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1、第七讲弯曲工艺与弯曲模 弯曲工艺及弯曲件工艺性 弯曲变形过程分析 弯曲件展开长度 弯曲力计算 弯曲件的回弹 弯曲模结构 弯曲模工作部分尺寸计算 一 弯曲工艺及弯曲件工艺性 弯曲工艺概述 1 弯曲 在冲压生产中 把金属坯料弯折成一定角度或形状的过程 2 弯曲模 弯曲所使用的模具 3 弯曲实例 电子仪器仪表零件 中 小型机器壳体 大型结构零件等 4 弯曲的类型 压弯 折弯 扭弯 滚弯和拉弯等 讨论重点 压弯及模具 弯曲件结构工艺性 弯曲半径越小 毛坯外表变形程度就越大 如果弯曲半径过小 毛坯外表面变形可能超过材料变形极限而产生裂纹 最小弯曲半径 最小弯曲半经rmin 影响rmin的因素 材料性能
2、板料厚度 弯曲方向等 当弯曲90 角时 为保证弯曲件质量 必须使其直边高度h大于厚度t的两倍以上 即h 2t 弯曲件直边高度 当h 2t时 则应预先压槽弯曲或加大直边高度 待弯曲后将直边高出部分切除 当弯曲边带有斜角时 应使h 2 4 t 3mm 弯曲件孔边距 孔边到弯曲半径中心的距离为 当t 2mm s t 当t 2mm时 s 2t 当弯曲带孔的工件时 如果孔位于弯曲区附近 则弯曲后孔的形状会发生变形 如工件结构允许 可在弯曲处先冲出工艺孔 再弯曲成型 工艺孔吸收弯曲变形应力 防止孔在弯曲时变形 如图 注意 如果孔边至弯曲半径中心的距离过小而不能满足上述条件时 则 弯曲成形后再冲孔 止裂孔
3、止裂槽 对于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撕裂 可增添工艺孔 工艺槽或将弯曲线移动一定距离 以避开尺寸突变处 并使s r b t d t h t r b 2 图 b c 所示的尺寸标注方法 冲孔只能在弯曲成形后进行 增加了工序 弯曲件尺寸标注 图 a 所示的尺寸可以采用先落料冲孔 然后弯曲成形 工艺比较简单 当孔无装配要求时 应采用图 a 的标注方法 弯曲件精度 若无特殊要求 一般弯曲件的尺寸精度不高于IT13级 角度公差大于 15 弯曲件的精度与材料的力学性能 厚度 模具结构 毛坯定位方式 工序数量和工序顺序有关 同时与弯曲件本身的形状 尺寸及工艺性有关 二 弯曲变形
4、过程分析 V形件的弯曲变形过程如图所示 开始弯曲时 毛坯的弯曲内侧半径大于凸模的圆角半径 随凸模的下压 毛坯的直边与凹模V形表面逐渐靠近 弯曲内侧半径逐渐减小 即 弯曲变形过程 当凸模 毛坯与凹模三者完全压合 毛坯的内侧弯曲半径及弯曲力臂达到最小时 弯曲过程结束 弯曲内侧半径减小的同时 弯曲力臂也逐渐减小 即 弯曲变形分析 网格法 弯曲变形区的弯曲带中心角 与弯曲后工件的成形角度为 关系为 180 弯曲变形主要发生在弯曲带中心角 范围内 中心角以外基本上不变形 在变形区内 从网格变形情况看 毛坯在长 宽 厚三个方向都产生了变形 网格由正方形变成了扇形 靠近凹模的外侧长度伸长 靠近凸模的内侧长度
5、缩短 在缩短和伸长的两个变形区内 必然有一层面 其长度在变形前后没有变化 这一层面成为中性层 长度方向 因此 总体上材料厚度在弯曲变形区内会变薄 使毛坯的中性层发生内移 厚度方向 内侧长度方向缩短 因凸模压紧毛坯 厚度增加较少 外侧长度方向伸长 厚度变薄 内层材料受压缩 宽度应增加 外层材料受拉伸 宽度要减小 这种变形情况根据毛坯的宽度不同分为两种情况 宽度方向 一种是宽板 毛坯宽度与厚度之比b t 3 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 另一种是窄板 b t 3 弯曲 宽度方向变形不受约束 断面变成了内宽外窄的扇形 弯曲件中性层位置 在计算弯曲件的
