《冷沖壓工藝與模具設計》模塊三U形件彎曲模

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1、本模塊內(nèi)容本模塊內(nèi)容 彎曲是冷沖壓基本基本工序之一。本模塊以U形件彎曲工藝和彎曲模結(jié)構(gòu)設計為學習任務，包含的彎曲工序基本知識有：彎曲變形過程及彎曲件質(zhì)量影響因素，彎曲工藝計算、工藝方案制定和彎曲模設計。涉及彎曲變形過程分析、彎曲半徑及最小彎曲半徑影響因素、彎曲卸載后的回彈及影響因素、減少回彈的措施、坯料尺寸計算、工藝性分析與工藝方案確定、彎曲模典型結(jié)構(gòu)、彎曲模工作零件設計等。本本模塊模塊重點重點1彎曲變形規(guī)律及彎曲件質(zhì)量影響因素；2彎曲工藝計算方法；3彎曲工藝性分析與工藝方案制定；4彎曲模典型結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設計；5彎曲工藝與彎曲模設計的方法和步驟。難點難點1彎曲變形規(guī)律及彎曲件質(zhì)量影響因素；2影響

2、回彈的因素與減少回彈的措施；3彎曲工藝計算；4彎曲模典型結(jié)構(gòu)與彎曲模工作零件設計。彎曲：彎曲：將板料、型材、管材或棒料等按設計要求彎成一定的角度和一定的曲率，形成所需形狀零件零件的沖壓工序。彎曲方法彎曲方法：彎曲方法可分為在壓力機上利用模具進行的壓彎以及在專用彎曲設備上進行的折彎、滾彎、拉彎等。彎曲模彎曲模：彎曲所使用的模具。1模柄;2圓柱銷;3凸模;4凹模;5定位銷;6下模座;7螺釘;8彈簧;9頂桿;10擋料銷 彎曲分類：彎曲分類：自由彎曲和校正彎曲。校正彎曲過程校正彎曲過程1.彎曲變形主要發(fā)生在彎曲帶中心角范圍內(nèi)，中心角以外基本不變形。2.坯料在長、寬、厚三個方向都發(fā)生了變形。彎曲前后網(wǎng)格

3、變化彎曲前后網(wǎng)格變化彎曲角與彎曲帶中心角彎曲角與彎曲帶中心角彎曲變形區(qū)的橫截面變化彎曲變形區(qū)的橫截面變化 應力狀態(tài)寬板（B/t3）窄板（B/t3）長度方向1：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉厚度方向2：內(nèi)外均受壓應力寬度方向3：內(nèi)外側(cè)壓力均為零長度方向1：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉厚度方向2：內(nèi)外均受壓應力寬度方向3：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉兩向應力三向應力應變狀態(tài)寬板（B/t3）窄板（B/t3）長度方向1：內(nèi)區(qū)壓應變，外區(qū)拉應變厚度方向2：內(nèi)區(qū)拉應變，外區(qū)壓應變寬度方向3：內(nèi)區(qū)拉應變，外區(qū)壓應變長度方向1：內(nèi)區(qū)壓應變，外區(qū)拉應變厚度方向2：內(nèi)區(qū)拉應變，外區(qū)壓應變寬度方向3：內(nèi)外區(qū)近似為零三向應變兩向應變1.1.彎曲變形

4、程度彎曲變形程度 ：常用板料的相對彎曲半徑r/t來表示板料彎曲變形程度的大小。2.2.最小彎曲半徑：最小彎曲半徑：通常將不致使材料彎曲時發(fā)生開裂的最小彎曲半徑的極限值，稱為該材料的最小彎曲半徑。1.1.最小相對彎曲半徑最小相對彎曲半徑r rminmin/t/t2.最小彎曲半徑影響因素最小彎曲半徑影響因素 （）材料的力學性能；（2）彎曲方向；（3）彎曲件角度；（4）板料的熱處理狀態(tài)；（5）板料的邊緣以及表面狀態(tài):（6）板寬的影響。3 3最小彎曲半徑最小彎曲半徑r rminmin的數(shù)值的數(shù)值參見表3-14.4.防止彎裂的措施防止彎裂的措施 不宜采用最小彎曲半徑。當零件的彎曲半徑小于表3-1所列數(shù)值

