第四章弯曲工艺与弯曲模设计.ppt

1、第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 目录 4 1弯曲变形过程分析 4 2弯曲变形工艺计算 4 3弯曲成形工艺设计 4 4弯曲模具设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 概述弯曲 使材料 板料 型材 棒料 管材等 产生塑性变形 形成具有一定角度或一定曲率零件的冲压工序 分类 压弯 折弯 扭弯 滚弯和拉弯 弯曲模 弯曲工艺使用的冲模 图4 1各种常见弯曲件 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 a 模具压弯 b 折弯 c 拉弯 d 滚弯 e 辊压 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计

2、 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 1弯曲变形过程分析 一 弯曲变形过程 V形弯曲是最基本的弯曲变形 弯曲变形过程 如图4 2所示V形件的弯曲 随着凸模进入凹模深度的增大 凹模与板料的接触处位置发生变化 支点B沿凹模斜面不断下移 弯曲力臂l逐渐减小 接近行程终了 弯曲半径r继续减小 而直边部分反而向凹模方向变形 直至板料与凸 凹模完全贴合 弯曲变形的过程一般经历弹性弯曲变形 弹 塑性弯曲变形 塑性弯曲变形三个阶段 自由弯曲 校正弯曲 弯曲效果 表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化 减小 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 2V形弯曲变形过程 图4 3弯曲时切向应力的分布 第四章弯曲工艺与弯曲

3、模设计 图4 2V形弯曲变形过程 二 弯曲变形特点 1 长度方向的变形特点 2 厚度方向变形特点 3 宽度方向变形特点 从板料弯曲外侧网格线长度的伸长过渡到内侧长度的缩短 长度是逐渐改变的 内侧板厚的增厚量小于外侧板厚的减薄量 总体上表现出厚度减薄的特点 窄板 b t 3 宽板 b t 3 横断面形状变成了外窄内宽的扇形 横断面形状基本保持为矩形 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 2V形弯曲变形过程 弯曲前坐标网格的变化 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 4横断面形状变化 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 应力状态 宽板 b t 3 窄板 b t 3 长度方向 内区受压 外区受拉 厚度方向 内外均受

4、压应力 宽度方向 内外侧压力均为零 长度方向 内区受压 外区受拉 厚度方向 内外均受压应力 宽度方向 内区受压 外区受拉 两向应力 三向应力 三 弯曲时变形区的应力和应变状态 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 应变状态 宽板 b t 3 窄板 b t 3 长度方向 内区压应变 外区拉应变 厚度方向 内区拉应变 外区压应变 宽度方向 内区拉应变 外区压应变 长度方向 内区压应变 外区拉应变 厚度方向 内区拉应变 外区压应变 宽度方向 内外区近似为零 三向应变 两向应变 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 2弯曲变形工艺计算 一 卸载后弯曲件的回弹 1 回弹现象 塑性弯曲时伴随有

5、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 图4 5弯曲时的回弹 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 弯曲中心角减小 2 回弹现象的表征及模具相关尺寸的修正 弯曲回弹的表现形式 曲率减小 1 小变形 10 自由弯曲时 和 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 大变形 自由弯曲时 和 卸载后弯曲件圆角半径的变化很小 可忽略不计 对于 的V形自由弯曲 回弹角 可查表4 3 当弯曲件弯曲角不为 时 其回弹角可用下式计算 设计模具时 当弯曲件弯曲角 时 取凸模角度 当 时 取凸模角度 通过试模 来进行修正 第四章弯曲工艺

6、与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 校正弯曲时的 和 对V形弯曲件进行校正弯曲时 一般r t都比较小 可以不考虑弯曲半径的回弹 弯曲角的回弹量也比较小 当弯曲半径很小时 例如 0 2 0 3 可能出现负回弹 即弯曲件脱离模 具后的实际弯曲角度小于凸模的弯曲角 校正弯曲的回弹角可参考表4 4初步确定 并考虑弯曲过程中其他影响因素适当修正 再经试模后最后修正 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 影响回弹的主要因素 1 材料的力学性能 越大 弯曲变形的回弹也愈大 图4 6材料的力学性能对回弹的影响 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 相对弯曲半径 相对弯曲半径 愈小 则回弹值愈小 3 弯曲中心角

