1、第三章第三章 弯曲弯曲弯曲是将板料、棒料、管料或型材等弯成一定形状和角度的工件的成型方法。弯曲件的形状很多，如V形件、U形件、Z形件以及其他形状的工件。弯曲可以利用模具在压力机上进行，也可在其他专用设备(如折弯机、滚弯机、拉弯机、弯管机)上进行。本章主要介绍板料在压力机上用模具弯曲的工艺及模具设计。第一节第一节 弯曲弯曲变形的特点变形的特点一、变形过程分析一、变形过程分析(一)变形过程板料的V形弯曲和U形弯曲是最基本的弯曲变形。板料在V形模内的弯曲过程如图3-1所示。(二)弯曲变形特点为研究弯曲变形的特点，可先在板料侧壁上画上坐标网格，然后进行弯曲。观察变形后的网格及横断面的变化，如图3-2所
2、示，可以发现弯曲变形有如下特点：1)工件分成了直边和圆角两部分，圆角部分是变形区。其中圆角部分的内半径为r，中心角为。圆角部分的正方形网格变成了扇形，远离圆角的直边部分网格没有变化，而靠近圆角的直边网格有少许的变化。2)在圆角变形区内，变形不均匀。弯曲前aa=bb,弯曲后aabb，说明板料内缘的切向纤维受压而缩短，外缘的切向纤维受拉而伸长。由内、外表面至板料中心，其缩短和伸长的程度逐渐变小。从外层的伸长过渡到内层的压缩，由于材料的连续性，其间必有一层纤维，它的长度在弯曲前后保持不变，称为应变中性层。3)当相对弯曲半径r/t较小时，厚度变薄和长度增加较大。弯曲变形区，内区受压，外区受拉，拉区使板
3、料减薄，压区使板料增厚，中性层内移，拉区扩大，压区减小，使板料的减薄大于增厚，从而使整个板料出现变薄现象。r/t越小，变薄现象越严重。二、弯曲半径二、弯曲半径(一)最小弯曲半径r/t称为相对弯曲半径，生产中常用r/t表示弯曲变形程度的大小。r/t值越小，板料最外层纤维的伸长变形程度越大，当r/t小到一定值后，最外层纤维的伸长变形将超过材料的最大许可变形而产生裂纹。防止外层纤维拉裂的极限弯曲半径，称为最小相对弯曲半径，用rmin/t来表示。(二)影响最小弯曲半径的因素1.材料的力学性能材料的塑性越好，塑性指标如伸长率、断面收缩率等越高。便可采用较小的rmin/t。2.板料的表面和侧面质量板料的表
4、面有划伤、裂纹或侧面(剪切面)有毛刺、裂口及冷作硬化等缺陷时，弯曲中容易开裂，使材料过早地破坏，不可采用较小的rmin/t。3.板料的纤维方向图3-3纤维方向对rmin/t的影响轧制板材具有方向性，顺着纤维方向的塑性指标高于垂直于纤维方向的指标。图3-3如图3-3所示，当工件的弯曲线与板料的纤维方向垂直时，可具有最小的弯曲半径。若弯曲线与板料的纤维方向平行时，其最小弯曲半径最大。故在弯制r/t较小的工件时，其排样应使弯曲线尽可能垂直于板料的纤维方向。如工件有两个互相垂直的弯曲线，且r/t很小时，应在排样时使两个弯曲线与板料的纤维方向成45夹角。4.工件的弯曲角弯曲变形集中在圆角部分，直边基本不
5、参与变形。但由于板料纤维之间的互相牵制，靠近圆角的直边材料也参与了弯曲变形。弯曲角越小，直边部分参与变形的分散效应越显著，最小弯曲半径rmin/t也越小。90时，弯曲角的影响很小。(三)相对最小弯曲半径的确定表3-1为多次试验获得的相对最小弯曲半径rmin/t值。本表用于板厚小于10mm，弯曲角大于90，剪切断面良好的情况。表3-1最小弯曲半径rmin/t第二节第二节 弯曲卸载后的回弹弯曲卸载后的回弹一、弯曲回弹现象及原因一、弯曲回弹现象及原因在外力作用下，板料产生的总变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。当外力去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形则会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模
6、具不一致，这种现象称为回弹。回弹的结果表现为弯曲件半径和角度的变化，如图3-4所示。通过研究回弹，可以预先掌握弯曲件的回弹趋向，初定回弹量的大小，以减少模具在试模调整阶段的工作量，保证弯曲件的质量。二、弯曲件回弹值的确定二、弯曲件回弹值的确定影响回弹的因素很多，生产中，按回弹量来制造的模具需要经过多次调试和修磨，才能使回弹量控制在许可的范围内。此外，还可以采用一些工艺措施用以减小回弹。(一)小变形程度(r/t10)自由弯曲时，回弹值的确定当r/t10时，卸载后弯曲件的回弹较大，凸模工作部分的圆角半径和角度可按下式计算式中rT 凸模工作部分的圆角半径；r弯曲件的圆角半径；T凸模圆角部分中心角；弯
