冷冲压工艺与模具设计之U形件弯曲模

本模块内容本模块内容 弯曲是冷冲压基本基本工序之一。本模块以U形件弯曲工艺和弯曲模结构设计为学习任务，包含的弯曲工序基本知识有：弯曲变形过程及弯曲件质量影响因素，弯曲工艺计算、工艺方案制定和弯曲模设计。涉及弯曲变形过程分析、弯曲半径及最小弯曲半径影响因素、弯曲卸载后的回弹及影响因素、减少回弹的措施、坯料尺寸计算、工艺性分析与工艺方案确定、弯曲模典型结构、弯曲模工作零件设计等。本模块重点本模块重点1弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素；2弯曲工艺计算方法；3弯曲工艺性分析与工艺方案制定；4弯曲模典型结构与结构设计；5弯曲工艺与弯曲模设计的方法和步骤。难点难点1弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素；2影响回弹的因素与减少回弹的措施；3弯曲工艺计算；4弯曲模典型结构与弯曲模工作零件设计。弯曲：弯曲：将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度和一定的曲率，形成所需形状零件零件的冲压工序。弯曲方法弯曲方法：弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以及在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。弯曲模：弯曲模：弯曲所使用的模具。1模柄;2圆柱销;3凸模;4凹模;5定位销;6下模座;7螺钉;8弹簧;9顶杆;10挡料销 弯曲分类：弯曲分类：自由弯曲和校正弯曲。校正弯曲过程校正弯曲过程1.弯曲变形主要发生在弯曲带中心角范围内，中心角以外基本不变形。2.坯料在长、宽、厚三个方向都发生了变形。弯曲前后网格变化弯曲前后网格变化弯曲角与弯曲带中心角弯曲角与弯曲带中心角弯曲变形区的横截面变化弯曲变形区的横截面变化 应力状态宽板（B/t3）窄板（B/t3）长度方向1：内区受压，外区受拉厚度方向2：内外均受压应力宽度方向3：内外侧压力均为零长度方向1：内区受压，外区受拉厚度方向2：内外均受压应力宽度方向3：内区受压，外区受拉两向应力三向应力应变状态宽板（B/t3）窄板（B/t3）长度方向1：内区压应变，外区拉应变厚度方向2：内区拉应变，外区压应变宽度方向3：内区拉应变，外区压应变长度方向1：内区压应变，外区拉应变厚度方向2：内区拉应变，外区压应变宽度方向3：内外区近似为零三向应变两向应变1.1.弯曲变形程度弯曲变形程度 ：常用板料的相对弯曲半径r/t来表示板料弯曲变形程度的大小。2.2.最小弯曲半径：最小弯曲半径：通常将不致使材料弯曲时发生开裂的最小弯曲半径的极限值，称为该材料的最小弯曲半径。1.1.最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径r rminmin/t/t2.最小弯曲半径影响因素最小弯曲半径影响因素 （）材料的力学性能；（2）弯曲方向；（3）弯曲件角度；（4）板料的热处理状态；（5）板料的边缘以及表面状态:（6）板宽的影响。3 3最小弯曲半径最小弯曲半径r rminmin的数值的数值参见表3-14.4.防止弯裂的措施防止弯裂的措施 不宜采用最小弯曲半径。当零件的弯曲半径小于表3-1所列数值时，为了提高极限弯曲变形程度，防止弯裂，常采用的措施有退火、加热弯曲、消除冲裁毛刺、两次弯曲 （先加大弯曲半径，退火后再按工件要求小弯曲半径弯曲）、校正弯曲以及对较厚的材料开槽后弯曲。塑性弯曲时伴随有弹性变形，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致，这种现象叫回弹回弹。1.回弹现象回弹现象2.2.弯曲回弹的表现形式弯曲回弹的表现形式()曲率减小()弯曲中心角减小()材料的力学性能3.影响回弹的因素影响回弹的因素ES/越大，回弹越大。材料的力学性能对回弹值的影响1、3退火软钢；2-软锰黄铜；4-经冷变形硬化的软钢3.影响回弹的因素（续）影响回弹的因素（续）()相对弯曲半径tr/越大，回弹越大。