彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì) 第3章

1 第三章 彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì) 基本要求： 了解彎曲工藝及彎曲變形過程及其特點(diǎn) ， 掌握 彎曲模件最小彎曲半徑和彎曲力的計(jì)算 ， 掌握 彎曲模工作部分的設(shè)計(jì) 。 2 述 彎曲： 將板料、型材、管材或棒料等按設(shè)計(jì)要求彎成一定的角度和一定的曲率，形成所需形狀零件的沖壓工序。 彎曲方法 ： 彎曲方法可分為在壓力機(jī)上利用模具進(jìn)行的壓彎以及在專用彎曲設(shè)備上進(jìn)行的折彎、滾彎、拉彎等。 3 述 彎曲件的彎曲方法 模具壓彎 折彎 滾彎 拉彎 4 述 彎曲模： 本章與第 2章相比： 準(zhǔn)確 工藝計(jì)算難，模具 動(dòng)作復(fù)雜 、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 規(guī)律性不強(qiáng) 。 彎曲所使用的模具。 5 曲變形分析 一、彎曲變形過程 變形區(qū)主要在彎曲件的圓角部分， 板料受力情況如圖所示。 1 2 6 曲變形分析 性變形塑性變形彎曲校正 自由彎曲 校正彎曲 彈性彎曲 塑性彎曲 彎曲效果： 表現(xiàn)為彎曲半徑和彎曲角的變化。 7 曲變形分析 二、彎曲時(shí)材料的流動(dòng)情況 (1)變形區(qū)主要在彎曲件的圓角部分，圓角區(qū)內(nèi)的正方形網(wǎng)格變成了扇形。在遠(yuǎn)離圓角的兩平直部分，幾乎沒有變形。 (2)變形區(qū)內(nèi)，板料外區(qū) (靠凹模一邊 )的金屬切向受拉而伸長，內(nèi)區(qū)（靠凸模一邊）的金屬切向受壓而縮短。 由內(nèi)、外表面至板料中心，其縮短和伸長兩個(gè)區(qū)之間，總存在一層金屬，其長度在變形前后沒有變化，成為中性層。 中性層向板料內(nèi)區(qū)移動(dòng)。 彎曲后 彎曲前 8 曲變形分析 (3)當(dāng)相對(duì)彎曲半徑（ r/t）較小時(shí)。彎曲變形區(qū)中的板料在彎曲后產(chǎn)生厚度變薄現(xiàn)象。 (4)彎曲變形區(qū)內(nèi)板料橫截面的變化有兩種情況； 對(duì)于窄板 (b 3t)，外區(qū)受拉引起寬度收縮，內(nèi)部受壓引起寬度伸長，故原矩形斷面變成了扇形。 對(duì)于寬板 (b 3t)，彎曲后橫截面無明顯變化，仍保持為矩形。 窄板（ 9 曲變形分析 型材、管材彎曲后的剖面畸變 10 曲變形分析 三、塑性彎曲變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài) 平面應(yīng)變狀態(tài) 平面應(yīng)力狀態(tài) 11 曲變形分析 彎曲時(shí)，外表面在切向拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生切向伸長變形： 相對(duì)彎曲半徑 （ r/t）： 四、變形程度及其表示方法 表示板料彎曲變形程度的大小。 ()12212b b o o t a a b b o o 12 曲變形分析 最小彎曲半徑 在板料不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內(nèi)表面的最小圓角半徑。 故也常用 最小彎曲半徑 值越小越有利于彎曲成形。 五、最小彎曲半徑 （ ） 材料的力學(xué)性能 （ ） 材料表面和側(cè)面的質(zhì)量 、 應(yīng)力集中或加工硬化 （ ） 彎曲線的方向與鋼板的纖維方向 （）彎曲中心角越小，半徑越小 13 曲變形分析 2最小彎曲半徑 參見表 3 1 3 提高彎曲極限變形程度的方法 （ 1） 經(jīng)冷變形硬化的材料 ， 可熱處理后再彎曲 。 （ 2） 清除沖裁毛刺 ， 或?qū)⒂忻痰囊幻嫣幱趶澢軌旱膬?nèi)緣 。 （ 3）對(duì)于低塑性的材料或厚料，可采用加熱彎曲。 （ 4）采取兩次彎曲的工藝方法，中間加一次退火。 （ 5）對(duì)較厚材料的彎曲，如結(jié)構(gòu)允許，可采取開槽后彎曲。 