7、曲件圆角部分中心角；S弯曲件材料的屈服点；E弯曲件材料的弹性模量；t弯曲件材料厚度。(二)大变形程度(r/t5)自由弯曲时，回弹值的确定当r/t5时，卸载后弯曲件圆角半径的变化很小，可以不予考虑。对于弯曲中心角为90的V形件自由弯曲时，回弹角可查表3-2。当弯曲中心角不为90时，其回弹角可按下式换算(三)校正弯曲时回弹值的确定V形件校正弯曲时，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。V形件校正弯曲时的回弹量经验公式见表3-3。三、克服回弹的方法三、克服回弹的方法(一)在弯曲件结构设计上采取措施1)在弯曲件变形区压制加强肋。这样回弹将受到牵制，可以减少弯曲后的回弹，
8、提高工件的刚度。2)尽量选用s/E小、力学性能稳定的材料进行弯曲，以减小回弹。3)在满足最小许用弯曲半径的条件下，尽量使r/t在12范围内，根据实践，此时回弹角最小。(二)在工艺上采取措施1)用校正弯曲代替自由弯曲。这是生产上常用的、行之有效的弯曲方法。2)对冷作硬化的材料，弯曲前先退火，使其屈服极限降低，可减小回弹。对回弹较大的材料，可采用加热弯曲。3)采用拉弯工艺。拉弯主要用于长度和曲率半径都比较大的工件。(三)在模具结构上采取措施1)补偿法。这是一种较简单有效的办法，在生产中广泛应用。对于较硬的材料如45钢、50钢、Q275、H62(硬)等，可根据回弹趋势和回弹值修正模具工作部分的形状和
9、尺寸，使工件的回弹量得到补偿。对于软材料如Q215、Q235、10钢、20钢、H62(软)等其回弹角小于5时，可采用在模具上作出补偿角，并取凸、凹模小间隙的方法，如图3-5所示。2)对于板厚t0.8mm的软材料，当弯曲半径不大时，可将凸模做成局部突起的形状，如图3-6所示，使压力集中在变形区，以进行校形，减小回弹。3)对于r/t较大的U形件，在不影响使用的条件下，可将凸模端面和顶板表面作成弧形，如图3-7所示，使底部产生的负回弹和角部产生的正回弹互相补偿。第三节第三节 弯曲件的工艺性分弯曲件的工艺性分析析一、弯曲件的结构一、弯曲件的结构1.弯曲半径为防止弯裂，弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半
10、径，也不宜过大，过大时由于受到回弹的影响，不易保证精度。2.弯曲件的形状弯曲件的形状应尽量对称，以避免弯曲时毛坯受力不平衡而发生偏移。如果形状不对称或弯曲时毛坯易发生移动，应考虑增加定位工艺孔。3.孔边距离当弯曲件带孔时，为防止孔变形，孔边缘到弯曲半径 r的距离L不能太小，应满足：当t2mm时，Lt；当t2mm时，L2t。若不能满足上式，可在弯曲线上冲工艺孔或切槽，如图3-8a所示。如对工件孔的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。4.直边高度弯曲件的直边高度不宜过小，其值一般应大于2t。如果直边高度小于2t时，可在弯曲部位压槽后再弯曲。也可适当增加直边高度，弯曲后再将多余部分切掉，如图3-8b所示
11、。5.防止弯曲根部裂纹当局部弯曲某一段边缘时，为防止尖角处应力集中而开裂，应开工艺槽、增添工艺孔，如图3-9所示。6.增添连接带和定位工艺孔弯曲边缘有缺口的工件，为避免缺口部分变形分叉，应在缺口处留出连接带，待弯曲后切去。弯曲形状复杂或需多次弯曲的工件，为使毛坯在模具内准确定位，最好预先增添定位工艺孔，如图3-10所示。二、制定弯曲工序的原则二、制定弯曲工序的原则安排弯曲件的工序应考虑工件形状、精度等级、生产批量以及材料的力学性能等因素。合理的工序安排可以减少工序数目、简化模具结构，并且可以提高工件质量和劳动生产率。1)对于形状简单的弯曲件，如V形件、U形件、Z形件等，可用一次弯曲成形。对于形