7、在弯曲半径相同时 弯曲中心角 愈大 回弹角愈大 4 弯曲件形状 一般来说 在 相同的条件下 U形件的回弹小于V形件 形状复杂的弯曲件一次弯成时回弹困难 因而回弹角减小 5 模具间隙 模具的间隙愈小 回弹也愈小 6 弯曲方式 自由弯曲回弹值大 校正弯曲回弹值小 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 减少回弹值的措施 1 选用合适的弯曲材料 尽可能选用弹性模数 大 屈服极限 小 加工硬化指数 小 机械性能比较稳定 板厚误差比较小的材料 2 改进弯曲件的结构设计 在弯曲件设计上改进某些结构 加强弯曲件的刚度以减小回弹 a b c 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 改进弯曲工艺 1 采用热处理工艺 2 增加校

8、正工序 3 采用拉弯工艺 图4 8拉弯工艺示意图 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 9压边力拉弯示意图 图4 10小间隙拉弯示意图 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 改进模具结构 1 补偿法 2 校正法 图4 11用校正法修正模具结构 根据弯曲件回弹的趋势和回弹值修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状 以相反方向的回弹来补偿工件的回弹量 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 软凹模法 利用聚氨酯或橡胶凹模代替刚性金属凹模进行弯曲 二 最小相对弯曲半径 1 切向应变与相对弯曲半径的关系 如图4 3所示 相对弯曲半径是指弯曲件内侧圆角半径与板料厚度的比值 设任一瞬时弯曲中心角为 变形中性层曲率半径为 则距

9、变形中性层为 处的切向应变 为 将上式按级数展开得 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 12相对弯曲半径 弯曲变形的最大切向应变与相对弯曲半径 成反比 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 最小相对弯曲半径 的概念 最小相对弯曲半径 在变形区外表面的不发生开裂 破坏 值 的条件下 弯曲所能达到的最小 是衡量弯曲变形程度的主要标志 3 影响最小相对弯曲半径 的因素 1 材料的力学性能 材料的塑性愈好 许可的相对弯曲半径愈小 2 弯曲中心角 弯曲中心角 越小 直边对圆角区的缓解作用越明显 则最小弯曲半径可以取值更小些 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 13弯曲中心角对的影响 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3

10、 板料的纤维方向 当弯曲件的折弯线与纤维方向垂直时 最小相对弯曲半径 的数值最小 4 板料的冲裁断面质量和表面质量 表面质量和断面质量差的板料弯曲 其最小相对弯曲半径 的数值较大 板料纤维方向对的影响 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 14剪切断面质量和相对宽度对相对弯曲半径的影响 相对宽度 较小的窄板 其相 10的宽板弯曲时 相对弯曲半 对弯曲半径的数值可以较小 相对宽度 径的数值应取较大值 6 板料的厚度 当板料的厚度较小时 薄板弯曲允许具有更小的值 5 板料的宽度 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 15材料厚度对最小相对弯曲半径的影响 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 最小相对弯曲半径 的

11、确定 当达到材料拉应变的最大极限值时 则相对弯曲半径达到最 经变换得 小值 即 根据断面收缩率 与切向应变之间的关系 相对弯曲半径 也可以用材料的断面收缩率 表示 即 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 三 弯曲件坯料展开尺寸的计算 1 弯曲中性层位置的确定 当弯曲变形程度很小时 可以认为中性层位于板料厚度的几何中心 即 图4 12相对弯曲半径 当弯曲变形程度较大时 弯曲变形区厚度变薄 中性层位置将发生移动 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 经验公式 与变形程度有关的中性层位移系数 其值可由表4 6查得 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 弯曲件毛坯展开尺寸的计算 1 圆角半径 0

12、5 的弯曲件 圆角半径 0 5 的弯曲件 图4 16 当弯曲中心角为90 时 单角弯曲件的毛坯展开长度为 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 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 例4 1计算图4 17所示弯曲件的坯料展开长度 图4 17弯曲件的坯料展开长度 解 工件弯曲半径 故坯料展开长度公式为 查表4 5 当 时 时 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 则坯料展开长度 为 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 圆角半径r 0 5t的弯曲件 按弯曲前后体积相等原则确定坯料长度 通常采用表4 7所列经过修正的公式计算 3 铰链弯曲件铰链弯曲和一般弯曲件有所不同 铰链弯曲常用推卷的

