第五模塊 彎曲工藝及彎曲模設(shè)計(jì)

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1、第五模塊 彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì) 5.1彎曲變形過(guò)程 5.1.1彎曲變形過(guò)程 彎曲變形過(guò)程：如圖3.1.2所示V形件的彎曲，隨著凸模進(jìn)入凹模深度的增大，凹模與板料的接觸處位置發(fā)生變化，支點(diǎn)B沿凹模斜面不斷下移，彎曲力臂l 逐漸減小，接近行程終了，彎曲半徑r繼續(xù)減小，而直邊部分反而向凹模方向變形，直至板料與凸、凹模完全貼合。 5.1.2彎曲變形的特點(diǎn) 通過(guò)網(wǎng)格試驗(yàn)觀察彎曲變形特點(diǎn)。 1.彎曲圓角部分是彎曲變形的主要變形區(qū) 變形區(qū)的材料外側(cè)伸長(zhǎng)，內(nèi)側(cè)縮短，中性層長(zhǎng)度不變。 2.彎曲變形區(qū)存在應(yīng)變中性層 應(yīng)變中型層是指在變形前后金屬纖維的長(zhǎng)度沒(méi)有發(fā)生

2、改變的那一層金屬纖維。 3. 變形區(qū)材料厚度變薄的現(xiàn)象 變形程度愈大，變薄現(xiàn)象愈嚴(yán)重。 4.變形區(qū)橫斷面的變形 變形區(qū)橫斷面形狀尺寸發(fā)生改變稱為畸變。主要影響因素為板料的相對(duì)寬度。 (寬板) 橫斷面幾乎不變； (窄板) 斷面變成了內(nèi)寬外窄的扇形。 5.1.3彎曲變形應(yīng)力應(yīng)變分析 5.2彎曲件的質(zhì)量分析 5.2.1彎裂與最小相對(duì)彎曲半徑的控制 rmin/t___最小相對(duì)彎曲半徑 影響因素： 1.材料塑性↗， rmin/t↘。 2.彎曲件角度α

3、↗， rmin/t↘。 3.窄板彎曲（b/t≤3)時(shí)，rmin/t↘。 4.退火后， rmin/t↘，冷作硬化后，rmin/t↗。 5.將毛刺邊放在彎曲內(nèi)側(cè)可使rmin/t↘。 6.當(dāng)彎曲線方向與纖維組織方向垂直時(shí)rmin/t↘。 rmin/t數(shù)值可查表5-1 5.2.1彎曲時(shí)的回彈 當(dāng)彎曲結(jié)束，外力去除后，塑性變形留存下來(lái)，而彈性變形則完全消失。彎曲變形區(qū)外側(cè)因彈性恢復(fù)而縮短，內(nèi)側(cè)因彈性恢復(fù)而伸長(zhǎng)，產(chǎn)生了彎曲件的彎曲角度和彎曲半徑與模具相應(yīng)尺寸不一致的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為彎曲件的彈性回跳（簡(jiǎn)稱回彈）。 一. 其表現(xiàn)形式為： 1.彎曲半徑增大 2.彎曲角度增

4、大 二.影響回彈的因素 1.材料的屈服點(diǎn)σs愈高，彈性模量E愈小，回彈值也愈大。 2.相對(duì)彎曲半徑愈小，回彈值愈小。 3.彎曲件角度愈小，回彈愈大。 4.校正彎曲有較小的回彈。 5.模具間隙大，材料處于松動(dòng)狀態(tài)，回彈就大；間隙小，材料被擠緊，回彈就小。 6.工件形狀復(fù)雜，彎曲回彈小。 7非變形區(qū)的影響 三．回彈值的確定 目的：作為修正模具工作部分參數(shù)的依據(jù)。 1.小半徑彎曲的回彈（ ） 2.大圓角半徑彎曲的回彈 （

