彎曲工藝設計

1、第5章 彎曲工藝設計教學內容 彎曲是沖壓基本工序。 在分析彎曲變形過程及彎曲件質量影響因素的基礎上，介紹彎曲工藝計算、工藝方案制定和彎曲模設計。涉及彎曲變形過程分析、彎曲半徑及最小彎曲半徑影響因素、彎曲卸載后的回彈及影響因素、減少回彈的措施、坯料尺寸計算、工藝性分析與工藝方案確定，初步了解彎曲模具結構。目的要求1 了解彎曲變形規(guī)律及彎曲件質量影響因素；2 掌握彎曲工藝計算方法。3 掌握彎曲工藝性分析與工藝設計方法；4 認識彎曲模典型結構及特點重點難點重點：重點：1 彎曲變形規(guī)律及彎曲件質量影響因素；2 彎曲工藝計算方法；3 彎曲工藝性分析與工藝方案制定難點：難點：1彎曲變形規(guī)律及彎曲件質量影響

2、因素；2影響回彈的因素與減少回彈的措施 ；3彎曲工藝計算概述 彎曲是將板料、型材、管材或棒料等按設計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。 它屬于成形工序，是沖壓基本工序之一，在沖壓零件生產中應用較普遍。概述概述 生活中的彎曲件概述 彎曲方法：模具壓彎折彎滾彎拉彎概述形形件件彎彎曲曲模模1下模板 2、5圓柱銷 3彎曲凹模 4彎曲凸模 6模柄 7頂桿 8、9螺釘 10定位板概述概述用用模模具具成成形形彎彎曲曲件件一一概述用用模模具具成成形形彎彎曲曲件件二二概述 相對于沖裁模具準確準確工藝計算難，模具動作復雜動作復雜、結構設計規(guī)律性不強規(guī)律性不強。5.1 彎曲工藝設計基礎 通

3、過網(wǎng)格分析及應力、應變分析，可獲得彎曲變形的變形特點 針對彎曲出現(xiàn)的質量缺陷采用相應的措施，以保證彎曲順利進行1. 彎曲變形過程 V形彎曲是最基本的彎曲變形，任何復雜彎曲都可看成是由多個V形彎曲組成。1. 彎曲變形過程彎彎曲曲過過程程自由彎曲校正彎曲彈性彎曲塑性彎曲彎曲效果：表現(xiàn)為彎曲半徑和彎曲中心角的變化（減?。?。 2. 研究彎曲變形的特點 目的:找出破壞規(guī)律 窄板（B/t3）：內區(qū)寬度增加，外區(qū)寬度減小，原矩形截面變成了扇形 寬板（B/t3）：橫截面幾乎不變，仍為矩形 內區(qū) 中性層 外區(qū)2. 研究彎曲變形的特點彎彎曲曲前前坐坐標標網(wǎng)網(wǎng)格格的的變變化化 2. 研究彎曲變形的特點彎曲變形區(qū)的橫

4、截面變化情況彎曲變形區(qū)的橫截面變化情況 窄板（B/t3） 寬板（B/t3） 2. 研究彎曲變形的特點窄板彎曲后的斷面變化窄板彎曲后的斷面變化 2. 研究彎曲變形的特點變形特點 工件分成了直邊和圓角部分 變形區(qū)圓角部分 切向變形不均勻 方形扇形 外層伸長 內層收縮 中性層 厚度變薄 變薄系數(shù)/減薄系數(shù) 寬度方向變化 寬板和窄板 長度增加 一般是寬板，寬度變化小 細而長的板料彎曲后的縱向翹曲與窄板彎曲后的剖面畸變，管材、型材彎曲后的剖面畸變 中性層的內移2. 研究彎曲變形的特點翹曲2. 研究彎曲變形的特點型材、管材彎曲后的剖面畸變型材、管材彎曲后的剖面畸變3. 彎曲變形時的應力、應變狀態(tài)分析應力狀

