冲压模具弯曲CAI.pps

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版权所有，2002机电与交通工程系,桂林电子工业学院.,本科课程,第三章弯曲,桂林电子工业学院杨连发,2004年9月1日,主要内容,板料的弯曲过程最小弯曲半径弯曲件的展开长度弯曲力的计算弯曲时的回弹弯曲模尺寸的确定弯曲模具结构,第三章弯曲,第一节板料的弯曲过程,弯曲过程及弯曲变形特点变形区的应力应变状态弯曲现象及问题,第三章弯曲,一、弯曲过程及弯曲变形特点,弯曲概念自由弯曲与校正弯曲弯曲变形特点,第三章弯曲第一节板料的弯曲过程,弯曲概念,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,弯曲是将板料、棒料、和形材等弯曲成一定形状及角度零件的成形方法。

加工形式分为模具弯曲、折弯、滚弯。

尽管各种弯曲方法不同，但他们的变形特点具有一样的规律。

典型弯曲方式：

U型弯曲V型弯曲,V形件弯曲,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,U形弯曲,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,折弯示意图,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,滚弯,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,自由弯曲与校正弯曲,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,弯曲过程中板料都向一个方向的弯曲称为自由弯曲，此时其横截面将全部出现塑性弯曲。

随着弯曲进行，当板料的直边、圆角都与模具相应部分完全贴合时，称为校正弯曲。

弯曲变形特点,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,圆角部分是主要变形区（变形不均匀），而直角部分没有变形。

板料外层纤维受拉伸而伸长，而内层受压缩短，应变中性层内移。

变形区板料厚度变薄，长度增加。

变形前后的厚度之比称为变薄系数为：

=t1/t,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,宽板（b/t3）弯曲后横断面几乎不变；而窄板（b/t3）弯曲后断面将产生畸变。

弯曲变形特点（续）,应变中性层概念,第一节板料的弯曲过程一、弯曲过程及弯曲变形特点,圆角变形区内，变形不均匀，板料的纵向纤维伸长；显然板料外层纤维受拉伸而内层受压缩，其间必有一层纤维的长度在弯曲前后不变，称之为应变中性层（oo）。

二、变形区的应力应变状态,板料弯曲时切向应力分布弯曲变形的应力应变状态,第三章弯曲第一节板料的弯曲过程,板料弯曲时切向应力分布,弯曲开始时，相对弯曲半径r/t值很大，板料发生弹性弯曲。

板料外层纤维受拉，内层受压，内外表面的切向应力绝对值最大，中心为零（下图）。

凸模下行，减小到r/t200时，板料处于线形弹塑性状态，即板料中心几附近区域为弹性变形，其他部分为塑性变形，弯曲进行至r/t值大约在（200r/t5）时，板料进入线形全塑性弯曲状态。

当其进一步减小到r/t35时，则为立体塑性弯曲，此即模具弯曲最终状态。

第一节板料的弯曲过程二、变形区的应力应变准确无误,板料弯曲时切向应力分布图示,第一节板料的弯曲过程二、变形区的应力应变准确无误,弯曲变形的应力应变状态,窄板（b/t3）弯曲时，宽度方向可以自由变形，故其应力b0,内外层的应变状态是立体的，应力状态是平面的。

宽板（b/t3）弯曲时，由于宽度方向材料不能自由变形（宽度基本不变），即b0，故板料弯曲时内外层的应变状态是平面的，应变状态是立体的。

第一节板料的弯曲过程二、变形区的应力应变准确无误,三、弯曲现象及弯曲中的问题,弯曲件的弹性回跳：

又称为回弹或弹复，其结果使弯曲件的弯曲半径和弯曲角度与模具不一致，从而损害弯曲件的质量。

第一节板料的弯曲过程三、弯曲现象及弯曲中的问题,弯曲现象（续）,第一节板料的弯曲过程三、弯曲现象及弯曲中的问题,板料弯裂：

弯曲时外层切向拉应力最大，当其等效应力超过板料的抗拉强度时，板料沿弯曲线方向被拉裂，造成工件报废。

变形区材料厚度减薄：

当板料弯曲外层材料的减薄量大于内层材料的增厚量时，其厚度变薄，r/t越小，变薄量越严重，其值会影响弯曲件的使用性能。

板料长度增板：

厚变薄的结果使其长度增加，r/t值较小的弯曲件应通过多次实验来确定正确的毛坯长度。

本节总结,圆角部分是主要变形区（变形不均匀），而直角部分没有变形。

板料外层纤维受拉伸而伸长，而内层受压缩短，应变中性层内移窄板弯曲时内外层应变状态是立体的，应力状态是平面的。

宽板弯曲时内外层应变状态是平面的，应力状态是立体的。

第三章弯曲,一、最小弯曲半径及弯曲变形程度,弯曲变形程度最小弯曲半径rmin与断面收缩率的关系,第三章弯曲第二节最小弯曲半径,弯曲变形程度表达式,板料弯曲过程中，变形区的切向应变值按线形变化，其值大小与在板厚上的位置有关：

