沖壓模具技術(shù)3章課件

1、第三章 彎曲彎曲是將板料、棒料、管料或型材等彎成一定形狀和角度的工件的成型方法。彎曲件的形狀很多，如V形件、U形件、Z形件以及其他形狀的工件。彎曲可以利用模具在壓力機上進行，也可在其他專用設(shè)備(如折彎機、滾彎機、拉彎機、彎管機)上進行。本章主要介紹板料在壓力機上用模具彎曲的工藝及模具設(shè)計。第一節(jié) 彎曲變形的特點一、變形過程分析(一)變形過程板料的V形彎曲和U形彎曲是最基本的彎曲變形。板料在V形模內(nèi)的彎曲過程如圖3-1所示。(二)彎曲變形特點為研究彎曲變形的特點，可先在板料側(cè)壁上畫上坐標網(wǎng)格，然后進行彎曲。觀察變形后的網(wǎng)格及橫斷面的變化，如圖3-2所示，可以發(fā)現(xiàn)彎曲變形有如下特點：1)工件分成了

2、直邊和圓角兩部分，圓角部分是變形區(qū)。其中圓角部分的內(nèi)半徑為r，中心角為。圓角部分的正方形網(wǎng)格變成了扇形，遠離圓角的直邊部分網(wǎng)格沒有變化，而靠近圓角的直邊網(wǎng)格有少許的變化。2)在圓角變形區(qū)內(nèi)，變形不均勻。彎曲前aa=bb, 彎曲后aabb，說明板料內(nèi)緣的切向纖維受壓而縮短，外緣的切向纖維受拉而伸長。由內(nèi)、外表面至板料中心，其縮短和伸長的程度逐漸變小。從外層的伸長過渡到內(nèi)層的壓縮，由于材料的連續(xù)性，其間必有一層纖維，它的長度在彎曲前后保持不變，稱為應(yīng)變中性層。3)當相對彎曲半徑r/t較小時，厚度變薄和長度增加較大。彎曲變形區(qū)，內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉，拉區(qū)使板料減薄，壓區(qū)使板料增厚，中性層內(nèi)移，拉區(qū)擴大

3、，壓區(qū)減小，使板料的減薄大于增厚，從而使整個板料出現(xiàn)變薄現(xiàn)象。r/t越小，變薄現(xiàn)象越嚴重。二、彎曲半徑(一)最小彎曲半徑r/t稱為相對彎曲半徑，生產(chǎn)中常用r/t表示彎曲變形程度的大小。r/t值越小，板料最外層纖維的伸長變形程度越大，當r/t小到一定值后，最外層纖維的伸長變形將超過材料的最大許可變形而產(chǎn)生裂紋。防止外層纖維拉裂的極限彎曲半徑，稱為最小相對彎曲半徑，用rmin/t來表示。(二)影響最小彎曲半徑的因素1.材料的力學性能材料的塑性越好，塑性指標如伸長率、斷面收縮率等越高。便可采用較小的rmin/t。2.板料的表面和側(cè)面質(zhì)量板料的表面有劃傷、裂紋或側(cè)面(剪切面)有毛刺、裂口及冷作硬化等缺

4、陷時，彎曲中容易開裂，使材料過早地破壞，不可采用較小的rmin/t。3.板料的纖維方向圖3-3纖維方向?qū)min/t的影響軋制板材具有方向性，順著纖維方向的塑性指標高于垂直于纖維方向的指標。圖3-3如圖3-3所示，當工件的彎曲線與板料的纖維方向垂直時，可具有最小的彎曲半徑。若彎曲線與板料的纖維方向平行時，其最小彎曲半徑最大。故在彎制r/t較小的工件時，其排樣應(yīng)使彎曲線盡可能垂直于板料的纖維方向。如工件有兩個互相垂直的彎曲線，且r/t很小時，應(yīng)在排樣時使兩個彎曲線與板料的纖維方向成45夾角。4.工件的彎曲角彎曲變形集中在圓角部分，直邊基本不參與變形。但由于板料纖維之間的互相牽制，靠近圓角的直邊材

