第3章彎曲工藝與彎曲模彎曲變形過程分析

3.1彎曲變形程度及其表示法

3.2彎曲件的工藝性分析3.3彎曲件卸載后的回彈3.4彎曲件坯料尺寸的計算3.5彎曲工藝與模具設計實訓3.10彎曲模的典型結構

3.7彎曲模工作部分的尺寸設計3.8彎曲工藝中常見問題及解決措施3.9彎曲力的計算3.63.1彎曲變形過程分析3.1.1彎曲變形過程

V形工件的彎曲是最基本的彎曲變形，其彎曲過程如圖3－2所示。板料的彎曲變形過程是圍繞著彎曲圓角區域展開的，該區域為彎曲主要變形區。當彎曲圓角半徑減小到一定值時，板料的內外表面首先開始出現塑性變形，并逐漸向板料內部擴展。當凸模、板料和凹模三者完全壓緊，板料的彎曲內側半徑和彎曲力臂達到最小時，彎曲過程結束。3.1.2彎曲變形的特點1．彎曲變形區主要在彎曲件的圓角部分。2.彎曲變形區的中性層長度保持不變。3.彎曲變形區材料厚度變薄。4.彎曲變形區內橫斷面的形狀變化3.2彎曲變形程度及其表示法3.2.1最小彎曲半徑

對于厚度一定的板料，彎曲半徑越小，板料外表面變形程度越大，當彎曲半徑減小到一定值以后，板料外表面變形將超過最大許可變形程度而產生彎曲裂紋。在保證板料外層不產生裂紋的前提下，所能達到的工件內表面最小圓角半徑，稱為最小彎曲半徑rmin

。生產中用它來表示材料彎曲時的變形程度極限。最小彎曲半徑rmin的數值參見表3－1。3.2.2影響最小彎曲半徑的因素

1.材料的力學性能2.彎曲中心角3.材料表面和剪切斷面的質量4.彎曲線的方向3.2.3提高彎曲極限變形程度的方法

1.對于塑性較低的材料，可以采用加熱彎曲。2.經過冷作硬化的材料，可以采用退火等熱處理方法恢復其塑性，再進行彎曲。3．采取兩次彎曲的工藝方法，即第一次采用較大的彎曲半徑，然后退火；第二次再彎曲至工件要求的半徑尺寸。這樣就使變形區域擴大，減小了外層材料的伸長率。4．對于厚度較大的板料，如結構允許，可以采取預先沿彎角變形區開槽，然后再進行彎曲的方法，如圖3－6所示。3.3彎曲件的工藝性分析彎曲件的精度受坯料定位、偏移、翹曲和回彈等因素的影響，彎曲的工序數目越多，精度也越低。一般彎曲加工，彎曲件的角度偏差見表3－2，彎曲件的尺寸公差見表3－3。3.3.1彎曲件的精度

彎曲件的材料如果具有足夠的塑性，并且屈服強度σs小，彈性模量E大、力學性能穩定，則有利于彎曲成形和工件質量的提高。例如軟鋼、軟黃銅和鋁等材料的彎曲成形性能好。而脆性較大的材料，如磷青銅、鈹青銅、彈簧等，則不利于彎曲成形。3.3.2彎曲件的材料1.彎曲件的形狀2.彎曲件的直邊高度3.彎曲件的孔邊距離4.彎曲件上增添工藝孔和工藝槽5.彎曲件上增添連接帶和定位工藝孔3.3.3彎曲件的結構工藝性

3.4彎曲件卸載后的回彈3.4.1回彈現象及表現形式

1.回彈現象彎曲變形與所有塑性變形一樣，伴隨有彈性變形，當外載荷去除后，彎曲過程中的塑性變形保留下來，而彈性變形會完全消失，使彎曲件的形狀和尺寸發生變化而與模具尺寸不一致，這種現象稱為回彈，如圖3－14所示：。

2．彎曲回彈的表現形式(1)彎曲半徑增大(２)彎曲角增大當相對彎曲半徑r/t≥10時，彎曲變形程度小，卸載后彎曲件的角度和圓角半徑變化都較大。在此情況下，用公式（3.3）和（3.4）計算。回彈補償時凸模工作部分的圓角半徑和角度，如圖3－15所示。3.4.2回彈值的確定1．大圓角半徑自由彎曲時的回彈值

