冲压模具设计与制造-弯曲工艺与模具设计.ppt

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1、冲压模具设计与制造冲压模具设计与制造第三章第三章 弯曲工艺与模具设计弯曲工艺与模具设计 3.1 3.1 弯曲变形分析弯曲变形分析 第一节第一节 弯曲变形分析弯曲变形分析 一一.弯曲的概念弯曲的概念1.1.1.1.弯曲弯曲弯曲弯曲将板料、型材、管材或棒料等平直的坯料，按设计要求弯成一定的角度和曲率，形成所需形状零件的冲压工序。3.1 3.1 弯曲变形分析弯曲变形分析 2.2.弯曲方法弯曲方法弯曲方法弯曲方法 分为在压力机上利用弯曲模进行的压弯以及在专用弯曲设备上进行的折弯、辊弯(滚弯)、拉弯等。二二.弯曲变形的过程弯曲变形的过程 1.1.1.1.弹性弯曲变形弹性弯曲变形弹性弯曲变形弹性弯曲变形

2、在弯曲的开始阶段，弯曲圆角半径 r 很大，弯曲力矩很小，仅引起材料的弹性弯曲变形。3.1 3.1 弯曲变形分析弯曲变形分析 2.2.2.2.弹弹弹弹-塑性弯曲变形塑性弯曲变形塑性弯曲变形塑性弯曲变形 当相对弯曲半径 时，弯曲区材料即开始进入弹-塑性弯曲阶段，毛坯变形区内（弯曲半径发生变化的部分）料厚的内外表面首先开始出现塑性变形，随后塑性变形向毛坯内部扩展。3.1 3.1 弯曲变形分析弯曲变形分析 3.3.3.3.塑性弯曲变形塑性弯曲变形塑性弯曲变形塑性弯曲变形 当相对弯曲半径 时，变形由弹-塑性弯曲逐渐过渡到塑性变形。这时弯曲圆角变形区内弹性变形部分所占比例已经很小，可以忽略不计，视板料截面

3、都已进入塑性变形状态。3.1 3.1 弯曲变形分析弯曲变形分析 3.1 3.1 弯曲变形分析弯曲变形分析 三三.弯曲变形的特点弯曲变形的特点1.1.1.1.弯曲圆角部分是的主要变形区域弯曲圆角部分是的主要变形区域弯曲圆角部分是的主要变形区域弯曲圆角部分是的主要变形区域 3.1 3.1 弯曲变形分析弯曲变形分析 2.2.2.2.弯曲变形区内的中性层弯曲变形区内的中性层弯曲变形区内的中性层弯曲变形区内的中性层从板料弯曲外侧纵向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。由于材料的连续性，在伸长和缩短两个变形区域之间，其中必定有一层金属纤维材料的长度在弯曲前后保持不变，这一金属层称为应变

4、中性层。3.1 3.1 弯曲变形分析弯曲变形分析 3.3.3.3.变形区横断面的变形变形区横断面的变形变形区横断面的变形变形区横断面的变形(1)窄板弯曲时，其横断面形状变成了外窄内宽的扇形。变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变。(2)宽板弯曲时，横断面形状变化较小，仅在两端会出现少量变形。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 第二节第二节 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 一一.满足最小相对弯曲半径要求满足最小相对弯曲半径要求1.1.1.1.最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径 的概念的

5、概念的概念的概念 相对弯曲半径 越小，弯曲时切向变形程度越大。在保证弯曲变形区材料外表面不发生破坏的条件下，弯曲件内表面所能形成的最小圆角半径称为最小弯曲半径 。最小弯曲半径与弯曲材料厚度的比值 称作最小相对弯曲半径，是衡量弯曲变形程度的主要标志。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 2.2.2.2.影响影响影响影响 的因素的因素的因素的因素 (1)(1)材料的力学性能材料的力学性能材料的力学性能材料的力学性能 材料的塑性愈好，最小相对弯曲半径愈小。(2)(2)板料的冲裁断面质量和表面质量板料的冲裁断面质量和表面质量板料的冲裁

6、断面质量和表面质量板料的冲裁断面质量和表面质量 材料剪切断面上的毛刺、裂口和冷作硬化以及板料表面的划伤、裂纹等缺陷的存在，将会造成弯曲时应力集中，最小相对弯曲半径的数值较大。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 (3)(3)板材的方向性板材的方向性板材的方向性板材的方向性 板料经过轧制后产生了纤维状组织，这种纤维状组织具有各向异性的力学性能。沿纤维方向的力学性能较好，抗拉强度较高，不易拉裂。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 3.3.3.3.提高弯曲极限的方

7、法提高弯曲极限的方法提高弯曲极限的方法提高弯曲极限的方法 (1)(1)热处理热处理热处理热处理(2)(2)清除冲裁毛刺清除冲裁毛刺清除冲裁毛刺清除冲裁毛刺(3)(3)加热弯曲加热弯曲加热弯曲加热弯曲(4)4)两次弯曲两次弯曲两次弯曲两次弯曲(5)(5)弯角内侧开槽弯角内侧开槽弯角内侧开槽弯角内侧开槽 3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 二二.弯曲件的精度弯曲件的精度弯曲件的精度受坯料定位、偏移、翘曲和回弹等因素的影响，弯曲的工序数目越多，精度也越低。一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15。3.2 3.2

