将不致使材料弯曲时发生开裂 最小弯曲半径
的最小弯曲半径的极限值,称为该材料的最小弯曲半径。

3.3.2 弯裂与最小相对弯曲半径的控制
1.最小相对弯曲半径rmin/t 1.最小相对弯曲半径r 最小相对弯曲半径
2.最小弯曲半径影响因素 (1)材料的力学性能;(2)弯曲方向;(3)弯曲件 角度φ ;(4)板料的热处理状态 ;(5)板料的边缘 以及表面状态: (6)板宽的影响 。

3.最小弯曲半径rmin的数值 最小弯曲半径r
参见表3-1

4.防止弯裂的措施 4.防止弯裂的措施
不宜采用最小弯曲半径。当零件的弯曲半径小于表3-1所 列数值时,为了提高极限弯曲变形程度,防止弯裂,常 采用的措施有退火、加热弯曲、消除冲裁毛刺、两次弯 曲 (先加大弯曲半径,退火后再按工件要求小弯曲半 径弯曲)、校正弯曲以及对较厚的材料开槽后弯曲。

3.3.3 弯曲卸载后的回弹
1.回弹现象 回弹现象
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。

2.弯曲回弹的表现形式 2.弯曲回弹的表现形式
(1)曲率减小 (2)弯曲中心角减小

3.影响回弹的因素 影响回弹的因素
(1)材料的力学性能 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

3.影响回弹的因素(续) 影响回弹的因素( 影响回弹的因素
(2)相对弯曲半径 越大,回弹越大。 (3)弯曲中心角 越大,变形区的长度越长, 回弹积累值也越大,故回弹角 越大。

变形程度对弹性恢复值的影响

3.影响回弹的因素(续) 影响回弹的因素( 影响回弹的因素
(4)弯曲方式及弯曲模 ①在无底凹模内作自由弯曲时回弹最大。 ②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。 (5)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。 (6)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, 回弹量就越小。

3.3.3 弯曲卸载后的回弹
4.回弹值的确定 4.回弹值的确定
方法: 方法: 先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。 (1)大变形程度( <5)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°时部分材料的平均回弹角见表3-3。 当弯曲件弯曲中心角不为90°时,其回弹角可用下式计算:

(2)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(见表3-3)计 算,符号如右图所示。

V形件校正弯曲的回弹

(3)小变形程度(

≥10)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:

【例3-1】回弹值计算示例

图3-20(b)为根据回弹值确定的凸模工作部分尺寸。

5.减小回弹的措施 5.减小回弹的措施
(1)改进弯曲件的结构设计 ①尽量避免选用过大的r/t 。如有可能,在弯曲区压制加强筋, 避免选用过大的r/t 以提高零件的刚度,抑制回弹。

②尽量选用

小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。

(2)从工艺上采取措施 ①采用校正弯曲代替自由弯曲;②采用拉弯工艺。

(3)从模具结构上采取措施
①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。 ②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3-24)。
③ 对于厚度在0.8mm以上的软材料, r/t又不大时,可采取如图3-25所示

结构。
④ 对于U 形件弯 曲,当 r/t较 小时,可 采取 增加 背 压 的 方法 (如图 3-

25(b)); 当r/t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(如图 3-26(a)); 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(图3-26(b)) 。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3-26(c))。

3.3.4 弯曲时的偏移
1.偏移现象 1.偏移现象

2.消除偏移的措施 2.消除偏移的措施

对称弯曲

3.3.5 弯曲后的翘曲与剖面畸变

弯曲后的翘曲

型材、 型材、管材弯曲后的剖面畸变

3.4 弯曲件的结构工艺性
弯曲件的结构工艺性: 弯曲件的结构工艺性:指弯曲件的形状、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。

3.4.1 弯曲件的精度
尺寸公差按GB/T 13914-92,角度公差按GB/T 13915-92, 形状和位置未注公差 按GB/T 13916-92,未注公差尺寸的极限 偏差按GB/T 5055-94。对于弯曲件的精度要求要合理。弯曲件 长度的未注公差尺寸的极限偏差和弯曲件角度的自由公差也 可以按表3-4和表3-5确定。

3.4.2 弯曲件的材料
具有足够的塑性,屈强比( 屈服点与弹性模量的比值( )小, )小,

则有利于弯曲成形和工件质量的提高。 脆较大的材料,则最小相对弯曲半径 不利于成形。 大,回弹大,

3.4.3 弯曲件的结构 1.弯曲半径 1.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。

3.4.3 弯曲件的结构 2.弯曲件的形状 2.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 时坯料受力平衡而无滑动。

3.4.3 弯曲件的结构
3.弯曲件高度 3.弯曲件高度

弯曲件的直边高度不 宜过小,其值应为

h>r+2t

3.4.3 弯曲件的结构
4.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b≥r (如上页图(a)),或在弯曲部分与不弯曲部分之间切槽, 或在弯曲前冲出工艺孔。

