冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)之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(shè)計(jì)為學(xué)習(xí)任務(wù)，包含的彎曲工序基本知識(shí)有：彎曲變形過(guò)程及彎曲件質(zhì)量影響因素，彎曲工藝計(jì)算、工藝方案制定和彎曲模設(shè)計(jì)。涉及彎曲變形過(guò)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(jì)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(shè)計(jì)等。本模塊重點(diǎn)本模塊重點(diǎn)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(jì)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(shè)計(jì)；5彎曲工藝與彎曲模設(shè)計(jì)的方法和步驟。難點(diǎn)難點(diǎn)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(jì)算；4彎曲模典型結(jié)構(gòu)與彎曲模工作零件設(shè)計(jì)。彎曲：彎曲：將板料、型材、管材或棒料等按設(shè)計(jì)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(jī)上利用模具進(jìn)行的壓彎以及在專用彎曲設(shè)備上進(jìn)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(guò)程校正彎曲過(guò)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(zhǎng)、寬、厚三個(gè)方向都發(fā)生了變形。彎曲前后網(wǎng)

3、格變化彎曲前后網(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(yīng)力狀態(tài)寬板（B/t3）窄板（B/t3）長(zhǎng)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(yīng)力寬度方向3：內(nèi)外側(cè)壓力均為零長(zhǎng)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(yīng)力寬度方向3：內(nèi)區(qū)受壓，外區(qū)受拉兩向應(yīng)力三向應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)寬板（B/t3）窄板（B/t3）長(zhǎng)度方向1：內(nèi)區(qū)壓應(yīng)變，外區(qū)拉應(yīng)變厚度方向2：內(nèi)區(qū)拉應(yīng)變，外區(qū)壓應(yīng)變寬度方向3：內(nèi)區(qū)拉應(yīng)變，外區(qū)壓應(yīng)變長(zhǎng)度方向1：內(nèi)區(qū)壓應(yīng)變，外區(qū)拉應(yīng)變厚度方向2：內(nèi)區(qū)拉應(yīng)變，外區(qū)壓應(yīng)變寬度方向3：內(nèi)外區(qū)近似為零三向應(yīng)變兩向應(yīng)變1.1.彎曲變

4、形程度彎曲變形程度 ：常用板料的相對(duì)彎曲半徑r/t來(lái)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(shí)發(fā)生開(kāi)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(duì)彎曲半徑最小相對(duì)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(xué)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(jiàn)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(dāng)零件的彎曲半徑小于表3-1所列數(shù)

5、值時(shí)，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(duì)較厚的材料開(kāi)槽后彎曲。塑性彎曲時(shí)伴隨有彈性變形，當(dāng)外載荷去除后，塑性變形保留下來(lái)，而彈性變形會(huì)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(xué)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(xué)性能對(duì)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(duì)彎曲半徑tr/越大，回彈越大。tr/變形程度對(duì)彈性恢復(fù)值的影響()彎曲中心角 越大，變形區(qū)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，回彈積累值也越大，故回彈角越大。()彎曲方式及彎曲模 在無(wú)底凹模內(nèi)作自由彎曲時(shí)回彈最大。在有底凹模內(nèi)作校正彎曲時(shí)，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(shí)大為減小。校正彎曲時(shí)圓角部分的較小正回彈與直邊部分負(fù)回彈的抵銷，回彈可能出現(xiàn)正正、零零或是負(fù)負(fù)三種情況。（5）在彎曲U形件時(shí)，凸、凹模之間的間隙對(duì)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(fù)雜，一次彎曲成形角的數(shù)量越

7、多，回彈量就越小。方法方法:先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值和簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)初步初步確定模具工作部分尺寸，然后在試模時(shí)進(jìn)行修正修正。(1)大變形程度（5）自由彎曲時(shí)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(shí)部分材料的平均回彈角見(jiàn)表3-3。當(dāng)彎曲件彎曲中心角不為90時(shí)，其回彈角可用下式計(jì)算：9090 校正彎曲的回彈可用試驗(yàn)所得的公式（見(jiàn)表3-3）計(jì)算，符號(hào)如右圖所示。V形件校正彎曲的回彈(2)校正彎曲時(shí)的回彈值(3)小變形程度（10）自由彎曲時(shí)的回彈值 tr/凸模工作部分的圓角半徑和角度可按下式進(jìn)行計(jì)算：TTsTrrEtrrr31【例3-1】回

8、彈值計(jì)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(jìn)彎曲件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量避免選用過(guò)大的避免選用過(guò)大的r/tr/t。如有可能，在彎曲區(qū)壓制加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋，以提高零件的剛度，抑制回彈。Es/盡量選用小、力學(xué)性能穩(wěn)定和板料厚度波動(dòng)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?yán)瓘澒に?。?）從模具結(jié)構(gòu)上采取措施 對(duì)于較硬材料，可根據(jù)回彈值對(duì)模具工作部分的形狀和尺寸進(jìn)行修正修正。對(duì)于軟材料，其回彈角小于5時(shí)，可在模具上作出補(bǔ)償角補(bǔ)償角并取較小的較小的凸、凹模間隙凸、凹模間隙（圖3-24）。對(duì)于厚度在0.8mm以上的軟材料，r/t又不大時(shí)，可采取如圖

9、3-25所示結(jié)構(gòu)。對(duì)于U形件彎曲，當(dāng)r/t較小時(shí),可采取增加背壓背壓的方法(如圖3-25(b)；當(dāng)r/t較大時(shí)，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(dòng)式凹模擺動(dòng)式凹模，而凸模側(cè)壁應(yīng)有補(bǔ)償回彈角（圖3-26（b）。當(dāng)材料厚度負(fù)偏差較大時(shí)，可設(shè)計(jì)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(duì)稱彎曲對(duì)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)

