弯曲工艺设计.pptx

第5章 弯曲工艺设计教学内容弯曲是冲压基本工序。在分析弯曲变形过程及弯曲件质量影响因素的基础上，介绍弯曲工艺计算、工艺方案制定和弯曲模设计。涉及弯曲变形过程分析、弯曲半径及最小弯曲半径影响因素、弯曲卸载后的回弹及影响因素、减少回弹的措施、坯料尺寸计算、工艺性分析与工艺方案确定，初步了解弯曲模具结构。目的要求1了解弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素；2掌握弯曲工艺计算方法。3掌握弯曲工艺性分析与工艺设计方法；4 认识弯曲模典型结构及特点重点难点重点：重点：1 弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素；2 弯曲工艺计算方法；3 弯曲工艺性分析与工艺方案制定难点：难点：1弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素；2影响回弹的因素与减少回弹的措施；3弯曲工艺计算概述弯曲是将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯成一定的角度和一定的曲率，形成所需形状零件的冲压工序。它属于成形工序，是冲压基本工序之一，在冲压零件生产中应用较普遍。概述概述生活中的弯曲件概述弯曲方法：模具压弯折弯滚弯拉弯概述形形件件弯弯曲曲模模1下模板 2、5圆柱销 3弯曲凹模 4弯曲凸模 6模柄 7顶杆 8、9螺钉 10定位板概述概述用用模模具具成成形形弯弯曲曲件件一一概述用用模模具具成成形形弯弯曲曲件件二二概述相对于冲裁模具准确准确工艺计算难，模具动作复杂动作复杂、结构设计规律性不强规律性不强。5.1 弯曲工艺设计基础通过网格分析及应力、应变分析，可获得弯曲变形的变形特点 针对弯曲出现的质量缺陷采用相应的措施，以保证弯曲顺利进行1.弯曲变形过程V形弯曲是最基本的弯曲变形，任何复杂弯曲都可看成是由多个V形弯曲组成。1.弯曲变形过程弯弯曲曲过过程程自由弯曲校正弯曲弹性弯曲塑性弯曲弯曲效果：表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化（减小）。2.研究弯曲变形的特点 目的:找出破坏规律窄板（B/t3）：内区宽度增加，外区宽度减小，原矩形截面变成了扇形 宽板（B/t3）：横截面几乎不变，仍为矩形内区中性层外区2.研究弯曲变形的特点弯弯曲曲前前坐坐标标网网格格的的变变化化 2.研究弯曲变形的特点弯曲变形区的横截面变化情况弯曲变形区的横截面变化情况 窄板（B/t3）宽板（B/t3）2.研究弯曲变形的特点窄板弯曲后的断面变化窄板弯曲后的断面变化 2.研究弯曲变形的特点变形特点工件分成了直边和圆角部分 变形区圆角部分切向变形不均匀 方形扇形 外层伸长 内层收缩 中性层厚度变薄 变薄系数/减薄系数宽度方向变化 宽板和窄板长度增加 一般是宽板，宽度变化小细而长的板料弯曲后的纵向翘曲与窄板弯曲后的剖面畸变，管材、型材弯曲后的剖面畸变中性层的内移2.研究弯曲变形的特点翘曲2.研究弯曲变形的特点型材、管材弯曲后的剖面畸变型材、管材弯曲后的剖面畸变3.弯曲变形时的应力、应变状态分析应力状态 宽板（B/t3）窄板（B/t3）长度方向1：内区受压，外区受拉厚度方向2：内外均受压应力 宽度方向3：内外侧压力均为零长度方向1：内区受压，外区受拉厚度方向2：内外均受压应力 宽度方向3：内区受压，外区受拉两向应力三向应力3.弯曲变形时的应力、应变状态分析应变状态 宽板（B/t3）窄板（B/t3）长度方向1：内区压应变，外区拉应变厚度方向2：内区拉应变，外区压应变 宽度方向3：内区拉应变，外区压应变长度方向1：内区压应变，外区拉应变厚度方向2：内区拉应变，外区压应变 宽度方向3：内外区近似为零三向应变两向应变3.弯曲变形时的应力、应变状态分析应变状态：三个方向(1)长度(切向)：外伸，内缩(2)厚度(径向)：外薄，内厚(3)宽度方向分两种情况：1)窄板弯曲(b/t3)：外缩，内伸 2)宽板弯曲(b/t3)：外侧和内侧无应变 4.弯曲时的中性层4.弯曲时的中性层应力中性层：毛坯截面上的应力，在外层的拉应力过渡到内层的压应力时，发生突变或者应力不连续的纤维层微分平衡方程-外区于是塑性条件中性层4.