8、弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 三三.弯曲件的结构工艺性弯曲件的结构工艺性 1.1.1.1.直边高度直边高度直边高度直边高度为提高弯曲精度，保证直边平直，h2t。(2)(2)先加长直边弯曲，再切边先加长直边弯曲，再切边先加长直边弯曲，再切边先加长直边弯曲，再切边(1)(1)先压槽或增加弯边高度先压槽或增加弯边高度先压槽或增加弯边高度先压槽或增加弯边高度 3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 2.2.2.2.预制孔的位置预制孔的位置预制孔的位置预制孔的位置 弯曲有孔的工序

9、件时，如果孔位于弯曲变形区内，则弯曲时孔要发生变形，为此必须使孔处于变形区之外。(1)(1)加工工艺孔、工艺槽加工工艺孔、工艺槽加工工艺孔、工艺槽加工工艺孔、工艺槽(2)(2)先弯曲，再冲孔先弯曲，再冲孔先弯曲，再冲孔先弯曲，再冲孔(3)(3)冲凸缘缺口和月牙形槽冲凸缘缺口和月牙形槽冲凸缘缺口和月牙形槽冲凸缘缺口和月牙形槽 3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 3.3.3.3.弯曲件形状弯曲件形状弯曲件形状弯曲件形状(1)(1)一般要求弯曲件形状对称一般要求弯曲件形状对称一般要求弯曲件形状对称一般要求弯曲件形状对称弯曲件形状应

10、尽量对称，以免板料与模具之间的摩擦阻力不均匀而产生工件侧移。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 (2)(2)弯曲件形状应尽量简单弯曲件形状应尽量简单弯曲件形状应尽量简单弯曲件形状应尽量简单 在弯曲变形区附近有缺口的弯曲件，弯曲时会出现叉口。这时应在缺口处留连接带，待弯曲成形后再将连接带切除。(3)(3)增加工艺缺口、槽和工艺孔增加工艺缺口、槽和工艺孔增加工艺缺口、槽和工艺孔增加工艺缺口、槽和工艺孔 弯曲时圆角变形区侧面产生畸变，可以预先在折弯线的两端切出工艺缺口或槽。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安

11、排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 (4)(4)避免尺寸突变部分的弯曲避免尺寸突变部分的弯曲避免尺寸突变部分的弯曲避免尺寸突变部分的弯曲 a.使尺寸突变处远离弯曲变形区 b.预先冲裁工艺孔、工艺槽，防止弯曲部分受力不均而产生变形和裂纹，3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 4.4.4.4.尺寸标注尺寸标注尺寸标注尺寸标注 尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。孔的位置精度不受坯料展开长度和回弹的影响，将大大简化工艺设计。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及

12、工艺安排 四四.弯曲件的工序安排原则弯曲件的工序安排原则(1)对于形状简单的弯曲件，可以采用一次弯曲成形。对于形状复杂的弯曲件，一般需要采用二次或多次弯曲成形。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 (2)需多次弯曲时，弯曲次序一般是先弯两端，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。3.2 3.2 弯曲工艺设计及工艺安排弯曲工艺设计及工艺安排 (3)当弯曲件几何形状不对称时，为避免压弯时坯料偏移，应尽量采用成对弯曲，然后再切成两件的工艺。3.3 3.3 弯曲件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施第三节第三节 提高弯曲件质量的工艺措

13、施提高弯曲件质量的工艺措施一一.弯曲外层拉裂弯曲外层拉裂1.1.1.1.现象现象现象现象2.2.2.2.原因原因原因原因 弯曲外层的拉伸应变量超过了材料应变极限，3.3.3.3.解决方法解决方法解决方法解决方法 弯曲半径满足最小相对弯曲半径要求。3.3 3.3 弯曲件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施二二.截面翘曲截面翘曲1.1.1.1.现象现象现象现象 当弯曲相对宽度很大的V形件时，会产生明显的翘曲现象。2.2.2.2.原因原因原因原因 由于宽板弯曲时，沿宽度方向上的变形区外侧为拉应力，内侧为压应力，在弯曲件宽度方向会形成力矩 MB。弯曲结束后，外加力去除，在宽度方向将引起与力矩 MB 方向

14、相反的弯曲形变，即弓形翘曲。3.3 3.3 弯曲件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施3.3.3.3.解决方法解决方法解决方法解决方法(1)采用带侧板结构的弯曲模，以阻碍材料沿弯曲线方向的流动。(2)改变弯曲凸、凹模形状，将翘曲量设计在与翘曲方向相反的方向上。3.3 3.3 弯曲件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施三三.弯曲回弹弯曲回弹1.1.1.1.弯曲回弹的概念弯曲回弹的概念弯曲回弹的概念弯曲回弹的概念 弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短，内侧因弹性恢复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象。这种现象称为弯曲回弹。弯曲回弹是弯曲成形不可避免的现象。3.3 3.3 弯曲

