《沖壓工藝與沖模設(shè)計》第三章 彎曲與彎曲模具設(shè)計

第三章彎曲與彎曲模具設(shè)計第一節(jié)彎曲技術(shù)概述第二節(jié)彎曲變形過程分析第三節(jié)彎曲件坯料尺寸的計算第四節(jié)彎曲件的工藝特性及工藝計算第五節(jié)彎曲件的工序安排第六節(jié)彎曲模典型結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計第一節(jié)彎曲技術(shù)概述彎曲是利用壓力使金屬板料、管料、棒料或型材在模具中彎成一定曲率、一定角度和形狀的變形工序。彎曲工藝在沖壓生產(chǎn)中占有很大的比例，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，如汽車縱梁、電器儀表殼體、支架、鉸鏈等，都是用彎曲方法成型的。根據(jù)所使用的工具與設(shè)備的不同，彎曲方法可分為在壓力機上利用模具進行的壓彎以及在專用彎曲設(shè)備上進行的折彎、滾彎、拉彎等，如圖3-1所示。彎曲所使用的模具叫彎曲模，它是彎曲過程必不可少的工藝裝備。圖3-2是一副常見的V形件彎曲模。返回第二節(jié)彎曲變形過程分析一、彎曲的變形特點1.板料金屬的彎曲過程沖壓彎曲變形是依靠模具的動作使坯料發(fā)生彎曲的，圖3-3所示為V形件彎曲的變形過程。2.彎曲變形特點為了分析板料彎曲變形的規(guī)律，將試驗用的長方形板料的側(cè)面畫成正方形網(wǎng)格，如圖3-4(a)所示，然后彎曲，觀察其變形特點，彎曲后情況如圖3-4(b)所示。下一頁第二節(jié)彎曲變形過程分析一、彎曲的變形特點(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)格變成廠扇形。(2)變形區(qū)內(nèi)，板料外側(cè)(靠凹模一邊)的金屬切向受拉而伸長，內(nèi)側(cè)(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，其縮短和伸長的程度逐漸變小。(3)彎曲變形區(qū)內(nèi)板料橫斷面的變化有以下兩種情況。①對于寬板(b>3t),彎曲后橫斷面無明顯變化，仍保持為矩形，如圖3-5(b)所示。②對于窄板(b<3t),彎曲后原矩形斷面變成廠扇形，如圖3-5(a)所示。

(4)當(dāng)相對彎曲半徑(r/t)較小時，彎曲變形區(qū)中的板料在彎曲后產(chǎn)生厚度變薄現(xiàn)象，即由t變?yōu)閠0。下一頁上一頁第二節(jié)彎曲變形過程分析二、最小彎曲半徑在保證毛坯外層纖維不發(fā)生破壞的條件下，零件彎曲的最小內(nèi)圓角半徑，稱為最小彎曲半徑rmin。影響最小彎曲半徑的因素有:(1)材料的力學(xué)性能(2)彎曲線方向(3)板材的表面質(zhì)量和側(cè)面質(zhì)量(4)彎曲中心角的大小各種材料在不同狀態(tài)下的最小彎曲半徑的數(shù)值可見表3-1。下一頁上一頁第二節(jié)彎曲變形過程分析三、彎曲件的回彈由彎曲變形過程的分析可知，材料的外層發(fā)生拉伸變形，材料的內(nèi)層發(fā)生壓縮變形，當(dāng)變形結(jié)束，工件從模具中取出以后，由于彈性回復(fù)，外層將發(fā)生收縮，內(nèi)層發(fā)生伸長，使工件的彎曲角和彎曲半徑發(fā)生改變，因而所得工件與模具的形狀尺寸不一致，這種現(xiàn)象稱為彎曲件的回彈。如圖3-6所示。下一頁上一頁第二節(jié)彎曲變形過程分析三、彎曲件的回彈1.影響回彈的因素(1)材料的力學(xué)性能(2)變形程度r/t相對彎曲半徑r/t越小，則變形程度就越大，回彈角△α就越小。(3)彎曲角α

