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1、第5章 弯曲工艺与弯曲模设计,根据被加工毛坯的形状、使用的工具和设备不同进行分类，弯曲工艺可分为压弯、折弯、扭弯、辊弯和拉弯。本章就以压弯工艺以及所使用的工具压弯模为例进行介绍，如图5.1所示为利用模具进行压弯成形的典型形状零件图。 图5.1 5.1弯曲变形过程分析 如图5.2所示为V形件的弯曲变形过程。在弯曲的开始阶段，毛坯是自由弯曲；随着凸模的下压，毛坯与凹模工作表面逐渐靠紧，弯曲半径由R0变为R1，弯曲力臂也由L0变为L1；凸模继续下压，毛坯弯曲区减小，直到与凸模3点接触，这时的曲率半径由R1变为R2，弯曲力臂由L1变为L2；到行程终了时，,毛坯的直边部分反而向凹模方向变形，直至毛坯与凸
2、、凹模完全贴合。 图5.2 图5.3,观察弯曲前后网格的变化可知，弯曲变形的特点如下： 弯曲后，在弯曲角的范围内，正方形网格变成了扇形，而板料的直边部分，网格仍保持原来的正方形。由此可知，弯曲变形主要发生在弯曲件的圆角部分，直边部分则不产生塑性变形。 从网格的纵向线条可知，弯曲后aabb。由此可知，在变形区域内，纤维沿厚度方向的变形是不同的，板料内缘（靠凸模一面）纤维受压缩而缩短，外缘（靠凹模一面）纤维受拉伸而伸长。 从弯曲件变形区域的横截面来看，变形有以下两种情况（见图5.4）： 图5.4,a.窄板（B3t），在宽度方向上无明显变化，横截面仍为矩形，这是因为在宽度方向材料不能自由变形所致。
3、板料弯曲变形程度可用相对弯曲半径r/t来表示。r/t越小，表明弯曲变形程度越大。 5.2弯曲变形过程中的回弹及其控制 5.2.1弯曲回弹的概念 弯曲成形是一种塑性变形工艺。根据材料力学的拉伸曲线（见图5.5），任何塑性变形都要经过弹性变形阶段。弯曲变形等于在力的作用下发生的弹性变形与塑性变形之和，当外力去除后，弹性变形部分就会发生弹性恢复，弹性变形消失会使其保留下的变形量小于加载时的变形量。这种卸载前后变形不相等的现象称为弯曲回弹（简称回弹），如图5.6所示。,图5.5 图5.6 回弹的表现形式有以下两种： （1）弯曲回弹会使弯曲件的圆角半径增大，即rrp，则回弹量可表示为 （2）弯曲回弹会使
4、弯曲件的弯曲中心角增大，即p，则回弹量可表示为 回弹是由变形过程特点决定的，是弯曲件生产中不易解决的一个特殊的问题,5.2.2回弹值的计算 （1）查表法 当相对弯曲半径r/t58时，在弯曲变形后，不仅角度回弹较大，而且弯曲半径也有较大的变化。模具设计时可先计算出回弹值，在试模时再修正。 弯曲板件时，凸模圆角半径和中心角可计算为,式中rp凸模的圆角半径，mm； r工件的圆角半径，mm； s材料的屈服强度，MPa； E材料的弹性模量，MPa； t工件的厚度，mm； p凸模的圆角半径rp所对弧长的中心角； 工件的圆角半径r所对弧长的中心角。 弯曲圆形截面棒料时，凸模圆角半径为 式中d棒料直径，mm。
5、 回弹值的计算尚没有一种较精确的计算方法，实际生产中常采用理论计算和,实践经验相结合的办法来确定。 5.2.3影响弯曲回弹的因素 材料的力学性能。材料的屈服强度s越大，弹性模量E越小，加工硬化越严重（硬化指数n大），则弯曲的回弹量也越大。 相对弯曲半径r/t。r/t表示弯曲成形的变形程度。回弹值与相对弯曲半径成正比，r/t越小，弯曲的变形程度越大，塑性变形在总变形中所占比重越大，因此卸载后回弹随相对弯曲半径的减小而减小，因而回弹越小；r/t越大，弯曲的变形程度越小，但材料断面中心部分会出现很大的弹性区，因而回弹越大。 弯曲件的形状。一般来说，弯曲U形制件比V形制件的回弹量小。 模具间隙。在弯曲