10、要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(duì)于彎曲件的精度要求要合理。彎曲件長(zhǎng)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(qiáng)比（bs/Es/tr/min 脆較大的材料，則最小相對(duì)彎曲半徑 大，回彈大，不利于成形。屈服點(diǎn)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(guò)

11、大，因?yàn)檫^(guò)大時(shí)，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(duì)稱，彎曲半徑左右一致，則彎曲時(shí)坯料受力平衡而無(wú)滑動(dòng)。彎曲件的直邊高度不宜過(guò)小，其值應(yīng)為 hr+2t 在局部彎曲某一段邊緣時(shí)，為避免彎曲根部撕裂，應(yīng)減小不彎曲部分的長(zhǎng)度B，使其退出彎曲線之外，即br（如上頁(yè)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(dāng)t0.50.5t t的彎曲件的彎曲件)(1801802121xtrllllLz 按中性層展開(kāi)的原理，坯料總長(zhǎng)度應(yīng)等于彎曲件直線部分和圓弧部分長(zhǎng)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

12、前后體積不變體積不變條件確定坯料長(zhǎng)度。通常采用表3-7所列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。3.3.鉸鏈?zhǔn)綇澢q鏈?zhǔn)綇澢?對(duì)于（0.63.5）的鉸鏈件（右圖），其坯料長(zhǎng)度可按下式近似計(jì)算。txrlrtxrlLz117.47.5)(5.1例例3-2 3-2 計(jì)算下圖所示彎曲件的坯料展開(kāi)長(zhǎng)度。計(jì)算下圖所示彎曲件的坯料展開(kāi)長(zhǎng)度。V形件彎曲力一一 自由彎曲時(shí)的彎曲力自由彎曲時(shí)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(shí)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(qiáng)度；安全系數(shù)，一般取1.3。式中：二二 校正彎曲時(shí)的彎曲力校正彎曲時(shí)

13、的彎曲力ApF校校F 校正彎曲應(yīng)力；A校正部分投影面積；P單位面積校正力，其值見(jiàn)表3-9。三三 頂件力或壓料力頂件力或壓料力 若彎曲模設(shè)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(duì)于有壓料的自由彎曲四四 壓力機(jī)公稱壓力的確定壓力機(jī)公稱壓力的確定對(duì)于校正彎曲）（自壓機(jī)YFFF)3.12.1(校壓機(jī)FF)3.12.1(形狀簡(jiǎn)單的彎曲件：采用一次彎曲成形；形狀復(fù)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(jí)進(jìn)模或復(fù)合模。需多次彎曲時(shí)：先彎兩端，后彎中間部分，前次彎曲應(yīng)考慮后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響

14、前次已成形的形狀。彎曲件形狀不對(duì)稱時(shí)：盡量成對(duì)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(jí)進(jìn)模彎曲1.V1.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(dòng)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(fù)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?dòng)鑲塊;5、9凹?；顒?dòng)鑲塊;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(fù)合彎曲模形件復(fù)合彎曲模1凸凹模;2凹模;3活動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)凸模彎曲模帶擺動(dòng)凸模彎曲模 帶擺動(dòng)凹模的

17、彎曲模帶擺動(dòng)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(dòng)凸模;2壓料裝置;3凹模 1凸模;2定位板;3擺動(dòng)凹模 對(duì)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(jí)進(jìn)彎曲模級(jí)進(jìn)彎曲模進(jìn)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(duì)于尺寸不大尺寸不大的彎曲件，可以采取復(fù)合模復(fù)合模，即在壓力機(jī)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(duì)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(fù)雜零件的例子。圖3-71是折彎?rùn)C(jī)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(dāng)工件的相對(duì)彎曲半徑/較小時(shí)，凸模圓角半徑TrTr加以修正。取等于工件的彎曲半徑，但不應(yīng)小于表3-1所列的最小彎曲半徑值rmin。當(dāng)/10時(shí)，則應(yīng)考慮回彈，將凸模圓角半徑凹模兩邊的圓角半徑應(yīng)一致一致，否則在彎曲時(shí)坯料會(huì)發(fā)生偏移。t2 mm時(shí)，ArArArAr)(8.06.0(trrTA（36）24 時(shí)，（23）4 時(shí)，2V形彎曲凹模的底部可開(kāi)退刀槽或取圓角半徑 V V形件彎曲模：

19、形件彎曲模：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(jī)的閉合高度來(lái)控制的，設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)算：CttCttZmax2/式中,C為間隙系數(shù)，可查表3-13。當(dāng)工件精度要求較高時(shí)，其間隙應(yīng)適當(dāng)縮小，取Z/2t。決定原則決定原則：工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，間隙取在凸模上。工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上。（2）尺寸標(biāo)注在外形上()尺寸標(biāo)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

20、中，,TA為凸、凹模的制造公差，可采用79級(jí)精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一級(jí)。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(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 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(yīng)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(dǎo)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(fù)合，彎曲單工序；3）采用級(jí)進(jìn)

21、模沖壓生產(chǎn)。比較：零件批量小，采用級(jí)進(jìn)模沖壓，模具成本高，對(duì)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(jiǎn)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(kāi)尺寸計(jì)算L0=L直+L彎=160mm零件展開(kāi)圖4.彎曲力計(jì)算：F校=AP=173680N139kN 5.壓力機(jī)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