沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)-電子教案第3章

會(huì)計(jì)學(xué)1沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)-電子教案第3章彎曲模的典型結(jié)構(gòu)3.7斜楔滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.9彎曲模工作部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定3.8第1頁(yè)/共104頁(yè)彎曲是將金屬材料（包括板材、線材、管材、型材及毛坯料等）沿彎曲線彎成一定的角度和形狀的工藝方法。它是沖壓基本工序之一，在沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。第2頁(yè)/共104頁(yè)根據(jù)彎曲成形所用模具及設(shè)備不同，彎曲方法可分為壓彎、拉彎、折彎、滾彎、繞彎等。圖3.1所示為一些彎曲件示例。本章主要介紹在壓力機(jī)上進(jìn)行壓彎的工藝和彎曲模具的設(shè)計(jì)。第3頁(yè)/共104頁(yè)圖3.1各種彎曲件第4頁(yè)/共104頁(yè)3.1彎曲變形分析

板料的V形彎曲是最基本的彎曲方式。圖3.2所示為V形件彎曲加工示意圖。第5頁(yè)/共104頁(yè)圖3.2V形件彎曲加工示意圖第6頁(yè)/共104頁(yè)圖中t為彎曲件厚度，r為彎曲（內(nèi)）半徑，α為彎曲角，φ為彎曲段中心角。第7頁(yè)/共104頁(yè)顯然φ=180°?α，彎曲凹模型腔輪廓由半徑分別為r凹和（r+t）的兩段圓弧及其公切線連成，凹?？诘膱A角，可以減少材料流入模腔的阻力，因而減輕凹模的摩損和降低彎曲變形力，同時(shí)還減輕了摩擦對(duì)制件表面的損傷，增大彎曲成形極限。第8頁(yè)/共104頁(yè)凸模與制件接觸的工作部分的形狀和尺寸與彎曲件內(nèi)表面一致，兩側(cè)不與制件接觸的非工作表面可以向內(nèi)凹進(jìn)一些（圖3.2），以免變形過(guò)程中和制件接觸，影響其變形。第9頁(yè)/共104頁(yè)

3.1.1彎曲變形過(guò)程

V形件的彎曲變形過(guò)程可分為三個(gè)階段，如圖3.3所示。第10頁(yè)/共104頁(yè)圖3.3V形件彎曲的過(guò)程第11頁(yè)/共104頁(yè)1．正向彎曲階段開始彎曲時(shí)，平板料被支承在凹模口的AA兩點(diǎn)上，凸模最先接觸的是板料的中部。由于凸、凹模的作用力在材料內(nèi)部形成了彎矩，因而在兩支承點(diǎn)AA之間引起彎曲變形。兩支承點(diǎn)AA兩點(diǎn)之間就稱為變形區(qū)，AA兩點(diǎn)以外的左右兩端稱為非變形區(qū)。第12頁(yè)/共104頁(yè)隨著凸模的下壓，曲率不斷增加，彎曲半徑不斷減小。凹模對(duì)板料的支承點(diǎn)也不再是AA兩點(diǎn)，而是不斷向內(nèi)移動(dòng)，于是兩支承點(diǎn)間的變形區(qū)范圍也就隨著支承點(diǎn)的內(nèi)移而逐漸縮小。兩支承點(diǎn)以外的非變形區(qū)就不斷向內(nèi)擴(kuò)大。第13頁(yè)/共104頁(yè)可見(jiàn)這時(shí)的非變形區(qū)由兩部分組成，一部分原來(lái)就在凹?？贏A兩點(diǎn)以外，一直沒(méi)有參與彎曲變形，可以稱之為不變形區(qū)。另一部分是開始階段還在彎曲變形區(qū)AA段以內(nèi)，已經(jīng)發(fā)生了彎曲變形，后來(lái)由于支承點(diǎn)內(nèi)移，這部分材料就陸續(xù)停止變形，由變形區(qū)轉(zhuǎn)為非變形區(qū)。第14頁(yè)/共104頁(yè)這部分材料與不變形區(qū)不同，它不再是原來(lái)的平直狀態(tài)，可以稱之為已變形區(qū)。顯然，已變形區(qū)的彎曲變形不符合制件要求，屬于多余彎曲，應(yīng)予以消除，使之恢復(fù)平直狀態(tài)。第15頁(yè)/共104頁(yè)2．正、反向彎曲階段隨著凸模的下壓，直到制件兩側(cè)翹起的非變形區(qū)與凸模接觸（即三點(diǎn)接觸），這時(shí)，正向彎曲階段結(jié)束，開始了正、反向彎曲階段。中間部位的材料繼續(xù)正向彎曲，而兩側(cè)已經(jīng)停止變形的非變形區(qū)又重新開始反向彎曲變形。第16頁(yè)/共104頁(yè)隨著凸模的繼續(xù)下壓，此正、反向彎曲變形一直進(jìn)行到中部彎曲半徑和角度符合制件要求，兩側(cè)的已變形區(qū)通過(guò)反向彎曲重新恢復(fù)平直狀態(tài)，凸模、凹模和制件三者完全貼合為止。生產(chǎn)上一般稱上述兩個(gè)階段的彎曲變形為自由彎曲。第17頁(yè)/共104頁(yè)