α越大，則變形區(qū)長度就越大，回彈積累值就越大，故回彈角△α也越大。(4)彎曲方式采用校正彎曲比自由彎曲回彈小，且校正力越大回彈越小。(5)工件形狀U形件的回彈由于兩邊受限制而小于V形件。下一頁上一頁第二節(jié)彎曲變形過程分析三、彎曲件的回彈(6)模具間隙彎曲模具的間隙越大，回彈也越大，因此材料厚度公差越大，回彈值也不穩(wěn)定。(7)彎曲線長度在其他條件不變的情況下，彎曲線越長，回彈值越大。2.回彈值的確定(1)查表確定見表3-2和表3-3(2)當(dāng)r/t≥10的自由彎曲時，工件不僅角度有回彈，彎曲半徑也有較大的變化，凸模圓角半徑與回彈角可按式(3-1)進行計算，即凸模圓角半徑為:下一頁上一頁第二節(jié)彎曲變形過程分析三、彎曲件的回彈3.減少回彈的措施(1)改進彎曲件的設(shè)計(2)采取適當(dāng)?shù)膹澢に嚴瓘澯媚＞呷鐖D3-8所示。(3)合理設(shè)計彎曲模對于軟材料，可在模具上作出補償角并取較小的凸、凹模間隙(圖3-9)。(4)對于U形件彎曲，減小回彈常用的方法當(dāng)相對彎曲半徑較小時可采取增加背壓的方法，如圖3-10(b)所示；當(dāng)相對彎曲半徑較大時，可采取將凸模端面和頂板表面做成一定曲率的弧形，如圖3-11(a)所示。下一頁上一頁第二節(jié)彎曲變形過程分析三、彎曲件的回彈(5)在彎曲件直邊端部縱向加壓，使彎曲變形的內(nèi)、外區(qū)都成為壓應(yīng)力而減少回彈，可得到精確的彎邊高度(圖3-12)。(6)用橡膠或聚氨醋代替剛性金屬凹模能減少回彈。通過調(diào)節(jié)凸模壓人橡膠或聚氨醋凹模的深度，控制彎曲力的大小，以獲得滿足精度要求的彎曲件(圖3-13)。上一頁返回第三節(jié)彎曲件坯料尺寸的計算一、彎曲中性層位置的確定根據(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。中性層位置以曲率半徑ρ表示，如圖3-14所示，通常用下面的經(jīng)驗公式確定Ρ=r+xt下一頁第三節(jié)彎曲件坯料尺寸的計算二、彎曲件坯料尺寸的計算1.圓角半徑r>0.5t的彎曲件

r>0.5t的彎曲件由于變薄不嚴重，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，如圖3-15所示。

2.圓角半徑r<0.5t的彎曲件對于r<0.5t的彎曲件，由于彎曲變形時不僅制件的圓角變形區(qū)產(chǎn)生嚴重變薄，而且與其相鄰的直邊部分也產(chǎn)生變薄，故應(yīng)按變形前后體積不變條件確定坯料長度。通常采用表3-5所列經(jīng)驗公式計算。下一頁上一頁第三節(jié)彎曲件坯料尺寸的計算二、彎曲件坯料尺寸的計算

3.鉸鏈式彎曲件對于r=(0.6~3.5)t的鉸鏈件，如表3-6所示，通常采用推卷的方法成型，在卷圓過程中板料增厚，中性層外移，其坯料長度L，可按下式近似計算

L=l+1.5π(r+x1t)+r=l+5.7r+4.7x1t式中:L為直線段長度；r為鉸鏈內(nèi)半徑；x1為中性層位移系數(shù)，如圖3-16所示。上一頁返回第四節(jié)彎曲件的工藝特性及工藝計算一、彎曲件的工藝性1.彎曲件的精度長度的未注公差尺寸的極限偏差見表3-7,彎曲件角度的自由公差見表3-8。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(σs/σb)小，屈服點與彈性模量的比值(σs/E)小，則有利于彎曲成型和工件質(zhì)量的提高。3.彎曲件的結(jié)構(gòu)(1)彎曲件的形狀如圖3-18所示。下一頁第四節(jié)彎曲件的工藝特性及工藝計算一、彎曲件的工藝性