14 曲卸載后的回彈 塑性彎曲時(shí)伴隨有彈性變形，當(dāng)外載荷去除后，塑性變形保留下來，而彈性變形會(huì)完全消失，使彎曲件的形狀和尺寸發(fā)生變化而與模具尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫 回彈 。 一、回彈現(xiàn)象 彎曲回彈的表現(xiàn)形式： 彎曲半徑變大 彎曲角變大，彎曲中心角減小 15 曲卸載后的回彈 材料的力學(xué)性能 二、影響回彈的因素 /S E材料的力學(xué)性能對(duì)回彈值的影響 1、 3退火軟鋼 24 16 曲卸載后的回彈 相對(duì)彎曲半徑 彎曲半徑越大，彈性變形比例大，塑性變形比例小，回彈越大。 彎曲中心角 彎曲中心角越大， 變形區(qū)的長度越長，回彈積累值也越大，故回彈越大。 彎曲方式及彎曲模 （ 1） 自由彎曲時(shí)，回彈最大。 （ 2） 校正彎曲使塑性變形穩(wěn)定，回彈較小。 （ 3） 在彎曲 、凹模間隙越大，回彈角也就越大。 工件的形狀： 彎曲件越復(fù)雜，一次彎曲成形角的數(shù)量越多，回彈量就越小 17 曲卸載后的回彈 先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值 初步 確定模具工作尺寸，然后在試模時(shí)進(jìn)行 修正 。 三、回彈值的確定 小變形程度（ 10）自由彎曲時(shí)的回彈值 凸模工作部分的圓角半徑和角度可按下式進(jìn)行計(jì)算： 13 8 曲卸載后的回彈 2大變形程度（ 5）校正彎曲時(shí)的回彈值 9090 變形程度在卸載前后變化不大，故卸載后彎曲件圓角半徑的變化是很小的，可以不予考慮，而僅考慮彎曲角的回彈變化。 彎曲角為 90 時(shí)部分材料的平均回彈角見表 3 當(dāng)彎曲件彎曲角不為 90 時(shí)，其回彈角可用下式計(jì)算： 19 曲卸載后的回彈 四、減少回彈的措施 （ 1）盡量 避免選用過大的 r/t 。如有可能，在彎曲區(qū)壓制 加強(qiáng)筋 ，以提高零件的剛度，抑制回彈。 （ 2）盡量選用 小、力學(xué)性能穩(wěn)定和板料厚度波動(dòng)小的材料。 20 曲卸載后的回彈 （ 1） 采用 校正彎曲 代替自由彎曲 。 動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)的應(yīng)用 。 （ 2） 對(duì)冷作硬化的材料須先 退火 ， 使其屈服點(diǎn) 對(duì)回彈較大的材料 ， 必要時(shí)可采用 加熱彎曲 。 （ 3）對(duì)彎曲半徑很大的零件，采用 拉彎工藝 。 21 曲卸載后的回彈 （ 1） 對(duì)于較硬材料 ， 可根據(jù)回彈值對(duì)模具工作部分的形狀和尺寸進(jìn)行 修正 。 （ 2） 對(duì)于軟材料 ， 其回彈角小于 5 時(shí) ， 可在模具上作出 補(bǔ)償角 并取 較小的凸 、 凹模間隙 。 22 曲卸載后的回彈 （ 3）對(duì)于厚度在 r/采取如圖所示凸模做成局部突起的結(jié)構(gòu)。 23 曲卸載后的回彈 （ 4） 對(duì)于 當(dāng) r/可采取增加 背壓 的方法 ； 當(dāng) r/ 可采取將凸模端面和頂板表面作成一定曲率的 弧形 ； （ 5） 在彎曲件直邊端部 縱向加壓 。 （ 6） 用 橡膠 或聚氨酯代替剛性金屬凹模能減小回彈 。 24 曲件坯料尺寸的計(jì)算 據(jù)中性層的定義，彎曲件的 坯料長度應(yīng)等于中性層的展開長度 。 一、彎曲中性層位置的確定 中性層位置以 曲率半徑 x 中性層位移系數(shù)，見表 3 式中： 表示（右圖），通常用下面經(jīng)驗(yàn)公式確定： 25 曲件坯料尺寸的計(jì)算 對(duì)于形狀比較簡單、尺寸精度要求不高的彎曲件，可直接采用展開的方法計(jì)算坯料長度。 對(duì)于形狀比較復(fù)雜或精度要求高的彎曲件，在利用下述公式初步計(jì)算坯料長度后，還需反復(fù) 試彎 不斷 修正 ，才能最后確定坯料的形狀及尺寸。 二、彎曲件坯料尺寸的計(jì)算 r )(180180 2121 z 按中性層展開的原理，坯料總長度應(yīng)等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和，即 26 曲件坯料尺寸的計(jì)算 t 當(dāng)彎曲的直邊帶有斜角，斜線不可能彎曲到要求的角度，容易開裂，改變形狀。 