3．校正彎曲階段由于塑性變形的同時(shí)還存在彈性變形，所以自由彎曲后的制件在卸載后會(huì)有彎曲回彈。由于制件既有正向彎曲，還有反向彎曲，所以回彈也可能是正回彈，也可能是負(fù)回彈。第18頁(yè)/共104頁(yè)為了減少回彈變形，提高制件精度，在自由彎曲階段結(jié)束，凸、凹模與制件完全貼合后，再使凸模繼續(xù)下壓。雖然此時(shí)凸模下行量不會(huì)很大，但會(huì)對(duì)制件施加巨大的壓力，使之校正定形。這個(gè)階段的變形一般稱之為校正彎曲。第19頁(yè)/共104頁(yè)3.2彎曲件的質(zhì)量分析

3.2.2彎曲卸載后的回彈

3.2.2.1回彈現(xiàn)象第20頁(yè)/共104頁(yè)圖3.7彎曲時(shí)的回彈第21頁(yè)/共104頁(yè)

3.2.2.2影響回彈的因素①材料的力學(xué)性能：材料的屈服點(diǎn)s越高，彈性模量E越小，即s/E的比值愈大，則彎曲回彈越大。第22頁(yè)/共104頁(yè)②相對(duì)彎曲半徑：相對(duì)彎曲半徑r/t越小，板料的變形程度就越大，總變形中彈性變形所占的比例就減小，所以回彈值越小。第23頁(yè)/共104頁(yè)③彎曲件角度：彎曲件角度越小，表示變形區(qū)域越大，回彈的積累越大，回彈角越大。第24頁(yè)/共104頁(yè)④彎曲方式：自由彎曲與校正彎曲比較，由于校正彎曲時(shí)內(nèi)外區(qū)縱向均為同號(hào)（壓）應(yīng)力，因而減小了彎曲回彈。第25頁(yè)/共104頁(yè)⑤模具間隙：壓制U形件時(shí)，模具間隙對(duì)回彈值有直接影響。間隙大，材料處于松動(dòng)狀態(tài)，回彈就大。在無(wú)底凹模內(nèi)作自由彎曲時(shí)，回彈最大。第26頁(yè)/共104頁(yè)⑥工件形狀：工件形狀越復(fù)雜，一次彎成角的數(shù)量越多，由于各部分的回彈相互牽制，故回彈就越小。第27頁(yè)/共104頁(yè)

3.2.2.4控制回彈的措施為了獲得合格的彎曲件尺寸，必須采取措施來(lái)控制或減小回彈，提高彎曲精度。第28頁(yè)/共104頁(yè)（1）彎曲件的合理設(shè)計(jì)在彎曲變形區(qū)壓出加強(qiáng)筋或成形邊翼（圖3.8），提高彎曲件的剛度，抑制回彈。第29頁(yè)/共104頁(yè)圖3.8彎曲區(qū)的加強(qiáng)筋第30頁(yè)/共104頁(yè)在為彎曲件選材時(shí)，選用彈性模量大，屈服點(diǎn)低，力學(xué)性能穩(wěn)定的材料，也可使彎曲件回彈減小。對(duì)于冷作硬化的材料，彎曲前先退火軟化，降低其屈服點(diǎn)s，以減少回彈，彎曲后再淬硬。第31頁(yè)/共104頁(yè)（2）采取補(bǔ)償措施，抵消彎曲回彈變形彎曲成形時(shí)，使制件預(yù)先向回彈的反方向產(chǎn)生附加變形，其變形量與回彈變形值相等。卸載后，工件回彈，附加變形消失，尺寸達(dá)到要求。第32頁(yè)/共104頁(yè)例如：彎曲V形件時(shí)，將凸模角度減去一個(gè)回彈角，彎曲U形件時(shí)，將凸模兩側(cè)分別作出等于回彈量的斜度（圖3.9（a））；或?qū)寄５撞孔鞒苫⌒危▓D3.9（b）），利用底部向下回彈的作用，補(bǔ)償兩直邊的向外回彈。第33頁(yè)/共104頁(yè)（a）（b）圖3.9補(bǔ)償回彈的方法第34頁(yè)/共104頁(yè)（3）通過(guò)改變應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力分布規(guī)律來(lái)改變回彈變形的性質(zhì)第35頁(yè)/共104頁(yè)3.3彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性