12、状复杂的弯曲件，一般需要二次或多次弯曲成形。图3-11需三道工序弯曲成形的弯曲件2)需要多次弯曲时，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部分。图3-11所示为需三道工序弯曲成形的弯曲件。3)当弯曲件形状不对称时，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。4)对于批量大而尺寸较小的弯曲件，为使操作方便、定位准确和提高生产率，应尽可能采用级进模或复合模。第四节第四节 弯曲件展开长度及弯曲力的计算弯曲件展开长度及弯曲力的计算一、弯曲件展开长度的计算一、弯曲件展开长度的计算弯曲件的展开长度是指其平板毛坯的长度。根据弯曲件的
13、形状和尺寸的不同，可采用不同的近似计算方法。由于板料弯曲时应变中性层的长度是不变的，所以可根据变形后应变中性层的长度来确定弯曲件的毛坯长度，即弯曲件的展开长度。(一)有一定角度要求的弯曲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的总和，如图3-12所示式中LZ坯料展开总长度；弯曲中心角；x0中性层位移系数，见表3-4。(二)卷圆弯曲图3-13所示工件，在r=(0.63.5)t时，通常采用推圆的方法成形，板料增厚，中性层外移，其坯料长度可按下式近似计算二、弯曲力的计算二、弯曲力的计算弯曲力是拟订板料弯曲加工工艺和选择压力机的重要依据之一。由于弯曲力受材料性能、工件形状与尺寸
14、、弯曲方式、模具结构等多种因素的影响，因此，在生产中常采用经验公式来估算弯曲力。所给出的弯曲力均为弯曲过程中可能出现的最大弯曲力，以便于选择压力机。(一)自由弯曲力V形件最大自由弯曲力(二)校正弯曲力对U形件和V形件校正弯曲时，均按下式近似计算三、顶件力或压料力三、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FD或压料力FY可选取自由弯曲力的30%80%，即四、压力机公称压力的确定四、压力机公称压力的确定对于有压料的自由弯曲F压机=F自+FY对于校正弯曲，由于校正弯曲力比自由弯曲力大得多，而在弯曲过程中两者不是同时存在，且校正力的数值比压料力或顶件力大得多，因此，按校正力选择压力机的
15、压力就可以了。第五节第五节 弯曲模的典型结构弯曲模的典型结构一、弯曲模的典型结构分析一、弯曲模的典型结构分析下面主要根据弯曲件的不同结构来分析几类弯曲模具。(一)V形件弯曲模(1)V形件弯曲模如图3-14所示，凸模3装在标准槽形模柄1上，并用两个销钉2定位，组成上模。槽形模柄一侧的销孔扩大0.5mm，便于打入销钉。毛坯由定位板4定位，并沿定位面加工出让位槽，便于放入毛坯。由顶杆6和弹簧7组成顶件装置，工作时起压料作用，可防止毛坯横向移位，回程时又可将工件从凹模5内顶出。弯曲模一般不需要模架，调整模具时，下模先不要固定死，在凹模与凸模之间放上厚度与工件板厚相同的板料，用凸模镦压几次，上下模便可对
16、正。(2)V形件折板式弯曲模如图3-15所示，其主要特点是凹模4由两块平板构成，中间以铰链5连接，铰链的心轴可沿支架2的长槽上下滑动。在下模板上安装通用弹顶器(图中未画出)，可为顶杆7提供压力。不工作时，由两个顶杆将两块凹模板顶起，成为一个平面，这时支架起限位作用。在凹模板对角处设置两个定位板3，由落料模制备的工序件可放入定位板槽内进行外形定位。工作时，在凸模1压力作用下，两凹模板将绕铰链心轴翻转，铰链心轴沿支架槽下滑，这时支架又起导向作用。凹模板两端由支承板6限位，当凹模板下滑并被下模板抵住时，便形成V形凹模要求的形状。随着凹模板的翻转，工件两侧不断被弯曲，并逐渐贴紧凸模，完成弯曲加工。(二
17、)U形件弯曲模(1)U形件弯曲模如图3-16所示，常用的U形件弯曲模，其主要特点是在凹模5内设置一反顶板3。反顶力来自装在下模座6底部的通用弹顶装置，弯曲时始终能对工件底部施加较大的反顶压力，因此工件底部能保持平整。反顶板上装有定位销钉2，可利用工件上的工艺孔对毛坯进行定位，即使U形件两直边高度不同，也能保证弯边的高度尺寸。凸模1对应的定位销钉处需钻定位孔。毛坯由定位板4定位，因有定位销对毛坯定位，定位板在毛坯长度方向可不作精确定位。如果要进行校正弯曲，反顶板可作为凹模底来用。在回程时，反顶板又能将工件从凹模内顶出。(2)闭角U形件弯曲模如图3-17所示，是弯曲角小于90的U形弯曲模。压弯时凸
