弯曲模设计模块

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,弯曲模设计,模块三 弯曲模设计,1,本模块设计任务：,完成图示弯曲件的模具设计,弯曲模设计,2,学生任务设计,学生在本章学习过程中，需完成上述U形弯,曲件展开坯料的工艺性分析、工艺方案制定以,及相关工艺计算，并绘制制坯模简图。目的在,于强化冲裁模设计步骤和主要内容。,弯曲模设计,3,本模块学习重点,1,弯曲件主要质量问题的产生原因与解决措施；,2弯曲工艺分析主要内容与工艺设计方法；,3弯曲工艺计算；,4认识弯曲模典型结构及特点；,5. 弯曲模设计方法与步骤；,弯曲模设计,4,学习项目一 概述,一、弯曲的概念与应用,1.概念,金属材料被弯成一定,形状,和,角度,的零件的成形方法称为弯,曲。,2.应用,弯曲模设计,5,弯曲模设计,6,二、常用弯曲方法,模具弯曲成形、折弯、滚弯、拉弯。,a)模具弯曲 b)折弯 c)滚弯 d)拉弯,弯曲模设计,7,三、弯曲模简介,1-模柄 2-横销,3-弯曲凸模,4-弯曲凹模,5-销钉 6-下模座,7-螺钉 8-弹簧,9-顶杆 10-定位钉,第三章 弯曲模设计,8,弯曲模设计,9,学习项目二 弯曲变形分析与弯曲件主要质量问题,一、弯曲变形过程,弯曲半径逐渐减小 ，即,弯曲力臂逐渐减小， 即,弯曲模设计,10,二、弯曲变形特点,坯料弯曲前后的网格变化,弯曲模设计,11,1.变形区的位置,在弯曲带中心角范围内，中心角以外基本上不变形。,弯曲角与弯曲中心角,弯曲模设计,12,2.变形特点,长度方向：内侧单元格长度减小 受压,外侧单元格长度增加 受拉,弯曲中性层：长度既不减小也不增加的那层金属。,厚度方向：内侧单元格长度减小，厚度增加,外侧单元格长度增加，厚度减小,宽度方向：,窄板a) 矩形截面 内宽外窄的扇形截面,宽板b) 矩形截面无变化,总体厚度减小,弯曲模设计,13,三、弯曲件主要质量问题,1.弯裂与最小相对弯曲半径,（1）最小相对弯曲半径,概念：,在自由弯曲保证坯料最外层纤维不发生破裂的前提下，所能获得的弯曲件内表面最小圆角半径与弯曲材料厚度的比值 ，称为最小相对弯曲半径。,意义：,弯曲模设计,14,（2）最小弯曲半径的影响因素,1）材料的塑性和热处理状态,：,材料塑性越好，最小弯曲半径可越小。,2）坯料的边缘及表面状态,：,应将毛刺和其他缺陷置于弯曲内区。,3）弯曲方向,：,弯曲方向与纤,维方向垂直时，对弯曲有利。,4）弯曲角a,：,弯曲角a越大，,最小弯曲半径越小。,弯曲模设计,15,（3）防止弯裂的措施,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,求的小半径弯曲）,校正弯曲,对较厚材料的开槽弯曲,弯曲模设计,16,2. 弯曲件的回弹,回弹：,在材料弯曲变形结束，零件不受外力作用时，由于弹性恢复，使弯曲件的角度，弯曲半与模具的尺寸形状不一致的现象称为回弹。,（1）回弹的表现形式,1）弯曲半径增大,2）弯曲角增大,弯曲模设计,17,（2）影响回弹的因素,1）材料的力学性能：材料的屈服点越大，弹性模量越小，,弯曲回弹越大。,2）相对弯曲半径：相对弯曲半径越小，回弹值越小。,3）弯曲件角度a：弯曲件角度越小，表示弯曲变形区域越,大，回弹越大。,4）弯曲方式：校正弯曲回弹小。,5）模具间隙：间隙大，材料处于松动状态，回弹就大；反,之，回弹就小。,6）零件形状： 零件形状复杂，一次弯曲成形角的数量越,多，各部分的回弹相互牵制作用越大，回弹,就越小。,弯曲模设计,18,（3）回弹值的确定,1）大变形程度( 5)自由弯曲时的回弹,回弹值较小，只修正角度。,2）小变形程度( 10)自由弯曲时的回弹,回弹值较大需修正弯曲半径和弯曲角度。,弯曲模设计,弯曲角度的修正：,弯曲半径的修正：,19,（4）控制回弹的措施,1）改进零件的设计,弯曲模设计,20,2）从弯曲工艺上采取措施,如采用校正弯曲、拉弯等工艺以减小回弹值。,弯曲模设计,拉弯工艺,21,3）从模具结构上采取措施,弯曲模设计,补偿回弹的方法 改变凸模形状减小回弹,增加拉应变减小回弹 端部加压减小回弹,22,3. 弯曲时的偏移,偏移,：当坯料各边所受的摩擦阻力不等时，有可能使坯料在弯曲过程中沿零件的长度方向产生移动，使零件两直边的高度不符合图样的要求，这种现象称为偏移。