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1、第五章弯曲第五章弯曲第一节弯曲变形过程分析一、弯曲变形过程及特点1.弯曲变形过程图5-2V形件弯曲过程第五章弯曲2.弯曲变形特点1)弯曲变形区主要集中在圆角部分，此处的正方形网格变成了扇形。图5-3板料弯曲前后坐标网格的变化第五章弯曲2)在变形区内，板料的外区(靠凹模一侧)切向受拉而伸长()，内区(靠凸模一侧)切向受压而缩短()。3)由试验知，当弯曲半径与板厚之比r/t(称为相对弯曲半径)较小时，中性层位置将从板料中心向内移动。表5-190弯曲时的变薄系数第五章弯曲4)弯曲变形区板料横截面的变化分两种情况：窄板(板宽B与料厚t之比B/t3)弯曲时，内区因厚度受压而使宽度增加，外区因厚度受拉而使
2、宽度减小，因而原矩形截面变成了扇形(见图5-4a)；宽板(B/t3)弯曲时，因板料在宽度方向的变形受到相邻材料彼此间的制约作用，不能自由变形，所以横截面几乎不变，仍为矩形(见图5-4b)。第五章弯曲图5-4弯曲变形区的横截面变化a)窄板(B/t3)b)宽板(B/t3)第五章弯曲二、塑性弯曲时变形区的应力与应变状态 由于板料的相对宽度(B/t)直接影响弯曲时板料沿宽度方向的应变，进而影响应力，因此板料在塑性弯曲时，随着B/t的不同，变形区具有不同的应力、应变状态。1.应变状态2.应力状态第五章弯曲表5-2板料弯曲时的应力应变状态第五章弯曲第二节弯曲件的质量问题及控制 弯曲是一种变形工艺，由于弯曲
3、变形过程中变形区应力应变分布的性质、大小和表现形态不尽相同，加上板料在弯曲过程中要受到凹模摩擦阻力的作用，所以在实际生产中弯曲件容易产生许多质量问题，其中常见是的是弯裂、回弹、偏移、翘曲与剖面畸变。第五章弯曲一、弯裂及其控制弯曲时板料的外侧受拉伸，当外侧的拉伸应力超过材料的抗拉强度以后，在板料的外侧将产生裂纹，此种现象称为弯裂。实践证明，板料是否会产生弯裂，在材料性质一定的情况下，主要与弯曲半径r与板料厚度t的比值r/t(称为相对弯曲半径)有关，r/t越小，其变形程度就越大，越容易产生裂纹。第五章弯曲1.最小相对弯曲半径图5-5弯曲时的变形情况第五章弯曲图5-6板料纤维方向rmin/t的影响(
4、1)材料的塑性及热处理状态材料的塑性越好，其断后伸长率越大，由式(5-3)可以看出，rmin/t就越小。第五章弯曲(2)板料的表面和侧面质量板料的表面及侧面(剪切断面)的质量差时，容易造成应力集中并降低塑性变形的稳定性，使材料过早地破坏。(3)弯曲方向板料经轧制以后产生纤维组织，使板料性能呈现明显的方向性。第五章弯曲(4)弯曲中心角理论上弯曲变形区外表面的变形程度只与r/t有关，而与弯曲中心角无关，但实际上由于接近圆角的直边部分也产生一定的变形，这就相当于扩大了弯曲变形区的范围，分散了集中在圆角部分的弯曲应变，从而可以减缓弯曲时弯裂的危险。第五章弯曲表5-3最小相对弯曲半径rmin/t第五章弯
5、曲表5-3最小相对弯曲半径rmin/t第五章弯曲2.控制弯裂的措施图5-7在弯角处开工艺槽或压出工艺凸肩第五章弯曲图5-8弯曲时的回弹二、回弹及其控制1.影响回弹的因素第五章弯曲图5-9材料力学性能对回弹的影响(1)材料的力学性能由式(2-16)可知，卸载时弹性恢复的应变量与材料的屈服点s成正比，与弹性模量E成反比，即s/E的比值愈大，回弹也就愈大。第五章弯曲图5-10相对弯曲半径对回弹的影响(2)相对弯曲半径r/tr/t越大，弯曲变形程度越小，中性层附近的弹性变形区域增加，同时在总的变形量中，弹性变形量所占比例也相应增大(由图5-10中的几何关系可以看出1/P2/Q)。第五章弯曲(3)弯曲角