(2)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。(3)彎曲件直邊高度如圖3-19所示。(4)防止彎曲根部裂紋的工件結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。(5)彎曲件孔邊距離如圖3-21所示。下一頁上一頁第四節(jié)彎曲件的工藝特性及工藝計算一、彎曲件的工藝性(6)增添連接帶和定位工藝孔如圖3-22所示。(7尺寸標(biāo)注尺寸標(biāo)注對彎曲件的工藝性有很大的影響。如圖3-23所示。下一頁上一頁第四節(jié)彎曲件的工藝特性及工藝計算二、彎曲件的工藝計算1.彎曲件展開長度的確定(1)圓角半徑r>t/2的彎曲件具體計算步驟如下(見圖3-24)。(2)無圓角半徑或圓角半徑r<t/2的彎曲件如圖3-26所示。彎曲前的體積為彎曲后的體積為由V0=V可得下一頁上一頁第四節(jié)彎曲件的工藝特性及工藝計算二、彎曲件的工藝計算2.彎曲力的計算(1)自由彎曲力對于V形件，有對于U形件，有(2)校正彎曲力如果彎曲件在沖壓行程結(jié)束時受到模具的校正(見圖3-27)下一頁上一頁第四節(jié)彎曲件的工藝特性及工藝計算二、彎曲件的工藝計算(3)頂件力或壓料力對于設(shè)有頂件裝置或壓料裝置的彎曲模，其頂件力或壓料力F值可近似取自由彎曲力的30%~80%，即F=(0.3~0.8)F自(N)(4)彎曲時壓力機壓力的確定對于有壓料的自由彎曲，其壓力機總壓力近似為F壓力機=F自+F對于校正彎曲，由于校正力是發(fā)生在接近下死點位置，校正力與自由彎曲力并非重疊關(guān)系，而且校正力的數(shù)值比壓料力大得多，F(xiàn)值可以忽略不計，因此，只按校正力選擇設(shè)備就可以了，即F壓力機=F校上一頁返回第五節(jié)彎曲件的工序安排一、彎曲件工序安排原則(1)對于形狀簡單的彎曲件，如v形、U形、Z形工件等，可以采用一次彎曲成型。(2)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)盡可能采用級進模或復(fù)合模。(3)需多次彎曲時，彎曲次序一般是先彎兩端，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型的形狀。(4)當(dāng)彎曲件兒何形狀不對稱時，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(圖3-28)。下一頁第五節(jié)彎曲件的工序安排二、典型彎曲件工序安排兩道工序彎曲成型的示例，如圖3-29所示。三道工序彎曲成型的示例，如圖3-30所示。多道工序彎曲成型的示例，如圖3-31所示。上一頁返回第六節(jié)彎曲模典型結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計一、彎曲模的典型結(jié)構(gòu)1.單工序彎曲模(1)V形件彎曲模(如圖3-32和圖3-33所示)(2)U形件彎曲模(如圖3-34所示)圖3-35是彎曲角小于90°的U形彎曲模。(3)π形件彎曲模(如圖3-36所示)圖3-37為兩次成型彎曲模，由于采用兩副模具彎曲，從而避免了上述現(xiàn)象，提高了彎曲件質(zhì)量。圖3-38所示為在一副模具中完成兩次彎曲的π形件復(fù)合彎曲模。下一頁第六節(jié)彎曲模典型結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計一、彎曲模的典型結(jié)構(gòu)(4)Z形件彎曲模如圖3-39所示。(5)圓形件彎曲模①直徑d≤5mm的小圓形件如圖3-40所示。②直徑d≥20mm的大圓形件如圖3-41所示是用三道工序彎曲大圓的方法，這種方法生產(chǎn)率低，適合于材料厚度較大的工件。圖3-42是用兩道工序彎曲大圓的方法。(6)鉸鏈件彎曲模如圖3-43所示。下一頁上一頁第六節(jié)彎曲模典型結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計一、彎曲模的典型結(jié)構(gòu)2.其他彎曲模(1)級進模對于批量大、尺寸較小的彎曲件，為廠提高生產(chǎn)率，操作安全，保證產(chǎn)品質(zhì)量等，可以采用級進彎曲模進行多工位的沖裁、壓彎、切斷連續(xù)工藝成型。