,（1）偏移现象的产生,弯曲模设计,a.b-坯料形状不对称,C-零件结构不对称,d.e-模具结构不合理,23,（2）克服偏移的措施,1）压料；,2）孔定位；,3）不对称零件成对生产；,4）合理设计模具。,弯曲模设计,a.b-压料 c-孔定位,不对称零件成对生产,24,4. 弯曲后的翘曲与剖面畸变,弯曲模设计,弯曲后的翘曲 管材弯曲后的剖面畸变,25,弯曲模设计,作业：1.简述弯曲变形特点。,2.弯曲件的主要质量问题有哪些？,试述其产生原因和解决措施。,26,学习项目三 弯曲模具结构介绍,一、单工序弯曲模,1. V形件弯曲模,弯曲模设计,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,27,弯曲模设计,V形件精弯模,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,28,2. U形件弯曲模,U形弯曲模,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,弯曲模设计,29,弯曲角小于90的U形件弯曲模,弯曲模设计,1-凸模,2-转动凹模,3-弹簧,30,3. 形件弯曲模,（1）一次弯曲成形,弯曲模设计,形件一次弯曲成形模,31,（2） 形件两次弯曲成形模,弯曲模设计,a）首次弯曲 b）二次弯曲,1-凸模 2-定位板3-凹模 4-顶板 5-下模座,32,（3） 形件两次弯曲复合的弯曲模,弯曲模设计,形件两次弯曲复合的弯曲模,1-凸凹模 2-凹模 3-活动凸模 4-顶杆,33,（4）带摆块的 形件弯曲模,弯曲模设计,1-凹模 2-活动凸模 3-摆块 4-垫板 5-推板,34,4. Z形件弯曲模,弯曲模设计,1-顶板 2-定位销,3-反侧压块 4-凸模,5-凹模 6-上模座,7-压块 8-橡皮,9-凸模托板,10-活动凸模,11-下模座,35,5. 圆形件弯曲模,（1）直径d5mm,的小圆形件,弯曲模设计,1凸模 2压板 3芯棒 4坯料 5凹模 6滑块 7楔模 8活动凹模,36,（2）直径d20mm大圆形件,弯曲模设计,三道工序弯曲大圆,37,弯曲模设计,两道工序弯曲大圆,38,弯曲模设计,带摆动凹模的一次弯曲成形模,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,39,6. 铰链件弯曲模,弯曲模设计,预弯模+立式卷圆模,卧式卷圆模,40,7. 其他形状弯曲件的弯曲模,滚轴式弯曲模,1凸模2定位板 3凹模4滚轴5挡板,弯曲模设计,41,带摆动凸模弯曲模,弯曲模设计,42,带摆动凹模的弯曲模,弯曲模设计,43,二、级进模,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,冲孔、切断、弯曲级进模,弯曲模设计,44,三、复合模,弯曲模设计,45,四、通用弯曲模,多次V形弯曲制造复杂零件举例,弯曲模设计,46,折弯机用弯曲模的端面形状 通用V形弯曲模,a）通用凹模 b）直臂式凸模 c）曲臂式凸模,第三章 弯曲模设计,47,弯曲模设计,48,弯曲模设计,49,弯曲模设计,50,弯曲模设计,51,弯曲模设计,52,弯曲模设计,53,弯曲模设计,54,弯曲模设计,55,弯曲模设计,56,弯曲模设计,57,弯曲模设计,58,弯曲模设计,59,弯曲模设计,60,弯曲模设计,61,弯曲模设计,62,弯曲模设计,63,学习项目四 弯曲件模具设计步骤与实例,一、弯曲件工艺性分析,1. 材料分析,如果弯曲件的材料具有足够的塑性，屈强比小，屈服点和弹性模量的比值小，则有利于弯曲成形和工件质量的提高 。,2. 结构分析,（1）最小弯曲半径和弯曲件的弯边高度,1）弯曲半径,弯曲模设计,64,2)弯边高度,弯曲件的弯边高度不宜过小，其值应为 。,弯边高度过小的解决方法,弯曲模设计,65,（2）预冲工艺孔或切槽,防止根部弯裂的方法：改变弯曲线的位置,预冲工艺槽孔,弯曲模设计,66,（,3）弯曲件孔边距离,一般孔边至弯曲半径r中心的安全距离按料厚确定：,时，,时，,弯曲件孔边距离 防止弯曲时孔变形的措施,弯曲模设计,67,（4）弯曲样的几何形状,弯曲件应尽量设计成对称状，弯曲半径左右一致，以防弯曲变形时坯料受力不均而产生偏移。,增添连接带和定位工艺孔的弯曲件,弯曲模设计,68,（5）弯曲件的尺寸标注,尺寸标注对弯曲工艺的影响,3. 