5、 ） 四.控制回彈的措施 1.材料選擇 應(yīng)盡可能選用彈性模數(shù)大的，屈服極限小，機(jī)械性比較穩(wěn)定的材料。 2.改進(jìn)彎曲件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)彎曲件時(shí)改進(jìn)一些結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)彎曲件的剛度以減小回彈。比如：在變形區(qū)壓加強(qiáng)肋或壓成形邊翼，增加彎曲件的剛性，使彎曲件回彈困難(如圖)。 3. 從工藝上采取措施 (1)采用熱處理工藝 對(duì)一些硬材料和已經(jīng)冷作硬化的材料，彎曲前先進(jìn)行退火處理，降低其硬度以減少?gòu)澢鷷r(shí)的回彈，待彎曲后再淬硬。在條件允許的情況下，甚至可使用加熱彎曲。 (2)增加校正工序 運(yùn)用校正彎曲工序，對(duì)彎曲件施加較大的校正

6、壓力，可以改變其變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，以減少回彈量。 (3)采用拉彎工藝 對(duì)于相對(duì)彎曲半徑很大的彎曲件，由于變形區(qū)大部分處于彈性變形狀態(tài)，彎曲回彈量很大。這時(shí)可以采用拉彎工藝 (如圖)。 4. 從模具結(jié)構(gòu)采取措施 (1) 補(bǔ)償法 利用彎曲件不同部位回彈方向相反的特點(diǎn)，按預(yù)先估算或試驗(yàn)所得的回彈量，修正凸模和凹模工作部分的尺寸和幾何形狀，以相反方向的回彈來(lái)補(bǔ)償工件的回彈量(如圖) 。 (2)校正法 可以改變凸模結(jié)構(gòu)，使校正力集中在彎曲變形區(qū)，加大變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的改變程度（迫使材料內(nèi)外側(cè)同為切向壓應(yīng)力、切向拉應(yīng)變 ）如圖 (3) 縱向加壓法

7、 在彎曲過(guò)程完成后，利用模具的 突肩在 彎曲件的端部縱向加壓（如圖 ）, 使彎曲變形區(qū)橫斷面上都受到壓應(yīng)力，卸載時(shí)工件內(nèi)外側(cè)的回彈趨勢(shì)相反，使回彈大為降低。利用這種方法可獲得較精確的彎邊尺寸，但對(duì)毛坯精度要求較高。 (4)采用聚氨酯彎曲模 利用聚氨酯凹模代替剛性金屬凹模進(jìn)行彎曲（圖）。彎曲時(shí)金屬板料隨著凸模逐漸進(jìn)入聚氨酯凹模，激增的彎曲力將會(huì)改變圓角變形區(qū)材料的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，達(dá)到類似校正彎曲的效果，從而減少回彈。 5.2.3 彎曲時(shí)的偏移 一.偏移現(xiàn)象的產(chǎn)生 板料在彎曲過(guò)程中沿凹模圓角滑移時(shí)，會(huì)受到凹模圓角處摩擦阻力的作用。當(dāng)板料各受的摩擦阻力不等時(shí)，有可能使毛

8、坯在彎曲過(guò)程中沿工件的長(zhǎng)度方向產(chǎn)生移動(dòng)，使工件兩邊的高度不符合圖樣的要求，這種現(xiàn)象稱為偏移。 二.防止偏移的措施 5.3 彎曲件的機(jī)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 彎曲件的工藝性是指彎曲件的形狀、尺寸、材料的選用及技術(shù)要求等是否滿足彎曲加工的工藝要求。具有良好沖壓工藝性的彎曲件，不僅能提高工件質(zhì)量，減少?gòu)U品率，而且能簡(jiǎn)化工藝和模具結(jié)構(gòu)，降低材料消耗。 5.3.1最小相對(duì)彎曲半徑（ 　　　 ） 1.最小相對(duì)彎曲半徑的概念 　　最小相對(duì)彎曲半徑是指：在保證毛坯彎曲時(shí)外表面不發(fā)生開(kāi)裂的條件下，彎曲件內(nèi)表面能夠彎成的最小圓角半徑與坯料厚度的比值，用 來(lái)表示。該值越小，板