(2)復(fù)合模對于尺寸不大的彎曲件，還可以采用復(fù)合模，即在壓力機一次行程內(nèi)，在模具同一位置上完成落料、彎曲、沖孔等兒種不同工序。如圖3-44所示。下一頁上一頁第六節(jié)彎曲模典型結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計一、彎曲模的典型結(jié)構(gòu)(3)通用彎曲模對于小批生產(chǎn)或試制生產(chǎn)的零件，因為生產(chǎn)量少、品種多且形狀尺寸經(jīng)常改變，所以在大多數(shù)情況下不能使用專用彎曲模。圖3-45是經(jīng)多次V形彎曲制造復(fù)雜零件的例子。圖3-46是折彎機上用的通用彎曲模。下一頁上一頁第六節(jié)彎曲模典型結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計二、彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計1.彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意以下問題模具結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證坯料在彎曲時不發(fā)生偏移，為了防止坯料偏移，應(yīng)盡量利用零件上的孔，用定料銷定位，定料銷裝在頂板上時應(yīng)注意防止頂板與凹模之間產(chǎn)生竄動，工件無孔時可采用定位尖、頂桿、頂板等措施防止坯料偏移;模具結(jié)構(gòu)不應(yīng)妨礙坯料在合模過程中應(yīng)有的轉(zhuǎn)動和移動;模具結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證彎曲時產(chǎn)生的水平方向的錯移力得到平衡2.彎曲模工作部分結(jié)構(gòu)設(shè)計彎曲模工作部分的尺寸如圖3-47所示。下一頁上一頁第六節(jié)彎曲模典型結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計二、彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)凸模圓角半徑當(dāng)工件的相對彎曲半徑r/t較小時，凸模圓角半徑rT取等于工件的彎曲半徑，但不應(yīng)小于如表3-1所示的最小彎曲半徑值。(2)凹模圓角半徑凹模圓角半徑rA不能過小，以免擦傷工件表面，影響沖模壽命。(3)凹模深度凹模深度l0過小，則坯料兩端未受壓部分太多，工件回彈大且不平直，影響工件質(zhì)量。若過大，則浪費模具鋼材，且需要沖床有較大的工作行程。下一頁上一頁第六節(jié)彎曲模典型結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計二、彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計V形件彎曲模的凹模深度l0及底部最小厚度h值可查表3-11得到。

U形件彎曲模：對于彎邊高度不大或要求兩邊平直的U形件，則凹模深度應(yīng)大于零件的高度，凹模的h值和L值見表3-12和3-13。

(4)凸、凹模間隙V形彎曲模的凸、凹模間隙是靠調(diào)整壓機的閉合高度來控制的，設(shè)計時可以不考慮。

(5)U形件彎曲凸、凹模橫向尺寸及公差決定U形件彎曲凸、凹模橫向尺寸及公差的原則是：工件標(biāo)注外形尺寸時，應(yīng)以凹模為基準件，間隙取在凸模上。上一頁返回圖3-1彎曲件的彎曲辦法返回圖3-2V形件彎曲模返回圖3-3彎曲的變形過程返回圖3-4彎曲前后網(wǎng)格的變化返回圖3-5彎曲變形區(qū)斷面的變化返回表3-1最小彎曲半徑下一頁表3-1最小彎曲半徑返回圖3-6彎曲件的回彈現(xiàn)象返回表3-290°單角自由彎曲時的回彈角數(shù)值△α返回表3-390°單角校正彎曲時的回彈角△α返回圖3-8拉彎用模具返回圖3-9克服回彈措施Ⅰ返回圖3-10克服回彈措施Ⅱ返回圖3-11克服回彈措施Ⅲ返回圖3-12克服回彈措施Ⅳ返回圖3-13軟凹模彎曲圖返回圖3-14中性層位置返回圖3-15r>0.5t的彎曲返回表3-5r<0.5t的彎曲件坯料長度計算公式返回表3-7彎曲件未注公差的長度尺寸極限偏差返回表3-8彎曲件未注公差的長度尺寸極限偏差返回圖3-18形狀對稱和不對稱的彎曲件返回圖3-19彎曲件的直邊高度返回圖3-20加沖工藝槽和孔返回圖3-21