精度分析,一般弯曲件长度的尺寸公差等级在IT13级以下，角度公差大于15。,弯曲模设计,69,4. 本章设计任务工艺性分析,材料：45钢，料厚：3mm,（1）材料分析,45钢为优质碳素结构钢，具有良好的弯曲成形性能。,第三章 弯曲模设计,70,（2）结构分析,零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利。,查得此材料所允许的最小弯曲半径1.5mm，而零件弯曲半径为2mm，故不会弯裂。,零件上的孔位于弯曲变形区之外，所以弯曲时孔不会变形，可以先冲孔后弯曲。,计算零件相对弯曲半径 ，卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑，而弯曲中心角发生的变化，可以采用校正弯曲来控制。,第三章 弯曲模设计,71,（3）精度分析,零件上只有1个尺寸有公差要求，由公差表查得其公差要求属于IT14，其余未注公差尺寸也均按IT14选取，所以普通弯曲和冲裁即可满足零件的精度要求。,结论：,由以上分析可知，该零件冲压工艺性良好，可以冲裁和弯曲,。,第三章 弯曲模设计,72,5. 本章设计任务工艺方案的制定,零件为U形弯曲件，该零件的生产包括落料、冲孔,和弯曲三个基本工序，可有以下三种工艺方案：,方案一：先落料，后冲孔，再弯曲。采用三套单工,序模生产。,方案二：落料冲孔复合冲压，再弯曲。采用复合,模和单工序弯曲模生产。,方案三：冲孔落料连续冲压，再弯曲。采用连续,模和单工序弯曲模生产。,弯曲模设计,73,方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，生产效率较低。,方案二需两副模具，精度高、生产效率较高。但由于该零件的孔边距为4.75mm，小于凸凹模允许的最小壁厚6.7mm，故不能采用复合冲压工序。,方案三也需两副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，故其模具制造、安装较复合模略复杂。,结论：,采用方案三为佳。,弯曲模设计,74,弯曲模设计,作业：,1.自学书中第6节内容弯曲件的工序安排。,2.完成弯曲件制坯模具的总体结构设计（只要,求考虑结构组成，不要求具体尺寸）。,75,三、弯曲工艺计算,（一）弯曲件坯料展开长度计算,1. 中性层和中性层位置的确定,弯曲件的坯料长度应等于中,性层的展开长度。由于弯曲时坯,料的厚度减薄，所以中性层的位,置发生内移，其内移量随变形成度的增加而增加。,中性层位置以曲率半径表示（见上图），通常用下列,经验公式确定，其中x为中性层位移系数。,弯曲模设计,76,2. 各类弯曲件展开尺寸的计算,（1）有圆角半径的弯曲（,）,弯曲模设计,77,（2）圆角半径很小（ ）的弯曲,由于变形程度大，一般变形前后,体积不变,的原则由经验公式计算。,（3）铰链式弯曲件,铰链件一般采用推圆的方法生产，其中性层会发生外移，外移系数用 表示。,弯曲模设计,78,3. 本章设计任务坯料展开尺寸计算,该例属于有圆角半径的弯曲件，由于变薄不严重，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，可查得中性层位移系数x=0.28，所以坯料展开长度为,由于零件宽度尺寸,为18mm，故毛坯尺寸,应为64mm18mm,。,弯曲模设计,79,（二）弯曲力的计算,1. 自由弯曲的弯曲力,V形件弯曲力,U形件弯曲力,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,材料的抗拉强度；,安全系数，一般取1.3,。,弯曲模设计,80,2. 校正弯曲时的弯曲力,校正弯曲应力；,校正部分投影面积；,单位面积校正力,。,3. 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 （或压料力 ）可近似取自由弯曲力的3080%，,即,弯曲模设计,81,4. 压力机公称压力的确定,（1）对于有压料装置的自由弯曲,（2）对于校正弯曲，由于校正弯曲弯曲力比压料力或顶件力大得多，故压料力和顶件力一般可以忽略，即,弯曲模设计,82,5. 本章设计任务弯曲力计算,弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据。