弯曲时的中性层应变中性层：板料弯曲时，外层纤维受拉，内层纤维受压，在拉伸与压缩之间存在着一个既不伸长、也不压缩的纤维层5.1.2 弯曲质量分析变形变形程度质量问题：弯裂、回弹、偏移、翘曲、变形区厚度变薄和毛坯长度增加1.弯曲裂纹与最小相对弯曲半径板料弯曲时外层受拉应力超过材料强度极限时将出现弯曲裂纹（1）最小相对弯曲半径rmin/t相对弯曲半径相对弯曲半径（r/tr/t）：表示板料弯曲变形程度的大小1.弯曲裂纹与最小相对弯曲半径弹性弯曲条件或坯料弯曲变形区内切向应力的分布坯料弯曲变形区内切向应力的分布）弹性弯曲）弹塑性弯曲）纯塑性弯曲1.弯曲裂纹与最小相对弯曲半径最外层的断后伸长率最外层的断后伸长率弯曲半径越小，外层金属的相对伸长量越大。=1.弯曲裂纹与最小相对弯曲半径（2）影响最小相对弯曲半径的因素最小弯曲半径最小弯曲半径r rminmin：在板料不发生破坏的条件下，所能弯成零件内表面的最小圆角半径。常用最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径r rminmin/t/t表示弯曲时的成形极限。其值越小越有利于弯曲成形。材料的力学性能 塑性材料表面和侧面的质量弯曲线的方向弯曲中心角 板料的热处理状态厚度1.弯曲裂纹与最小相对弯曲半径（3）提高弯曲极限变形程度的方法经冷变形硬化的材料，可热处理后再弯曲。清除冲裁毛刺，或将有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘。对于低塑性的材料或厚料，可采用加热弯曲。采取两次弯曲的工艺方法，中间加一次退火。对较厚材料的弯曲，如结构允许，可采取开槽后弯曲。1.弯曲裂纹与最小相对弯曲半径2.弯曲回弹 当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致，这种现象叫回弹。由于弯曲时内、外区切向应力方向不一致，因而弹性回复方向也相反，即外区弹性缩短而内区弹性伸长，这种反向的弹性回复加剧了工件形状和尺寸的改变。与其它变形工序相比，弯曲过程的回弹现象是一个影响弯曲件精度的重要问题，弯曲工艺与弯曲模设计时应认真考虑。2.弯曲回弹 弯曲回弹的表现形式有两个方面曲率减小弯曲中心角减小2.弯曲回弹（1）影响回弹量的因素材料的力学性能 越大，回弹越大。材料的力学性能对回弹值的影响1、3退火软钢2-软锰黄铜4-经冷变形硬化的软钢 2.弯曲回弹 相对弯曲半径r/tr/t越大，回弹越大变形程度对弹性恢复值的影响 2.弯曲回弹 弯曲中心角越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大故回弹角越大2.弯曲回弹 弯曲方式及弯曲模 在无底凹模内作自由弯曲时，回弹最大。2.弯曲回弹 在有底凹模内作校正弯曲时，回弹较小。校正弯曲校正弯曲圆角部分的回弹比自由弯曲时大为减小。校正弯曲时圆角部分的较小正回弹与直边部分负回弹的抵销，回弹可能出现正正、零零或是负负三种情况。形件弯曲模1下模板 2、5圆柱销 3弯曲凹模 4弯曲凸模 6模柄 7顶杆 8、9螺钉10定位板 2.弯曲回弹 在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有较大的影响。间隙越大，回弹角也就越大间隙对回弹的影响 2.弯曲回弹 工件的形状一般而言，弯曲件越复杂，一次弯曲成形角的数量越多，回弹量就越小。2.弯曲回弹（2）回弹值的确定方法:先根据经验数值和简单的计算来初步初步确定模具工作部分尺寸，然后在试模时进行修正修正。2.弯曲回弹 小变形程度（r/t10）自由弯曲时的回弹值 凸模工作部分的圆角半径和角度可按下式进行计算：2.弯曲回弹 大变形程度（r/t5）自由弯曲时的回弹值卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的，可以不予考虑，而仅考虑弯曲中心角的回弹变化。弯曲中心角为90时部分材料的平均回弹角查表。当弯曲件弯曲中心角不为90时，其回弹角可用下式换算：2.弯曲回弹 校正弯曲时的回弹值校正弯曲的回弹可用试验所得的公式计算，也可直接查表。2.弯曲回弹 2.弯曲回弹（3）减少回弹的措施1）改进弯曲件的设计尽量避免选用过大的避免选用过大的r/tr/t。如有可能，在弯曲区压制加强筋加强筋，以提高零件的刚度，抑制回弹。