9、料彎曲的性能也越好。 　　　　 2. 影響最小彎曲半徑的因素 (1)材料的力學(xué)性能 (2)工件的彎曲中心角 (3)板料的表面質(zhì)量與剪切斷面質(zhì)量 (4)板料寬度的影響?yīng)? (5)板材的方向性(如圖) 3．最小彎曲半徑 彎曲件的彎曲半徑必須小于最小彎曲半徑，否則要采用工藝措施，如:熱彎、多次彎曲等（如圖3.3.3）。 5.3.2彎曲件形狀與尺寸的對(duì)稱性 彎曲件的形狀與尺寸應(yīng)盡可能對(duì)稱、高度也不應(yīng)相差太大。當(dāng)沖壓不對(duì)稱的彎曲件時(shí)，因受力不均勻，毛坯容易偏移，尺寸不易保證。為防止毛坯的偏移，5.3.3加添連接帶 彎曲件形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單，邊緣有缺口的彎曲件，若在毛

10、坯上先將缺口沖出，彎曲時(shí)會(huì)出現(xiàn)叉口現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)難以成形。這時(shí)必須在缺口處留有連結(jié)帶，彎曲后再將連接帶切除(如圖5-28)。 5.3.4彎曲件直邊高度對(duì)彎曲的影響(如圖5-26) 在進(jìn)行彎曲時(shí)，若彎曲的直邊高度過(guò)短，彎曲過(guò)程中不能產(chǎn)生足夠的彎距,將無(wú)法保證彎曲件的直邊的平直。 5.3.5彎曲件孔邊距離 帶孔的板料在彎曲時(shí)，如果孔位位于彎曲變形區(qū)內(nèi)，則孔的形狀會(huì)發(fā)生畸變。因此，孔邊到彎曲半徑r中心的距離(如圖5-24)要滿足以下關(guān)系： 當(dāng)t＜2mm時(shí)， L≥t； t≥2mm時(shí)； L≥2t。 5.3.6加添工藝孔、槽或切口 一. 在結(jié)構(gòu)許

11、可的情況下，可在彎曲變形區(qū)上預(yù)先沖出工藝孔或工藝槽來(lái)改變變形區(qū)范圍，有意使工藝孔的變形來(lái)保證所要求的孔不產(chǎn)生變形(如圖5-25) 二.防止彎曲邊交接處應(yīng)力集中的措施 當(dāng)彎曲圖所示彎曲件時(shí)，為防止彎曲邊交接處由于應(yīng)力集中，可能產(chǎn)生的畸變和開(kāi)裂，可預(yù)先在折彎線的兩端沖裁卸荷孔或卸荷槽，也可以將彎曲線移動(dòng)一段距離，以離開(kāi)尺寸突變處。 5.3.7彎曲件尺寸的標(biāo)注應(yīng)考慮工藝性 彎曲件尺寸標(biāo)注不同，會(huì)影響沖壓工序的安排。如圖所示的彎曲件尺寸標(biāo)注，孔的位置精度不受毛坯展開(kāi)尺寸和回彈的影響，可簡(jiǎn)化沖壓工藝。采用先落料沖孔，然后再?gòu)澢尚?。b)、c)圖所示的標(biāo)注法，沖孔只能安排在彎曲工序之后

12、進(jìn)行，才能保證孔位置精度的要求。在不存在彎曲件有一定的裝配關(guān)系時(shí)，應(yīng)考慮圖a)的標(biāo)注方法。 5．4彎曲件毛坯展開(kāi)尺寸的計(jì)算 在進(jìn)行彎曲工藝和彎曲模具設(shè)計(jì)時(shí)，要計(jì)算出彎曲件毛坯的展開(kāi)尺寸。計(jì)算的依據(jù)是：變形區(qū)彎曲變形前后體積不變；應(yīng)變中性層在彎曲變形前后長(zhǎng)度不變。即：彎曲變形區(qū)的應(yīng)變中性層長(zhǎng)度，就是彎曲件的展開(kāi)尺寸。 5.4.1彎曲中性層位置的確定 （1）當(dāng)彎曲變形程度不大時(shí)（ 時(shí)），可以認(rèn)為應(yīng)變中性層就在板料厚度的中心位置； （2）而當(dāng)彎曲變形程度較大時(shí)（ 時(shí)），應(yīng)變中性層會(huì)向內(nèi)表面偏移。這時(shí)，中性層位置的曲率半徑可以通過(guò)以下的公式進(jìn)行估算：