6、U形制件时，模具的间隙对回弹量有较大的影响，间隙越大，回弹量也就越大。,弯曲方式和模具结构。在无底凹模作自由弯曲时，回弹量最大；校正弯曲时，变形区的应力和应变状态都与自由弯曲差别很大，它可增加圆角处的塑性变形程度，从而达到减小回弹的目的。校正程度决定于校正力大小，校正程度越大，回弹量越小。 5.2.4减小弯曲回弹的措施 （1）在弯曲件的产品设计时 在弯曲部位增加压强筋结构，有利于抑制回弹。 在满足使用的条件下，应选用屈服强度s小、弹性模量E大、硬化指数n小，力学性能稳定的材料。 （2）在弯曲工艺设计时 在弯曲前安排退火工序。 用校正弯曲代替自由弯曲。,采用拉弯工艺。 （3）在模具结构设计时 在
7、模具结构设计中作出相应的回弹补偿值，如图5.7所示。 图5.7 集中压力，加大变形压应力成分，如图5.8所示。 合理选择模具间隙和凹模直壁的深度。 使用弹性凹模或凸模弯曲成形。,图5.8 5.3弯曲变形过程中的其他质量问题及其控制 5.3.1弯裂及其控制 由本章5.1节可知，弯曲件的外层纤维受拉，变形最大，所以最容易断裂而产生废品。外层纤维拉伸变形的大小，主要取决于弯曲件的弯曲半径（即凸模圆角半径）。弯曲半径越小，则外层纤维拉得越长。为了防止弯曲件的断裂，必须限制弯曲半径，使之大于导致材料开裂的临界弯曲半径最小弯曲半径。 影响最小弯曲半径的因素主要有以下几个方面：,材料的力学性能。塑性好的材料
8、，外层纤维允许的变形程度大，许可的最小弯曲半径小；塑性差的材料，最小弯曲半径就要相应大些。 材料的热处理状态。由于冲裁后的零件有加工硬化现象，若未经退火就进行弯曲，则最小弯曲半径就应大些；若经过退火后进行弯曲，则最小弯曲半径可小些。 制件弯曲角的大小。弯曲角如果大于90，对于最小弯曲半径影响不大；如果弯曲角小于90，则由于外层纤维拉伸加剧，最小弯曲半径就应增大。 弯曲线方向。钢板碾压以后得到纤维组织，纤维的方向性导致材料的力学性能的各向异性，因此，当弯曲线与材料的辗压纤维方向垂直时，材料具有较大的抗拉强度，外缘纤维不易破裂，可具有较小的最小弯曲半径；当弯曲线与材料的辗压纤维方向平行时，则抗拉强
9、度较低而容易断裂，最小弯曲半径就不能太小（见图5.9（a）、图5.9（b）。在双向弯曲时，应该使弯曲,线与材料纤维呈一定的夹角（见图5.9（c）。 图5.9 板料表面和冲裁断面的质量。板料表面不得有缺陷，否则弯曲时容易断裂。在冲裁或裁剪后，剪切表面常不光洁，有毛刺，形成应力集中，降低了塑性，使允许的最小弯曲半径增大，因此不宜采用最小弯曲半径为零件的圆角,半径，应尽可能大些。当必须弯曲小圆角半径时，就应先去掉毛刺。在一般情况下，如毛刺较小，可把有毛刺的一边置于弯曲内侧（即处于受压区），以防止产生裂纹。 最小弯曲半径数值由试验方法确定。如表5.1所示为最小弯曲半径数值。,当弯曲件的弯曲半径小于最小
10、弯曲半径时，应分两次或多次弯曲，即先弯成具有较大圆角半径的弯角，而后再弯成所要求的半径。这样使变形区域扩大以减小外缘纤维的拉伸率。若材料塑性较差或弯曲过程中硬化情况严重，则,可预先进行退火。对于材料比较脆、厚度比较小的制件，可进行加热弯曲。在设计弯曲零件时，一般情况下，应使零件的弯曲半径大于其最小弯曲半径5.3.2偏移及其控制 在弯曲过程中，坯料沿凹模圆角滑移时，会受到摩擦阻力。由于坯料各边所受的摩擦力不等，在实际弯曲时可能使坯料有向左或向右的偏移（对于不对称件这种现象尤其显著），从而会造成制件边长不合要求（见图5.10）。 图5.10 在弯曲过程中，防止坯料偏移的措施如下：,采用压料装置（也