34 曲件的工藝性 4 防止彎曲根部裂紋的工件結(jié)構(gòu) 35 曲件的工藝性 5 彎曲件孔邊距離 tl當(dāng) t2 當(dāng) t2 36 曲件的工藝性 6 增添連接帶和定位工藝孔 增添連接帶和定位工藝孔的彎曲件 37 曲件的工藝性 7 尺寸標(biāo)注 尺寸標(biāo)注對(duì)彎曲件的工藝性有很大的影響。 38 曲件的工藝性 四、 彎曲件的工序安排 形狀簡單的彎曲件：采用一次彎曲成形； 形狀復(fù)雜的彎曲件：采用二次或多次彎曲成形。 批量大而尺寸較小的彎曲件：盡可能采用級(jí)進(jìn)?；驈?fù)合模。 需多次彎曲時(shí)： 先彎兩端，后彎中間部分 ，前次彎曲應(yīng)考慮后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響前次已成形的形狀。 彎曲件形狀不對(duì)稱時(shí)： 盡量成對(duì)彎曲，然后再剖切。 39 曲件的工藝性 一次彎曲 二次彎曲 40 當(dāng) / 10時(shí)，則應(yīng)考慮回彈，將凸模圓角半徑 加以修正。 曲模工作部分尺寸的設(shè)計(jì) 一、凸凹模圓角半徑 當(dāng)工件的相對(duì)彎曲半徑 /較小時(shí)，凸模圓角半徑取等于工件的彎曲半徑，但不應(yīng)小于最小彎曲半徑值 曲模工作部分尺寸的設(shè)計(jì) 凹模兩邊的圓角半徑應(yīng) 一致 ，否則在彎曲時(shí)坯料會(huì)發(fā)生偏移。 t2， (A （ 3 6） 2 4時(shí)， （ 2 3） 4時(shí)， 2 42 曲模工作部分尺寸的設(shè)計(jì) 彎曲 凹模深度 是指工件位于凹模內(nèi)的直邊長度。凹模深度 過小，工件兩端的自由部分太多，彎曲零件回彈大。若過大，則過多消耗模具鋼材。 二、凸凹模深度 彎曲 模深度及底部最小厚度可查表 3 5。 彎曲 彎邊高度不大或要求兩邊平直，則凹模深度應(yīng)大于零件的高度；如果彎曲件邊長較大，且對(duì)平直度要求不高時(shí)，凹模深度 7。 43 曲模工作部分尺寸的設(shè)計(jì) 三、凸凹模間隙 模間隙是靠調(diào)整壓機(jī)的閉合高度來控制的，設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮。 模單邊間隙一般可按下式計(jì)算： m a 中 C 間隙系數(shù)，可查表 3 8。 當(dāng)工件精度要求較高時(shí)，其間隙應(yīng)適當(dāng)縮小，取 Z/2 t。 44 曲模工作部分尺寸的設(shè)計(jì) 四、 模橫向尺寸及公差 決定原則 ： 工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，間隙取在凸模上。 工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上。 45 曲模工作部分尺寸的設(shè)計(jì) （ 2）尺寸標(biāo)注在內(nèi)形上 （ 1）尺寸標(biāo)注在外形上 0m a x 0)(T 0m i n ) )(凹模尺寸 凸模尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 凸 、 凹模的制造公差 ， 可采用 7 9級(jí)精度 ，一般取凸模的精度比凹模精度高一級(jí) 。 T A式中 46 曲模典型結(jié)構(gòu) 一、 形彎曲模的一般結(jié)構(gòu)形式 1凸模 2定位板 3凹模 4定位尖 5頂桿 6形頂板 7頂板 8定料銷 9反側(cè)壓塊 敞開式彎曲模 定位夾 頂桿 定位銷 47 曲模典型結(jié)構(gòu) 通用彎曲模 48 曲模典型結(jié)構(gòu) 1凸模 2支架 3定位板（或定位銷）4活動(dòng)凹模 5轉(zhuǎn)軸 6支承板 7頂桿 49 曲模典型結(jié)構(gòu) 凸模 凹模 彈簧 凸模活動(dòng)鑲塊 凹?；顒?dòng)鑲塊 二 50 曲模典型結(jié)構(gòu) 彎曲角小于 90 的形彎曲模 1凸模 2轉(zhuǎn)動(dòng)凹模 3彈簧 51 曲模典型結(jié)構(gòu) 三 帽 形