13、 式中：x為中性層位移系數(shù)，查教材表3.3.3。 5.4.2 彎曲件毛坯展開(kāi)尺寸的計(jì)算 （1）圓角半徑r/t>0.5 的彎曲件，如圖3.3.5。 圖(b)中，毛坯的展開(kāi)長(zhǎng)度: L=l1+l2+π/2(r+xt) 圖(a)中，毛坯的展開(kāi)長(zhǎng)度: (2）無(wú)圓角半徑的彎曲( r/t<0.5 ) 無(wú)圓角半徑彎曲件的展開(kāi)長(zhǎng)度一般根據(jù)彎曲前后體積相等的原則，考慮到彎曲圓角變形區(qū)以及相鄰直邊部分的變薄因素，采用經(jīng)過(guò)修正的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)教材表3.3.4。 （3）鉸鏈彎曲件 ??? 鉸鏈彎曲和一般彎曲件有所不同，

14、鉸鏈彎曲常用推卷的方法成形。在彎曲卷圓的過(guò)程中，材料除了彎曲以外還受到擠壓作用，板料不是變薄而是增厚了，中性層將向外側(cè)移動(dòng)，因此其中性層位移系數(shù)K≥0.5。圖3.3.13所示為鉸鏈中性層位置示意圖。 5．5彎曲工藝力的計(jì)算 彎曲力是設(shè)計(jì)彎曲模和選擇壓力機(jī)噸位的重要依據(jù)。生產(chǎn)中常用經(jīng)驗(yàn)公式概略計(jì)算彎曲力，作為設(shè)計(jì)彎曲工藝過(guò)程和選擇沖壓設(shè)備的依據(jù)。 5.5.1自由彎曲時(shí)的彎曲力 V形彎曲件彎曲力： U形彎曲件彎曲力： 5.5.2校正彎曲時(shí)的彎曲力 校正彎曲是在自由彎曲階段后，進(jìn)一步使對(duì)貼合凸模、凹模表面的彎曲件進(jìn)行擠壓，其校正力比

15、自由壓彎力大得多。由于這兩個(gè)力先后作用，校正彎曲時(shí)只需計(jì)算校正彎曲力。V形彎曲件和U形彎曲件均按下式計(jì)算：  式中： 為校正彎曲時(shí)的彎曲力(N)； 為校正部分垂直投影面積( )； 為單位面積上的校正力( ) 。 5.5.3壓彎時(shí)的頂件力和卸料力 頂件力和卸料力FQ值可近似取自由彎曲力的30％～80 ％ FQ＝(0．3—0．8)Fo 5.5.4彎曲時(shí)壓力機(jī)噸位的確定 自由彎曲時(shí)，壓力機(jī)噸位F機(jī)為 F機(jī)≥F自+FQ 校正彎曲時(shí)，可忽略頂件力和卸料力

16、，即 F機(jī)≥ F校 5.6. 彎曲模工作部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 5.6.1彎曲凸模和凹模的圓角半徑 （1）彎曲凸模的圓角半徑  當(dāng)彎曲件的相對(duì)彎曲半徑 ，且不小于 時(shí)，凸模的圓角半徑一般等于彎曲件的圓角半徑； 若彎曲件的圓角半徑小于最小彎曲半徑( )時(shí)，首次彎曲可先彎成較大的圓角半徑，然后采用整形工序進(jìn)行整形，使其滿足彎曲件圓角的要求； 若彎曲件的相對(duì)彎曲半徑較大（ ），精度要求較高時(shí)，由于圓角半徑的回彈大，凸模的圓角半徑應(yīng)根據(jù)回彈值作相應(yīng)的修正。 5.6.2 凹