15、件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施2.2.2.2.弯曲回弹的表现弯曲回弹的表现弯曲回弹的表现弯曲回弹的表现(1)(1)弯曲半径增大弯曲半径增大弯曲半径增大弯曲半径增大(2)(2)弯曲中心角减小弯曲中心角减小弯曲中心角减小弯曲中心角减小 3.3 3.3 弯曲件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施3 3 3 3.减小回弹的措施减小回弹的措施减小回弹的措施减小回弹的措施(1)(1)改进零件的设计改进零件的设计改进零件的设计改进零件的设计 a.尽量避免选用过大的相对弯曲半径。b.在弯曲区压制加强筋，提高零件的刚度，抑制回弹。3.3 3.3 弯曲件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施(2)(2)提高材料塑

16、性提高材料塑性提高材料塑性提高材料塑性(3)(3)提高变形程度提高变形程度提高变形程度提高变形程度(4)(4)提高校正力提高校正力提高校正力提高校正力 3.3 3.3 弯曲件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施(5)(5)补偿法补偿法补偿法补偿法按回弹值修正凸模的角度和半径，使工件回弹得到补偿 (6)(6)采用软凹模采用软凹模采用软凹模采用软凹模 3.3 3.3 弯曲件质量的工艺措施弯曲件质量的工艺措施(7)(7)改变变形区应力状态改变变形区应力状态改变变形区应力状态改变变形区应力状态拉弯法：使弯曲变形的内、外区都产生拉应力而减少回弹，可得到精确的弯边高度。3.4 3.4 弯曲模工作部分的设计弯

17、曲模工作部分的设计1.1.1.1.圆角半径圆角半径圆角半径圆角半径(1)(1)凸模圆角半径凸模圆角半径凸模圆角半径凸模圆角半径 a.当工件的相对弯曲半径较小时，凸模圆角半径取等于工件的弯曲半径，但不能小于最小弯曲半径值。b.当 时，精度要求较高时，必须考虑回弹的影响，根据回弹值的大小对凸模圆角半径进行修正。c.当工件的相对弯曲小于最小相对弯曲半径，应取凸模圆角半径 ，增加一道整形工序，整形模的凸模圆角半径 。第四节第四节 弯曲模工作部分的设计弯曲模工作部分的设计 3.4 3.4 弯曲模工作部分的设计弯曲模工作部分的设计(2)(2)凹模圆角半径凹模圆角半径凹模圆角半径凹模圆角半径a.U形凹模 m

18、m，；mm，；mm，。b.V形凹模 或者开退刀槽。3.4 3.4 弯曲模工作部分的设计弯曲模工作部分的设计2.2.2.2.凹模深度凹模深度凹模深度凹模深度 若过小则弯曲件两端自由部分太长，回弹大，不平直；深度过大则凹模增高，多耗模具材料并需要较大的压力机工作行程。3.3.3.3.凸、凹模单边间隙凸、凹模单边间隙凸、凹模单边间隙凸、凹模单边间隙C C(1)V(1)V形件形件形件形件 间隙C由压力机闭合高度控制(2)U(2)U形件形件形件形件 间隙过大则回弹大，间隙过小会加大弯曲力，擦伤工件并降低模具寿命。3.4 3.4 弯曲模工作部分的设计弯曲模工作部分的设计4.U4.U4.U4.U形弯曲模宽度

19、形弯曲模宽度形弯曲模宽度形弯曲模宽度(1)U(1)U形件弯曲凸、凹模横向尺寸的计算原则形件弯曲凸、凹模横向尺寸的计算原则形件弯曲凸、凹模横向尺寸的计算原则形件弯曲凸、凹模横向尺寸的计算原则 a.凸、凹模配做加工；b.工件标注外形尺寸时，以凹模为基准件，间隙取在凸模上；c.工件标注内形尺寸时，以凸模为基准件，间隙取在凹模上；d.考虑模具的磨损补偿；e.“入体原则”标注。(2)(2)凸、凹模制造公差凸、凹模制造公差凸、凹模制造公差凸、凹模制造公差 、按照IT6IT9级精度确定。3.4 3.4 弯曲模工作部分的设计弯曲模工作部分的设计(3)(3)标注尺寸在外侧标注尺寸在外侧标注尺寸在外侧标注尺寸在外侧 标注尺寸(“入体”原则)在外侧时，应以凹模为基准：凸模尺寸按照凹模配做，保证单边间隙C：3.4 3.4 弯曲模工作部分的设计弯曲模工作部分的设计(4)(4)标注尺寸在内侧标注尺寸在内侧标注尺寸在内侧标注尺寸在内侧 标注尺寸(“入体”原则)在内侧时，应以凸模为基准：凹模尺寸按照凸模配做，保证单边间隙C：