5、態(tài) 寬板（B/t3） 窄板（B/t3）長度方向1：內區(qū)受壓，外區(qū)受拉厚度方向2：內外均受壓應力 寬度方向3：內外側壓力均為零長度方向1：內區(qū)受壓，外區(qū)受拉厚度方向2：內外均受壓應力 寬度方向3：內區(qū)受壓，外區(qū)受拉兩向應力三向應力3. 彎曲變形時的應力、應變狀態(tài)分析應變狀態(tài) 寬板（B/t3） 窄板（B/t3）長度方向1：內區(qū)壓應變，外區(qū)拉應變厚度方向2：內區(qū)拉應變，外區(qū)壓應變 寬度方向3：內區(qū)拉應變，外區(qū)壓應變長度方向1：內區(qū)壓應變，外區(qū)拉應變厚度方向2：內區(qū)拉應變，外區(qū)壓應變 寬度方向3：內外區(qū)近似為零三向應變兩向應變3. 彎曲變形時的應力、應變狀態(tài)分析 應變狀態(tài)： 三個方向 (1)長度 (切

6、向)：外伸，內縮 (2)厚度 (徑向)：外薄，內厚 (3)寬度方向分兩種情況： 1)窄板彎曲(b/t3)：外縮，內伸 2)寬板彎曲(b/t3)：外側和內側無應變 4. 彎曲時的中性層4. 彎曲時的中性層 應力中性層：毛坯截面上的應力，在外層的拉應力過渡到內層的壓應力時，發(fā)生突變或者應力不連續(xù)的纖維層 微分平衡方程-外區(qū)于是 塑性條件 中性層4. 彎曲時的中性層 應變中性層：板料彎曲時，外層纖維受拉，內層纖維受壓，在拉伸與壓縮之間存在著一個既不伸長、也不壓縮的纖維層5.1.2 彎曲質量分析 變形變形程度 質量問題：彎裂、回彈、偏移、翹曲、變形區(qū)厚度變薄和毛坯長度增加1. 彎曲裂紋與最小相對彎曲半

7、徑 板料彎曲時外層受拉應力 超過材料強度極限時將出現(xiàn)彎曲裂紋（1）最小相對彎曲半徑rmin/t相對彎曲半徑相對彎曲半徑（ r/tr/t）：表示板料彎曲變形程度的大小1. 彎曲裂紋與最小相對彎曲半徑 彈性彎曲條件或坯料彎曲變形區(qū)內切向應力的分布坯料彎曲變形區(qū)內切向應力的分布 ）彈性彎曲）彈塑性彎曲）純塑性彎曲1. 彎曲裂紋與最小相對彎曲半徑 最外層的斷后伸長率最外層的斷后伸長率 彎曲半徑越小，外層金屬的相對伸長量越大。外=121rt外min12rt1. 彎曲裂紋與最小相對彎曲半徑（2）影響最小相對彎曲半徑的因素最小彎曲半徑最小彎曲半徑r rminmin： 在板料不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內

8、表面的最小圓角半徑。 常用最小相對彎曲半徑最小相對彎曲半徑r rminmin/t/t表示彎曲時的成形極限。其值越小越有利于彎曲成形。 材料的力學性能 塑性 材料表面和側面的質量 彎曲線的方向 彎曲中心角 板料的熱處理狀態(tài) 厚度1. 彎曲裂紋與最小相對彎曲半徑（3）提高彎曲極限變形程度的方法 經冷變形硬化的材料，可熱處理后再彎曲。 清除沖裁毛刺，或將有毛刺的一面處于彎曲受壓的內緣。 對于低塑性的材料或厚料，可采用加熱彎曲。 采取兩次彎曲的工藝方法，中間加一次退火。 對較厚材料的彎曲，如結構允許，可采取開槽后彎曲。1. 彎曲裂紋與最小相對彎曲半徑2. 彎曲回彈 當外載荷去除后，塑性變形保留下來，而