當相對彎曲半徑r/t＜5時，彎曲變形程度大，卸載后彎曲件的圓角半徑變化是很小的，可以不予考慮，而僅考慮彎曲中心角的回彈變化。當V形件彎曲中心角為90°時，部分材料的平均回彈角如表3－41所示。當彎曲件彎曲中心角不為90°時，其回彈角可用公式（3.5）計算。2．小圓角半徑自由彎曲時的回彈值

V形件校正彎曲的回彈如圖3－16所示。回彈量一般用彎曲角的增大量△β表示，可用試驗所得的公式計算，公式如表3－5所示。3．校正彎曲時的回彈值1.改進彎曲件的設計（1）在工件的彎曲變形區壓制出加強筋，以提高工件的剛度，減少回彈，如圖3－17所示。（2）設計出有利于彎曲變形的工件形狀，盡量避免選用過大的相對彎曲半徑r/t。（3）選擇適合的彎曲件材料，盡量選用屈服強度σs小，彈性模量E大、力學性能穩定和板料厚度波動小的材料。3.4.3減少回彈值的措施2.采取適當的彎曲工藝（1）采用校正彎曲代替自由彎曲。（2）對冷作硬化的材料，應先退火，使其屈服點σs降低。對回彈較大的材料，必要時可采用加熱彎曲。（3）采用拉彎工藝３.合理設計彎曲模3.5彎曲件坯料尺寸的計算3.5.1彎曲中性層位置的確定

由于中性層的長度在彎曲變形前后長度不變，所以中性層的長度就是所要求的彎曲件坯料展開尺寸的長度。當彎曲變形程度很小時，可以認為中性層位于板料厚度的中心。當彎曲變形程度較大時，彎曲變形區的厚度變薄，中性層的位置將向內側移動。中性層位置以曲率半徑ρ表示，如圖3－24所示。通常按照下面經驗公式確定：ρ＝r＋xt當圓角半徑r＞0.5t時，彎曲件的變薄不嚴重，根據中性層在彎曲變形前后長度不變的原則，坯料的總長度等于彎曲件直線部分長度與彎曲部分中性層展開長度的總和，如圖3－25（a）所示。L＝∑li＋∑（ri

＋xit）3.5.2彎曲件坯料尺寸的計算

1．圓角半徑r＞0.5t的彎曲件當彎曲中心角為90°時，如圖3－25（b）所示，單角彎曲的毛坯展開長度的計算公式為：L＝l1＋l2＋（r＋xt）

當圓角半徑r＜0.5t時，由于彎曲變形時不僅工件的圓角變形區產生嚴重變薄，而且與其相鄰的直邊部分也產生變薄，所以應按變形區在彎曲變形前后體積不變原則確定坯料長度。通常采用經驗公式進行計算，經驗公式如表3－7所列。2．圓角半徑r＜0.5t的彎曲件3.6彎曲力的計算3.6.1自由彎曲時的彎曲力