当变形不大，认为材料不变薄，且中性层仍在板料中间。

则内外表面的切向应变数值相等，其值最大：

以代入上式得：

第二节最小弯曲半径一、最小弯曲半径及弯曲变形程度,相对弯曲半径,由此可见弯曲件表面上的应变量（即断面上切向应变的最大值）与其相对弯曲半径r/t成反比关系。

最大拉应变受材料性能（不拉裂）的限制，为获得良好的弯曲工件，r/t便有一定的限制。

故常用r/t来表示弯曲的变形程度。

r/t值越小，表示弯曲变形程度越大。

第二节最小弯曲半径一、最小弯曲半径及弯曲变形程度,最小弯曲半径（续）,r/t值越小，表示弯曲变形程度越大，即弯曲变形区外表面所受的拉应力与拉伸应变越大，当r/t小至一定的程度时，就会使弯曲变形区外表面发生破坏。

在保证弯曲变形区外表面纤维不发生破坏条件下，工件能够弯成的内表面的最小圆角半径称最小（极限）弯曲半径rmin。

rmin越小，表示材料的弯曲性能越好。

第二节最小弯曲半径一、最小弯曲半径及弯曲变形程度,rmin与断面收缩率的关系,在最大应变中，不拉裂时的r/t就是弯曲半径的最小值。

即：

最小弯曲半径也可以用材料的断面收缩率来计算，由材料力学知道：

将=t/20及0=r+t/2代入上式，整理后得:

当断面收缩率达最大值max时，相对弯曲半径便为最小值，故:

第二节最小弯曲半径一、最小弯曲半径及弯曲变形程度,二、影响最小弯曲半径的因素,材料的机械性能：

塑性指标如、等，可采用的rmin/t，退火、正火等热处理可提高材料的塑性。

板料的纤维方向：

冲压用的冷轧板材经过多次轧制后具有方向性，顺着纤维方向轧制的塑性指标大于垂直纤维方向的。

因此板料弯曲件的排样应尽可能使折弯线与板料的纤维方向垂直，使rmin/t最小。

第三章弯曲第二节最小弯曲半径,影响最小弯曲半径的因素（续）,板料表面质量和侧面切口质量较差时，弯曲工件容易开裂，允许采用的rmin/t值较大。

零件弯曲中心角，由于变形的分散效应显著，则rmin/t。

90度时的影响很大；板料厚度：

t，因弯曲相同中心角的工件，易开裂，可采用的rmin/t。

第二节最小弯曲半径二、影响最小弯曲半径的因素,三、rmin/t的经验选取,由于影响rmin/t的因素很多，按塑性指标求得的rmin/t与实际值有一定的差距；生产中的最小弯曲半径常经过实验获取,第三章弯曲第二节最小弯曲半径,四、当r工件rmin时，什么办？

提高塑性：

如退火、热弯等切去并滚光毛坯周边缘增加整形工序，直至r0如结构允许，对厚料在弯曲部分开槽,第三章弯曲第二节最小弯曲半径,版权所有，2002机电与交通工程系,桂林电子工业学院.,本节结束,第三节弯曲毛坯尺寸的确定,不性层的概念应变中性层位置的确定弯曲件毛坯长度的计算方法,第三章弯曲,一、应变中性层的概念,第三节弯曲毛坯尺寸的确定一、应变中性层的概念,弯曲变形时板料外层纤维受拉伸而伸长，内层受压缩而缩短，其间必有一层纤维的长度在弯曲前后不变，称之为应变中性层。

