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1、冲压模具技术,第三章 弯曲,弯曲是将板料、棒料、管料或型材等弯成一定形状和角度的工件的成型方法。弯曲件的形状很多，如V形件、U形件、Z形件以及其他形状的工件。弯曲可以利用模具在压力机上进行，也可在其他专用设备(如折弯机、滚弯机、拉弯机、弯管机)上进行。本章主要介绍板料在压力机上用模具弯曲的工艺及模具设计。,第一节 弯曲变形的特点,一、变形过程分析 (一)变形过程 板料的V形弯曲和U形弯曲是最基本的弯曲变形。板料在V形模内的弯曲过程如图3-1所示。,(二)弯曲变形特点,为研究弯曲变形的特点，可先在板料侧壁上画上坐标网格，然后进行弯曲。观察变形后的网格及横断面的变化，如图3-2所示，可以发现弯曲变
2、形有如下特点：,1)工件分成了直边和圆角两部分，圆角部分是变形区。其中圆角部分的内半径为r，中心角为。圆角部分的正方形网格变成了扇形，远离圆角的直边部分网格没有变化，而靠近圆角的直边网格有少许的变化。 2)在圆角变形区内，变形不均匀。弯曲前aa=bb, 弯曲后aabb，说明板料内缘的切向纤维受压而缩短，外缘的切向纤维受拉而伸长。由内、外表面至板料中心，其缩短和伸长的程度逐渐变小。从外层的伸长过渡到内层的压缩，由于材料的连续性，其间必有一层纤维，它的长度在弯曲前后保持不变，称为应变中性层。 3)当相对弯曲半径r/t较小时，厚度变薄和长度增加较大。 弯曲变形区，内区受压，外区受拉，拉区使板料减薄，
3、压区使板料增厚，中性层内移，拉区扩大，压区减小，使板料的减薄大于增厚，从而使整个板料出现变薄现象。r/t越小，变薄现象越严重。,二、弯曲半径 (一)最小弯曲半径 r/t称为相对弯曲半径，生产中常用r/t表示弯曲变形程度的大小。r/t值越小，板料最外层纤维的伸长变形程度越大，当r/t小到一定值后，最外层纤维的伸长变形将超过材料的最大许可变形而产生裂纹。防止外层纤维拉裂的极限弯曲半径，称为最小相对弯曲半径，用rmin/t来表示。 (二)影响最小弯曲半径的因素 1.材料的力学性能 材料的塑性越好，塑性指标如伸长率、断面收缩率等越高。便可采用较小的rmin/t。,2.板料的表面和侧面质量 板料的表面有
4、划伤、裂纹或侧面(剪切面)有毛刺、裂口及冷作硬化等缺陷时，弯曲中容易开裂，使材料过早地破坏，不可采用较小的rmin/t。 3.板料的纤维方向 图3-3纤维方向对rmin/t的影响轧制板材具有方向性，顺着纤维方向的塑性指标高于垂直于纤维方向的指标。,图3-3,如图3-3所示，当工件的弯曲线与板料的纤维方向垂直时，可具有最小的弯曲半径。若弯曲线与板料的纤维方向平行时，其最小弯曲半径最大。故在弯制r/t较小的工件时，其排样应使弯曲线尽可能垂直于板料的纤维方向。如工件有两个互相垂直的弯曲线，且r/t很小时，应在排样时使两个弯曲线与板料的纤维方向成45夹角。,4.工件的弯曲角 弯曲变形集中在圆角部分，直
5、边基本不参与变形。但由于板料纤维之间的互相牵制，靠近圆角的直边材料也参与了弯曲变形。弯曲角越小，直边部分参与变形的分散效应越显著，最小弯曲半径rmin/t也越小。90时，弯曲角的影响很小。,(三)相对最小弯曲半径的确定 表3-1为多次试验获得的相对最小弯曲半径rmin/t值。本表用于板厚小于10mm，弯曲角大于90，剪切断面良好的情况。 表3-1最小弯曲半径rmin/t,第二节 弯曲卸载后的回弹,一、弯曲回弹现象及原因 在外力作用下，板料产生的总变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。当外力去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形则会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具不一致，这种现象称为回