5、料也參與了彎曲變形。彎曲角越小，直邊部分參與變形的分散效應(yīng)越顯著，最小彎曲半徑rmin/t也越小。90時，彎曲角的影響很小。(三)相對最小彎曲半徑的確定表3-1為多次試驗獲得的相對最小彎曲半徑rmin/t值。本表用于板厚小于10mm，彎曲角大于90，剪切斷面良好的情況。表3-1最小彎曲半徑rmin/t第二節(jié) 彎曲卸載后的回彈一、彎曲回彈現(xiàn)象及原因在外力作用下，板料產(chǎn)生的總變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當外力去除后，塑性變形保留下來，而彈性變形則會完全消失，使彎曲件的形狀和尺寸發(fā)生變化而與模具不一致，這種現(xiàn)象稱為回彈?；貜椀慕Y(jié)果表現(xiàn)為彎曲件半徑和角度的變化，如圖3-4所示。通過研究回彈，可

6、以預先掌握彎曲件的回彈趨向，初定回彈量的大小，以減少模具在試模調(diào)整階段的工作量，保證彎曲件的質(zhì)量。 二、彎曲件回彈值的確定影響回彈的因素很多，生產(chǎn)中，按回彈量來制造的模具需要經(jīng)過多次調(diào)試和修磨，才能使回彈量控制在許可的范圍內(nèi)。此外，還可以采用一些工藝措施用以減小回彈。(一)小變形程度(r/t10)自由彎曲時，回彈值的確定當r/t10時，卸載后彎曲件的回彈較大，凸模工作部分的圓角半徑和角度可按下式計算式中rT 凸模工作部分的圓角半徑；r彎曲件的圓角半徑；T凸模圓角部分中心角；彎曲件圓角部分中心角；S彎曲件材料的屈服點；E彎曲件材料的彈性模量；t彎曲件材料厚度。(二)大變形程度(r/t5)自由彎曲

7、時，回彈值的確定當r/t5時，卸載后彎曲件圓角半徑的變化很小，可以不予考慮。對于彎曲中心角為90的V形件自由彎曲時，回彈角可查表3-2。當彎曲中心角不為90時，其回彈角可按下式換算(三)校正彎曲時回彈值的確定V形件校正彎曲時，一般r/t都比較小，可以不考慮彎曲半徑的回彈，彎曲角的回彈量也比較小。V形件校正彎曲時的回彈量經(jīng)驗公式見表3-3。三、克服回彈的方法(一)在彎曲件結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取措施1)在彎曲件變形區(qū)壓制加強肋。這樣回彈將受到牽制，可以減少彎曲后的回彈，提高工件的剛度。2)盡量選用s/E小、力學性能穩(wěn)定的材料進行彎曲，以減小回彈。3)在滿足最小許用彎曲半徑的條件下，盡量使r/t在12范圍內(nèi)

8、，根據(jù)實踐，此時回彈角最小。(二)在工藝上采取措施1)用校正彎曲代替自由彎曲。這是生產(chǎn)上常用的、行之有效的彎曲方法。2)對冷作硬化的材料，彎曲前先退火，使其屈服極限降低，可減小回彈。對回彈較大的材料，可采用加熱彎曲。3)采用拉彎工藝。拉彎主要用于長度和曲率半徑都比較大的工件。(三)在模具結(jié)構(gòu)上采取措施1)補償法。這是一種較簡單有效的辦法，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。對于較硬的材料如45鋼、50鋼、Q275、H62(硬)等，可根據(jù)回彈趨勢和回彈值修正模具工作部分的形狀和尺寸，使工件的回彈量得到補償。對于軟材料如Q215、Q235、10鋼、20鋼、H62(軟)等其回彈角小于5時，可采用在模具上作出補償角，并