6、毛坯尺寸时 必须首先确定中性层的位置 中性层位置可用其弯曲半径 确定 可按以下经验公式计算 x 中性层位移系数 查表 式中 中性层弯曲半径 mm r 内弯曲半径 mm t 材料厚度 mm 三 弯曲件展开长度 1 定义 弯曲件在弯曲之前的展平尺寸 2 作用 是零件毛坯下料的依据 是加工出合格零件的基本保证 3 计算 只需计算中性层展开尺寸即可 根据弯曲前后中性层尺寸不变的原则计算 即其展开长度等于所有直线段及弯曲部分中性层展开长度之和 1 对于圆角半径r 0 5t的弯曲件展开长度 例如 其中 i 1 2 3 根据弯曲前后材料体积不变的原则进行计算的 2 对于圆角半径r 0 5t弯曲件展开长度 四
7、 弯曲力计算 4 自由弯曲的弯曲力计算 自由弯曲 V形件自由弯曲 U形件自由弯曲 1 弯曲力定义 压力机完成预定的弯曲工序所需施加的压力 3 计算弯曲力目的和方法 选择合适的压力机 用经验公式计算 2 影响弯曲力的因素 材料性能 毛坯尺寸 凹模支点间距 弯曲半经 凸凹模间隙等 式中 FZ 材料在冲压行程结束时的弯曲力 N b 弯曲件宽度 mm r 弯曲件内弯曲半径 mm t 弯曲件厚度 mm K 安全系数 一般可取K 1 3 材料强度极限 MPa V形件自由弯曲 U形件自由弯曲 4 校正弯曲的弯曲力计算 当弯曲件在冲压结束时受模具的校正时 弯曲校正力计算式为 式中 Fj 弯曲校正力 N q 单
8、位校正力 MPa 其数值查表 五 弯曲件的回弹 弯曲力消失后 由于弹性变形的恢复 弯曲零件形状与模具形状并不完全一致的现象 1 回弹的定义 2 回弹的表示 角度回弹量和曲率回弹量 1 角度回弹量 模具处于闭合状态时 工件弯曲角 与弯曲后工件的实际角度 0之差 即 0 模具处于闭合状态时 弯曲工件曲率半径 与弯曲后工件的实际曲率半径 0之差 即 0 2 曲率回弹量 3 影响回弹的主要因素 当其他条件相同时 r t值越小 则 和 也越小 回弹角的大小与材料的屈服应力 s成正比 与弹性模量E成反比 材料的力学性能 材料相对弯曲半径r t 一般U形工件比V形工件回弹要小 增加弯曲校正力可减小回弹量 U
9、形弯曲模的凸 凹模单边间隙Z越大 则回弹越大 Z t时 可能产生负回弹 弯曲工件的形状 模具间隙 弯曲校正力 4 减小回弹量的措施 1 补偿法 预先估算或试验出工件弯曲后的回弹量 在设计模具时 使弯曲工件的变形超过原设计的变形 工件回弹后得到所需要的形状 一般情况下 按经验确定回弹量 通过实际试模修正 2 校正法 在模具结构上采取措施 让校正压力集中在弯角处 使其产生一定塑性变形 克服回弹 图示弯曲校正力集中作用于弯曲圆角处 六 弯曲模结构 V形件弯曲模 含L形弯曲 U形件弯曲模帽罩形件弯曲模 四角弯曲模 Z形件弯曲模圆形件弯曲模 弯曲模结构主要取决于弯曲件的形状及弯曲工序的安排 典型结构 1
10、 V形件弯曲模 顶杆1既有顶料作用 又有压料作用 可防止材料偏移 1 顶杆2 定位钉3 模柄4 凸模5 凹模6 下模板 结构简单 在压力机上安装及调整方便 对材料厚度的公差要求不严 工件在冲裁终了时得到不同程度校正 回弹小 工件平面度较好 特点 L形件弯曲模 b 倾角的存在对直边有校正作用 倾角 一般取1 5度 1 凹模2 凸模3 定位钉4 压 顶 料板5 靠板 用于弯曲两直边长度相差较大的单角弯曲件 a 为基本形式 因直边没有得到校正 回弹较大 为防止压料力不够导致坯料偏移设置工艺孔 2 U形件弯曲模 1 1 凸模2 定位板3 凹模4 顶料板 材料沿凹模圆角滑动进入凸 凹模的间隙并弯曲成形