6、度(或弯曲中心角)越小(或越大)，弯曲变形区域就越大，因而回弹积累越大，回弹也就越大。(4)弯曲方式在无底凹模内作自由弯曲时(图5-11)的回弹比在有底凹模内作校正弯曲时(图5-2)的回弹大。图5-11无底凹模内的自由弯曲第五章弯曲(5)凸、凹模间隙在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有较大的影响。(6)弯曲件的形状弯曲件形状复杂时，一次弯曲成形角的数量较多，则弯曲时各部分互相牵制的作用越大，弯曲中拉伸变形的成分越大，故回弹值就小。第五章弯曲2.回弹值的确定(1)小变形程度(r/t10)自由弯曲时的回弹值当r/t10时，弯曲件的角度和圆角半径的回弹都较大。(2)大变形程度(r/t58)自由
7、弯曲时的回弹值r/t58时，弯曲件的圆角半径回弹量很小，可以不予考虑，因此只需确定角度的回弹值。第五章弯曲图5-13在弯曲件结构上考虑减小回弹第五章弯曲表5-4单角自由弯曲90时的平均回弹角第五章弯曲(3)校正弯曲时的回弹值校正弯曲时也不需考虑弯曲半径的回弹，只考虑弯曲角的回弹值。表5-5V形件校正弯曲时的回弹角第五章弯曲图5-14拉弯工艺a)拉弯过程b)只弯曲时断面上的应力分布c)拉弯时断面上的应力分布拉弯工艺第五章弯曲图5-15补偿回弹补偿回弹第五章弯曲图5-16增大局部变形程度减小回弹在弯曲件端部加压减小回弹第五章弯曲图5-17增大拉应变减小回弹增大拉应变减小回弹第五章弯曲图5-18在弯
8、曲件端部加压减小回弹在弯曲件端部加压减小回弹第五章弯曲图5-19采用软凹模弯曲减小回弹采用软凹模弯曲减小回弹第五章弯曲三、偏移及其控制 在弯曲过程中，坯料沿凹模边缘滑动时要受到摩擦阻力的作用，当坯料各边所受到的摩擦力不等时，坯料会沿其长度方向产生滑移，从而使弯曲后的零件两直边长度不符合图样要求，这种现象称为偏移，如图520所示。第五章弯曲图5-20弯曲时的偏移现象第五章弯曲1.产生偏移的原因(1)弯曲件坯料形状不对称如图5-20a、b所示，由于弯曲件坯料形状不对称，弯曲时坯料的两边与凹模接触的宽度不相等，使坯料沿宽度大的一边偏移。第五章弯曲(2)弯曲件两边折弯的个数不相等如图5-20c、d所示
9、，由于两边折弯的个数不相等，折弯个数多的一边摩擦力大，因此坯料会向折弯个数多的一边偏移。(3)弯曲凸、凹模结构不对称如图5-20e所示，在V形件弯曲中，如果凸、凹模两边与对称线的夹角不相等，角度大的一边坯料所受凸、凹模的压力大，因而摩擦力也大，所以坯料会向角度大的一边偏移。第五章弯曲2.控制偏移的措施1)采用压料装置，使坯料在压紧状态下逐渐弯曲成形，从而防止坯料的滑动，而且还可得到平整的弯曲件，如图5-21所示。2)利用毛坯上的孔或弯曲前冲出工艺孔，用定位销插入孔中定位，使坯料无法移动，如图5-22a、b所示。3)根据偏移量大小，调节定位元件的位置来补偿偏移，如图5-22c所示。第五章弯曲4)
10、对于不对称的零件，先成对地弯曲，弯曲后再切断，如图5-22d所示。5)尽量采用对称的凸、凹结构，使凹模两边的圆角半径相等，凸、凹模间隙调整对称。第五章弯曲图5-21控制偏移的措施(一)第五章弯曲图5-22控制偏移的措施(二)1、10凸模2导正销3定位板4、7、13凹模5顶板6、12坯料8弯曲件9定位销11定位块第五章弯曲四、翘曲与剖面畸变 对于细而长的板料弯曲件，弯曲后一般会沿纵向产生翘曲变形，如图523所示。这是因为沿板料宽度方向(折弯线方向)零件的刚度小，塑性弯曲后，外区(a区)宽度方向的压应变和内区(b区)宽度方向的拉应变得以实现，结果使折弯线凹曲，造成零件的纵向翘曲。当板弯件短而粗时，