13、方法成形 在弯曲卷圆的过程中 材料除了弯曲以外还受到挤压作用 板料不是变薄而是增厚了 中性层将向外侧移动 因此其中性层位移系数 0 5 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 18铰链形件的弯曲 a b A型 B型 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 圆杆弯曲件 圆弧段展开长度可通过下式近似计算 四 弯曲力的计算与压力机的选用 1 弯曲力的计算 1 自由弯曲时的弯曲力 弯曲力是工艺计算和压力机选择以及模具设计的重要依据 V形弯曲件 图4 19aV形自由弯曲 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 U形弯曲件 图4 19bU形自由弯曲 L形弯曲件 2 校正弯曲时的弯曲力 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 20校正弯曲

14、 2 弯曲时压力机压力的确定 1 自由弯曲时 一般情况下 压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1 3倍 可以取压力机的压力为 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 校正弯曲时 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 3弯曲成形工艺设计 弯曲件的工艺性是指弯曲零件的形状 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 具有良好冲压工艺性的弯曲件 不仅能提高工件质量 减少废品率 而且能简化工艺和模具结构 降低材料消耗 一 弯曲件的结构工艺性 1 弯曲半径 弯曲件的弯曲半径必须小于最小弯曲半径 否则要采用工艺措施 如 压圆角凸肩 开槽后弯曲等 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 21压圆角凸肩 图4

15、 22开槽后弯曲 2 直边高度 弯曲件的直边高度不宜过小 其值应为 最好 3mm 若工件的直边高度 则需先开 槽或压槽后再弯曲或者先适当增加直边高度 弯曲后再切除多余的部分 如图4 23所示 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 23弯曲件的直边高度 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 24带斜边的弯曲件图 4 25带斜边的弯曲件结构改进 a b 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 孔边距离 孔的位置应处于弯曲变形区外 如图4 26 当 mm时 当 mm时 图4 26弯曲件的孔边距离 图4 27防止孔变形的措施 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 工艺孔和工艺缺口 图4 28预冲工艺槽 孔的弯曲件 第四章弯

16、曲工艺与弯曲模设计 图4 29弯曲畸变消除方法图 4 30定位工艺孔的设置 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 5 弯曲件的几何形状 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 图4 31通过压料装置减小偏移 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 32通过定位销限制偏移 图4 33带有缺口的弯曲件 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 34带有切口的弯曲件 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 6 弯曲件的尺寸标注 图4 35不同标注方式的弯曲件 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 二 弯曲件的尺寸精度 根据生产经验 一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下 角度公差大于15 第四章弯曲工艺与弯曲模

17、设计 三 弯曲件的工序安排 1 工序安排的原则 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 图4 36 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 36成对弯曲成形 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 典型弯曲件的工序安排 图4 37两道工序弯曲成形 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 38三道工序弯曲成形 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 39四道工序弯曲成形 第四章弯曲

18、工艺与弯曲模设计 4 4弯曲模具设计 一 弯曲模结构设计要点 弯曲模的结构主要取决于弯曲件的形状及弯曲工序的安排 最简单的弯曲模只有一个垂直运动 复杂的弯曲模具除了垂直运动外 还有一个乃至多个水平动作 弯曲模结构设计要点为 1 弯曲模的结构形式应根据弯曲件的形状 精度要求和生产批量等进行选择 2 毛坯放置在模具上必须有正确可靠的定位 3 弯曲模的结构应考虑到制造和维修中减小回弹的可能 并考虑当压力机滑块到达下极点时 使工件弯曲部分在与模具相接触的工作部分得到校正 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 弯曲模凸 凹模的定位要准确 结构要牢靠 同时不应妨碍和阻止毛坯在模具闭合过程中必要的转动和移动 此外

19、 还应注意放入和取出工件的操作要安全 方便 5 为了尽量减少工件在弯曲过程中的拉长 变薄和划伤等现象 弯曲模的凹模圆角半径应光滑 凸 凹模间隙要适当 不宜过小 6 当弯曲过程中有较大的水平侧向力作用于模具上时 应设计侧向力平衡装置 二 典型弯曲模结构 1 单工序弯曲模 1 V形件弯曲模 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 40 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 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 41L形弯曲模a1 凸模2 凹模3 定位销4 压料板5 挡块b1 凸模2 压料板3 凹模4 定位板5 挡块 第四章弯曲工艺与弯曲模

20、设计 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 播放动画 图4 42 形精弯模 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 U形件弯曲模 图4 43 形件弯曲模 1 凸模2 凹模3 弹簧4 凸模活动镶块 5 8 凹模活动镶块6 凹模板7 顶板 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 44夹角小于90 的U形件弯曲模 1 凸模2 定位板3 弹簧4 回转凹模5 限位钉 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 45斜楔结构U形件弯曲模 1 斜楔2 凸模支杆3 弹簧4 上模座5 凸模6 定位销 7 8 活动凹模 9 弹簧10 下模座11 滚柱 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 Z形