9、取凸、凹模小間隙的方法，如圖3-5所示。2)對于板厚t0.8mm的軟材料，當彎曲半徑不大時，可將凸模做成局部突起的形狀，如圖3-6所示，使壓力集中在變形區(qū)，以進行校形，減小回彈。3)對于r/t較大的U形件，在不影響使用的條件下，可將凸模端面和頂板表面作成弧形，如圖3-7所示，使底部產(chǎn)生的負回彈和角部產(chǎn)生的正回彈互相補償。第三節(jié) 彎曲件的工藝性分析一、彎曲件的結(jié)構(gòu)1.彎曲半徑為防止彎裂，彎曲件的彎曲半徑不宜小于最小彎曲半徑，也不宜過大，過大時由于受到回彈的影響，不易保證精度。2.彎曲件的形狀彎曲件的形狀應(yīng)盡量對稱，以避免彎曲時毛坯受力不平衡而發(fā)生偏移。如果形狀不對稱或彎曲時毛坯易發(fā)生移動，應(yīng)考慮

10、增加定位工藝孔。3.孔邊距離當彎曲件帶孔時，為防止孔變形，孔邊緣到彎曲半徑 r的距離L不能太小，應(yīng)滿足：當t2mm時，Lt；當t2mm時，L2t。若不能滿足上式，可在彎曲線上沖工藝孔或切槽，如圖3-8a所示。如對工件孔的精度要求較高，則應(yīng)彎曲后再沖孔。4.直邊高度彎曲件的直邊高度不宜過小，其值一般應(yīng)大于2t。如果直邊高度小于2t時，可在彎曲部位壓槽后再彎曲。也可適當增加直邊高度，彎曲后再將多余部分切掉，如圖3-8b所示。5.防止彎曲根部裂紋當局部彎曲某一段邊緣時，為防止尖角處應(yīng)力集中而開裂，應(yīng)開工藝槽、增添工藝孔，如圖3-9所示。6.增添連接帶和定位工藝孔彎曲邊緣有缺口的工件，為避免缺口部分變

11、形分叉，應(yīng)在缺口處留出連接帶，待彎曲后切去。彎曲形狀復雜或需多次彎曲的工件，為使毛坯在模具內(nèi)準確定位，最好預先增添定位工藝孔，如圖3-10所示。二、制定彎曲工序的原則安排彎曲件的工序應(yīng)考慮工件形狀、精度等級、生產(chǎn)批量以及材料的力學性能等因素。合理的工序安排可以減少工序數(shù)目、簡化模具結(jié)構(gòu)，并且可以提高工件質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。1)對于形狀簡單的彎曲件，如V形件、U形件、Z形件等，可用一次彎曲成形。對于形狀復雜的彎曲件，一般需要二次或多次彎曲成形。圖3-11需三道工序彎曲成形的彎曲件2)需要多次彎曲時，一般是先彎兩端，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部分。

12、圖3-11所示為需三道工序彎曲成形的彎曲件。3)當彎曲件形狀不對稱時，為避免壓彎時坯料偏移，應(yīng)盡量采用成對彎曲，然后再切成兩件的工藝。4)對于批量大而尺寸較小的彎曲件，為使操作方便、定位準確和提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡可能采用級進?；驈秃夏?。第四節(jié) 彎曲件展開長度及彎曲力的計算一、彎曲件展開長度的計算彎曲件的展開長度是指其平板毛坯的長度。根據(jù)彎曲件的形狀和尺寸的不同，可采用不同的近似計算方法。由于板料彎曲時應(yīng)變中性層的長度是不變的，所以可根據(jù)變形后應(yīng)變中性層的長度來確定彎曲件的毛坯長度，即彎曲件的展開長度。(一) 有一定角度要求的彎曲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的總和