6、弹。回弹的结果表现为弯曲件半径和角度的变化，如图3-4所示。 通过研究回弹，可以预先掌握弯曲件的回弹趋向，初定回弹量的大小，以减少模具在试模调整阶段的工作量，保证弯曲件的质量。 二、弯曲件回弹值的确定 影响回弹的因素很多，生产中，按回弹量来制造的模具需要经过多次调试和修磨，才能使回弹量控制在许可的范围内。此外，还可以采用一些工艺措施用以减小回弹。,(一)小变形程度(r/t10)自由弯曲时，回弹值的确定 当r/t10时，卸载后弯曲件的回弹较大，凸模工作部分的圆角半径和角度可按下式计算,式中rT 凸模工作部分的圆角半径； r弯曲件的圆角半径； T凸模圆角部分中心角； 弯曲件圆角部分中心角； S弯曲
7、件材料的屈服点； E弯曲件材料的弹性模量； t弯曲件材料厚度。,(二)大变形程度(r/t5)自由弯曲时，回弹值的确定 当r/t5时，卸载后弯曲件圆角半径的变化很小，可以不予考虑。对于弯曲中心角为90的V形件自由弯曲时，回弹角可查表3-2。,当弯曲中心角不为90时，其回弹角可按下式换算,(三)校正弯曲时回弹值的确定 V形件校正弯曲时，一般r/t都比较小，可以不考虑弯曲半径的回弹，弯曲角的回弹量也比较小。V形件校正弯曲时的回弹量经验公式见表3-3。,三、克服回弹的方法 (一)在弯曲件结构设计上采取措施 1)在弯曲件变形区压制加强肋。这样回弹将受到牵制，可以减少弯曲后的回弹，提高工件的刚度。 2)尽
8、量选用s/E小、力学性能稳定的材料进行弯曲，以减小回弹。 3)在满足最小许用弯曲半径的条件下，尽量使r/t在12范围内，根据实践，此时回弹角最小。 (二)在工艺上采取措施 1)用校正弯曲代替自由弯曲。这是生产上常用的、行之有效的弯曲方法。 2)对冷作硬化的材料，弯曲前先退火，使其屈服极限降低，可减小回弹。对回弹较大的材料，可采用加热弯曲。,3)采用拉弯工艺。拉弯主要用于长度和曲率半径都比较大的工件。 (三)在模具结构上采取措施 1)补偿法。这是一种较简单有效的办法，在生产中广泛应用。对于较硬的材料如45钢、50钢、Q275、H62(硬)等，可根据回弹趋势和回弹值修正模具工作部分的形状和尺寸，使
9、工件的回弹量得到补偿。对于软材料如Q215、Q235、10钢、20钢、H62(软)等其回弹角小于5时，可采用在模具上作出补偿角，并取凸、凹模小间隙的方法，如图3-5所示。 2)对于板厚t0.8mm的软材料，当弯曲半径不大时，可将凸模做成局部突起的形状，如图3-6所示，使压力集中在变形区，以进行校形，减小回弹。,3)对于r/t较大的U形件，在不影响使用的条件下，可将凸模端面和顶板表面作成弧形，如图3-7所示，使底部产生的负回弹和角部产生的正回弹互相补偿。,第三节 弯曲件的工艺性分析,一、弯曲件的结构 1.弯曲半径 为防止弯裂，弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，也不宜过大，过大时由于受到回弹的
10、影响，不易保证精度。 2.弯曲件的形状 弯曲件的形状应尽量对称，以避免弯曲时毛坯受力不平衡而发生偏移。如果形状不对称或弯曲时毛坯易发生移动，应考虑增加定位工艺孔。 3.孔边距离 当弯曲件带孔时，为防止孔变形，孔边缘到弯曲半径 r的距离L不能太小，应满足：当t2mm时，Lt；当t2mm时，L2t。若不能满足上式，可在弯曲线上冲工艺孔或切槽，如图3-8a所示。如对工件孔的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。,4.直边高度 弯曲件的直边高度不宜过小，其值一般应大于2t。如果直边高度小于2t时，可在弯曲部位压槽后再弯曲。也可适当增加直边高度，弯曲后再将多余部分切掉，如图3-8b所示。,5.防止弯曲根部裂纹
11、 当局部弯曲某一段边缘时，为防止尖角处应力集中而开裂，应开工艺槽、增添工艺孔，如图3-9所示。 6.增添连接带和定位工艺孔 弯曲边缘有缺口的工件，为避免缺口部分变形分叉，应在缺口处留出连接带，待弯曲后切去。弯曲形状复杂或需多次弯曲的工件，为使毛坯在模具内准确定位，最好预先增添定位工艺孔，如图3-10所示。,二、制定弯曲工序的原则 安排弯曲件的工序应考虑工件形状、精度等级、生产批量以及材料的力学性能等因素。合理的工序安排可以减少工序数目、简化模具结构，并且可以提高工件质量和劳动生产率。 1)对于形状简单的弯曲件，如V形件、U形件、Z形件等，可用一次弯曲成形。对于形状复杂的弯曲件，一般需要二次或多