21、件弯曲模 图4 46 形件弯曲模 一 1 顶板2 定位销3 反侧压块4 凸模5 凹模 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 47Z形件弯曲模 二 1 上模座2 凸模3 压块4 下模座5 顶块6 托板7 橡胶8 限位块 播放动画 a b 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 四角形件弯曲模 a b c 图4 48四角形件一次成形弯曲模 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 49四角形件两次成形弯曲模 首次弯曲 二次弯曲 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 5 圆筒形件弯曲模 1 对于圆筒直径 5mm的小圆 一般先将毛坯弯成U形 然后再弯成圆形 图4 50小圆筒件弯曲模 一 图4 51小圆筒件弯曲模 二 1 楔模2 滑

22、块3 活动凹模4 芯棒 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 52小圆筒件弯曲模 三 1 凸模2 压板3 芯棒4 坯料5 凹模6 滑块 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 对于圆筒直径 20mm的大圆 一般先将毛坯弯成波浪形 然后再弯成圆形 图4 53大圆筒件弯曲模 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 对于圆筒直径10 40mm 材料厚度约为1mm的圆筒形件 可以采用摆动式凹模结构的弯曲模一次弯成 如图4 54所示 图4 54摆动式凹模圆筒件弯曲模1 凹模摆块2 销轴3 凸模4 支撑 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 6 铰链弯曲模 图4 55铰链预弯工序成形尺寸1 凹模2 顶板3 凸模 图

23、4 56铰链弯曲预弯曲模 a b 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 57立式铰链弯曲模 4 58卧式铰链弯曲模 1 斜楔2 凹模3 凸模4 弹簧 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 复合弯曲模 图4 59四角形件复合弯曲模 一 1 凸凹模2 活动凸模3 凹模4 顶板 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 60四角形件复合弯曲模 二 1 凹模2 活动凸模3 摆块4 垫板5 推板 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 级进弯曲模 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 61级进弯曲模 1 弯曲凹模2 推杆3 弹压卸料板4 板料5 挡块6 弯曲凸模7 剪刃8 冲孔

24、凹模 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 实例分析一 折弯切断连续模实例分析二 连续弯曲模实例分析三 切断弯曲连续模 播放动画 播放动画 播放动画 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 三 弯曲模工作部分尺寸设计 1 凸模圆角半径 当弯曲件的相对弯曲半径 较小时 取凸模圆角半径等于 或略小于工件内侧的圆角半径 但不能小于材料所允许的最 小弯曲半径 见表4 5 若弯曲件的 小于最小相对弯曲 半径 则应取凸模圆角半径 然后增加一道整形工序 使整形模的凸模圆角半径 或者在不影响使用功能前提 下 修改工件圆角半径 若弯曲件的相对弯曲半径较大 精度要求较高时 由于圆角半径的回弹大 凸模的圆角半径应根据回弹值作相应的修正

25、10 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 凹模圆角半径 另外 凹模两侧的圆角半径应该一致 否则在弯曲时会引 凹模入口处圆角半径 的大小对弯曲力以及弯曲件的质量均有 影响 起板料偏移 在生产中 通常根据材料的厚度选取凹模圆角半径 当 2mm 3 6 2 4mm 2 3 4mm 2 对于V形弯曲件凹模 其底部圆角半径可依据弯曲变形区坯料变薄的特点取 0 6 0 8 或者开退刀槽 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 3 凹模深度 图4 62弯曲模工作部分尺寸 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 4 凸 凹模的间隙 U形件凸 凹模的单面间隙值一般可按下式计算 当工件

26、精度要求较高时 其间隙应适当缩小 取 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 5 U形件弯曲模工作部分尺寸及公差 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 凸 凹模的尺寸和公差应根据工件的尺寸 公差 回弹情况以及模具磨损规律而定 1 弯曲件标注外形尺寸 凹模尺寸为 凸模尺寸为 或者凸模尺寸按凹模实际尺寸配制 保证单面间隙值 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 图4 63标注外形和内形的弯曲件及模具尺寸 第四章弯曲工艺与弯曲模设计 2 弯曲件标注内形尺寸 凸模尺寸为 凹模尺寸为 或者凹模尺寸按凸模实际尺寸配制 保证单面间隙值