3.3.1彎曲半徑彎曲件的彎曲半徑不宜小于表3.2所列的材料的最小彎曲半徑，否則會(huì)造成變形區(qū)外層材料的破裂。若工件要求的彎曲半徑很小時(shí)，可分兩次彎曲，第一次預(yù)彎適當(dāng)增大彎曲半徑，第二次整形到要求的半徑；也可采用熱彎。第36頁(yè)/共104頁(yè)對(duì)于1mm以下的薄料可改變工件的結(jié)構(gòu)形狀。如圖3.17（a）所示U形件，可將直角處的清角改為凸底圓角。對(duì)于厚料，則預(yù)先沿彎曲區(qū)內(nèi)側(cè)開制槽口（圖3.17（b））再進(jìn)行彎曲。第37頁(yè)/共104頁(yè)圖3.17在彎曲區(qū)內(nèi)側(cè)開制槽口第38頁(yè)/共104頁(yè)

3.3.2彎曲件直邊高度

在工件彎曲90°時(shí)，為了保證彎曲件的直邊平直，彎曲件直邊高度H不應(yīng)小于2t（圖3.18），最好大于3t。若H<2t時(shí)，可開槽后彎曲；或先增高直邊高度，彎曲后再去掉。第39頁(yè)/共104頁(yè)圖3.18彎曲件的直邊高度第40頁(yè)/共104頁(yè)

3.3.3彎曲件孔邊距

帶孔的板料在彎曲時(shí)，如果孔位于彎曲變形區(qū)內(nèi)，則孔會(huì)發(fā)生畸變。因此，由孔邊到工件彎曲中心的距離L（圖3.19）必須保證：當(dāng)t<2mm時(shí)，L≥t；當(dāng)t≥2mm時(shí)，L≥2t。第41頁(yè)/共104頁(yè)如不能滿足上述條件，則可在不影響制件強(qiáng)度及使用的條件下，采取沖缺口或月牙槽的辦法（圖3.20（a）、（b）），或在彎曲變形區(qū)沖出工藝孔（圖3.20（c）），以便將靠近孔的變形區(qū)材料適當(dāng)切除，以釋放彎曲應(yīng)力。第42頁(yè)/共104頁(yè)

圖3.19彎曲件孔邊距第43頁(yè)/共104頁(yè)

圖3.20防止孔變形的措施第44頁(yè)/共104頁(yè)

3.3.4增添連接帶和工藝孔、槽

彎曲變形區(qū)附近有缺口的彎曲件，若在毛坯上先將缺口沖出后再?gòu)澢?，則彎曲時(shí)會(huì)出現(xiàn)叉口，甚至無(wú)法成形。這時(shí)應(yīng)在缺口處補(bǔ)加連接帶，彎曲后再將連接帶切除，如圖3.21所示。第45頁(yè)/共104頁(yè)

板料邊緣需局部彎曲時(shí)，為了避免角部畸變與形成裂紋，應(yīng)預(yù)先切槽或沖工藝孔，如圖3.22所示。第46頁(yè)/共104頁(yè)

圖3.21切除連接彎曲件第47頁(yè)/共104頁(yè)

圖3.22預(yù)沖工藝槽及沖工藝孔的彎曲件第48頁(yè)/共104頁(yè)3.3.5切口彎曲件形狀

切口彎曲件的切口彎曲工序一般在模內(nèi)一次完成。為了工件便于從凹模中推出，彎曲部分一般做成梯形或先沖出周邊槽孔再?gòu)澢鐖D3.23所示。第49頁(yè)/共104頁(yè)圖3.23切口件形狀第50頁(yè)/共104頁(yè)3.3.6彎曲件的尺寸公差

一般彎曲件的尺寸公差等級(jí)在IT13級(jí)以下，角度公差大于15'。當(dāng)工件彎曲精度要求更高時(shí)，應(yīng)增加整形工序。

第51頁(yè)/共104頁(yè)3.6彎曲件的工序安排

一個(gè)復(fù)雜的彎曲件一般要經(jīng)過(guò)多次彎曲才能成形。彎曲件的工序安排應(yīng)根據(jù)工件形狀、精度等級(jí)、生產(chǎn)批量以及材料的力學(xué)性能等因素進(jìn)行考慮。彎曲工序安排合理，則可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，提高工件質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。第52頁(yè)/共104頁(yè)

