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1、模具设计基础,弯曲工艺与弯曲模具设计,了解弯曲工艺及弯曲件的结构工艺性分析，理解弯曲变形过程分析，理解弯曲件的质量问题及防止措施，掌握弯曲工艺设计和弯曲模具典型结构组成及工作过程分析。 应该具备的能力：具备弯曲件的工艺性分析、工艺计算和典型结构选择的基本能力，初步具备根据弯曲件质量问题正确分析原因并给出防止措施的能力。,弯曲件在生产生活中经常见到，如下图所示的电器元件和弯管均为弯曲件。这些产品的共同特点是：不管是板类件还是管形件，都有一定的弯曲角度。另外，很多弯曲件上有孔，是先冲孔还是先弯曲，如何判断并制定加工的先后顺序呢？,弯曲：,弯曲方法：,弯曲模：,本章与第2章相比： 准确工艺计算难，模
2、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,概 述,第一节 弯曲变形分析,V形弯曲是最基本的弯曲变形。,一、弯曲变形过程,1.弯曲变形时板材变形区受力情况分析,变形区主要在弯曲件的圆角部分，板料受力情况如图所示。,V形弯曲板材受力情况,1-凸模 2-凹模,2.弯曲变形过程,自由弯曲,校正弯曲,弹性弯曲,塑性弯曲,弯曲效果：,表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化（
3、减小）。,3.弯曲变形分析,研究材料的变形，常采用网格法。根据坐标网格的变化情况来分析弯曲变形时毛坯的变形特点。,（1）弯曲变形区的位置 通过对网格的观察，可见弯曲圆角部分的网格发生了显著的变化，原来的正方形网格变成了扇形。靠近圆角部分的直边有少量变形，而其余直边部分的网格仍保持原状，没有变形。说明弯曲变形的区域主要发生在弯曲圆角区，即弯曲带中心角 范围内。,（2）应变中性层 网格由正方形变成了扇形，靠近凹模的外侧纤维切向受拉伸长，靠近凸模的内侧纤维切向受压缩短，在拉伸与压缩之间存在一个既不伸长也不缩短的中间纤维层，称为应变中性层。,（3）变形区横断面的变形 板料的相对宽度 b/t 对弯曲变形
4、区的材料变形有很大影响。 一般将相对宽度 b/t3 的板料称为宽板；相对宽度 b/t3 的板料称为窄板。,二、弯曲件回弹,材料在弯曲过程中，伴随着塑性变形总存在着弹性变形，弯曲力消失后，塑性变形部分保留下来，而弹性变形部分要恢复，从而使弯曲件与弯曲模的形状并不完全一致，这种现象称为弯曲件的回弹。回弹是所有弯曲件都存在的问题，只不过是回弹量大小而已。回弹量的大小通常用角度回弹量 和曲率回弹量 r 来表示。 角度回弹量 是指模具在闭合状态时工件弯曲角 与弯曲后工件的实际角度 0 的差值，即 = 0 ,1影响回弹的主要因素 影响回弹的因素很多，主要有以下方面。 (1)材料的力学性能。屈服极限s越高，
5、材料在一定变形程度下，其变形区断面内的应力也越大，因而引起更大的弹性变形，所以回弹值也大。弹性模量 E 越大，则抵抗弹性变形的能力越强，所以回弹值越小。 (2)材料的相对弯曲半径 r/t。随着 r/t的减小，塑性变形成分变大，回弹量降低。,1影响回弹的主要因素 影响回弹的因素很多，主要有以下方面。 (1)材料的力学性能。屈服极限s越高，材料在一定变形程度下，其变形区断面内的应力也越大，因而引起更大的弹性变形，所以回弹值也大。弹性模量 E 越大，则抵抗弹性变形的能力越强，所以回弹值越小。 (2)材料的相对弯曲半径 r/t。随着 r/t的减小，塑性变形成分变大，回弹量降低。,1影响回弹的主要因素（
6、续） (3)弯曲件的形状。一般 U 形件比 V 形件的回弹量要小。弯曲角 愈大，参加变形的区域愈大，弹性变形量愈大，回弹愈大。弯曲件的形状复杂时，同时弯曲的部位多，由于各部位相互牵制，所以回弹值小。 (4)凸、凹模之间的间隙。在弯曲 U形件时，模具间隙对回弹有直接影响。间隙愈小，回弹值愈小。 (5)弯曲校正力。弯曲校正力愈大，塑性变形程度愈大，回弹愈小。,2回弹量的确定 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。,小变形程度（R/t5）自由弯曲时的回弹量,凸模工作部分的圆角半径和角度可按下式进行计算：,卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的，可以不予考虑，
7、而仅考虑弯曲中心角的回弹变化。 角度回弹角参考经验数值见表3.2和表3.3 。 当弯曲件弯曲中心角不为90时，其回弹角也可用下式计算：,大变形程度（R/t5）自由弯曲时的回弹量,三、弯曲件的质量分析,弯曲件的主要质量问题有弯裂、回弹和滑移三种。 1、弯裂是指弯曲变形区外侧出现裂纹。 弯曲件产生弯曲裂纹的原因较多，如相对弯曲半径过小、板料塑性差、弯曲模间隙小、润滑不良、板厚严重超差等，最主要的原因是相对弯曲半径 r/t 过小。,防止弯裂的措施如下。 (1) 使用表面质量好的毛坯。 (2) 采用合理的模具间隙，改善润滑条件，减少弯曲时毛坯的流动阻力。 (3) 制件的相对弯曲半径大于最小相对弯曲半径