9、彈性變形會完全消失，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。 由于彎曲時內、外區(qū)切向應力方向不一致，因而彈性回復方向也相反，即外區(qū)彈性縮短而內區(qū)彈性伸長，這種反向的彈性回復加劇了工件形狀和尺寸的改變。 與其它變形工序相比，彎曲過程的回彈現(xiàn)象是一個影響彎曲件精度的重要問題，彎曲工藝與彎曲模設計時應認真考慮。2. 彎曲回彈 彎曲回彈的表現(xiàn)形式有兩個方面 曲率減小 彎曲中心角減小2. 彎曲回彈 （1）影響回彈量的因素材料的力學性能 越大，回彈越大。材料的力學性能對回彈值的影響1、3退火軟鋼2-軟錳黃銅4-經冷變形硬化的軟鋼 2. 彎曲回彈 相對彎曲半徑r/tr/t越大，回彈越

10、大變形程度對彈性恢復值的影響 2. 彎曲回彈 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角越大2. 彎曲回彈 彎曲方式及彎曲模 在無底凹模內作自由彎曲時，回彈最大。 2. 彎曲回彈 在有底凹模內作校正彎曲時，回彈較小。校正彎曲校正彎曲圓角部分的回彈比自由彎曲時大為減小。 校正彎曲時圓角部分的較小正回彈與直邊部分負回彈的抵銷 ，回彈可能出現(xiàn)正正、零零或是負負三種情況。形件彎曲模1下模板 2、5圓柱銷 3彎曲凹模 4彎曲凸模 6模柄 7頂桿 8、9螺釘10定位板 2. 彎曲回彈 在彎曲U形件時，凸、凹模之間的間隙對回彈有較大的影響。間隙越大，回彈角也就越大間隙對回彈的影響 2. 彎曲

11、回彈 工件的形狀一般而言，彎曲件越復雜，一次彎曲成形角的數(shù)量越多，回彈量就越小。2. 彎曲回彈 （2）回彈值的確定方法:先根據(jù)經驗數(shù)值和簡單的計算來初步初步確定模具工作部分尺寸，然后在試模時進行修正修正。2. 彎曲回彈 小變形程度（r/t10）自由彎曲時的回彈值 凸模工作部分的圓角半徑和角度可按下式進行計算：TTsTrrEtrrr312. 彎曲回彈 大變形程度（r/t5）自由彎曲時的回彈值 卸載后彎曲件圓角半徑的變化是很小的，可以不予考慮，而僅考慮彎曲中心角的回彈變化。 彎曲中心角為90時部分材料的平均回彈角查表。 當彎曲件彎曲中心角不為90時，其回彈角可用下式換算：90902. 彎曲回彈 校

12、正彎曲時的回彈值 校正彎曲的回彈可用試驗所得的公式計算，也可直接查表。2. 彎曲回彈 2. 彎曲回彈 （3）減少回彈的措施1）改進彎曲件的設計 盡量避免選用過大的避免選用過大的r/tr/t 。如有可能，在彎曲區(qū)壓制加強筋加強筋，以提高零件的剛度，抑制回彈。 盡量選用E/s小、力學性能穩(wěn)定和板料厚度波動小的材料2. 彎曲回彈 2）采取適當?shù)膹澢に?采用校正彎曲校正彎曲代替自由彎曲。 對冷作硬化的材料須先退火退火，使其屈服點s降低。對回彈較大的材料，必要時可采用加熱彎曲加熱彎曲。 采用拉彎工藝。 2. 彎曲回彈 拉彎時斷面內切向應變的分析2. 彎曲回彈 3）合理設計彎曲模 對于較硬材料，可根據(jù)回