11、因为零件纵向的刚度大，宽度方向的应变被抑制，弯曲后翘曲则不明显。翘曲现象一般可通过采用校正弯曲的方法进行控制。第五章弯曲图5-23弯曲后的翘曲现象第五章弯曲图5-24型材、管材弯曲后的断面畸变型材、管材弯曲后的断面畸变第五章弯曲第三节弯曲件的工艺性弯曲件的工艺性是指弯曲件的结构形状、尺寸、精度、材料及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。具有良好工艺性的弯曲件，能简化弯曲工艺过程及模具结构，提高弯曲件的质量。一、弯曲件的结构与尺寸1.弯曲件的形状2.弯曲件的相对弯曲半径3.弯曲件的弯边高度4.弯曲件的孔边距离第五章弯曲图5-25增添连接带和定位工艺孔的弯曲件增添连接带和定位工艺孔的弯曲件第五章
12、弯曲图5-26弯曲件的弯边高度弯曲件的弯边高度第五章弯曲图5-27弯曲件的孔边距离弯曲件的孔边距离第五章弯曲图5-28防止弯曲时孔变形的措施防止弯曲时孔变形第五章弯曲5.避免弯边根部开裂图5-29避免弯边根部开裂的措施第五章弯曲图5-30弯曲件的尺寸标注6.弯曲件的尺寸标注第五章弯曲二、弯曲件的精度 弯曲件的精度受坯料定位、偏移、回弹、翘曲等因素的影响，弯曲的工序数目越多，精度也越低。对弯曲件的精度要求应合理，一般弯曲件长度的尺寸公差等级在IT13级以下，角度公差大于15。弯曲件长度未注公差的极限偏差见表56；弯曲件角度的自由公差见表57。第五章弯曲表5-6弯曲件未注公差的长度尺寸的极限偏差(
13、mm)表5-7弯曲件角度的自由公差值第五章弯曲第四节弯曲件的展开尺寸计算为了确定弯曲前坯料的形状与大小，需要计算弯曲件的展开尺寸。弯曲件展开尺寸的计算基础是应变中性层在弯曲前后长度保持不变。第五章弯曲一、弯曲中性层位置的确定 根据中性层的定义，弯曲件的坯料长度应等于弯曲件中性层的展开长度。由于在塑性弯曲时，中性层的位置要发生位移，所以，计算中性层展开长度，首先应确定中性层位置。中性层位置以曲率半径表示(见图531)，常用下面经验公式确定：表5-8中性层位移系数x值第五章弯曲二、弯曲件展开尺寸计算 弯曲件的展开长度等于各直边部分长度与各圆弧部分长度之和。直边部分的长度是不变的，而圆弧部分的长度则
14、需考虑材料的变形和中性层的位移。图5-31中性层位置第五章弯曲图5-32r/t0.5的弯曲1. r/t0.5的弯曲件第五章弯曲2. r/t0.5的弯曲件表5-9r/t0.5的弯曲件坯料长度计算公式第五章弯曲表5-10卷圆时中性层位移系数值第五章弯曲图5-33铰链式弯曲件3.铰链式弯曲件第五章弯曲第五节弯曲力的计算 弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据之一，特别是在弯曲坯料较厚、弯曲线较长、相对弯曲半径较小、材料强度较大的弯曲件时，必须对弯曲力进行计算。图5-35弯曲力的变化曲线1弹性弯曲阶段2自由弯曲阶段3校正弯曲阶段第五章弯曲一、自由弯曲时的弯曲力V形件的弯曲力表5-11系数a值第五章弯
15、曲表5-12系数c值第五章弯曲图5-34V形支架V形支架第五章弯曲二、校正弯曲时的弯曲力校正弯曲时的弯曲力比自由弯曲力大得多，一般按下式计算：表5-13单位面积校正力q第五章弯曲三、顶件力或压料力 若弯曲模有顶件装置或压料装置，其顶件力FD(或压料力FY)可以近似取自由弯曲力的30%80%，即 FD(FY)=(0.30.8)F自-(5-16)四、压力机标称压力的确定 对于有压料的自由弯曲，压力机标称压力应为 p=(1.61.8)(F自+FY)第五章弯曲第六节弯曲件的工序安排一、弯曲件工序安排的原则1)对于形状简单的弯曲件，如V形件、U形件、Z形件等，可以一次弯曲成形。2)对于批量大而尺寸小的弯