8、。若不能满足时，应分两次或多次进行弯曲。 (4) 对于塑性差或加工硬化较严重的毛坯，先退火后弯曲。 (5) 把毛坯有毛刺的一面置于变形区的内侧。,2、滑移指在弯曲过程中，毛坯沿凹模口滑动时由于两边所承受摩擦阻力不同而出现的毛坯向左或向右移动的现象，使弯曲件的尺寸精度达不到要求。 形成滑移的主要原因是毛坯沿凹模口滑动时两边所受的摩擦阻力不相等，如图 所示。其中，图(a)为制件形状不对称而造成的滑移；图(b)为凹模口两边圆角不相等造成的滑移；图(c)为制件两边弯曲角不同而造成的滑移。,防止滑移的措施主要有以下几种。 (1) 采用对称的凹模结构，保证模具间隙均匀。 (2) 采用有顶件装置的弯曲模结构
9、。如图 3.27 所示，弯曲时顶件装置和凸模把毛坯夹紧，限制了滑移。,(3)采用定位装置。如图 3.28 所示，利用制件底部的孔或工艺孔定位，使毛坯在弯曲时不能左右滑动，从而保证了制件的尺寸精度。,3回弹 由于影响回弹的因素很多，各因素之间往往又互相影响，因此很难实现对回弹量的精确计算和分析。在模具设计时，对回弹量的确定大多按经验确定(也可查有关冲压资料进行估算)，最后通过试模来修正。 在模具设计时，要尽可能消除或减小回弹的影响响(指消除回弹对弯曲件的影响，但并不能消除弯曲件的回弹现象)。,3减小回弹的措施 1) 补偿法 此种方法是预先估算或试验出工件弯曲后的回弹量，在设计模具时，使弯曲件的变
10、形量超过原设计的变形量，工件回弹后就得到所需要的正确形状，如图 3.7 所示。其中图 b使用的是抵消补偿法。弯曲后，底部的圆弧部分有回弹成直线的趋势，带动两侧板向内倾斜，使两侧板向外的回弹得到补偿。,3.7补偿法,2) 校正法 校正弯曲时，在模具结构上采取措施，让校正压力集中施加在弯曲变形区，使其塑性变形成分增加，弹性变形成分减小，从而使回弹量减小，如图 3.8 所示。,3.8 校正法示意,四、弯曲件的工艺性,弯曲件的结构工艺性对弯曲生产有很大的影响。弯曲件良好的工艺性，不仅能简化弯曲工序和弯曲模的设计，而且还能提高弯曲件的精度、节约材料、提高生产率。,（1）弯曲件的形状 弯曲件的形状一般应对
11、称，弯曲半径应左右一致，如图 所示。图(b)所示形状左右不对称，弯曲时由于工件受力不平衡将会产生滑动现象，影响工件精度。,（2）最小弯曲半径 最小弯曲半径指弯曲件弯曲部分的内角半径，用 r 表示，如图(a)所示。弯曲件的弯曲半径越小，则毛坯弯曲时外表面的变形程度就越大。如果弯曲半径过小，毛坯在弯曲时，其外表面的变形就可能会超过材料的变形极限而产生裂纹。因此弯曲工艺受最小弯曲半径rmin 的限制。,（2）最小弯曲半径 （续） 最小弯曲半径受材料的力学性能、弯曲方向、板料厚度、弯曲中心角等因素的影响。图 3.8 所示为板料的弯曲方向对最小弯曲半径的影响。由于弯曲所用冷轧钢板经多次轧制后具有多方向性
12、，顺着纤维方向的塑性指标优于与纤维相垂直方向的指标。,（3）弯曲件的直边高度 弯曲件的直边高度是指弯曲件非变形区的边的长度，用 H表示。如果直边高度 H过小，那么直边在弯曲模上支承的长度也过小，不易形成足够的弯矩，弯曲件的形状难以控制。一般地，应保证弯曲件的直边高度不小于料厚的 2 倍，即 H2t。,（4）弯曲件的孔边距 当弯曲带孔的工件时，如孔位于弯曲变形区附近，则弯曲后孔的形状会发生改变。为了避免这种缺陷的出现，必须使孔处于弯曲变形区之外。,5止裂孔、止裂槽 如图 3.12 所示， 当局部弯曲某一段边缘时， 为了防止尖角处由于应力集中而产生裂纹，可增添工艺孔、 工艺槽或将弯曲线移动一定距离
13、， 以避开尺寸突变处， 并满足bt， h=t+r+b/2的条件。,五、弯曲的工艺计算,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。,1、弯曲件展开长度的确定,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：,K中性层位移系数，见表3.2。,式中：,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r0.5t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
14、和，即,第3章 弯曲模设计,2）圆角半径r0.5t的弯曲件,按变形前后体积不变条件确定坯料长度。通常采用经验公式计算。,V形件弯曲力,2、弯曲力计算 1）自由弯曲时的弯曲力,U形件弯曲力,F1自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力； 弯曲件的宽度； R弯曲件的内弯曲半径； 弯曲材料的厚度； 材料的抗拉强度； 安全系数，一般取1.3。,式中：,式中：,2）校正弯曲时的弯曲力,F2校正弯曲应力(N)； A工件被校正部分投影面积（mm）； q单位面积校正力(MPa)，其值见表3.3。,弯曲时压力机的压力是自由弯曲与校正弯曲力之和即： FF1+F2 F压力机的压力；,3）弯曲时压力机的压力,对于有压料的自由