5、時，為了提高極限彎曲變形程度，防止彎裂，常采用的措施有退火、加熱彎曲、消除沖裁毛刺、兩次彎曲 （先加大彎曲半徑，退火后再按工件要求小彎曲半徑彎曲）、校正彎曲以及對較厚的材料開槽后彎曲。塑性彎曲時伴隨有彈性變形，當外載荷去除后，塑性變形保留下來，而彈性變形會完全消失，使彎曲件的形狀和尺寸發(fā)生變化而與模具尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫回彈回彈。1.回彈現(xiàn)象回彈現(xiàn)象2.2.彎曲回彈的表現(xiàn)形式彎曲回彈的表現(xiàn)形式()曲率減小()彎曲中心角減小()材料的力學性能3.影響回彈的因素影響回彈的因素ES/越大，回彈越大。材料的力學性能對回彈值的影響1、3退火軟鋼；2-軟錳黃銅；4-經(jīng)冷變形硬化的軟鋼3.影響回彈的因素（

6、續(xù)）影響回彈的因素（續(xù)）()相對彎曲半徑tr/越大，回彈越大。tr/變形程度對彈性恢復值的影響()彎曲中心角 越大，變形區(qū)的長度越長，回彈積累值也越大，故回彈角越大。()彎曲方式及彎曲模 在無底凹模內(nèi)作自由彎曲時回彈最大。在有底凹模內(nèi)作校正彎曲時，回彈較小。校正彎曲校正彎曲圓角部分的回彈比自由彎曲時大為減小。校正彎曲時圓角部分的較小正回彈與直邊部分負回彈的抵銷，回彈可能出現(xiàn)正正、零零或是負負三種情況。（5）在彎曲U形件時，凸、凹模之間的間隙對回彈有較大的影響。間隙越大，回彈角也就越大。3.影響回彈的因素（續(xù)）影響回彈的因素（續(xù)）(6)工件的形狀 一般而言，彎曲件越復雜，一次彎曲成形角的數(shù)量越多

7、，回彈量就越小。方法方法:先根據(jù)經(jīng)驗數(shù)值和簡單的計算來初步初步確定模具工作部分尺寸，然后在試模時進行修正修正。(1)大變形程度（5）自由彎曲時的回彈值 tr/卸載后彎曲件圓角半徑的變化是很小的，可以不予考慮，而僅考慮彎曲中心角的回彈變化。彎曲中心角為90時部分材料的平均回彈角見表3-3。當彎曲件彎曲中心角不為90時，其回彈角可用下式計算：9090 校正彎曲的回彈可用試驗所得的公式（見表3-3）計算，符號如右圖所示。V形件校正彎曲的回彈(2)校正彎曲時的回彈值(3)小變形程度（10）自由彎曲時的回彈值 tr/凸模工作部分的圓角半徑和角度可按下式進行計算：TTsTrrEtrrr31【例3-1】回彈

8、值計算示例 圖3-20(b)為根據(jù)回彈值確定的凸模工作部分尺寸。（1）改進彎曲件的結(jié)構(gòu)設計盡量避免選用過大的避免選用過大的r/tr/t。如有可能，在彎曲區(qū)壓制加強筋加強筋，以提高零件的剛度，抑制回彈。Es/盡量選用小、力學性能穩(wěn)定和板料厚度波動小的材料。（2）從工藝上采取措施采用校正彎曲校正彎曲代替自由彎曲;采用拉彎工藝拉彎工藝。（3）從模具結(jié)構(gòu)上采取措施 對于較硬材料，可根據(jù)回彈值對模具工作部分的形狀和尺寸進行修正修正。對于軟材料，其回彈角小于5時，可在模具上作出補償角補償角并取較小的較小的凸、凹模間隙凸、凹模間隙（圖3-24）。對于厚度在0.8mm以上的軟材料，r/t又不大時，可采取如圖3