3.6.1彎曲件工序安排的方法

①對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的彎曲件，如V形、U形、Z形工件等，可以一次彎曲成形。對(duì)于形狀復(fù)雜的彎曲件，一般要采用兩次或多次彎曲成形。第53頁(yè)/共104頁(yè)②對(duì)于批量大而尺寸較小的彎曲件，應(yīng)盡可能采用一副復(fù)雜的模具（例如多工位級(jí)進(jìn)模）成形，使其操作方便，定位準(zhǔn)確，提高生產(chǎn)率。第54頁(yè)/共104頁(yè)③彎曲時(shí)，一般先彎兩端，后彎中間部分，前次彎曲應(yīng)考慮后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響前次已成形的部分。第55頁(yè)/共104頁(yè)

3.6.2典型彎曲件工序安排兩道工序彎曲成形的示例，如圖3.27所示。第56頁(yè)/共104頁(yè)圖3.27兩道工序彎曲成形第57頁(yè)/共104頁(yè)三道工序彎曲成形的示例，如圖3.28所示。第58頁(yè)/共104頁(yè)圖3.28三道工序彎曲成形第59頁(yè)/共104頁(yè)多道工序彎曲成形的示例，如圖3.29所示。第60頁(yè)/共104頁(yè)圖3.29多道工序彎曲成形第61頁(yè)/共104頁(yè)3.7彎曲模的典型結(jié)構(gòu)

3.7.1V形件彎曲模

圖3.30所示為V形件彎曲模的基本結(jié)構(gòu)。第62頁(yè)/共104頁(yè)圖3.30V形件彎曲模

1—頂桿；2—定位銷；3—模柄；

4—凸模；5—凹模；6—下模座第63頁(yè)/共104頁(yè)圖3.31（a）所示為L(zhǎng)形件彎曲模，圖3.31（b）是帶有校正作用的L形彎曲模。第64頁(yè)/共104頁(yè)圖3.31L形件彎曲模

1—凹模；2—凸模；3—定位銷；4—壓料板；5—靠板第65頁(yè)/共104頁(yè)

3.7.2U形件彎曲模

U形件一般是一次同時(shí)彎兩個(gè)角。根據(jù)工件的要求，可采用如圖3.32所示的幾種結(jié)構(gòu)形式。第66頁(yè)/共104頁(yè)圖3.32U形件彎曲模

1—凸模；2—定位板；3—凹模；4—壓料板第67頁(yè)/共104頁(yè)

3.7.3帽形件彎曲模

帽形件（）可以一次彎曲成形，也可以分兩次彎曲成形。一次彎曲成形用最簡(jiǎn)單的彎曲模如圖3.35所示。在彎曲過(guò)程中，由于外角C處的彎曲線位置是變化的，因此，材料在彎曲時(shí)有拉長(zhǎng)現(xiàn)象，零件脫模后可能產(chǎn)生變形，如圖3.35（c）所示。第68頁(yè)/共104頁(yè)圖3.35帽形件彎曲模第69頁(yè)/共104頁(yè)圖3.35帽形件彎曲模第70頁(yè)/共104頁(yè)圖3.35帽形件彎曲模第71頁(yè)/共104頁(yè)

3.7.4圓形件彎曲模

①

圓筒直徑d≤5mm的小圓彎曲件，一般是先彎成U形，然后再?gòu)澇蓤A形，如圖3.37所示。第72頁(yè)/共104頁(yè)

圖3.37小圓兩次彎曲模第73頁(yè)/共104頁(yè)②

圓筒直徑d≥20mm的大圓彎曲件。一般是先彎曲成波浪形，然后再?gòu)澇蓤A形，如圖3.39所示。第74頁(yè)/共104頁(yè)圖3.39大圓兩次彎曲模

1—凸模；2—凹模；3—定位板第75頁(yè)/共104頁(yè)③采用擺動(dòng)凹模一次彎曲成形。如圖3.40所示的帶擺動(dòng)凹模的一次彎曲成形模。凸模下行，先將坯料壓成U形。凸模繼續(xù)下行，擺動(dòng)凹模將U形彎成圓形。第76頁(yè)/共104頁(yè)彎好后，推開支撐3，將工件從凸模4上取下。這種彎曲方法的缺點(diǎn)是彎曲件上部得不到校正，回彈較大，只適合于直徑較大的彎曲件。第77頁(yè)/共104頁(yè)圖3.40大圓一次彎曲模