自由彎曲如圖3－26所示。V形件彎曲力：F自＝U形件彎曲力：F自＝

校正彎曲如圖3－27所示。校正彎曲力：F校＝Ap

3.6.2校正彎曲時的彎曲力如果彎曲模中設計有頂件裝置或壓料裝置，還必須計算頂件力FD或壓料力FY，一般它們都近似取為自由彎曲力的30％～80％，即

FD＝（0.3～0.8）F自

FY＝（0.3～0.8）F自

3.6.3頂件力或壓料力3.7彎曲模的典型結構3.7.1彎曲模及其分類

彎曲模的結構與沖裁模相似，分為上、下兩部分，由工作零件（凸模、凹模）、定位零件、卸料裝置及導向件、緊固件等組成。彎曲模一般分為彎曲模可分為單工序彎曲模、連續彎曲模、復合彎曲模和自動彎曲模。單工序彎曲模一般用于大型制件和批量不大的中小型件。而小件的大量生產則趨向于采用高效率的一次成形復合模、連續模或多工位自動彎曲模。圖3－30所示為V形件的精彎模，兩塊活動凹模4通過轉軸5鉸接，定位板3（或定位銷）固定在活動凹模上。彎曲前頂桿7將轉軸頂到最高位置，使兩塊活動凹模成一平面。彎曲開始時，凸模先壓住坯料，然后繼續下降，迫使活動凹模繞轉軸向內擺動，并由支承板6支撐著外側向下滑動，板料被壓成V形。凸模上行時，頂桿頂著活動凹模返回。在彎曲過程中坯料始終與活動凹模和定位板接觸，以防止彎曲過程中坯料的偏移。這種結構特別適用于沒有足夠支承面、狹長的、坯料不易放平穩的零件。3.7.2V形件彎曲模的典型結構

圖3－31所示為U形件彎曲模的結構。該模具采用導柱導套導向，并設置了頂料裝置7和頂板8，在彎曲過程中頂板始終壓住工件。同時利用半產品坯料上的兩個φ10mm孔，設置了定位銷9。能有效防止工件在彎曲過程中產生滑動偏移。四個定位銷10的作用是實現工件的外形定位。卸料桿4的作用是將彎曲成形后的工件從凸模上卸下。3.7.3U形件彎曲模的典型結構圖3－35所示為Z形件彎曲模的結構。該模具有兩個凸模進行順序彎曲。定位銷2和頂板1能有效防止坯料的偏移。反側壓塊3的作用是克服上、下模之間水平方向的錯移力，同時也為頂板導向，防止其竄動。在沖壓前活動凸模10在橡皮8的作用下與凸模4端面平齊。沖壓時活動凸模與頂板1將坯料壓緊，由于橡皮8產生的彈壓力大于頂板1下方緩沖器所產生的彈頂力，推動頂板下移使坯料左端彎曲。當頂板接觸下模座11后，橡皮8壓縮，則凸模4相對于活動凸模10下移將坯料右端彎曲成形。當壓塊7與上模座6相碰時，整個工件得到校正。3.7.4Z形件彎曲模的典型結構3.7.5圓形件彎曲模的典型結構

1.直徑d≤5mm的小圓形件一般方法是先彎成U形，再將U形彎成圓形。模具結構如圖3－36所示。

2.直徑d≥20mm的大圓形件一般方法是先將毛坯彎成波浪形，然后再彎成圓形。模具結構如圖3－381所示。

3.直徑d為10～40mm，材料厚度約為1mm的圓形件可以采用帶擺動凹模的彎曲模一次彎曲成形，模具結構如圖3－39所示。3.8彎曲模工作部分的尺寸設計3.8.1凸模圓角半徑

當工件的相對彎曲半徑r/t較小時，一般取凸模圓角半徑

等于工件的圓角半徑，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑rmin。如果因為工件結構需要，出現工件的圓角半徑小于最小彎曲半徑rmin時，也應取凸模圓角半徑

rT＞rmin，然后增加一道整形工序，使整形模的

凸模圓角半徑等于工件的圓角半徑。

當工件的相對彎曲半徑r/t＞10時，則必須考慮回彈的影響，應根據回彈值的大小對凸模圓角半徑

rT進行修正。

凹模圓角半徑對彎曲力的大小和彎曲件的質量均有影響，凹模圓角半徑過小，坯料進入凹模的阻力加大，工件表面會產生擦傷甚至壓痕，同時也會影響模具壽命。凹模圓角半徑過大，則影響坯料定位的準確性。凹模兩邊的圓角半徑應一致，否則在彎曲過程中坯料會產生偏移。生產中凹模圓角半徑

rA通常根據工件材料厚度選取。

3.8.2凹模圓角半徑

對于V形彎曲件，彎曲凹模的深度l0及底部最小厚度h如圖3－40（a）所示，其值可以查表3－9。對于U形彎曲件，如果彎邊高度不大或要求兩邊平直時，則彎曲凹模深度應大于零件的高度，如圖3－40（b）所示，圖中h0值可以查表3－10。如果彎邊高度較大，而平直度要求不高時，則彎曲凹模深度可以小于零件的高度，如圖3－40（c）所示，凹模深度l0值可以查表3－11。