tr/变形程度对弹性恢复值的影响()弯曲中心角 越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，故回弹角越大。()弯曲方式及弯曲模 在无底凹模内作自由弯曲时回弹最大。在有底凹模内作校正弯曲时，回弹较小。校正弯曲校正弯曲圆角部分的回弹比自由弯曲时大为减小。校正弯曲时圆角部分的较小正回弹与直边部分负回弹的抵销，回弹可能出现正正、零零或是负负三种情况。（5）在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有较大的影响。间隙越大，回弹角也就越大。3.影响回弹的因素（续）影响回弹的因素（续）(6)工件的形状 一般而言，弯曲件越复杂，一次弯曲成形角的数量越多，回弹量就越小。方法方法:先根据经验数值和简单的计算来初步初步确定模具工作部分尺寸，然后在试模时进行修正修正。(1)大变形程度（5）自由弯曲时的回弹值 tr/卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的，可以不予考虑，而仅考虑弯曲中心角的回弹变化。弯曲中心角为90时部分材料的平均回弹角见表3-3。当弯曲件弯曲中心角不为90时，其回弹角可用下式计算：9090 校正弯曲的回弹可用试验所得的公式（见表3-3）计算，符号如右图所示。V形件校正弯曲的回弹(2)校正弯曲时的回弹值(3)小变形程度（10）自由弯曲时的回弹值 tr/凸模工作部分的圆角半径和角度可按下式进行计算：TTsTrrEtrrr31【例3-1】回弹值计算示例 图3-20(b)为根据回弹值确定的凸模工作部分尺寸。（1）改进弯曲件的结构设计尽量避免选用过大的避免选用过大的r/tr/t。如有可能，在弯曲区压制加强筋加强筋，以提高零件的刚度，抑制回弹。Es/尽量选用小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。（2）从工艺上采取措施采用校正弯曲校正弯曲代替自由弯曲;采用拉弯工艺拉弯工艺。（3）从模具结构上采取措施 对于较硬材料，可根据回弹值对模具工作部分的形状和尺寸进行修正修正。对于软材料，其回弹角小于5时，可在模具上作出补偿角补偿角并取较小的较小的凸、凹模间隙凸、凹模间隙（图3-24）。对于厚度在0.8mm以上的软材料，r/t又不大时，可采取如图3-25所示结构。对于U形件弯曲，当r/t较小时,可采取增加背压背压的方法(如图3-25(b)；当r/t较大时，可采取将凸模端面和顶板表面作成一定曲率的弧形弧形（如图3-26(a)）；另一种克服回弹的有效方法：采用摆动式凹模摆动式凹模，而凸模侧壁应有补偿回弹角（图3-26（b）。当材料厚度负偏差较大时，可设计成凸、凹模间间隙可调隙可调的弯曲模（图3-26（c）。1.1.偏移现象偏移现象2.2.消除偏移的措施消除偏移的措施 对称弯曲对称弯曲弯曲后的翘曲弯曲后的翘曲 型材、管材弯曲后的剖面畸变型材、管材弯曲后的剖面畸变 弯曲件的结构工艺性弯曲件的结构工艺性:指弯曲件的形状、尺寸、精度、材料以及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。尺寸公差按GB/T13914-92，角度公差按GB/T13915-92，形状和位置未注公差按GB/T13916-92，未注公差尺寸的极限偏差按GB/T5055-94。对于弯曲件的精度要求要合理。弯曲件长度的未注公差尺寸的极限偏差和弯曲件角度的自由公差也可以按表3-4和表3-5确定。一一 弯曲件的精度弯曲件的精度具有足够的塑性，屈强比（bs/Es/tr/min 脆较大的材料，则最小相对弯曲半径 大，回弹大，不利于成形。屈服点与弹性模量的比值（则有利于弯曲成形和工件质量的提高。)小，)小，弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则，要多次弯曲，增加工序数；也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度与弯曲半径的精度都不易保证。一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯料受力平衡而无滑动。弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为 hr+2t 在局部弯曲某一段边缘时，为避免弯曲根部撕裂，应减小不弯曲部分的长度B，使其退出弯曲线之外，即br（如上页图(a)），或在弯曲部分与不弯曲部分之间切槽，或在弯曲前冲出工艺孔。tl tl2当t0.50.5t t的弯曲件的弯曲件)(1801802121xtrllllLz 按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，即 2.2.圆角半径圆角半径r r0.50.5t t的弯曲件的弯曲件 按变形前后体积不变体积不变条件确定坯料长度。通常采用表3-7所列经验公式计算。3.3.铰链式弯曲件铰链式弯曲件 对于（0.63.5）的铰链件（右图），其坯料长度可按下式近似计算。txrlrtxrlLz117.47.5)(5.1例例3-2 3-2 计算下图所示弯曲件的坯料展开长度。计算下图所示弯曲件的坯料展开长度。V形件弯曲力一一 自由弯曲时的弯曲力自由弯曲时的弯曲力U形件弯曲力trKBtFb26.0自trKBtFb27.0自 自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力；弯曲件的宽度；弯曲材料的厚度；弯曲件的内弯曲半径；自Fb式中：材料的抗拉强度；安全系数，一般取1.3。式中：二二 校正弯曲时的弯曲力校正弯曲时的弯曲力ApF校校F 校正弯曲应力；A校正部分投影面积；P单位面积校正力，其值见表3-9。三三 顶件力或压料力顶件力或压料力 若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力DFYF（或压料力)可近似取自由弯曲力的3080。即自FFD)8.03.0(对于有压料的自由弯曲四四 压力机公称压力的确定压力机公称压力的确定对于校正弯曲）（自压机YFFF)3.12.1(校压机FF)3.12.1(形状简单的弯曲件：采用一次弯曲成形；形状复杂的弯曲件：采用二次或多次弯曲成形。批量大而尺寸较小的弯曲件：尽可能采用级进模或复合模。需多次弯曲时：先弯两端，后弯中间部分，前次弯曲应考虑后次弯曲有可靠的定位，后次弯曲不能影响前次已成形的形状。弯曲件形状不对称时：尽量成对弯曲，然后再剖切。一一 弯曲件的工序安排原则弯曲件的工序安排原则一次弯曲一次弯曲二次弯曲二次弯曲第一次弯曲第二次弯曲二二 典型弯曲件的工序安排典型弯曲件的工序安排二二 典型弯曲件的工序安排（续）典型弯曲件的工序安排（续）三次弯曲三次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲二二 典型弯曲件的工序安排（续）典型弯曲件的工序安排（续）四次弯曲四次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第四次弯曲采用级进模弯曲1.V1.V形件弯曲模形件弯曲模形弯曲模的一般结构形式形弯曲模的一般结构形式1凸模;2定位板;3凹模;4定位尖;5顶杆;6形顶板;7顶板;8定料销;9反侧压块1-凸模;2支架;3定位板（或定位销）;4活动凹模;5转轴;6支承板;7顶杆U形件弯曲模一一 单工序弯曲模（续）单工序弯曲模（续）弯曲角小于90的U形弯曲模 形件一次弯曲模两次成形弯曲模 形件复合弯曲模带摆块的形件弯曲模Z形件弯曲模形件弯曲模U U形件弯曲模形件弯曲模1凸模;2凹模;3弹簧;4凸模活动镶块;5、9凹模活动镶块;6定位销;7转轴;8顶板 弯曲角小于弯曲角小于9090的的U U形弯曲模形弯曲模 形件一次弯曲模形件一次弯曲模两次成形弯曲模两次成形弯曲模1凸模;2定位板;3凹模;4顶板;5下模座 形件复合弯曲模形件复合弯曲模1凸凹模;2凹模;3活动凸模;4顶杆带摆块的带摆块的形件弯曲模形件弯曲模1凹模;2活动凸模;3摆块;4垫板;5推板 Z Z形件弯曲模形件弯曲模一一 单工序弯曲模（续）单工序弯曲模（续）圆形件弯曲模（1）直径d5mm的小圆形件（2）直径d20mm的大圆形件带摆动凹模的一次弯曲成形模 两道工序弯曲大圆三道工序弯曲大圆1凸模;2压板;3芯棒;4坯料;5凹模;6滑块;7侧楔;8活动凹模 三道工序弯曲大圆三道工序弯曲大圆1凸模;2凹模;3定位板 1支撑;2凸模;3摆动凹模;4顶板;5上模座;6芯棒;7反侧压块;8下模座 