13、彈值對模具工作部分的形狀和尺寸進行修正修正。 對于軟材料，其回彈角小于5時，可在模具上作出補償角補償角并取較小的較小的凸、凹模間隙凸、凹模間隙。2. 彎曲回彈 對于厚度在0.8mm以上的軟材料， r/t又不大時，可采取結構：2. 彎曲回彈 對于U形件彎曲 當r/t較小,可采取增加背壓背壓的方法（見上圖b) 當r/t較大，可采取將凸模端面和頂板表面作成一定曲率的弧形弧形 采用擺動式凹模擺動式凹模 當材料厚度負偏差較大時，可設計成凸、凹模間隙可調間隙可調的彎曲模2. 彎曲回彈 在彎曲件直邊端部縱向加壓縱向加壓 用橡膠橡膠或聚氨酯代替剛性金屬凹模能減小回彈3. 彎曲偏移 偏移：彎曲過程中板料毛坯在模

14、具中發(fā)生移動的現(xiàn)象。 結果：彎曲件兩直邊長度不符合圖樣要求3. 彎曲偏移產生偏移的原因：（1）彎曲件坯料形狀左右不對稱，彎曲時坯料兩邊與凹模表面接觸面積不相等，導致坯料滑進凹模時兩邊的摩擦力不等，使毛坯向接觸面積大的一邊移動。（2）坯料定位不穩(wěn)，壓力效果不理想。（3）模具結構左右不對稱。（4）模具間隙兩邊不相同、潤滑不一致。3. 彎曲偏移（1） 可靠的壓料：用彈性壓料裝置，保證毛坯一直處在壓緊狀態(tài)，防止坯料滑移。 3. 彎曲偏移（2）可靠的定位：銷釘（3）轉為對稱4. 板料橫截面的畸變和翹曲變形 窄板 畸變 工藝切口 寬板 翹曲 預設與翹曲方向相反 管材 校正 填料5. 變形區(qū)變薄和彎曲長度增

15、加 多次試驗 獲得準確尺寸 一般先設計彎曲模，通過試驗得到準確的毛坯尺寸，再設計落料模。5.2 工藝性分析 彎曲件的工藝性是指彎曲零件的形狀、尺寸、精度、材料以及技術要求等是否符合彎曲加工的工藝要求。 具有良好工藝性的彎曲件，能簡化彎曲的工藝過程及模具結構，提高工件的質量。5.2.1 彎曲件的精度 一般彎曲件的經濟公差等級在IT13IT13級以下級以下，角度公差大于15。 彎曲件的精度受坯料定位、偏移、翹曲和回彈等因素的影響，彎曲的工序數(shù)目越多，精度也越低。5.2 工藝性分析5.2.2 彎曲件的材料 如果彎曲件的材料具有足夠的塑性，屈強比（ s/b）小，屈服點與彈性模量的比值（ s/E）小，則

16、有利于彎曲成形和工件質量的提高。如軟鋼、黃銅和鋁等材料的彎曲成形性能好。 脆較大的材料，如磷青銅、鈹青銅、彈簧等，則最小相對彎曲半徑 大，回彈大，不利于成形。5.2 工藝性分析5.2.3 彎曲件的結構彎曲半徑 彎曲件的彎曲半徑不宜小于最小彎曲半徑，否則，要多次彎曲，增加工序數(shù)； 也不宜過大，因為過大時，受到回彈的影響，彎曲角度與彎曲半徑的精度都不易保證。 5.2 工藝性分析5.2.3 彎曲件的結構2彎曲件的形狀 一般要求彎曲件形狀對稱，彎曲半徑左右一致，則彎曲時坯料受力平衡而無滑動。 5.2 工藝性分析5.2.3 彎曲件的結構彎曲件直邊高度彎曲件的直邊高度不宜過小，其值應為 hr+2t5.2

17、工藝性分析5.2.3 彎曲件的結構4防止彎曲根部裂紋的工件結構在局部彎曲某一段邊緣時，為避免彎曲根部撕裂，應減小不彎曲部分的長度B，使其退出彎曲線之外，即br（上頁圖a），或在彎曲部分與不彎曲部分之間切槽，或在彎曲前沖出工藝孔。5.2 工藝性分析5.2.3 彎曲件的結構5彎曲件孔邊距離5.2 工藝性分析5.2.3 彎曲件的結構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 5.2 工藝性分析5.2.3 彎曲件的結構7尺寸標注 尺寸標注對彎曲件的工藝性有很大的影響。5.3 彎曲工藝計算 在工藝分析基礎上對毛坯尺寸、彎曲力進行計算 選取合理的設備 確定正確的刃口尺寸 5.3.1 彎曲件展開