尽量选用E/s小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料2.弯曲回弹 2）采取适当的弯曲工艺采用校正弯曲校正弯曲代替自由弯曲。对冷作硬化的材料须先退火退火，使其屈服点s降低。对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲加热弯曲。采用拉弯工艺。2.弯曲回弹 拉弯时断面内切向应变的分析2.弯曲回弹 3）合理设计弯曲模对于较硬材料，可根据回弹值对模具工作部分的形状和尺寸进行修正修正。对于软材料，其回弹角小于5时，可在模具上作出补偿角补偿角并取较小的较小的凸、凹模间隙凸、凹模间隙。2.弯曲回弹 对于厚度在0.8mm以上的软材料，r/t又不大时，可采取结构：2.弯曲回弹 对于U形件弯曲当r/t较小,可采取增加背压背压的方法（见上图b)当r/t较大，可采取将凸模端面和顶板表面作成一定曲率的弧形弧形采用摆动式凹模摆动式凹模当材料厚度负偏差较大时，可设计成凸、凹模间隙可调间隙可调的弯曲模2.弯曲回弹 在弯曲件直边端部纵向加压纵向加压用橡胶橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹3.弯曲偏移偏移：弯曲过程中板料毛坯在模具中发生移动的现象。结果：弯曲件两直边长度不符合图样要求3.弯曲偏移产生偏移的原因：（1）弯曲件坯料形状左右不对称，弯曲时坯料两边与凹模表面接触面积不相等，导致坯料滑进凹模时两边的摩擦力不等，使毛坯向接触面积大的一边移动。（2）坯料定位不稳，压力效果不理想。（3）模具结构左右不对称。（4）模具间隙两边不相同、润滑不一致。3.弯曲偏移（1）可靠的压料：用弹性压料装置，保证毛坯一直处在压紧状态，防止坯料滑移。3.弯曲偏移（2）可靠的定位：销钉（3）转为对称4.板料横截面的畸变和翘曲变形窄板 畸变 工艺切口宽板 翘曲 预设与翘曲方向相反管材 校正 填料5.变形区变薄和弯曲长度增加多次试验 获得准确尺寸一般先设计弯曲模，通过试验得到准确的毛坯尺寸，再设计落料模。5.2 工艺性分析弯曲件的工艺性是指弯曲零件的形状、尺寸、精度、材料以及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。具有良好工艺性的弯曲件，能简化弯曲的工艺过程及模具结构，提高工件的质量。5.2.1 弯曲件的精度一般弯曲件的经济公差等级在IT13IT13级以下级以下，角度公差大于15。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。5.2 工艺性分析5.2.2 弯曲件的材料如果弯曲件的材料具有足够的塑性，屈强比（s/b）小，屈服点与弹性模量的比值（s/E）小，则有利于弯曲成形和工件质量的提高。如软钢、黄铜和铝等材料的弯曲成形性能好。脆较大的材料，如磷青铜、铍青铜、弹簧等，则最小相对弯曲半径 大，回弹大，不利于成形。5.2 工艺性分析5.2.3 弯曲件的结构弯曲半径 弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则，要多次弯曲，增加工序数；也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度与弯曲半径的精度都不易保证。5.2 工艺性分析5.2.3 弯曲件的结构2弯曲件的形状 一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯料受力平衡而无滑动。5.2 工艺性分析5.2.3 弯曲件的结构弯曲件直边高度弯曲件的直边高度不宜过小，其值应为 hr+2t5.2 工艺性分析5.2.3 弯曲件的结构4防止弯曲根部裂纹的工件结构在局部弯曲某一段边缘时，为避免弯曲根部撕裂，应减小不弯曲部分的长度B，使其退出弯曲线之外，即br（上页图a），或在弯曲部分与不弯曲部分之间切槽，或在弯曲前冲出工艺孔。5.2 工艺性分析5.2.3 弯曲件的结构5弯曲件孔边距离5.2 工艺性分析5.2.3 弯曲件的结构6增添连接带和定位工艺孔增添连接带和定位工艺孔的弯曲件 5.2 工艺性分析5.2.3 弯曲件的结构7尺寸标注 尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。