11、凸模回升时 顶料板将工件顶出 由于回弹 工件一般不会包在凸模上 工作过程 a 用于外侧尺寸要求较高的工件 b 用于内侧尺寸要求较高的工件 当U形件的外侧尺寸或内侧尺寸要求较高时 将弯曲凸模或凹模做成活动结构 在冲程终了时对侧壁和底部进行校正 U形件弯曲模 2 3 闭角弯曲模 1 弯曲角小于90度的U形件弯曲模 用于弯曲较厚的材料 两侧的活动凹模镶块可在圆圈内回转 当凸模上升后 弹簧使活动凹模镶块复位 工件从侧向取出 带斜楔的U形闭角弯曲模 适用于弯曲薄料 1 滚柱2 斜锲3 7 弹簧4 上模座5 6 活动凹模8 凸模 注意 回程初期 弹簧3的变形保证活动凹模向两侧移动为凸模上行腾出足够空间 闭
12、角弯曲模 2 4 帽罩形弯曲模 四角弯曲模 1 帽罩形件一次弯曲模 特点及应用 外角C处的弯曲线的位置在弯曲过程中是变化的 因此 材料在弯曲时有拉长现象 零件脱模后 外角形状不准确 竖直边有变薄现象 用于工件弯曲高度不大的场合 1 凸凹模2 凹模3 活动凸模4 顶杆 工作过程 先弯成图 a 的U形 再弯成图 b 的工件 第一次将毛坯弯成U形 然后将毛坯倒置在右图所示弯曲模中弯曲成零件 2 帽罩形件两次弯曲模 5 Z形件弯曲模 1 顶料板2 托板3 橡胶4 压柱7 模板6 凹模7 凸模8 下模板 开始时6和7的下端平齐 3的弹力大于1上弹顶装置的弹力 左端先弯曲 右端后弯曲 4与5相碰时 工件得
13、到校正 6 圆形件弯曲模 1 圆筒直径d 20mm的大圆弯曲方法 1 凸模2 凹模3 定位板 1 凹模框2 摆动凹模3 支撑4 凸模 弯曲件上部得不到校正 回弹较大 特点 2 圆筒直径d 5mm的小圆弯曲方法 特点 工件小 弯曲操作不便 1 凹模固定板2 下凹模3 压料板4 上凹模5 芯轴凸模 注意 上模弹簧的的压力必须大于开始时毛坯弯成U形的弯曲力 七 弯曲模工作部分尺寸计算 凸 凹模宽度尺寸 凸 凹模圆角半径和凹模深度 凸 凹模间隙 1 凸 凹模间隙 指单边间隙 用Z表示 含义 1 V形件弯曲模间隙的控制 靠调节压力机的装模高度 即调整凸模下死点来控制 与模具设计无关 2 U形件弯曲模间隙
14、 间隙过大 U形件两直边不平行 上宽下窄 间隙过小 弯曲力增大 直边厚度变薄 易擦伤工件表面 加速凹模磨损 在间隙值稍大于板料厚度的前提下 若板料较宽 间隙不均匀程度加大 间隙应取大些 反之反然 弯曲软板 变薄容易 间隙应取小些 反之反然 弯曲件相对弯曲半径r t大时 回弹大 间隙应取小些 反之反然 凸 凹模单边间隙Z一般根据工件料厚t计算 钢板 Z 1 05 1 15 t有色金属 Z 1 1 1 t 2 U形件凸 凹模宽度尺寸 根据弯曲工件的标注方式不同 有不同的计算方法 一般原则是 工件标注外形尺寸时 以凹模为基准件 间隙取在凸模上 工件标注内形尺寸时 以凸模为基准件 间隙取在凹模上 模具
15、加工均采用配作法 即先加工基准件 再配做另一件 保证单边间隙 确定原则 1 工件标注外形尺寸 凹模宽度 凸模宽度 模具制造公差 p d采用IT7 IT9 或者取工件公差的1 3 1 4 2 工件标注内形尺寸 凹模宽度 凸模宽度 模具制造公差 p d采用IT7 IT9 或者取工件公差的1 3 1 4 凸 凹模圆角半径和凹模深度 若弯曲件的相对弯曲半径r t较大 精度要求较高时 凸模圆角半径应根据回弹值作相应的修正 凸模圆角半径 当弯曲件的相对弯曲半径r t较小时 凸模圆角半径rp应等于弯曲件的弯曲半径r 即rp r 但必须使r大于允许的最小弯曲半径 若因结构需要 必须使r小于最小弯曲半径时 则可先弯成较大的圆角半径 然后再采用整形工序进行整形 过小的凹模深度会使毛坯两边自由部分过大 造成弯曲件回弹量大 工件不平直 过大的凹模深度增大了凹模尺寸 浪费模具材料 并且需要大行程压力机 因此 模具设计中要保持适当的凹模深度 凹模圆角半径及其工作部分的深度 弯曲凹模的圆角半径一般不应小于3mm 以免弯曲时毛坯表面出现裂痕 凹模两侧圆角半径应保持一致 否则弯曲过程中毛坯会发生偏移