16、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弯曲成形。第五章弯曲3)需要多次弯曲时，一般应先弯两端，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弯成的形状。4)对于非对称弯曲件，为避免弯曲时坯料偏移，应尽可能采用成对弯曲后再切成两件的工艺(见图5-22d)。二、典型弯曲件的工序安排图536至图539分别为一次弯曲、二次弯曲、三次弯曲以及多次弯曲成形的实例，可供制订零件弯曲工艺过程时参考。第五章弯曲图5-36一次弯曲成形实例图5-37两次弯曲成形实例第五章弯曲图5-38三次弯曲成形实例第五章弯曲图5-39四次弯曲成形实例第五章弯曲第七节弯曲模设
17、计一、弯曲模的分类与设计要点 由于弯曲件的种类很多，形状繁简不一，因此弯曲模的结构类型也是多种多样的。常见的弯曲模结构类型有单工序弯曲模、级进弯曲模、复合弯曲模和通用弯曲模等。简单的弯曲模工作时只有一个垂直运动，复杂的弯曲模除垂直运动外，还有一个或多个水平运动。因此，弯曲模设计难以做到标准化，通常参照冲裁模的一般设计要求和方法，并针对弯曲变形特点进行设计。第五章弯曲1)坯料的定位要准确、可靠，尽可能采用坯料的孔定位，防止坯料在变形过程中发生偏移。2)模具结构不应妨碍坯料在弯曲过程中应有的转动和移动，避免弯曲过程中坯料产生过度变薄和断面发生畸变。第五章弯曲3)模具结构应能保证弯曲时上、下模之间水
18、平方向的错移力得到平衡。4)为了减小回弹，弯曲行程结束时应使弯曲件的变形部位在模具中得到校正。5)坯料的安放和弯曲件的取出要方便、迅速，生产率高，操作安全。6)弯曲回弹量较大的材料时，模具结构上必须考虑凸、凹模加工及试模时便于修正的可能性。第五章弯曲二、弯曲模的典型结构1.单工序弯曲模(1)V形件弯曲模图5-40所示为V形件弯曲模的基本结构。图5-40V形件弯曲模1槽形模柄2销钉3凸模4定位板5凹模6顶杆7弹簧第五章弯曲图5-41V形件折板式弯曲模1凸模2心轴3顶杆4活动凹模5支承板6下模座7支架8铰链9定位板V形件折板式弯曲模第五章弯曲(2)L形件弯曲模对于两直边不相等的L形弯曲件，如果采用
19、一般的V形件弯曲模弯曲，两直边的长度不容易保证，这时可采用图5-42所示的L形弯曲模。图5-42L形件弯曲模1凸模2反侧压块3凹模4定位销5顶板6压料板第五章弯曲(3)U形件弯曲模图5-43所示为下出件U形弯曲模，弯曲后零件由凸模直接从凹模推下，不需手工取出弯曲件，模具结构很简单，且对提高生产率和安全生产有一定意义。图5-43下出件U形弯曲模第五章弯曲(4)形件弯曲模根据形件的高度、弯曲半径及尺寸精度要求不同，有一次成形弯曲模和二次成形弯曲模。 (5)Z形件弯曲模Z形件一次弯曲即可成形。(6)圆形件弯曲模一般圆形件尽量采用标准规格的管材切断成形，只有当标准管材的尺寸规格或材质不能满足要求时，才
20、采用板料弯曲成形。第五章弯曲图5-44上出件U形弯曲模1凸模2定位销3顶板4定位板5凹模6下模座上出件U形弯曲模第五章弯曲图5-45闭角U形件弯曲模1凸模2定位销3顶杆4凹模5凹模镶件6拉簧7下模座8弹簧座9弹簧闭角U形件弯曲模第五章弯曲图5-46形件一次成形弯曲模形件一次成形弯曲模第五章弯曲图5-49Z形件弯曲模1顶板2定位销3反侧压块4凸模5凹模6上模座7压块8橡皮9凸模托板10活动凸模11下模座Z形件弯曲模第五章弯曲图5-47形件二次成形弯曲模形件二次成形弯曲模第五章弯曲图5-50小圆弯曲模1凸模2压板3芯棒4坯料5凹模6滑块7侧楔8活动凹模小圆弯曲模第五章弯曲图5-51大圆三次弯曲模a
21、)首次弯曲b)二次弯曲c)三次弯曲大圆三次弯曲模第五章弯曲图5-52大圆两次弯曲模a)首次弯曲b)二次弯曲1凸模2凹模3定位板大圆两次弯曲模第五章弯曲图5-53大圆一次成形弯曲模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下模座大圆一次弯曲模第五章弯曲(7)铰链件弯曲模标准的铰链或合页都是采用专用设备生产的，生产率很高，价格便宜，只有当选不到合适标准铰链件时才用模具弯曲。图5-54铰链件弯曲工序的安排第五章弯曲图5-55铰链件弯曲模1斜楔2凹模3凸模4弹簧铰链件弯曲模第五章弯曲图5-56滚轴式弯曲模1凸模2定位板3凹模4滚轴5挡板(8)其他形状件的弯曲模对于其他形状的弯曲件，由于品种