,该零件是校正弯曲，故顶件力可以忽略，其校正弯,曲时的弯曲力为,生产中为安全，取 ，根据压弯力大小，初选设备为JH2325。,弯曲模设计,83,弯曲模设计,作业：,完成弯曲件制坯模具的工艺计算,（包括刃口尺寸、排样、压力中心和工作力的计算）。,84,（三）弯曲模工作零件设计与计算,1. 弯曲模工作部分结构参数的确定,（1）凸模圆角半径,当零件的相对弯曲半径较小时， ，但不应小于最小弯,曲半径 。,当 ，精度要求较高时则应考虑回弹，将凸模圆角半,径加以修改。,（2）凹模圆角半径,弯曲模设计,85,（3）凹模深度,凹模深度过小，坯料未受压部分太多，零件回弹大且不平,直，影响其质量；深度若过大，则浪费模具钢材，且需压力机,有较大的工作行程。 等参数可查表。,弯曲模设计,86,（4）凸、凹模间隙,间隙过小，会使零件弯边厚度变薄，降低凹模的寿命，增,大弯曲力。间隙过大，则回弹大，降低零件的精度。,对于V形件：间隙是靠调整压力机的装模高度来控制 ，模,具设计时可不考虑。,对于U形件：单边间隙为,Z,弯曲模凸、凹模单边间隙；,t零件材料厚度（基本尺寸）；,材料厚度的上偏差；,C间隙系数，查书中表4-12。,弯曲模设计,87,（5）U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差,间隙的取向原则,：,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。,弯曲模设计,88,当零件标注外形尺寸时，则 当零件标注内形尺寸时，则,凸、凹模横向尺寸；,弯曲件横向的最大极限尺寸；,弯曲件横向的最小极限尺寸；,弯曲件横向尺寸公差；,凸、凹模制造公差，可采用IT7IT9级精度，一般可取凸模的精度比凹模的精度高一级。,弯曲模设计,89,2.,本章设计任务工作零件设计与计算,（1）凸模圆角半径,在保证不小于最小弯曲半径值的前提下，当零件的相对圆,角半径 较小时，凸模圆角半径取等于零件的弯曲半径，,即 。,（2）凹模圆角半径,凹模圆角半径不应过小，以免擦伤零件表面，影响冲模的,寿命，凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生,偏移。根据材料厚度取,。,弯曲模设计,90,（3）凹模深度,由于该零件为弯边高度不大,且两边要求平直的U形弯曲件，,所以凹模深度应大于零件的高度，,且高出值 。,（,4）凸、凹模间隙,根据U形件弯曲模凸、凹模单边间隙的计算公式得,弯曲模设计,91,（5）U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差,零件标注内形尺寸时，应以凸模为基准，间隙取在凹模,上。而凸、凹模的横向尺寸及公差则应根据零件的尺寸、公,差、回弹情况以及模具磨损规律而定。因此，凸、凹模的横向,尺寸分别为,弯曲模设计,92,3. 斜楔、滑块的设计,（1）斜楔、滑块之间的行程关系,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。,弯曲模设计,93,（2）斜楔、滑块的结构,斜楔滑块结构示意图,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,弯曲模设计,94,习题课 制坯模工艺计算与模具设计,一、冲孔落料级进模工艺计算,由以上计算可知，弯曲件的坯料形状及尺寸如下图所示，,材料为45钢，料厚3mm。零件的生产方案在工艺性分析中明,确为冲孔落料级进模，其工艺计算主要内容包括：刃口尺寸计,算、排样计算、冲压力与压力中心计算。,弯曲模设计,95,1.刃口尺寸计算,根据零件形状、厚度与精度要求，决定采用分开制造法计,算凸、凹模的刃口尺寸。,落料尺寸：18mm、R9mm；冲孔尺寸：2,8.5mm、,460.31mm 。查得凸、凹模最小间隙 ，最大间,隙 。取凸、凹模的制造公差为IT8，则,落料尺寸 ，凸、凹模制造公为 ，,磨损系数X=0.75。,冲孔尺寸 ，凸、凹模制造从为 ，,磨损系数X=0.5。,经校验，以上两尺寸均满足不等式 ，且由,于数值相差较大，所以调整凸模的制造公差为 ，,凹模的制造公差为 。,弯曲模设计,96,落料尺寸具体计算：,R9mm，属于半边磨损尺寸。