12、次弯曲成形。 图3-11需三道工序弯曲成形的弯曲件 2)需要多次弯曲时，一般是先弯两端，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部分。图3-11所示为需三道工序弯曲成形的弯,曲件。,3)当弯曲件形状不对称时，为避免压弯时坯料偏移，应尽量采用成对弯曲，然后再切成两件的工艺。 4)对于批量大而尺寸较小的弯曲件，为使操作方便、定位准确和提高生产率，应尽可能采用级进模或复合模。,第四节 弯曲件展开长度及弯曲力的计算,一、弯曲件展开长度的计算 弯曲件的展开长度是指其平板毛坯的长度。根据弯曲件的形状和尺寸的不同，可采用不同的近似计算方法。 由于板料弯曲时应变中性层的长
13、度是不变的，所以可根据变形后应变中性层的长度来确定弯曲件的毛坯长度，即弯曲件的展开长度。 (一) 有一定角度要求的弯曲 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的总和，如图3-12所示,式中LZ坯料展开总长度； 弯曲中心角； x0中性层位移系数，见表3-4。,(二) 卷圆弯曲 图3-13所示工件，在r=(0.63.5)t时，通常采用推圆的方法成形，板料增厚，中性层外移，其坯料长度可按下式近似计算,二、弯曲力的计算 弯曲力是拟订板料弯曲加工工艺和选择压力机的重要依据之一。由于弯曲力受材料性能、工件形状与尺寸、弯曲方式、模具结构等多种因素的影响，因此，在生产中常采用经验公式
14、来估算弯曲力。所给出的弯曲力均为弯曲过程中可能出现的最大弯曲力，以便于选择压力机。 (一) 自由弯曲力 V形件最大自由弯曲力,(二) 校正弯曲力 对U形件和V形件校正弯曲时，均按下式近似计算,三、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可选取自由弯曲力的30%80%，即,四、压力机公称压力的确定 对于有压料的自由弯曲,F压机=F自+FY对于校正弯曲，由于校正弯曲力比自由弯曲力大得多，而在弯曲过程中两者不是同时存在，且校正力的数值比压料力或顶件力大得多，因此，按校正力选择压力机的压力就可以了。,第五节 弯曲模的典型结构,一、弯曲模的典型结构分析 下面主要根据弯曲件
15、的不同结构来分析几类弯曲模具。 (一) V形件弯曲模(1)V形件弯曲模如图3-14所示，凸模3装在标准槽形模柄1上，并用两个销钉2定位，组成上模。 槽形模柄一侧的销孔扩大0.5mm，便于打入销钉。毛坯由定位板4定位，并沿定位面加工出让位槽，便于放入毛坯。由顶杆6和弹簧7组成顶件装置，工作时起压料作用，可防止毛坯横向移位，回程时又可将工件从凹模5内顶出。弯曲模一般不需要模架，调整模具时，下模先不要固定死，在凹模与凸模之间放上厚度与工件板厚相同的板料，用凸模镦压几次，上下模便可对正。,(2)V形件折板式弯曲模如图3-15所示，其主要特点是凹模4由两块平板构成，中间以铰链5连接，铰链的心轴可沿支架2
16、的长槽上下滑动。在下模板上安装通用弹顶器(图中未画出)，可为顶杆7提供压力。不工作时，由两个顶杆将两块凹模板顶起，成为一个平面，这时支架起限位作用。在凹模板对角处设置两个定位板3，由落料模制备的工序件可放入定位板槽内进行外形定位。工作时，在凸模1压力作用下，两凹模板将绕铰链心轴翻转，铰链心轴沿支架槽下滑，这时支架又起导向作用。凹模板两端由支承板6限位，当凹模板下滑并被下模板抵住时，便形成V形凹模要求的形状。随着凹模板的翻转，工件两侧不断被弯曲，并逐渐贴紧凸模，完成弯曲加工。,(二) U形件弯曲模 (1) U形件弯曲模如图3-16所示，常用的U形件弯曲模，其主要特点是在凹模5内设置一反顶板3。反顶力来自装在下模座6底部的通用弹顶装置，弯曲时始终能对工件底部施加较大的反顶压力，因此工件底部能保持平整。反顶板上装有定位销钉2，可利用工件上的工艺孔对毛坯进行定位，即使U形件两直边高度不同，也能保证弯边的高度尺寸。 凸模1对应的定位销钉处需钻定位孔。毛坯由定位板4定位，因有定位销对毛坯定位，定位板在毛坯