18、模1首先将坯料弯曲成U形，当凸模继续下压时，两侧转动的凹模镶件5使坯料最后压弯成弯曲角小于90的U形件。凸模上升，拉簧6使转动凹模镶件复位，工件则由垂直于图纸方向，从凸模上卸下。(三)L形弯曲模对于两直边不相等的单角弯曲件，如果采用一般V形弯曲模弯曲，两直边的长度不容易保证。如果先弯成U形件，再剖分为两件，又要增加一副切断模。这时，可采用图3-18所示的L形弯曲模，其中，图a适于两直边长度相差不大时采用，图b适于两直边长度相差较大时采用。(四)四角形弯曲模四角形件的高度、弯曲半径及尺寸精度要求不高时，应采取不同的弯曲方法。(1)两次弯曲复合的四角形件弯曲模如图3-19所示，凸凹模下行，先使坯料
19、通过凹模压弯成U形，凸凹模继续下行与活动凸模作用，最后压弯成四角形。这种结构需要凹模下腔空间较大，以方便工件侧边的转动。由于单边弯曲，弯曲时毛坯容易移位，必须在工件上设置工艺孔，利用定位销4进行定位。由于单边弯曲，凸模1将伴随有较大侧向力，需设置反侧压块2，以平衡侧向力，而且(2)四角形件的一次弯曲模如图3-20所示，模具采用了阶梯凸模，因此能一次弯成四角形件。但在弯曲过程中，由于直边受到凸模阶梯的阻碍而被连续弯曲，弯曲线不断上移，使弯曲后容易产生较大的回弹，从而使直边不直，上口尺寸偏大。但当工件高度较小时，上述影响不大。若工件尺寸精度要求不高，可以采用这种一次弯成的模具。图3-21四角形件的
20、两次弯曲模(3)四角形件的两次弯曲模对于高度H(1215)t的四角形件，特别是弯曲半径r较小、尺寸精度较高时，一般应分两次弯成。首次采用图3-21a所示的模具先弯曲外角，弯成一个U形工序件。第二次采用图3-21b所示的模具再弯曲内角，完成四角形件的弯曲。(五)圆筒形件弯曲模一段通心的圆筒形件应尽量采用标准规格的管材用切断方法获得，不仅质量有保证，而且加工费很低。只有当标准管材的尺寸规格或材质不能满足要求时，才采用板料弯曲成形。1.小直径圆筒形件弯曲模具 当圆筒形件的直径小于10mm、板料厚度小于1mm时，可采用如图 3-22所示的模具结构，分两次弯成。先将毛坯弯成U形工序件，如图a所示，再将工
21、序件倒扣在弯圆模的下凹模上，当上凹模与下凹模闭合时，如图b所示，就可将U形工序弯成圆筒，由于工件直径较小，因此弯圆时可以不加心轴。如果工件要求接缝处有宽度为b的开口，可在下凹模中间嵌入一个板条形嵌件，其厚度与开口宽度b相同，如图c所示。考虑到弯曲的回弹影响，U形工序件的圆弧半径应比圆筒形工件的半径小些，以便在U形工序件口部回弹变大的情况下也能放入弯圆模的下凹模内。同时也能防止弯曲后的工件直径不因为回弹而变大。2.大直径圆筒形件弯曲模具图3-23 所示的模具，由于采用了摆动式凹模3，可一次弯成圆筒形件。工作时，凸模2将毛坯压入凹模内，先弯成U形过渡件。凸模继续下行，将迫使摆动凹模绕轴旋转，使U形
22、过渡件弯成圆筒。此时工件随凸模离开凹模，开模后将凸模抽出,工件便被退下。摆动凹模闭合时，将顶板9压下，通过顶杆8使装在下模座中间的通用弹顶器(图中未画出)受压缩。回程时，弹顶器将顶杆顶起，通过顶板使摆动凹模复位。采用这种摆动式凹模的弯曲模，一次可以弯成板料厚度为1mm左右、直径为10mm以上的圆筒形件，且可取得较好的效果，有较高的生产率。(六)铰链弯曲模标准的铰链或合页都是采用专用机床生产的，生产率很高，价格便宜，应尽量选用。如果需自制少量小型铰链，应尽量采用简单模具成形。如图3-24a所示，铰链的弯曲需两道工序。工序一将毛坯端头预弯，工序二将预弯件立于卷圆模槽内，当上、下凹模闭合时，便将一端
23、推卷成圆筒。采用这种立式卷圆模，直边高度不宜太高，以免推卷时发生失稳。如图3-24b所示为卧式卷圆模主要部分的结构简图，其主要特点是采用了斜楔滑块机构，可一次完成铰链形件的弯曲加工。工作时，平板毛坯由垫板6的台阶定位，并由压板5压住，压力由弹簧4提供。当上模下行时，斜楔1推动滑块2向右移动，同时将毛坯左端逐渐卷成圆筒。压板和滑块兼作卷圆凹模，在图中所示的闭合状态，完成卷圆加工。在回程时，滑块由弹簧3的压力复位。当斜楔的斜角为45时，在合模状态，压板沿垂直方向移动的距离应与滑块的行程相等。卷圆时斜楔将伴随有较大的侧向力，因此，板料厚度一般不宜大于1mm。(七)其他形状弯曲件的弯曲模对于其他形状弯