22、繁多，其工序安排和模具设计根据弯曲件的形状、尺寸、精度要求、材料性能和生产批量等的不同各有差异。第五章弯曲图5-57带摆动凸模的弯曲模1摆动凸模2压料装置3凹模带摆动凸模的弯曲模第五章弯曲图5-58带摆动凹模的弯曲模1凸模2定位板3摆动凹模带摆动凹模的弯曲模第五章弯曲图5-59级进工艺成形2.级进模第五章弯曲图5-60两工位级进弯曲模1凸凹模2推杆3卸料板4冲孔凸模5反侧压块6弯曲凸模7下剪刃8冲孔凹模两工位级进弯曲模第五章弯曲3.复合模图5-61复合弯曲模第五章弯曲图5-62多次V形弯曲成形复杂零件多次V形弯曲成形复杂零件第五章弯曲图5-63折弯机用弯曲模的端面形状a)通用凹模b)直臂式凸模
23、c)曲臂式凸模折弯机用弯曲模的端面形状第五章弯曲图5-64通用U形、形件弯曲模4.通用弯曲模第五章弯曲三、弯曲模工作零件的设计 弯曲模工作零件的设计主要是确定凸、凹模工作部分的圆角半径，凹模深度，凸、凹模间隙，横向尺寸及公差等。凸、凹模安装部分的结构设计与冲裁凸、凹模基本相同。弯曲凸、凹模工作部分的结构及尺寸如图565所示。第五章弯曲图5-65弯曲凸、凹模工作部分的结构及尺寸1.凸模圆角半径rp2.凹模圆角半径rd3.凹模深度l0第五章弯曲表5-14V形件弯曲模的凹模深度l0及底部最小厚度h第五章弯曲表5-15U形件弯曲凹模的h0值表5-16U形件弯曲模的凹模深度l0第五章弯曲表5-17U形件
24、弯曲模凸、凹模的间隙系数c值4.凸、凹模间隙第五章弯曲表5-17U形件弯曲模凸、凹模的间隙系数c值第五章弯曲图5-66标注外形与内形的弯曲件及模具尺寸5. U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差第五章弯曲弯曲成形如图567所示压板零件，材料为10钢，厚度为1mm，中批量生产，试设计弯曲模。1.零件的工艺分析图5-67压板零件图第八节弯曲模设计实例第五章弯曲2.模具结构方案的确定图5-68弯曲模结构方案示意图第五章弯曲3.有关工艺与设计计算(1)坯料的展开长度弯曲件由直边和圆弧两部分组成，圆弧部分中性层位移系数由r/t=3.5查表5-8得x=0.41。(2)弯曲力弯曲过程有两步，第一步是凸模向下运动的
25、弯曲，第二步是通过滑块向左压圆弧的弯曲，并施加校正力。第五章弯曲图5-69压板弯曲模结构总图1上模座2凸模背压弹簧3、6固定板4凸模5斜楔7顶件块8滑块9复位弹簧10下模座11顶杆12弹顶器压板弯曲模结构总图第五章弯曲(3)弹簧本模具中采用的弹簧有凸模背压弹簧、弹顶器弹簧和滑块复位弹簧。1)凸模背压弹簧。2)弹顶器弹簧。3)滑块复位弹簧。(4)回弹因圆弧部分的相对弯曲半径r/t=3.55，故半径的回弹值可以忽略。第五章弯曲图5-70凸模与滑块工作部位尺寸关系(5)凸模与滑块(凹模)工作部位尺寸确定滑块(凹模)在初始位置要配合凸模完成第一次弯曲，然后滑块在斜楔的作用下向左移动，完成圆弧部位的弯曲成形。第五章弯曲4.主要模具零件的设计(1)凸模凸模上部的圆柱是碟形弹簧的导向杆，至下止点时，凸模的上顶面与垫板接触，对工件施加压力。图5-71凸模第五章弯曲图5-72滑块(2)滑块滑块的斜面、底面和台阶面是滑动工作面，表面要求光滑。第五章弯曲(3)斜楔斜楔的横截面为矩形，其宽度可比滑块的宽度略小，取21mm，长度取24mm。(4)顶件块顶件块在弹顶器的作用下，与凸模形成足够的压紧力而完成第一次弯曲，并对坯料起定位作用。