13、，如圖3-12所示式中LZ坯料展開總長度；彎曲中心角；x0中性層位移系數(shù)，見表3-4。(二) 卷圓彎曲圖3-13所示工件，在r=(0.63.5)t時，通常采用推圓的方法成形，板料增厚，中性層外移，其坯料長度可按下式近似計算二、彎曲力的計算彎曲力是擬訂板料彎曲加工工藝和選擇壓力機的重要依據(jù)之一。由于彎曲力受材料性能、工件形狀與尺寸、彎曲方式、模具結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，因此，在生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗公式來估算彎曲力。所給出的彎曲力均為彎曲過程中可能出現(xiàn)的最大彎曲力，以便于選擇壓力機。(一) 自由彎曲力V形件最大自由彎曲力(二) 校正彎曲力對U形件和V形件校正彎曲時，均按下式近似計算三、頂件力或壓料力若彎

14、曲模設(shè)有頂件裝置或壓料裝置，其頂件力FD或壓料力FY可選取自由彎曲力的30%80%，即四、壓力機公稱壓力的確定對于有壓料的自由彎曲F壓機=F自+FY對于校正彎曲，由于校正彎曲力比自由彎曲力大得多，而在彎曲過程中兩者不是同時存在，且校正力的數(shù)值比壓料力或頂件力大得多，因此，按校正力選擇壓力機的壓力就可以了。第五節(jié) 彎曲模的典型結(jié)構(gòu)一、彎曲模的典型結(jié)構(gòu)分析下面主要根據(jù)彎曲件的不同結(jié)構(gòu)來分析幾類彎曲模具。(一) V形件彎曲模(1)V形件彎曲模如圖3-14所示，凸模3裝在標準槽形模柄1上，并用兩個銷釘2定位，組成上模。槽形模柄一側(cè)的銷孔擴大0.5mm，便于打入銷釘。毛坯由定位板4定位，并沿定位面加工出

15、讓位槽，便于放入毛坯。由頂桿6和彈簧7組成頂件裝置，工作時起壓料作用，可防止毛坯橫向移位，回程時又可將工件從凹模5內(nèi)頂出。彎曲模一般不需要模架，調(diào)整模具時，下模先不要固定死，在凹模與凸模之間放上厚度與工件板厚相同的板料，用凸模鐓壓幾次，上下模便可對正。(2)V形件折板式彎曲模如圖3-15所示，其主要特點是凹模4由兩塊平板構(gòu)成，中間以鉸鏈5連接，鉸鏈的心軸可沿支架2的長槽上下滑動。在下模板上安裝通用彈頂器(圖中未畫出)，可為頂桿7提供壓力。不工作時，由兩個頂桿將兩塊凹模板頂起，成為一個平面，這時支架起限位作用。在凹模板對角處設(shè)置兩個定位板3，由落料模制備的工序件可放入定位板槽內(nèi)進行外形定位。工作

16、時，在凸模1壓力作用下，兩凹模板將繞鉸鏈心軸翻轉(zhuǎn)，鉸鏈心軸沿支架槽下滑，這時支架又起導向作用。凹模板兩端由支承板6限位，當凹模板下滑并被下模板抵住時，便形成V形凹模要求的形狀。隨著凹模板的翻轉(zhuǎn)，工件兩側(cè)不斷被彎曲，并逐漸貼緊凸模，完成彎曲加工。(二) U形件彎曲模(1) U形件彎曲模如圖3-16所示，常用的U形件彎曲模，其主要特點是在凹模5內(nèi)設(shè)置一反頂板3。反頂力來自裝在下模座6底部的通用彈頂裝置，彎曲時始終能對工件底部施加較大的反頂壓力，因此工件底部能保持平整。反頂板上裝有定位銷釘2，可利用工件上的工藝孔對毛坯進行定位，即使U形件兩直邊高度不同，也能保證彎邊的高度尺寸。凸模1對應(yīng)的定位銷釘處