弯曲区的应变中性层长度就是弯曲区内弯曲件的展开长度，也就是所要求的毛坯长度。

二、应变中性层位置的确定,由弯曲前后的体积不变条件并考虑到材料变薄后得中性层位置为：

0=（r+t/2）显然，中性层位置与板厚、弯曲半径及变薄系数有关，而又受制于r/t（见下表）。

当=1，中性层位于板厚中心。

随着弯曲的进行，r/t不断变小，1，中性层则不断内移。

若用x0t表示中性层距内表面的距离，便得生产中常用的经验公式：

0=x0t（x0为中性层系数）,第三节弯曲毛坯尺寸的确定二、应变中性层搁置的确定,变薄系数、中性层系数、C系数表,第三节弯曲毛坯尺寸的确定二、应变中性层搁置的确定,三、弯曲件毛坯长度的计算方法,当r0.5t时，计算依据是毛坯长度等于各直边长度与弯曲区中性层弧长之和。

毛坯长度计算步骤如下：

确定中性层位置：

0=x0t中性层展开长度：

l0=0/1800计算毛坯总长度:

L=l1+l2+l0当弯曲中心角=900时，则：

L=l1+l2+1.57（r+x0t）,第三章弯曲第三节弯曲毛坯尺寸的确定,弯曲件毛坯长度的计算方法（续）,当r0.5t时，计算依据是根据体积不变定律并要考虑板料变薄的情况，其公式可查阅有关手册。

上述的计算公式没有考虑材料性能、模具结构等因素，因而可能产生较大的误差，应试弯。

卷圆、折弯件的展开毛坯尺寸见相差手册。

板料弯曲的开始是弹性变形，然后是变形区内外层纤维首先进入塑性状态，并逐渐向板厚中心扩展的自由弯曲，最后是凸、凹模与板料相互接触并压实零件的校正弯曲，各阶段的弯曲力显然不同。

弯曲力变化曲线图示,第四节弯曲力的计算一、弯曲力变化曲线,弹性阶段的弯曲力较小，可以忽略不计自由弯曲阶段的弯曲力不随行程变化校正弯曲力则随行程而急剧变化。

二、弯曲力的计算,由于弯曲力受多种因素影响，很难用理论分析方法进行准确的计算，生产中，故常用下表中的经验公式做概略计算。

对于设有顶件或压料装置的弯曲模，其顶件力或压料力Q值可按自由弯曲力F1的30%到80%之间选取：

Q=（0.30.8）F1,第三章弯曲第四节弯曲力的计算,A为校正部分的投影面积,单位校正力q的数值表,第四节弯曲力的计算二、弯曲力的计算,三、压力机压力的确定,有压料的自由弯曲，压机压力为：

P压机F1Q校正弯曲时，校正力与自由弯曲力不重迭，且校正力比压料力Q值大得多，故此时选择压机压力为：

设卸载前、后各变量分别为、及0、0、0。

回弹的表现形式,曲率减小（或弯曲半径r增大）：

弯角增大（弯曲中心角减小）：

当回弹角0时，称为正回弹（反之为负回弹），此时弯曲工件的角度大于模具的角度。

第五节弯曲时的回弹一、回弹的概念,回弹产生的原因,塑性弯曲与所有塑性加工一样，在外力作用下板料产生的总变形由弹性变形及塑性变形组成。

在不少情况下，板料中性层及附近由于塑性弯曲不彻底，沿存在有弹性变形。

弹性变形是可以恢复的，而塑性变形保留了下来。

第五节弯曲时的回弹一、回弹的概念,研究回弹的意义,研究回弹的意义在于掌握弯曲件的回弹趋向，初定回弹量的大小，修正模具工作部分的形状及尺寸，减小模具在试模调整阶段的工作量，保证弯曲件的质量。

第五节弯曲时的回弹一、回弹的概念,二、回弹值的确定,公式计算法经验数表法,第三章弯曲第五节弯曲时的回弹,公式计算法,当r/t10时的自由弯曲，弯曲角及弯曲半径均有较大变化：

当r/t5时的自由弯曲，弯曲角发生变化，而弯曲半径的变化较小：

V形件：

U形件：

（零件要求的尺寸为r0、0，模具对应尺寸为r、。

K为中性层系数，可查表。

l及l1为弯曲力臂。

第五节弯曲时的回弹二、回弹值的确定,弯曲力臂图示,第五节弯曲时的回弹二、回弹值的确定,经验数表法,当r/t5时的自由弯曲，弯曲角发生变化，而弯曲半径（或曲率）的变化较小，只考虑角度的回弹，其值可按有关手册查出，再在试模时修正。