9、-25所示結(jié)構(gòu)。對于U形件彎曲，當r/t較小時,可采取增加背壓背壓的方法(如圖3-25(b)；當r/t較大時，可采取將凸模端面和頂板表面作成一定曲率的弧形弧形（如圖3-26(a)）；另一種克服回彈的有效方法：采用擺動式凹模擺動式凹模，而凸模側(cè)壁應有補償回彈角（圖3-26（b）。當材料厚度負偏差較大時，可設計成凸、凹模間間隙可調(diào)隙可調(diào)的彎曲模（圖3-26（c）。1.1.偏移現(xiàn)象偏移現(xiàn)象2.2.消除偏移的措施消除偏移的措施 對稱彎曲對稱彎曲彎曲后的翹曲彎曲后的翹曲 型材、管材彎曲后的剖面畸變型材、管材彎曲后的剖面畸變 彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性:指彎曲件的形狀、尺寸、精度、材料以及技術(shù)要

10、求等是否符合彎曲加工的工藝要求。尺寸公差按GB/T13914-92，角度公差按GB/T13915-92，形狀和位置未注公差按GB/T13916-92，未注公差尺寸的極限偏差按GB/T5055-94。對于彎曲件的精度要求要合理。彎曲件長度的未注公差尺寸的極限偏差和彎曲件角度的自由公差也可以按表3-4和表3-5確定。一一 彎曲件的精度彎曲件的精度具有足夠的塑性，屈強比（bs/Es/tr/min 脆較大的材料，則最小相對彎曲半徑 大，回彈大，不利于成形。屈服點與彈性模量的比值（則有利于彎曲成形和工件質(zhì)量的提高。)小，)小，彎曲件的彎曲半徑不宜小于最小彎曲半徑，否則，要多次彎曲，增加工序數(shù)；也不宜過大

11、，因為過大時，受到回彈的影響，彎曲角度與彎曲半徑的精度都不易保證。一般要求彎曲件形狀對稱，彎曲半徑左右一致，則彎曲時坯料受力平衡而無滑動。彎曲件的直邊高度不宜過小，其值應為 hr+2t 在局部彎曲某一段邊緣時，為避免彎曲根部撕裂，應減小不彎曲部分的長度B，使其退出彎曲線之外，即br（如上頁圖(a)），或在彎曲部分與不彎曲部分之間切槽，或在彎曲前沖出工藝孔。tl tl2當t0.50.5t t的彎曲件的彎曲件)(1801802121xtrllllLz 按中性層展開的原理，坯料總長度應等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和，即 2.2.圓角半徑圓角半徑r r0.50.5t t的彎曲件的彎曲件 按變形前

12、后體積不變體積不變條件確定坯料長度。通常采用表3-7所列經(jīng)驗公式計算。3.3.鉸鏈式彎曲件鉸鏈式彎曲件 對于（0.63.5）的鉸鏈件（右圖），其坯料長度可按下式近似計算。txrlrtxrlLz117.47.5)(5.1例例3-2 3-2 計算下圖所示彎曲件的坯料展開長度。計算下圖所示彎曲件的坯料展開長度。V形件彎曲力一一 自由彎曲時的彎曲力自由彎曲時的彎曲力U形件彎曲力trKBtFb26.0自trKBtFb27.0自 自由彎曲在沖壓行程結(jié)束時的彎曲力；彎曲件的寬度；彎曲材料的厚度；彎曲件的內(nèi)彎曲半徑；自Fb式中：材料的抗拉強度；安全系數(shù)，一般取1.3。式中：二二 校正彎曲時的彎曲力校正彎曲時的

13、彎曲力ApF校校F 校正彎曲應力；A校正部分投影面積；P單位面積校正力，其值見表3-9。三三 頂件力或壓料力頂件力或壓料力 若彎曲模設有頂件裝置或壓料裝置，其頂件力DFYF（或壓料力)可近似取自由彎曲力的3080。即自FFD)8.03.0(對于有壓料的自由彎曲四四 壓力機公稱壓力的確定壓力機公稱壓力的確定對于校正彎曲）（自壓機YFFF)3.12.1(校壓機FF)3.12.1(形狀簡單的彎曲件：采用一次彎曲成形；形狀復雜的彎曲件：采用二次或多次彎曲成形。批量大而尺寸較小的彎曲件：盡可能采用級進模或復合模。需多次彎曲時：先彎兩端，后彎中間部分，前次彎曲應考慮后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響前