11、起顶件作用）。工作时，坯料的一部分被压紧，不能移动，另一部分则逐渐弯曲成形。使用压料装置，不仅可以得到准确的制件尺寸，而且制件的边缘与底部均能保持平整的状态（见图5.11（a）、图5.11（b）。 利用坯料上的孔（或工艺孔）。在模具上装有定位销，工作时，定位销插入坯料的孔内，使坯料无法移动（见图5.11（c）。 图5.11,5.3.3翘曲与剖面畸变及其控制 当板弯件短而厚时，沿着折弯线方向板料的刚度大，宽向应变被抑制，折弯后翘曲不明显；反之，当板弯件薄而长时，沿着折弯线方向板料的刚度小，宽向应变得到发展外区收缩、内区延伸，结果使折弯线凹曲，造成零件的纵向翘曲（见图5.12）。为了减小变形阻力，
12、材料有向中性层靠近的趋向，于是造成了剖面畸变。其中，窄板（B3t）的断面产生畸变现象比较明显（见图5.13）；而对于型材、管材弯曲件的剖面畸变最为突出（见图5.14） 图5.12 图5.13,图5.14 解决弯曲件翘曲的办法：从模具结构上采取措施，如采用带侧板的弯曲模，可阻止材料沿弯曲线侧向流动而减小翘曲，还可在弯曲模上将翘曲量设计在与翘曲方向相反的方向上。而剖面畸变的现象实际上是由于径向压应变力所引起的，因此，弯曲型材与管材时，必须在断面中间加填料或垫块。 5.4弯曲工艺设计 5.4.1零件的弯曲工艺性分析 弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状、尺寸、材料选用及技术要求等是否适合,于弯曲加工的工艺
13、要求，即利用弯曲工艺加工该工件的难易程度。具有良好工艺性的弯曲件，不仅能提高工件质量，减少废品率，而且能简化工艺和模具，降低材料消耗。 （1）弯曲件的形状和结构 弯曲有孔的坯件时，为防止孔的形状变形，应将孔设计在与弯曲线有一定的距离s处，孔壁到弯曲线的最小距离如表5.2所示。,弯曲件的直边高度太小时，弯曲边在模具上支 持的长度过小，将会影响弯曲件成形后的精度。 因此，必须使弯曲件的直边高度h2t。若h2t， 则必须制槽口，或增加直边高度（弯曲后再加工 去除），如图5.15所示。 弯曲件的弯曲圆角半径应不小于允许的最小弯 图5.15 曲半径（见表5.1）。 当弯曲件的弯曲线处于宽窄交界处时，为了
14、使弯曲时易于变形，防止交界处开裂，弯曲线位置应满足lr（见图5.16（a）。若不满足，则可适当增添工艺孔、工艺槽（见图5.16（b）、图5.16（c）、图5.16（d），用以切断变形区与不变形部位的纤维，防止因弯曲部位的成形而发生撕裂现象 为防止弯曲时坯料的偏移，弯曲件的形状应尽可能对称。对于非对称形零,件，可采用成双弯曲成形后再切开（见图5.17）。 图5.16对弯曲件宽窄交界处的要求 图5.17成双弯曲成形,边缘有缺口的弯曲件，若在毛坯上冲出，弯曲时会出现叉口现象，严重时将无法弯曲成形。此时可在缺口处留有联接带（见图5.18），将缺口联接，待弯曲成形后再将联接带切除。 （2）弯曲件的尺寸精
15、度和表面粗糙度 弯曲件圆角半径的极限偏差如表5.3所示，工件上孔中心距及孔组间距的极限偏差如表5.4所示，弯曲件的公差等级如表5.5所示。 图5.18添加联接带,弯曲角度（包括未注明的90和等边多边形的角度）的极限偏差按如表5.6所示的规定。,弯曲件的毛坯往往是经冲裁落料而成的，其冲裁的断面一面是光亮的，一面是带有毛刺的。弯曲件应尽可能使有毛刺的一面作为弯曲件的内侧，如图5.19（a）所示，当弯曲方向必须将毛刺面置于外侧时，应尽量加大弯曲半径，如图5.19（b）所示。 图5.19毛刺方向的安排,（3）弯曲件的材料 选择弯曲件的材料要合理，应尽可能选择高塑性、低弹性的材料，从而有利于保证工件的形状精度和尺寸精度。 5.4.2弯曲件的工序安排 简单弯曲件（如V形件和U形件）可以一次弯曲成形。对于形状复杂或外形尺寸很小的弯曲件，一般需要采用成套工装多次弯曲变形才能达到零件设计的要求，或者在一副模具内经过冲裁和弯曲组合工步多次冲压才能成形。 （1）弯曲工序安排原则 工序安排的原则应有利于坯件在模具中的定位；工人操作安全、方便；生产率
