模具设计与制造 杨占尧 第7章 弯曲工艺与模具设计

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1、第7章弯曲工艺与模具设计学习目的及要求熟悉弯曲变形的过程及特点掌握控制弯曲回弹的方法与措施了解控制偏移的方法与措施熟悉弯曲中性层位置的确定方法能够正确判定弯曲件的工艺性掌握弯曲模工作部分设计熟悉弯曲模的典型结构7.1概述弯曲是将金属材料（包括板材、线材、管材、型材及毛坯料等）沿弯曲线弯成一定的角度和形状的工艺方法。它是冲压基本工序之一，广泛应用于制造大型结构零件，如飞机机翼、汽车大梁等，也可用于生产中、小型机器及电子仪器仪表零件，如铰链、电子元器件等。图7-1是用弯曲方法加工的典型零件示例。图7-1弯曲件示意图返回根据所使用的工具与设备的不同

2、,弯曲方法可分为在压力机上利用模具进行的压弯以及在专用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等,如图7-2所示。各种弯曲方法尽管所用设备与工具不同,但其变形过程及特点有共同规律。本章将主要介绍在生产中应用最多的压弯工艺与弯曲模设计。弯曲所使用的模具叫弯曲模，它是弯曲过程必不可少的工艺装备。与冲裁模相比较，弯曲模准确工艺计算难，模具动作复杂、结构设计规律性不强。图7-2弯曲件的弯曲方法返回7.2弯曲变形过程及特点7.2.1弯曲变形过程本书以V形件弯曲为例说明弯曲变形过程，如图7-3所示。在开始弯曲时，毛坯的弯曲内侧半径大于凸模的圆角半径。随着凸模的下

3、压，毛坯的直边与凹模V形表面逐渐靠近，弯曲内侧半径逐渐减小，即r0>r1>r2>r同时弯曲力臂也逐渐减小，即l0>l1>l2>lk当凸模、毛坯与凹模三者完全压合，毛坯的内侧弯曲半径及弯曲力臂达到最小时，弯曲过程结束。图7-3弯曲变形过程返回弯曲分自由弯曲和校正弯曲。自由弯曲是指当弯曲终了时，凸模、凹模和毛坯三者吻合后，凸模不再下压。校正弯曲是指在凸模、凹模和毛坯三者吻合后，凸模继续下压，使毛坯产生进一步塑性变形，从而对弯曲件进行校正。7.2.2弯曲变形特点为观察板料弯曲时的金属流动情况，便于分析材料的变形特点，可以采用在弯曲前的板料侧表面设置

4、正方形网格的方法。通常用机械刻线或照相腐蚀制作网格，然后用工具显微镜观察测量弯曲前后网格的尺寸和形状变化情况，如图7-4所示。图7-4弯曲前后坐标网格的变化返回弯曲前，材料侧面线条均为直线，组成大小一致的正方形小格，纵向网格线长度。弯曲后，通过观察网格形状的变化，可以看出弯曲变形具有以下特点：1.弯曲圆角部分是弯曲变形的主要区域弯曲后，弯曲件分成了圆角和直边两部分，变形主要发生在弯曲中心角范围内，中心角以外基本上不变形。2.在变形区内，毛坯在长、宽、厚三个方向都产生了变形，但变形不均匀（1）长度方向网格由正方形变成了扇形，靠近凹模一侧（外区）

5、的长度伸长，靠近凸模一侧（内区）的长度缩短，即弧bb＞线段bb，弧aa＜线段aa。由内、外表面至毛坯中心，其缩短和伸长的程度逐渐变小。在缩短和伸长的两个变形区之间，必然有一个层面，其长度在变形前后没有变化，这一层面称为应变中性层。（2）厚度方向内区厚度增加，外区厚度减小，但由于内区凸模紧压毛坯，厚度方向变形较困难，所以内侧厚度的增加量小于外侧厚度的变薄量，因此材料厚度在弯曲变形区内会变薄，使毛坯的中性层发生内移。（3）宽度方向分为两种情况，一种是窄板（b/t≤3）弯曲，宽度方向变形不受约束，断面变成了内宽外窄的扇形，另一种是宽板（毛坯宽度与厚

6、度之比b/t＞3）弯曲，材料在宽度方向的变形会受到相邻金属的限制，横断面几乎不变，基本保持为矩形，图7-5(a)、(b)所示为两种情况下的断面变化情况。由于窄板弯曲时变形区断面发生畸变，因此当弯曲件的侧面尺寸有一定要求或和其它零件有配合要求时，需要增加后续辅助工序。实际生产当中的弯曲大部分属于宽板弯曲。图7-5弯曲变形区的横截面变化情况返回7.3弯曲件质量分析7.3.1弯裂1.最小弯曲半径弯曲半径是指弯曲件内侧的曲率半径（图7-5中的r）。由弯曲变形可知，弯曲时板料的外侧受拉伸，当外侧的拉伸应力超过材料的抗拉强度时，在板料的外侧将产生裂纹，这

7、种现象称为弯裂。弯曲件是否弯裂，在相同板料厚度的条件下，主要与弯曲半径r有关，r越小，弯曲变形程度越大，因此存在一保证外层纤维不产生弯裂时所允许的最小弯曲半径rmin，即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称为最小弯曲半径rmin,并用它来表示弯曲时的成形极限。最小弯曲半径rmin受材料的力学性能、板料表面质量和断面质量、板料的厚度、板料的宽度、弯曲中心角、弯曲线方向等因素的影响。由于上述各种因素的影响十分复杂,所以最小弯曲半径的数值一般用试验方法确定。各种金属材料在不同状态下的最小弯曲半径的数值,参见表7-1。表7-1

8、最小弯曲半径rmin注：1．本表用于板厚小于10mm，弯曲角大于90°，剪切断面良好的情况；2.在弯曲经冲裁或剪切后却没有退火的毛坯时，应作为硬化的金属选用；3.当