3.8.3凹模深度

V形件彎曲模的凸、凹模之間的間隙是靠調整壓機的閉合高度來控制的，設計和制造模具時可以不考慮。

U形件彎曲模，凸、凹模之間必須選擇合適的間隙。間隙對彎曲力的大小和彎曲件的質量有很大影響。間隙過小，彎曲力增大，會使工件彎邊厚度變薄，降低凹模使用壽命。間隙過大，則彎曲件回彈增大，降低工件的精度。U形件彎曲模的凸、凹模之間的單邊間隙一般可按下式計算：

Z/2＝tmax＋ct＝t＋△＋ct3.8.4凸、凹模間隙

如圖3－41（a）、（b）所示。模具制造時應以凹模為基準件，間隙取在凸模上。彎曲件為雙向對稱偏差時，凹模尺寸為：

LA＝（L－0.25△）彎曲件為單向偏差時，凹模尺寸為：

LA＝（L－0.75△）凸模尺寸為：

LT＝（LA－2Z）3.8.5凸模與凹模橫向尺寸及公差

1．標注外形尺寸的彎曲件

如圖3－41（c）、（d）所示。模具制造時應以凸模為基準件，間隙取在凹模上。彎曲件為雙向對稱偏差時，凸模尺寸為：

LT＝（L＋0.25△）彎曲件為單向偏差時，凸模尺寸為：

LT＝（L＋0.75△）凹模尺寸為：

LA＝（LT＋2Z）2．標注內形尺寸的彎曲件3.9彎曲變形過程分析3.9.1彎曲件的工序安排（１）對于形狀簡單的彎曲件，如V形、U形、Z形工件等，可以一次彎曲成形。對于形狀復雜的彎曲件，一般需要采用兩次或多次彎曲成形。（２）對于批量大而尺寸較小的彎曲件，為了使操作方便、定位準確和提高生產率，可以采用多工序的沖裁、彎曲、切斷等連續工序成形。1．彎曲件的工序安排原則

（３）當彎曲件幾何形狀不對稱時，為了防止彎曲時坯料偏移，可以采用成對彎曲成形，彎曲后再切成兩個工件，如圖3－42所示。（4）如果工件需要多次彎曲，應合理安排彎曲次序，一般是先彎兩端，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次彎曲已成形的形狀。圖3－43所示為一次彎曲成形的示例，圖3－44所示為兩次彎曲成形的示例，圖3－45所示為三次彎曲成形的示例，可供制訂彎曲件工藝程序時參考。2．典型彎曲件的工序安排

（１）不對稱工件彎曲時，由于毛坯兩邊與凹模邊緣的接觸寬度不等，造成摩擦力不相等，使毛坯向寬度寬的一邊滑移，如圖３－7所示。（２）彎曲件兩邊的折彎個數不一樣，如圖３－46所示，折彎個數多的一邊摩擦阻力大，毛坯向折彎個數多的方向滑移。3.9.2彎曲件的偏移1．彎曲件偏移的原因（３）在Ｖ形件彎曲中，如果凹模不是中心對稱，角度小的一邊的凹模邊緣離凸模頂端的距離較近，作用在凹模邊緣的正壓力較大，所以摩擦力也較大，造成毛坯向凹模角度小的一邊滑移，見圖３－47。（４）凹模兩邊的圓角半徑不等，圓角半徑小的摩擦力大，圓角半徑大的摩擦力小，造成毛坯向圓角半徑小的方向滑移。（５）凹模兩邊的間隙和潤滑情況不一致時，毛坯向間隙小、潤滑情況差的方向滑移。（1）彎曲模盡可能采用對稱的凹模，凹模兩邊的圓角半徑相等，凸模和凹模間隙均勻。Ｖ形件彎曲時避免凹模左右角度不相等。（2）采用裝有定位銷的彎曲模，見圖３－48，它是利用彎曲件底部的孔，套在背壓頂板上的定位銷中，這樣彎曲時毛坯便不能移動，從而防止了滑移。（3）采用有背壓彈頂裝置的彎曲模，見圖３－49。2．防止滑移的措施

3.10彎曲工藝與模具設計實訓

零件名稱：U形彎曲件生產批量：小批量材料：10鋼厚度：6mm零件簡圖：如圖3-50所示