由于是圆弧曲线，应该与落料尺寸18mm相切，所以其凸、凹模刃口尺寸取为,弯曲模设计,97,冲孔尺寸计算：,孔心距460.31mm,弯曲模设计,98,2.排样计算,可能的排样方案：,方案a：少废料排样，材料利用率高，但工件精度不易保证，且模具寿命低，操作不便。,方案b：材料利用率较a）低，但生产零件精度高，便于操作。同时，考虑凹模刃口强度，其中间需留一空工位。,弯曲模设计,99,排样尺寸确定：,选用规格为3mm1000mm1500mm的钢板 ，查得零,件之间的搭边值 ， 零件与条料侧边之间的搭边值,，条料与导料板之间的间隙值 ，则条料宽,度为,步距为,弯曲模设计,100,由于弯曲件裁板时应考虑纤维方向，所以只能采,用横裁。即裁成宽71.5mm、长1000mm的条料，则,排样图应为,弯曲模设计,101,3.冲压力计算,零件的落料周长为148.52mm，冲孔周长为26.69mm，材,料厚度3mm，45钢的抗剪强度取500MPa，则,落料力,冲孔力,推件力,冲压力,初选设备JC2363。,弯曲模设计,102,4.压力中心计算,零件采用级进模生产，所以需计算模具的压力中心。如图建立坐标系，则有：,模具压力中心坐标点为（-31.2 , 0）。,弯曲模设计,103,二、冲孔落料级进模零部件设计,（1）标准模架的选用,标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算,凹模周界的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得,凹模高度,凹模壁厚,凹模宽度,，为了保证凹模结构,对称并有足够的强度，将其长度增大到163mm。,凹模总长,弯曲模设计,104,模具采用后侧导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规,格为：上模座 200mm200mm45mm；,下模座 200mm200mm50mm；,导 柱 32mm160mm；,导 套 32mm105mm43mm。,（2）其它零部件结构,凸模固定板与凸模采用过渡配合关系，厚度取凹模厚度的,0.8倍，即20mm，平面尺寸与凹模外形尺寸相同。,卸料板的厚度与卸料力大小、模具结构等因素有关，取其,值为14mm。,导料板高度查表取12mm，挡料销高度取4mm。,弯曲模设计,105,模具是否需要采用垫板，以承压面较小的凸模进行计算，,冲孔凸模承压面的尺寸由凸模头部尺寸确定。则其承受的压应,力为,查得铸铁模板的 为90140MPa，故 。因此需采用垫板，垫板厚度取8mm。,模具采用压入式模柄，根据设备的模柄孔尺寸，应选用规格为A50105的模柄,。,弯曲模设计,106,模具结构图,弯曲模设计,107,弯曲模设计,108,三、弯曲模零部件设计,（1）模座的设计,模具采用无导向模架，且为非标准件，只有下模座。初定,其底板厚度为45mm。底板上部铸有一体的左右挡块，以平衡,弯曲时的侧向力。两挡块的厚度为45mm，高度与弯曲凹模高,度相等等于58mm。,（2）模柄,模具采用槽型模柄与弯曲凸模之间相连组成上模，因模具,选用的设备为JH2325，所以选用规格为5030的槽型模,柄。,弯曲模设计,109,（3）弹顶装置中弹性元件的计算,由于该零件在成型过程中需压料和顶件，所以模具采用弹,性顶件装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下,1）确定橡胶垫的自由高度,所以取,弯曲模设计,110,2）确定橡胶垫的横截面积A,查得圆筒形橡胶垫在预压量为10%15%时的单位压力为,0.5MPa，所以,3）确定橡胶垫的平面尺寸,根据零件的形状特点，橡胶垫应为圆筒形，中间开有圆孔以避让螺杆。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为,17mm，则其直径D为,弯曲模设计,111,4）校核橡胶垫的自由高度,橡胶的高径比,橡胶垫的高径比在0.51.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85140=120mm。,弯曲模设计,112,弯曲模结构图,1、2-螺钉 3-凹模,4-顶件板 5、8-销钉,6-槽型模柄 7-弯曲凸模,9-定位板 10-下模座,11-螺钉 12-螺杆 13-上垫板 14-橡胶,15-下垫板,弯曲模设计,113,