第五节弯曲时的回弹二、回弹值的确定,确定回弹值的注意事项,由于影响回弹的因素很多，而各因素又相互影响，故理论计算比较复杂，而且也不准确，其大小与实际生产中的回弹值有一定差距生产中是按经验表或按纯塑性计算得出回弹量作为参考值，在制造模具时需经过多次的调试及修磨，才能是回弹量控制在许可范围。

第五节弯曲时的回弹二、回弹值的确定,三、影响回弹的因素,材料机械性能：

若s，n，E，则。

第三章弯曲第五节弯曲时的回弹,影响回弹的因素（续1）,相对弯曲半径：

反映了材料的切向应变的大小，r/t大则变形程度小，板料中性层的纯弹性变形区以及塑性变形区总变形中的弹性变形比重增大，回弹角就大。

弯曲方式：

在无底凹模内做自由弯曲的回弹量最大；校正弯曲时，力大则回弹值小，过大时出现负回弹。

因校正弯曲使变形内外区切向处于压应力状态。

第五节弯曲时的回弹三、影响回弹的因素,影响回弹的因素（续2）,弯曲中心角：

大则变形区的长度也大。

在相同情况下，总变形中弹性变形所占比重就相应增加，回弹值也大。

工件形状：

U型件的回弹小于V型件。

形状复杂的弯曲件一次弯成其回弹量也小。

其它影响因素：

板料与模具表面的摩擦在大多数情况下，可以增大变形区的拉应力，减小回弹值。

另外，板料厚度偏差的波动也会使工件的回弹值发生变化。

第五节弯曲时的回弹三、影响回弹的因素,四、减小回弹的措施,选用合适材料：

选材时采用弹性模数大而屈服极限低的材料以减小回弹。

在工艺上采取措施：

如用校正弯曲代替自由弯曲，或对冷作硬化的材料先进行退火处理，以减小弯曲回弹。

然后再淬硬。

过大时甚至出现负回弹。

第三章弯曲第五节弯曲时的回弹,减小回弹的措施（续1）,改进弯曲件局部结构：

如图3.23示压制加强筋以增加刚度及塑性变形程度。

根据实践，当r/t=12时，回弹最小。

第五节弯曲时的回弹四、减小回弹的措施,减小回弹的措施（续2）,用补偿法减少回弹：

生产中常用的简单有效方法。

有压料板的单角弯曲（图3.24），回弹角做在凹模上，并使凸凹模间隙为最小料厚。

双角弯曲则可在凸模两侧分别做出回弹角，或将模具底部做成圆弧形（图3.25），这主要是为了保证工件两侧精度。

第五节弯曲时的回弹四、减小回弹的措施,减小回弹的措施（续3）,改变变形区的应力状态把凸模或凹模的局部做成凸起形状，使变形集中于引起回弹的变形区上，使这处于三向受压状态，以改变回弹性质减小回弹。

一般认为弯曲区的压缩量到为板厚的25%就可得到较也效果。

第五节弯曲时的回弹四、减小回弹的措施,减小回弹的措施（续4）,用拉弯法减小回弹在拉力下弯曲（图3.27），使中性层内侧转变为拉应力，卸载后内外层纤维回弹趋势一致，故回弹量小。

对于一般弯曲可采用图3.28示方法，减小间隙及将凹模倒角，以便获得更好的拉弯效果。

如果弯曲件的rrmin，弯曲时应取rprmin，随后再增加一次校正工序，校正模便可取rp=r。

第三章弯曲第六节弯曲模具尺寸的确定,凸、凹模圆角半径（续1）,凹模圆角半径rd不宜过小，以免弯曲时擦伤材料表面，或出现压痕，或使弯曲力增加，模具寿命降低，同时凹模两边的圆角半径rd应一致，用以防止弯曲时板料的偏移。

通常rd可根据板料的厚度选取：

t2mm，rd=（36）tt=24mm，rd=（23）tt4mm，rd=2t,第六节弯曲模具尺寸的确定一、凸、凹模圆角半径,凸、凹模圆角半径（续2）,V形件弯曲模的底部圆角半径，应根据弯曲区发生变薄的变形特点选取，常可按弯曲后的t，得出弯曲件外侧圆角半径，依此半径作为V形件弯曲模的底部圆角半径。