5.3 弯曲工艺计算 在工艺分析基础上对毛坯尺寸、弯曲力进行计算 选取合理的设备 确定正确的刃口尺寸 5.3.1 弯曲件展开长度的确定 一、弯曲中性层位置的确定据中性层的定义，弯曲件的坯料长度应等于中性层的展开长度坯料长度应等于中性层的展开长度。中性层位置以曲率半径曲率半径表示通常用下面经验公式确定：5.3.1 弯曲件展开长度的确定 对于形状比较简单、尺寸精度要求不高的弯曲件，可直接采用下面介绍的方法计算坯料长度。对于形状比较复杂或精度要求高的弯曲件，在利用下述公式初步计算坯料长度后，还需反复试弯试弯不断修正修正，才能最后确定坯料的形状及尺寸。二、弯曲件坯料尺寸的计算5.3.1 弯曲件展开长度的确定 1.圆角半径r0.5t的弯曲件 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之和，即 5.3.1 弯曲件展开长度的确定 2.圆角半径r0.5t的弯曲件由于弯曲变形时不仅制件的圆角变形区产生严重变薄，而且与其相邻的直边部分也产生变薄，故按变形前后体积不变体积不变条件确定坯料长度。5.3.1 弯曲件展开长度的确定 3.铰链式弯曲件 对于（0.63.5）的铰链件坯料长度5.3.1 弯曲件展开长度的确定 实例 计算下图所示弯曲件的坯料展开长度。5.3.1 弯曲件展开长度的确定 5.3.2 弯曲力计算1.自由弯曲力计算自由弯曲力计算 V形自由弯曲力为形自由弯曲力为 U形自由弯曲力为形自由弯曲力为 5.3.2 弯曲力计算式中：2.校正弯曲时的弯曲力 校正弯曲应力；A校正部分投影面积；P单位面积校正力，其值见表。5.3.2 弯曲力计算 若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力3.顶件力或压料力（或压料力)可近似取自由弯曲力的3080。即5.3.2 弯曲力计算对于有压料的自由弯曲4.压力机公称压力的确定对于校正弯曲5.3.3 弯曲模工作部分尺寸计算弯曲模工作部分的尺寸弯曲模工作部分的尺寸:凸、凹模间隙、圆角半径、凹模深度及凸、凹模横向宽凸、凹模间隙、圆角半径、凹模深度及凸、凹模横向宽度尺寸等。度尺寸等。1.弯曲时凸模与凹模之间的间隙：单面间隙弯曲时凸模与凹模之间的间隙：单面间隙5.3.3 弯曲模工作部分尺寸计算 凸模与凹模的宽度尺寸与工件的尺寸相关。凸模与凹模的宽度尺寸与工件的尺寸相关。根据工件尺寸的标注方式不同，凸模与凹模的宽度尺寸按表根据工件尺寸的标注方式不同，凸模与凹模的宽度尺寸按表5-11公式计算。公式计算。2.2.弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸5.3.3 弯曲模工作部分尺寸计算凸模圆角半径凸模圆角半径rp。工件内侧的圆角半径为。工件内侧的圆角半径为r，通常，通常rp=r，但不能小于材料允许的最小弯，但不能小于材料允许的最小弯曲半径曲半径 rmin。当工件弯曲半径当工件弯曲半径r小于小于rmin时，取时，取rprmin，再利用随后的整形工序满足制件的要求，整，再利用随后的整形工序满足制件的要求，整形模的圆角半径形模的圆角半径rp=r。3.3.弯曲时模具圆角半径与凹模深度弯曲时模具圆角半径与凹模深度5.4 弯曲件的工序安排一、弯曲件的工序安排原则形状简单的弯曲件：采用一次弯曲成形；形状复杂的弯曲件：采用二次或多次弯曲成形。批量大而尺寸较小的弯曲件：尽可能采用级进模或复合模。需多次弯曲时：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。弯曲件形状不对称时：尽量成对弯曲，然后再剖切。5.4 弯曲件的工序安排成对弯曲成形5.4 弯曲件的工序安排二、典型弯曲件的工序安排一次弯曲二次弯曲第一次弯曲第二次弯曲5.4 弯曲件的工序安排三次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲5.4 弯曲件的工序安排四次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第四次弯曲5.4 弯曲件的工序安排 对于批量大尺寸较小的弯曲件，为了提高生产率，可以采用多工序的冲裁、对于批量大尺寸较小的弯曲件，为了提高生产率，可以采用多工序的冲裁、压弯、切断连续工艺成形压弯、切断连续工艺成形