17、需鉆定位孔。毛坯由定位板4定位，因有定位銷對毛坯定位，定位板在毛坯長度方向可不作精確定位。如果要進行校正彎曲，反頂板可作為凹模底來用。在回程時，反頂板又能將工件從凹模內(nèi)頂出。(2)閉角U形件彎曲模如圖3-17所示，是彎曲角小于90的U形彎曲模。壓彎時凸模1首先將坯料彎曲成U形，當凸模繼續(xù)下壓時，兩側(cè)轉(zhuǎn)動的凹模鑲件5使坯料最后壓彎成彎曲角小于90的U形件。凸模上升，拉簧6使轉(zhuǎn)動凹模鑲件復位，工件則由垂直于圖紙方向，從凸模上卸下。(三) L形彎曲模對于兩直邊不相等的單角彎曲件，如果采用一般V形彎曲模彎曲，兩直邊的長度不容易保證。如果先彎成U形件，再剖分為兩件，又要增加一副切斷模。這時，可采用圖3-

18、18所示的L形彎曲模，其中，圖a適于兩直邊長度相差不大時采用，圖b適于兩直邊長度相差較大時采用。(四) 四角形彎曲模四角形件的高度、彎曲半徑及尺寸精度要求不高時，應(yīng)采取不同的彎曲方法。(1)兩次彎曲復合的四角形件彎曲模如圖3-19所示，凸凹模下行，先使坯料通過凹模壓彎成U形，凸凹模繼續(xù)下行與活動凸模作用，最后壓彎成四角形。這種結(jié)構(gòu)需要凹模下腔空間較大，以方便工件側(cè)邊的轉(zhuǎn)動。由于單邊彎曲，彎曲時毛坯容易移位，必須在工件上設(shè)置工藝孔，利用定位銷4進行定位。由于單邊彎曲，凸模1將伴隨有較大側(cè)向力，需設(shè)置反側(cè)壓塊2，以平衡側(cè)向力，而且(2)四角形件的一次彎曲模如圖3-20所示，模具采用了階梯凸模，因此

19、能一次彎成四角形件。但在彎曲過程中，由于直邊受到凸模階梯的阻礙而被連續(xù)彎曲，彎曲線不斷上移，使彎曲后容易產(chǎn)生較大的回彈，從而使直邊不直，上口尺寸偏大。但當工件高度較小時，上述影響不大。若工件尺寸精度要求不高，可以采用這種一次彎成的模具。圖3-21四角形件的兩次彎曲模(3)四角形件的兩次彎曲模對于高度H(1215)t的四角形件，特別是彎曲半徑r較小、尺寸精度較高時，一般應(yīng)分兩次彎成。首次采用圖3-21a所示的模具先彎曲外角，彎成一個U形工序件。第二次采用圖3-21b所示的模具再彎曲內(nèi)角，完成四角形件的彎曲。(五)圓筒形件彎曲模一段通心的圓筒形件應(yīng)盡量采用標準規(guī)格的管材用切斷方法獲得，不僅質(zhì)量有保

20、證，而且加工費很低。只有當標準管材的尺寸規(guī)格或材質(zhì)不能滿足要求時，才采用板料彎曲成形。1.小直徑圓筒形件彎曲模具 當圓筒形件的直徑小于10mm、板料厚度小于1mm時，可采用如圖 3-22所示的模具結(jié)構(gòu)，分兩次彎成。先將毛坯彎成U形工序件，如圖a所示，再將工序件倒扣在彎圓模的下凹模上，當上凹模與下凹模閉合時，如圖b所示，就可將U形工序彎成圓筒，由于工件直徑較小，因此彎圓時可以不加心軸。如果工件要求接縫處有寬度為b的開口，可在下凹模中間嵌入一個板條形嵌件，其厚度與開口寬度b相同，如圖c所示?？紤]到彎曲的回彈影響，U形工序件的圓弧半徑應(yīng)比圓筒形工件的半徑小些，以便在U形工序件口部回彈變大的情況下也能