14、次已成形的形狀。彎曲件形狀不對稱時：盡量成對彎曲，然后再剖切。一一 彎曲件的工序安排原則彎曲件的工序安排原則一次彎曲一次彎曲二次彎曲二次彎曲第一次彎曲第二次彎曲二二 典型彎曲件的工序安排典型彎曲件的工序安排二二 典型彎曲件的工序安排（續(xù)）典型彎曲件的工序安排（續(xù)）三次彎曲三次彎曲第一次彎曲第二次彎曲第三次彎曲二二 典型彎曲件的工序安排（續(xù)）典型彎曲件的工序安排（續(xù)）四次彎曲四次彎曲第一次彎曲第二次彎曲第三次彎曲第四次彎曲采用級進模彎曲1.1.V V形件彎曲模形件彎曲模形彎曲模的一般結(jié)構(gòu)形式形彎曲模的一般結(jié)構(gòu)形式1凸模;2定位板;3凹模;4定位尖;5頂桿;6形頂板;7頂板;8定料銷;9反側(cè)壓塊1

15、-凸模;2支架;3定位板（或定位銷）;4活動凹模;5轉(zhuǎn)軸;6支承板;7頂桿U形件彎曲模一一 單工序彎曲模（續(xù)）單工序彎曲模（續(xù)）彎曲角小于90的U形彎曲模 形件一次彎曲模兩次成形彎曲模 形件復合彎曲模帶擺塊的形件彎曲模Z形件彎曲模形件彎曲模U U形件彎曲模形件彎曲模1凸模;2凹模;3彈簧;4凸?；顒予倝K;5、9凹?；顒予倝K;6定位銷;7轉(zhuǎn)軸;8頂板 彎曲角小于彎曲角小于9090的的U U形彎曲模形彎曲模 形件一次彎曲模形件一次彎曲模兩次成形彎曲模兩次成形彎曲模1凸模;2定位板;3凹模;4頂板;5下模座 形件復合彎曲模形件復合彎曲模1凸凹模;2凹模;3活動凸模;4頂桿帶擺塊的帶擺塊的形件彎曲模形

16、件彎曲模1凹模;2活動凸模;3擺塊;4墊板;5推板 Z Z形件彎曲模形件彎曲模一一 單工序彎曲模（續(xù)）單工序彎曲模（續(xù)）圓形件彎曲模（1）直徑d5mm的小圓形件（2）直徑d20mm的大圓形件帶擺動凹模的一次彎曲成形模 兩道工序彎曲大圓三道工序彎曲大圓1凸模;2壓板;3芯棒;4坯料;5凹模;6滑塊;7側(cè)楔;8活動凹模 三道工序彎曲大圓三道工序彎曲大圓1凸模;2凹模;3定位板 1支撐;2凸模;3擺動凹模;4頂板;5上模座;6芯棒;7反側(cè)壓塊;8下模座 一一 單工序彎曲模（續(xù)）單工序彎曲模（續(xù)）鉸鏈件彎曲模其他形狀彎曲件的彎曲模滾軸式彎曲模滾軸式彎曲模 帶擺動凸模彎曲模帶擺動凸模彎曲模 帶擺動凹模的

17、彎曲模帶擺動凹模的彎曲模卷圓的原理：通常是采用推圓法推圓法 鉸鏈件彎曲工序安排鉸鏈件彎曲工序安排 鉸鏈件彎曲模鉸鏈件彎曲模 1斜楔;2凹模;3凸模;4彈簧 1凸模;2定位板;3凹模;4滾軸;5擋板 1擺動凸模;2壓料裝置;3凹模 1凸模;2定位板;3擺動凹模 對于批量大批量大、尺寸較小尺寸較小的彎曲件，為了提高生產(chǎn)率，操作安全，保證產(chǎn)品質(zhì)量等，可以采用級進彎曲模級進彎曲模進行多工位的沖裁、壓彎、切斷連續(xù)工藝成形。連續(xù)工藝成形 1擋塊;2頂件銷;3凸凹模;4沖孔凸模;5沖孔凹模;6彎曲凸模 對于尺寸不大尺寸不大的彎曲件，可以采取復合模復合模，即在壓力機一次行程內(nèi)，在模具同一位置上完成落料、彎曲、