17、模圓角半徑 凹模的圓角半徑的大小對(duì)彎曲變形力和制件質(zhì)量均有較大影響，同時(shí)還關(guān)系到凹模厚度的確定。凹模圓角半徑過(guò)小，坯料拉入凹模的滑動(dòng)阻力大，使制件表面易擦傷甚至出現(xiàn)壓痕。凹模圓角半徑過(guò)大，會(huì)影響坯料定位的準(zhǔn)確性。凹模兩邊的圓角要求制造均勻一致，當(dāng)兩邊圓角有差異時(shí)，毛坯兩側(cè)移動(dòng)速度不一致，使其發(fā)生偏移。生產(chǎn)中常根據(jù)材料的厚度來(lái)選擇凹模圓角半徑： 當(dāng)   或按有關(guān)設(shè)計(jì)資料選取。 5.6.3凹模工作部分深度 彎曲凹模深度要適當(dāng)。過(guò)小時(shí)，坯件彎曲變形的兩直邊自由部分長(zhǎng)，彎曲件成形后回彈大，而且直邊不平直。若過(guò)大，則模具材料消耗多，而

18、且要求壓力機(jī)具有較大的行程。彎曲V形件時(shí)，凹模深度及底部最小厚度參見(jiàn)教材表3.4.1。 彎曲U形件時(shí)，若彎邊高度不大，或要求兩邊平直，則凹模深度應(yīng)大于零件高度，如圖3.4.22 b)所示。如果彎曲件邊長(zhǎng)較大，而對(duì)平直度要求不高時(shí)，可采用圖3.4.22c)所示的凹模形式。彎曲U形件的凹模參數(shù)見(jiàn)教材表3.4.2和表3.4.3所示。 5.6.4凸模和凹模寬度尺寸及公差 （1）彎曲件外形尺寸的表注 當(dāng)彎曲件為雙向?qū)ΨQ偏差時(shí)，凹模尺寸為： 　 當(dāng)彎曲件為單向偏差時(shí)，凹模尺寸為： 凸模尺寸為： （2）彎曲件內(nèi)形尺寸的表注 當(dāng)彎

19、曲件為雙向?qū)ΨQ偏差時(shí)，凸模尺寸為： 當(dāng)彎曲件為單向偏差時(shí)，凸模尺寸為： 凹模尺寸為： 5.6.5彎曲凹模與凸模之間的間隙 （1）V形件彎曲模，凸模與凹模之間的間隙是由調(diào)節(jié)壓力機(jī)的裝模高度來(lái)控制。 （2）對(duì)于U形件彎曲模，則必須選擇適當(dāng)?shù)拈g隙值。凸模和凹模間的間隙值對(duì)彎曲件的回彈、表面質(zhì)量和彎曲力均有很大的影響。若間隙過(guò)大，彎曲件回彈量增大，誤差增加，從而降低了制件的精度。當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，會(huì)使零件直邊料厚減薄和出現(xiàn)劃痕，同時(shí)還降低凹模壽命。 Ｕ形件凸、凹模的單面間隙一般可按下式計(jì)算： 式中： 　　　　 c－凸

20、、凹模的單面間隙 　　　 t—板料厚度的基本尺寸（mm) Δ—板料厚度的正偏差(mm) k—根據(jù)彎曲件的高度和寬度而決定的間隙系數(shù)。 5．7彎曲件彎曲工序的安排 彎曲件的彎曲工序安排是在工藝分析和計(jì)算后進(jìn)行的工藝設(shè)計(jì)工作。形狀簡(jiǎn)單的彎曲件，如V形件、U形件、Z形件等都可以一次彎曲成形。形狀復(fù)雜的彎曲件，一般要多次彎曲才能成形。彎曲工序的安排對(duì)彎曲模的結(jié)構(gòu)、彎曲件的精度和生產(chǎn)批量影響很大。 5.7.1彎曲件彎曲工序安排的方法一般是: 1)對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的彎曲件，如V形、U形、Z形件等，可以一次壓彎成形。