3.4.3 弯曲件的结构
5.弯曲件孔边距离 当t<2mm时, 当t≥2mm时,

3.4.3 弯曲件的结构
6.增添连接带和定位工艺孔

增添连接带和定位工艺孔的弯曲件

3.4.3 弯曲件的结构
7.尺寸标注 尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。

3.5 弯曲件展开尺寸计算
3.5.1 弯曲中性层位置的确定
据中性层的定义,弯曲件的坯料长度应等于中性层的展开长度。 中性层位置以曲率半径 表示(右图),通常用 下面经验公式确定:

式中: 为中性层位移系 数,见表3-6。

3.5.2 弯曲件展开尺寸计算
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法计算坯料长度。 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。

1.圆角半径 1.圆角半径r>0.5t的弯曲件 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

2.圆角半径 2.圆角半径r<0.5t的弯曲件 按变形前后体积不变条件确定坯料长度。通常采用表 3-7所列经验公式计算。 3.铰链式弯曲件 3.铰链式弯曲件 对于 r =(0.6~3.5)t 的铰链件(右图),其坯料 长度可按下式近似计算。

计算下图所示弯曲件的坯料展开长度。 例3-2 计算下图所示弯曲件的坯料展开长度。

3.6 弯曲力的计算
3.6.1 自由弯曲时的弯曲力
V形件弯曲力 U形件弯曲力 式中: ——自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力; B——弯曲件的宽度; t——弯曲材料的厚度; r——弯曲件的内弯曲半径; ——材料的抗拉强度; K——安全系数,一般取K=1.3。

3.6.2 校正弯曲时的弯曲力
式中: ——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3-9。

3.6.3 顶件力或压料力
若弯曲模设有顶件装置或压料装置,其顶件力 (或压料力 )可近似取自由弯曲力的30%~80%。即

3.6.4 压力机公称压力的确定
对于有压料的自由弯曲

对于校正弯曲

3.7 弯曲件的工序安排
3.7.1 弯曲件的工序安排原则
1.形状简单的弯曲件:采用一次弯曲成形; 形状复杂的弯曲件:采用二次或多次弯曲成形。 2.批量大而尺寸较小的弯曲件: 尽可能采用级进模或复合模。 3.需多次弯曲时: 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。 4.弯曲件形状不对称时: 尽量成对弯曲,然后再剖切。

3.7.2 典型弯曲件的工序安排 一次弯曲

二次弯曲
第一次弯曲 第二次弯曲

3.7.2 典型弯曲件的工序安排(续) 典型弯曲件的工序安排( 三次弯曲
第一次弯曲 第二次弯曲 第三次弯曲

3.7.2 典型弯曲件的工序安排(续) 典型弯曲件的工序安排( 四次弯曲
第一次弯曲 第二次弯曲 第三次弯曲

第四次弯曲

3.8 弯曲模的典型结构
3.8.1 单工序弯曲模
V形件弯曲模 1. V形件弯曲模

V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-V形顶板;7 -顶板;8-定料销;9-反侧压块

V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

3.8.1 单工序弯曲模(续) 单工序弯曲模(
2.U形件弯曲模 弯曲角小于90°的U形弯曲模 3. 形件弯曲模 形件一次弯曲模 形件复合弯曲模 4.Z形件弯曲模 两次成形弯曲模 带摆块的形件弯曲模

U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

弯曲角小于90° 弯曲角小于90°的U形弯曲模 90

形件一次弯曲模

两次成形弯曲模

1—凸模;2—定位板;3—凹模;4—顶板;5—下模座

形件复合弯曲模

1—凸凹模;2—凹模;3—活动凸模;4—顶杆

带摆块的形件弯曲模 带摆块的形件弯曲模

1—凹模;2—活动凸模;3—摆块;4—垫板;5—推板

Z形件弯曲模

3.8.1 单工序弯曲模(续) 单工序弯曲模(
5.圆形件弯曲模 (1)直径d≤5mm的小圆形件 (2)直径d≥20mm的大圆形件 三道工序弯曲大圆 两道工序弯曲大圆 带摆动凹模的一次弯曲成形模

直径d≤5mm的小圆形件 ≤5mm的小圆形件
1—凸模; 2—压板; 3—芯棒; 4—坯料; 5—凹模; 6—滑块; 7—侧楔; 8—活动凹模

直径d≥20 mm的大圆形件 mm的大圆形件

三道工序弯曲大圆

两道工序弯曲大圆

1—凸模;2—凹模;3—定位板

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

3.8.1 单工序弯曲模(续) 单工序弯曲模(
6.铰链件弯曲模 卷圆的原理: 通常是采用推圆法 推圆法 滚轴式弯曲模 7.其他形状弯曲件的弯曲模 带摆动凸模弯曲模 带摆动凹模的弯曲模