18、沖孔等幾種不同工序。對于小批生產(chǎn)小批生產(chǎn)或試制試制生產(chǎn)的零件，一般采用通用彎曲模。圖3-70是經(jīng)多次V形彎曲制造復雜零件的例子。圖3-71是折彎機上用的彎曲模端面形狀。圖3-72為通用V形彎曲模。彎曲模工作部分的尺寸 當工件的相對彎曲半徑/較小時，凸模圓角半徑TrTr加以修正。取等于工件的彎曲半徑，但不應小于表3-1所列的最小彎曲半徑值rmin。當/10時，則應考慮回彈，將凸模圓角半徑凹模兩邊的圓角半徑應一致一致，否則在彎曲時坯料會發(fā)生偏移。t2 mm時，ArArArAr)(8.06.0(trrTA（36）24 時，（23）4 時，2V形彎曲凹模的底部可開退刀槽或取圓角半徑 V V形件彎曲模形

19、件彎曲模：表3-10U U形件彎曲模形件彎曲模：表3-11及表3-12 V形彎曲模的凸、凹模間隙是靠調(diào)整壓機的閉合高度來控制的，設計時可以不考慮。U形件彎曲模的凸、凹模單邊間隙一般可按下式計算：CttCttZmax2/式中,C為間隙系數(shù)，可查表3-13。當工件精度要求較高時，其間隙應適當縮小，取Z/2t。決定原則決定原則：工件標注外形尺寸時，應以凹模為基準件，間隙取在凸模上。工件標注內(nèi)形尺寸時，應以凸模為基準件，間隙取在凹模上。（2）尺寸標注在外形上()尺寸標注在外形上ALLA0max75.00)(TZLLAT0min)75.0(TLLTAZLLTA0)(凹模尺寸凸模尺寸凸模尺寸凹模尺寸式中，

20、,TA為凸、凹模的制造公差，可采用79級精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一級。1.1.斜楔、滑塊之間的行程關(guān)系斜楔、滑塊之間的行程關(guān)系2.2.斜楔滑塊的斜楔滑塊的尺寸尺寸設計設計 斜楔角一般取40，為了增大滑塊行程s，也可取45、50等。一般要求斜楔的有效行程s1應大于滑塊的行程s。斜楔、滑塊尺寸關(guān)系圖斜楔、滑塊尺寸關(guān)系圖 3.斜楔、滑塊的結(jié)構(gòu)斜楔、滑塊的結(jié)構(gòu) 1斜楔;2擋塊;3鍵;4、5防磨板;6導銷;7彈簧;8、9鑲塊;10滑塊 U U形彎曲件零件圖形彎曲件零件圖 1沖壓工藝方案確定基本工序：落料、沖孔、彎曲。沖壓方案：1）全部采用單工序；2）落料、沖孔復合，彎曲單工序；3）采用級進模沖

21、壓生產(chǎn)。比較：零件批量小，采用級進模沖壓，模具成本高，對模具制造要求高。方案一需要三副模具，成本增加，生產(chǎn)效率不高。結(jié)論：采用方案二比較合理。2.零件彎曲工藝分析 零件材料為Q235，適合于彎曲沖壓。另外零件形狀簡單，尺寸公差、彎曲圓角半徑、彎曲角度公差均為未注公差，精度要求不高，可以不考慮半徑和角度的回彈，因此適合彎曲。3.零件展開尺寸計算L0=L直+L彎=160mm零件展開圖4.彎曲力計算：F校=AP=173680N139kN 5.壓力機選?。嚎紤]因素：彎曲力、閉合高度、安裝尺寸6.工作部分尺寸：（1）凹模圓角；（2）凹模深度；（3）凸、凹模間隙；（4）凹模寬度:7.主要零件圖凸模及凹模8.模架選取9.模具結(jié)構(gòu) 凹模凸模1模柄;2上模座;3凸模;4打料桿;5凹模;6下模座;7 頂桿;8頂板;9定位銷;10定位銷