或按计算或在凹模底部开退刀槽,第六节弯曲模具尺寸的确定一、凸、凹模圆角半径,二、凸、凹模间隙Z,习惯上弯曲凸、凹模之间的单边间隙用Z表示。

U形件弯曲必须合理选取凸、凹模间隙。

间隙过大，则回弹大，弯曲件尺寸及形状不易保证；间隙过小则弯曲力增加，工件擦伤大，模具磨损大、寿命短。

常按材料的机械性能和厚度选取：

对于钢板:

Z=（1.051.15）t对于有色金属:

Z=（11.1）t,第三章弯曲第六节弯曲模具尺寸的确定,凸、凹模间隙Z（续）,V形件弯曲时，凸凹模间隙是靠调节压力机的闭合高度来实现的，不必在设计及制造模具时给出。

但在设计模具时应当考虑到凸模圆角半径rp、凹模底部圆角半径、凸模凹模两侧边等部分，当弯曲闭合时它们应完全贴合或接触，以保证弯曲质量。

第六节弯曲模具尺寸的确定二、凸、凹模间隙Z,三、凹模深度L0,凹模深度L0要适当若过小则工件两端的自由部分太多，弯曲件回弹大，两臂不平直，影响弯曲件质量。

若深度过大，则要多消耗模具钢材，也使顶件行程增加，压机行程增大。

第三章弯曲第六节弯曲模具尺寸的确定,V凹模深度及底部最小厚度表,第六节弯曲模具尺寸的确定三、凹模深度L0,弯曲V形件时，凹模深度L0及底部最小厚度h可查表,U形件凹模深度L0,弯曲U形件时，如果弯边高度不大或要求两臂平直，则凹模深度应大于弯曲件的高度；凹模入口深度m值可查表3.9,第六节弯曲模具尺寸的确定三、凹模深度L0,第六节弯曲模具尺寸的确定三、凹模深度L0,如果弯曲件边长较大，而对于平直度要求不高时，可用如图所示凹模。

凹模深度可查表3.10,U形件凹模深度L0（续）,U形凹模深度L0及m数表,第六节弯曲模具尺寸的确定三、凹模深度L0,四、凸、凹模的宽度尺寸,第三章弯曲第六节弯曲模具尺寸的确定,零件要求外形尺寸和公差,当弯曲零件给定外形尺寸和公差时，应以凹模为基准件，间隙由减小凸模而得到：

式中上偏差下偏差如工件：

第六节拉深模工作部分的设计四、凸、凹模的宽度尺寸,零件要求内形尺寸和公差,当零件给定内形尺寸和公差时，应以凸模为基准件，间隙由增大凹模而得到：

式中L弯曲件基本尺寸（mm）;弯曲件的制造公差（mm）;d,P凹、凸模制造公差，按IT68级选取。

该顶件结构简单，通用性强。

顶杆9在凹模3下行时有压料作用，可防止材料的偏移。

适用于直边等长件弯曲。

第三章弯曲第七节弯曲模具结构,U形件弯曲模,U形件弯曲模工作部分为凸模2、凹模侧板5与顶板4组成的凹模；定位板3起定位与挡料作用；顶件装置为顶板4、顶杆7。

毛坯由前向后送进，靠定位板3定位，凸模下行，与顶板4向下压紧坯料，两侧为被压住的坯料沿凹模圆角滑动、上翘，然后进入凸、凹模间隙内成型。

凸模回程，顶板4将零件顶出。

由于材料回弹，零件会自动脱模。

第三章弯曲第七节弯曲模具结构,U形件摆动式弯曲模,第三章弯曲第七节弯曲模具结构,Z形件弯曲模,工作部分为凸模1、活动模8，凹模是由左侧压块4、顶板3及反侧压块2构成。

定位及挡料部分为定位销5、挡料销7。

顶件装置为顶板3。

该模具由两件凸模联合弯曲。

为了防止坯料偏移，设置了定位销5及弹性顶板3。

反侧压块2能克服上、下模之间水平方向的错移力。

第三章弯曲第七节弯曲模具结构,形件一次弯曲,初始弯曲阶段（图a），凸模肩部阻碍了材料转动，加大了材料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁易擦伤、变薄。

弯得的零件两肩部与底面不易平行。

当料厚、弯曲件直壁高、圆角半径小时，这一现象更为严重。

图b为弯曲终了。

第三章弯曲第七节弯曲模具结构,形件两次弯曲,若采用两次弯曲成形：

先将弯成U形件（图a），然后将U形件扣在图b的凹模上，用U形件内侧定位，再弯成形，则可避免上述缺陷。

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