21、放入彎圓模的下凹模內(nèi)。同時也能防止彎曲后的工件直徑不因為回彈而變大。2.大直徑圓筒形件彎曲模具圖3-23 所示的模具，由于采用了擺動式凹模3，可一次彎成圓筒形件。工作時，凸模2將毛坯壓入凹模內(nèi)，先彎成U形過渡件。凸模繼續(xù)下行，將迫使擺動凹模繞軸旋轉(zhuǎn)，使U形過渡件彎成圓筒。此時工件隨凸模離開凹模，開模后將凸模抽出,工件便被退下。擺動凹模閉合時，將頂板9壓下，通過頂桿8使裝在下模座中間的通用彈頂器(圖中未畫出)受壓縮。回程時，彈頂器將頂桿頂起，通過頂板使擺動凹模復位。采用這種擺動式凹模的彎曲模，一次可以彎成板料厚度為1mm左右、直徑為10mm以上的圓筒形件，且可取得較好的效果，有較高的生產(chǎn)率。(六

22、) 鉸鏈彎曲模標準的鉸鏈或合頁都是采用專用機床生產(chǎn)的，生產(chǎn)率很高，價格便宜，應(yīng)盡量選用。如果需自制少量小型鉸鏈，應(yīng)盡量采用簡單模具成形。如圖3-24a所示，鉸鏈的彎曲需兩道工序。工序一將毛坯端頭預彎，工序二將預彎件立于卷圓模槽內(nèi)，當上、下凹模閉合時，便將一端推卷成圓筒。采用這種立式卷圓模，直邊高度不宜太高，以免推卷時發(fā)生失穩(wěn)。如圖3-24b所示為臥式卷圓模主要部分的結(jié)構(gòu)簡圖，其主要特點是采用了斜楔滑塊機構(gòu)，可一次完成鉸鏈形件的彎曲加工。工作時，平板毛坯由墊板6的臺階定位，并由壓板5壓住，壓力由彈簧4提供。當上模下行時，斜楔1推動滑塊2向右移動，同時將毛坯左端逐漸卷成圓筒。壓板和滑塊兼作卷圓凹模

23、，在圖中所示的閉合狀態(tài)，完成卷圓加工。在回程時，滑塊由彈簧3的壓力復位。當斜楔的斜角為45時，在合模狀態(tài)，壓板沿垂直方向移動的距離應(yīng)與滑塊的行程相等。卷圓時斜楔將伴隨有較大的側(cè)向力，因此，板料厚度一般不宜大于1mm。(七)其他形狀彎曲件的彎曲模對于其他形狀彎曲件，由于品種繁多，其工序安排和模具設(shè)計只能根據(jù)彎曲件的形狀、尺寸、精度要求、材料的性能以及生產(chǎn)批量等來考慮，不可能有一個統(tǒng)一不變的彎曲方法。如圖3-25a所示是帶擺動凸模的彎曲模，圖3-25b所示是帶擺動凹模的彎曲模，可供設(shè)計模具時參考。圖3-25其他形狀彎曲件的彎曲模a) 擺動凸模式彎曲模b) 擺動凹模式彎曲模(八) 級進彎曲模對于批量

24、大、尺寸較小的彎曲件，如果采用單工序彎曲模加工，很不方便，也很不安全。如果采用級進彎曲模，將全部沖裁和彎曲工序安排在同一副模具上完成，就可以避免上如圖3-27所示為沖孔、切斷及彎曲兩工位級進模具。工作過程如下：帶料送進時，在第一工位由沖孔凸模 2與凹模1完成沖孔，同時由兼作上剪刃的彎曲凹模3與連同下剪刃的凹模1將彎曲毛坯與帶料切斷分離。緊接著在第二工位由彎曲凸模6將彎曲毛坯壓入凹模內(nèi)，完成彎曲加工。在回程時，彎曲完的工件由推桿4從凹模內(nèi)推出。擋塊5除起擋料作用外，還起到平衡單邊切斷時所產(chǎn)生的側(cè)向力的作用。為此擋塊5應(yīng)高出連同下剪刃的凹模1足夠高度，使兼作上剪刃的彎曲凹模3在接觸板料之前先靠住擋塊5。一般彎曲模不需使用模架，該模具因有沖裁加工，故采用對角導柱模架。(九)復合模對于尺寸不大的彎曲件，還可以采用復合模，圖3-28a、b所示是切斷、彎曲復合模部分結(jié)構(gòu)簡圖。二、