1—頂板；2—擺動(dòng)凹模；3—支撐；4—凸模第78頁(yè)/共104頁(yè)3.8彎曲模工作部分結(jié)構(gòu)

參數(shù)的確定

3.8.1彎曲凸模和凹模圓角半徑

3.8.1.1彎曲凸模的圓角半徑當(dāng)彎曲件的相對(duì)彎曲半徑r/t較小時(shí)，凸模圓角半徑r凸等于彎曲件的彎曲半徑，但必須大于最小彎曲圓角半徑。第79頁(yè)/共104頁(yè)若r/t小于最小相對(duì)彎曲半徑，則可先彎成較大的圓角半徑，然后再采用整形工序進(jìn)行整形，達(dá)到零件要求。第80頁(yè)/共104頁(yè)若彎曲件的相對(duì)彎曲半徑r/t較大，精度要求較高時(shí)，凸模圓角半徑應(yīng)根據(jù)回彈值作相應(yīng)的修正。第81頁(yè)/共104頁(yè)

3.8.1.2彎曲凹模的圓角半徑

彎曲凹模圓角半徑r凹的大小，直接影響坯料的彎曲成形。第82頁(yè)/共104頁(yè)圓角半徑過(guò)小，坯料拉入凹模的阻力大，會(huì)產(chǎn)生毛坯表面嚴(yán)重擦傷和拉?。粓A角半徑過(guò)大，會(huì)影響定位的準(zhǔn)確性；在對(duì)稱彎曲時(shí)，如兩面的圓角半徑不一致，流動(dòng)阻力則不一致，會(huì)使坯料產(chǎn)生偏移。第83頁(yè)/共104頁(yè)

生產(chǎn)中，一般按材料的厚度決定凹模圓角半徑：

t≤2mmr凹=(3～6)tt=2～4mmr凹=(2～3)tt>4mmr凹=2t第84頁(yè)/共104頁(yè)

對(duì)于V形件凹模，其底部可開槽，或取

r凹=(0.6～0.8)(r凸+t)第85頁(yè)/共104頁(yè)

3.8.2彎曲凹模工作部分深度彎曲凹模深度是彎曲模結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。V形件彎曲凹模深度通常用其斜壁長(zhǎng)度L0（圖3.42）表示。第86頁(yè)/共104頁(yè)

L0過(guò)小，則無(wú)法對(duì)材料兩側(cè)的已變形區(qū)進(jìn)行校正。L0過(guò)大，則會(huì)增大凹模尺寸，且需要行程更大的壓力機(jī)，甚至使凹?？趯挾却笥诿鏖L(zhǎng)度，影響毛坯在凹模上的定位，導(dǎo)致工件在彎曲過(guò)程中的偏移。第87頁(yè)/共104頁(yè)圖3.42彎曲模結(jié)構(gòu)尺寸第88頁(yè)/共104頁(yè)

3.8.3彎曲凸模和凹模之間的間隙

對(duì)于V形件彎曲模，凸模和凹模之間的間隙是由調(diào)節(jié)壓力機(jī)的裝模高度來(lái)控制的。對(duì)于U形件彎曲模，則應(yīng)選擇合適的間隙。間隙過(guò)小，會(huì)使工件邊部壁厚減薄，降低凹模壽命；間隙過(guò)大，則回彈增大，降低工件的精度。第89頁(yè)/共104頁(yè)U形件彎曲模的凸、凹模單邊間隙Z一般可按下式計(jì)算：第90頁(yè)/共104頁(yè)3.9斜楔滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

一般的沖壓加工方向?yàn)榇怪狈较?。?dāng)工件加工方向?yàn)樗椒较蚧騼A斜一定角度時(shí)，則應(yīng)采用斜楔滑塊機(jī)構(gòu)。第91頁(yè)/共104頁(yè)通過(guò)斜楔滑塊機(jī)構(gòu)可將壓力機(jī)滑塊的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為凸模、凹模的水平運(yùn)動(dòng)或傾斜運(yùn)動(dòng)，以便進(jìn)行沖側(cè)孔、水平彎曲等工序的加工。下面主要介紹斜楔滑塊水平運(yùn)動(dòng)的情況。第92頁(yè)/共104頁(yè)

3.9.1斜楔、滑塊之間的行程關(guān)系斜楔作用下滑塊水平運(yùn)動(dòng)時(shí)的幾何關(guān)系如圖3.45所示。由圖可知：第93頁(yè)/共104頁(yè)式中，S—水平滑塊行程；

S1—斜楔工作行程；

—斜楔角。第94頁(yè)/共104頁(yè)圖3.45滑塊水平運(yùn)動(dòng)幾何關(guān)系α>5mm，b≥