铰链件弯曲工序安排

铰链件弯曲模

1—斜楔;2—凹模;3—凸模;4—弹簧

滚轴式弯曲模

1—凸模;2—定位板;3—凹模;4—滚轴;5—挡板

带摆动凸模的弯曲模

1—摆动凸模;2—压料装置;3—凹模

带摆动凹模的弯曲模

1—凸模;2—定位板;3—摆动凹模

3.8.2 级进弯曲模
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,可以采用级进弯曲模 级进弯曲模进行多工位的冲 级进弯曲模 裁、压弯、切断连续工艺成形。

连续工艺成形

1—挡块;2—顶件销;3—凸凹模;4—冲孔凸模;5—冲孔凹模;6—弯曲凸模

3.8.3 复合弯曲模
对于尺寸不大的弯曲件,可以采取复合模 复合模,即在压力机 复合模 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。

3.8.4 通用弯曲模
对于小批生产或试制生产的零件,一般采用通用弯曲模。 图3-70是经多次V形弯曲制造复杂零件的例子。 图3-71是折弯机上用的弯曲模端面形状。 图3-72为通用V形弯曲模。

多次V 多次V形弯曲制造复杂零件的例子

折弯机上用的弯曲模端面形状 折弯机上用的弯曲模端面形状

通用V 通用V形弯曲模

3.9 弯曲模工作零件设计
3.9.1 弯曲模工作部分结构参数确定

弯曲模工作部分的尺寸

1.凸模圆角半径 1.凸模圆角半径
当工件的相对弯曲半径r/t较小时,凸模圆角半径 取等于工件的弯曲半径r,但不应小于表3-1所列的最小弯 曲半径值rmin。 当r/t>10时,则应考虑回弹,将凸模圆角半径 加以修正。

2.凹模圆角半径 2.凹模圆角半径
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。 =(3~6)t t≤2 mm时, t=2~4 mm时, =(2~3)t t>4 mm时, =2t V形弯曲凹模的底部可开退刀槽或取圆角半径

3.凹模深度 3.凹模深度
V形件弯曲模:表3-10 形件弯曲模: U形件弯曲模:表3-11及表3-12 形件弯曲模:

4.凸、凹模间隙 4.凸
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、凹模单边间隙一般可按下式计算: 式中,C为间隙系数,可查表3-13。 当工件精度要求较高时,其间隙应适当缩小,取Z/2=t。

5.U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差 5.U形件弯曲凸、 形件弯曲凸

决定原则: 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。 (1)尺寸标注在外形上 凹模尺寸 凸模尺寸 式中, (2)尺寸标注在外形上 凸模尺寸 凹模尺寸 为凸、凹模的制造公差,可采用IT7~IT9

级精度,一般取凸模的精度比凹模精度高一级。

3.9.2 斜楔、滑块设计 斜楔、
1.斜楔、 1.斜楔、滑块之间的行程关系 斜楔 斜楔角α一般取40°,为了增大滑块行程s,也可取45°、 50°等。一般要求斜楔的有效行程s1应大于滑块的行程s。 2.斜楔滑块的尺寸设计 2.斜楔滑块的尺寸设计 斜楔滑块的尺寸

斜楔、 斜楔、滑块尺寸关系图

3.斜楔、滑块的结构 斜楔、 斜楔

1—斜楔;2—挡块;3—键;4、5—防磨板; 6—导销;7—弹簧;8、9—镶块;10—滑块

3.10 弯曲模设计实例
3.10.1 设计实例一

U形弯曲件零件图

1.零件展开尺寸计算(图3-79) 2.弯曲力计算 3.工作部分尺寸 : (1)凹模圆角; (2)凹模深度; (3)凸、凹模间隙; (4)凹模宽度: 4.模具结构

零件展开尺寸

模具装配图

1—模柄;2—上模座; 3—凸模;4—打料杆; 5—凹模;6—下模座; 7— 顶杆;8—顶板; 9—定位销;10—定位销

3.10.1 设计实例二

零件图

1.弯曲工艺 2.模具结构 3.工艺计算 : (1)校正弯曲力 ;(2)回弹 4.主要零部件设计 : (1)坯料定位;(2)圆角半径 ;(3)凸、凹模单 边间隙 ;(4)零件右部Z形弯曲过程 ;(5)其他机 构设计

模具结构

1—上模座;2—螺钉; 3、11—垫板;4—凸模 固定板;5—斜楔;6—凸 模;7—顶件块;8—滑 块;9—销轴;10—凹模 板;12—下模座;13—顶 杆;14—弹顶器;15—弹簧

凸模底部形状

弯曲过程分析

1—凸模;2—工件;3—滑块

凸模与滑块相对位置分析

1—凸模;2—工件;3—滑块


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