15、弯曲,4）压力机公称压力的确定,对于校正弯曲,5）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FD（或压料力FY)可近似取自由弯曲力的3080。即,六、弯曲模设计的有关计算,1.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。,1.凸、凹模间隙（续）,U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般可按下式计算：,式中 n因数，可查表3-11 。 当工件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取Z/2t。,1）凸模宽度尺寸计算,2.凸凹模工作部位尺寸,根据工件尺寸标注方式不同，按表3.7所列公式计算,U形件弯曲凸、凹模宽度尺寸及公差（如图所示）,决定原则： 工件
16、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。,标注内形和外形的弯曲件及模具尺寸,1）凸凹模宽度尺寸计算,2.凸凹模工作部位尺寸,工件简图 凹模尺寸 凸模尺寸,bp按凹模尺寸配制，保证双面间隙Z或,尺寸标注在外形上,1.凸凹模宽度尺寸计算（续）,工件简图 凸模尺寸 凹模尺寸,bd按凸模尺寸配制，保证双面间隙Z或,尺寸标注在内形上,3.凸凹模的圆角半径与弯曲凹模的深度 凸模的圆角半径rp 工件的相对弯曲半径/较小时，凸模圆角半径rp取等于或略小于工件内侧圆角半径 ,但不应小于材料允许的最小弯曲半径值rmin。 当rp rmin时，取rp
17、 rmin ，增加一次整形工序，使rp r。 当/10时，则应考虑回弹，将凸模圆角半径rp 加以修正。,(2)凹模圆角半径rd,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， rd（36) 24时， rd （23) 4时， rd 2 V形弯曲凹模的底部可开退刀槽或取圆角半径r底。,3.凹模深度,凹模深度见表3-10。 凹模深度过小，毛坯两边自由部分太多，弯曲件回弹大，不平直； 凹模深度过大，凹模增大，消耗模具材料多，且需要压力机有较大的工作行程。,第二节 弯曲模的典型结构,一、弯曲模的典型结构 V形件弯曲模,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
18、顶板7顶板8定料销9反侧压块,V形件弯曲模,特点： 结构简单，通用性好，但弯曲时毛坯易滑动偏移，影响工件精度。,V形件弯曲模 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,一、弯曲模的典型结构 U形件弯曲模,常用的U形弯曲模有下图所示的几种结构形式。 图a所示为开底凹模，用于底部不要求平整的制件。 图用于底部要求平整的弯曲件。 图c用于料厚公差较大而外侧尺寸要求较高的弯曲件。图d用于料厚公差较大而内侧尺寸要求较高的弯曲件。 图e为U形精弯模。 图f为弯曲件两侧壁厚变薄的弯曲模。,形件弯曲模,凸模,凹模,弹簧,凸模活 动镶块,凹模活 动镶块,定位销,转轴
19、,顶板,凹模活动镶块,一、弯曲模的典型结构 U形件弯曲模,弯曲角小于90的U形弯曲模,弯曲角小于90的形弯曲模 1凸模2转动凹模3弹簧,弯曲角90的U形弯曲模,一、弯曲模的典型结构 U形件弯曲模,形件一次弯曲模, 两次成形弯曲模,形件复合弯曲模,带摆块的 形件弯曲模,形弯曲件的弯曲高度在材料厚度的810时，可以一次弯曲成形。 弯边高度较大时，可以二次弯曲成形。,一、弯曲模的典型结构 3四角形零件弯曲模,形件一次成形弯曲模,形件两次成形弯曲模 ）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,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,1凹模 2活动凸模 3摆
20、块 4垫板 5推板,一、弯曲模的典型结构 4.圆形件弯曲模,（1）直径d5mm的小圆形件 小圆一次压弯模 自动推件圆形件一次弯曲模,1凸模 2压板 3芯棒 4坯料 5凹模 6滑块 7楔模 8活动凹模,小圆弯曲模,另一个视角,（2）直径d20mm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,一、弯曲模的典型结构 4.圆形件弯曲模,三道工序弯曲大圆,两道工序弯曲大圆,一、弯曲模的典型结构 5.Z形件弯曲模,Z形件弯曲模,一、弯曲模的典型结构 6.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进行多工位的冲裁、压弯、切断连续工艺成形。,