21、 2)對(duì)于形狀較復(fù)雜的彎曲件，一般要采用兩次或多次壓彎成形。但對(duì)于特別小的工件，應(yīng)盡可能用一副復(fù)雜的模具成形，這樣有利于彎曲件的定位，使工人操作方便、安全，并保證彎曲件的準(zhǔn)確性。批量較大的彎曲件也應(yīng)盡可能一次彎曲成形。 3)彎曲時(shí)，一般先彎兩端部分的角，后彎中間部分的角，前次必須考慮后次有可靠的定位，后次彎曲不影響前次已成形的部分 5.7.2工序安排實(shí)例（見(jiàn)圖） 5．8彎曲模的典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.8彎曲模的典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 彎曲模的結(jié)構(gòu)主要取決于彎曲件的形狀及彎曲工序的安排。最簡(jiǎn)單的彎曲模只有一個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)；復(fù)雜的彎曲模具除了垂直運(yùn)動(dòng)外，還有一個(gè)乃至多個(gè)水平動(dòng)作。

22、 彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)為： (1)彎曲毛坯的定位要準(zhǔn)確、可靠，盡可能是水平放置。多次彎曲最好使用同一基準(zhǔn)定位。 (2)結(jié)構(gòu)中要能防止毛坯在變形過(guò)程中發(fā)生位移，毛坯的安放和制件的取出要方便、安全和操作簡(jiǎn)單。 (3)模具結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，并且便于調(diào)整修理。對(duì)于回彈性大的材料彎曲，應(yīng)考慮凸模、凹模制造加工及試模修模的可能性以及剛度和強(qiáng)度的要求。 3.4.1典型彎曲模具的結(jié)構(gòu) 1. V形件彎曲模 這類形狀的彎曲件可以用兩種方法彎曲： （1）是沿著工件彎曲角的角平分線方向彎曲，稱為V形彎曲；(如圖） （2）是垂直于工件一條邊的方向彎曲，稱為L(zhǎng)形彎曲

23、(如圖) ?。?）對(duì)于精度要求較高，形狀復(fù)雜、定位較困難的V形件（如圖），可以采用折板式彎曲模 。 2. U形件彎曲模 （1）U形彎曲模在一次彎曲過(guò)程中可以形成兩個(gè)彎曲角，為常見(jiàn)U形件彎曲模結(jié)構(gòu) 。 （2）彎曲角小于90°的U形件時(shí)，可在兩彎曲角處設(shè)置活動(dòng)凹模鑲塊，彎曲模下降到與鑲塊接觸時(shí)，推動(dòng)活動(dòng)凹模鑲塊擺動(dòng)，并使材料包緊凸模。另一種方法是采用斜楔彎曲模，圖所示。 3. Z形件彎曲模 　　由于Z形件兩端直邊彎曲方向相反，所以Z形彎曲模需要有兩個(gè)方向的彎曲動(dòng)作（如圖） 。 4.四角形件彎曲模 （1）四角形件兩次彎曲模 　　兩次彎曲成形的方法（如圖）。倒裝式兩次彎曲成形的方法（如圖）。 （2）四角形件一次彎曲模 　　一次彎曲成形的復(fù)合彎曲模結(jié)構(gòu)，是將兩個(gè)簡(jiǎn)單模復(fù)合在一起的彎曲模（如圖 ５.圓形件彎曲模 圓筒形件彎曲的彎曲方法可分為三類： ６.鉸鏈彎曲模 鉸鏈彎曲成形，一般分兩道工序進(jìn)行，先將平直的毛坯端部預(yù)彎成圓弧然后再進(jìn)行卷圓。（如圖所示）