18、長度的確定 一、彎曲中性層位置的確定據(jù)中性層的定義，彎曲件的坯料長度應等于中性層的展開長度坯料長度應等于中性層的展開長度。中性層位置以曲率半徑曲率半徑表示通常用下面經驗公式確定：xtr5.3.1 彎曲件展開長度的確定 對于形狀比較簡單、尺寸精度要求不高的彎曲件，可直接采用下面介紹的方法計算坯料長度。 對于形狀比較復雜或精度要求高的彎曲件，在利用下述公式初步計算坯料長度后，還需反復試彎試彎不斷修正修正，才能最后確定坯料的形狀及尺寸。二、彎曲件坯料尺寸的計算5.3.1 彎曲件展開長度的確定 1.圓角半徑r0.5t的彎曲件 按中性層展開的原理，坯料總長度應等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和，即 )

19、(1801802121xtrllllLz5.3.1 彎曲件展開長度的確定 2.圓角半徑r0.5t的彎曲件由于彎曲變形時不僅制件的圓角變形區(qū)產生嚴重變薄，而且與其相鄰的直邊部分也產生變薄，故按變形前后體積不變體積不變條件確定坯料長度。5.3.1 彎曲件展開長度的確定 3.鉸鏈式彎曲件 對于（0.63.5）的鉸鏈件坯料長度txrlrtxrlLz117 . 47 . 5)(5 . 15.3.1 彎曲件展開長度的確定 實例 計算下圖所示彎曲件的坯料展開長度。 5.3.1 彎曲件展開長度的確定 5.3.2 彎曲力計算1. 自由彎曲力計算自由彎曲力計算 V形自由彎曲力為形自由彎曲力為 U形自由彎曲力為形自

20、由彎曲力為 式中：F1自由彎曲力，N； b 彎曲件寬度，mm； t 彎曲件材料厚度，mm； r 彎曲件的彎曲內半徑，mm； b材料抗拉強度，MPa； K安全因數(shù)，一般取 K1.3。 2b10.6KbtFrt2b10.7KbtFrt5.3.2 彎曲力計算式中：2. 校正彎曲時的彎曲力ApF校校F 校正彎曲應力；A校正部分投影面積；P單位面積校正力，其值見表。5.3.2 彎曲力計算 若彎曲模設有頂件裝置或壓料裝置，其頂件力3. 頂件力或壓料力自FFD)8 . 03 . 0(DFYF（或壓料力)可近似取自由彎曲力的3080。即5.3.2 彎曲力計算對于有壓料的自由彎曲4. 壓力機公稱壓力的確定對于校

21、正彎曲）（自壓機YFFF)3 . 12 . 1 (校壓機FF)3 . 12 . 1 (5.3.3 彎曲模工作部分尺寸計算彎曲模工作部分的尺寸彎曲模工作部分的尺寸: :凸、凹模間隙、圓角半徑、凹模深度及凸、凹模橫向寬凸、凹模間隙、圓角半徑、凹模深度及凸、凹模橫向寬度尺寸等。度尺寸等。 1. 彎曲時凸模與凹模之間的間隙：單面間隙彎曲時凸模與凹模之間的間隙：單面間隙ctkt 式中：c彎曲時凸模與凹模之間的間隙，mm； t 材料的公稱厚度； k 間隙系數(shù)，見表 5-10； 板料厚度的正偏差。 當工件精度要求較高時，凸、凹模間隙值應取小些，ct。 5.3.3 彎曲模工作部分尺寸計算 凸模與凹模的寬度尺寸與工件的尺寸相關。凸模與凹模的寬度尺寸與工件的尺寸相關。 根據(jù)工件尺寸的標注方式不同，凸模與凹模的寬度尺寸按表根據(jù)工件尺寸的