一一 单工序弯曲模（续）单工序弯曲模（续）铰链件弯曲模其他形状弯曲件的弯曲模滚轴式弯曲模滚轴式弯曲模 带摆动凸模弯曲模带摆动凸模弯曲模 带摆动凹模的弯曲模带摆动凹模的弯曲模卷圆的原理：通常是采用推圆法推圆法 铰链件弯曲工序安排铰链件弯曲工序安排 铰链件弯曲模铰链件弯曲模 1斜楔;2凹模;3凸模;4弹簧 1凸模;2定位板;3凹模;4滚轴;5挡板 1摆动凸模;2压料装置;3凹模 1凸模;2定位板;3摆动凹模 对于批量大批量大、尺寸较小尺寸较小的弯曲件，为了提高生产率，操作安全，保证产品质量等，可以采用级进弯曲模级进弯曲模进行多工位的冲裁、压弯、切断连续工艺成形。连续工艺成形 1挡块;2顶件销;3凸凹模;4冲孔凸模;5冲孔凹模;6弯曲凸模 对于尺寸不大尺寸不大的弯曲件，可以采取复合模复合模，即在压力机一次行程内，在模具同一位置上完成落料、弯曲、冲孔等几种不同工序。对于小批生产小批生产或试制试制生产的零件，一般采用通用弯曲模。图3-70是经多次V形弯曲制造复杂零件的例子。图3-71是折弯机上用的弯曲模端面形状。图3-72为通用V形弯曲模。弯曲模工作部分的尺寸 当工件的相对弯曲半径/较小时，凸模圆角半径TrTr加以修正。取等于工件的弯曲半径，但不应小于表3-1所列的最小弯曲半径值rmin。当/10时，则应考虑回弹，将凸模圆角半径凹模两边的圆角半径应一致一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。t2 mm时，ArArArAr)(8.06.0(trrTA（36）24 时，（23）4 时，2V形弯曲凹模的底部可开退刀槽或取圆角半径 V V形件弯曲模：形件弯曲模：表3-10U U形件弯曲模：形件弯曲模：表3-11及表3-12 V形弯曲模的凸、凹模间隙是靠调整压机的闭合高度来控制的，设计时可以不考虑。U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般可按下式计算：CttCttZmax2/式中,C为间隙系数，可查表3-13。当工件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取Z/2t。决定原则决定原则：工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上。工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。（2）尺寸标注在外形上()尺寸标注在外形上ALLA0max75.00)(TZLLAT0min)75.0(TLLTAZLLTA0)(凹模尺寸凸模尺寸凸模尺寸凹模尺寸式中，,TA为凸、凹模的制造公差，可采用79级精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一级。1.1.斜楔、滑块之间的行程关系斜楔、滑块之间的行程关系2.2.斜楔滑块的斜楔滑块的尺寸尺寸设计设计 斜楔角一般取40，为了增大滑块行程s，也可取45、50等。一般要求斜楔的有效行程s1应大于滑块的行程s。斜楔、滑块尺寸关系图斜楔、滑块尺寸关系图 3.斜楔、滑块的结构斜楔、滑块的结构 1斜楔;2挡块;3键;4、5防磨板;6导销;7弹簧;8、9镶块;10滑块 U U形弯曲件零件图形弯曲件零件图 1冲压工艺方案确定基本工序：落料、冲孔、弯曲。冲压方案：1）全部采用单工序；2）落料、冲孔复合，弯曲单工序；3）采用级进模冲压生产。比较：零件批量小，采用级进模冲压，模具成本高，对模具制造要求高。方案一需要三副模具，成本增加，生产效率不高。结论：采用方案二比较合理。2.零件弯曲工艺分析 零件材料为Q235，适合于弯曲冲压。另外零件形状简单，尺寸公差、弯曲圆角半径、弯曲角度公差均为未注公差，精度要求不高，可以不考虑半径和角度的回弹，因此适合弯曲。3.零件展开尺寸计算L0=L直+L弯=160mm零件展开图4.弯曲力计算：F校=AP=173680N139kN 5.压力机选取：考虑因素：弯曲力、闭合高度、安装尺寸6.工作部分尺寸：（1）凹模圆角；（2）凹模深度；（3）凸、凹模间隙；（4）凹模宽度:7.主要零件图凸模及凹模8.模架选取9.模具结构 凹模凸模