24、曲件，由于品种繁多，其工序安排和模具设计只能根据弯曲件的形状、尺寸、精度要求、材料的性能以及生产批量等来考虑，不可能有一个统一不变的弯曲方法。如图3-25a所示是带摆动凸模的弯曲模，图3-25b所示是带摆动凹模的弯曲模，可供设计模具时参考。图3-25其他形状弯曲件的弯曲模a)摆动凸模式弯曲模b)摆动凹模式弯曲模(八)级进弯曲模对于批量大、尺寸较小的弯曲件，如果采用单工序弯曲模加工，很不方便，也很不安全。如果采用级进弯曲模，将全部冲裁和弯曲工序安排在同一副模具上完成，就可以避免上如图3-27所示为冲孔、切断及弯曲两工位级进模具。工作过程如下：带料送进时，在第一工位由冲孔凸模 2与凹模1完成冲孔，
25、同时由兼作上剪刃的弯曲凹模3与连同下剪刃的凹模1将弯曲毛坯与带料切断分离。紧接着在第二工位由弯曲凸模6将弯曲毛坯压入凹模内，完成弯曲加工。在回程时，弯曲完的工件由推杆4从凹模内推出。挡块5除起挡料作用外，还起到平衡单边切断时所产生的侧向力的作用。为此挡块5应高出连同下剪刃的凹模1足够高度，使兼作上剪刃的弯曲凹模3在接触板料之前先靠住挡块5。一般弯曲模不需使用模架，该模具因有冲裁加工，故采用对角导柱模架。(九)复合模对于尺寸不大的弯曲件，还可以采用复合模，图3-28a、b所示是切断、弯曲复合模部分结构简图。二、弯曲模工作部分尺寸的确定二、弯曲模工作部分尺寸的确定弯曲模工作部分尺寸如图3-29所示
26、。(一)凸模圆角半径的确定当工件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模圆角半径rT取等于工件的弯曲半径，但不应小于表3-1所列的最小弯曲半径值。当r/t10时，则应考虑回弹，将凸模圆角半径rT按回弹值加以修正。(二)凹模圆角半径的确定凹模圆角半径rA不能过小，以免擦伤工件表面，影响冲模寿命。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。rA值通常根据材料厚度取为(三)凹模深度的确定凹模深度l0过小，则坯料两端未受压部分太多，工件回弹大且不平直，影响工件质量；凹模深度若过大，则浪费模具钢材料，且需有较大的工作行程的冲床。V形件弯曲模：凹模深度l0及底部最小厚度h值可查表3-7。但应保证凹模开口
27、宽度LA之值不能大于弯曲坯料展开长度的0.8倍。U形件弯曲模：对于弯边高度不大或要求两边平直的U形件，则凹模深度应大于工件的高度，如图3-29b所示，图中h0值见表3-8；对于弯边高度较大，而平直度要求不高的U形件，可采用图3-29c所示的凹模形式，凹模深度l0值见表3-9。(四)凸、凹模间隙的确定V形件弯曲模的凸、凹模间隙是靠调整压力机的装模高度来控制的，设计时可以不考虑。U形件弯曲模，应选择合适的间隙。间隙过小，会使工件弯边厚度变薄，降低凹模寿命，增大弯曲力；间隙过大，则回弹大，降低工件的精度。U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般可按下式计算当工件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取Zt。(五)U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差的确定决定U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差的原则是：工件标注外形尺寸时，如图3-30a、b所示，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；工件标注内形尺寸时，如图3-30c、d所示，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差则应根据工件的尺寸、公差、回弹情况以及模具磨损规律而定。图中为弯曲件横向的尺寸偏差。
