第5章 弯曲工艺设计.ppt
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第五章弯曲
L = l1 + l 2 + x / t
第三节 弯曲力的计算
一、弯曲力的计算 1．自由弯曲 V 形件
0.6kBt 2σ b F= r +t 0.7kBt 2σ b F= r +t
U 形件
B―――弯曲件的宽度； r―――弯曲件的内弯曲半径； k―――安全系数，k=1.3. 2.校正弯曲
F = Ap
A―――校正部分投影面积； P―――单位校正力，
横断面变化
宽向：
外区收缩 内区伸长
a.窄板（B＜3t）—变成扇形内区 宽度增加，外区宽度减小 b.宽板（B＞3t）—保持矩形断面
四、弯曲变形程度及其极限 1．变形程度的表达 弹性弯曲时，距中性层y处切向应变 切向应力
t 2 r+ t 2
ε θ = ln
( ρ + y )α
σ θ = Eε θ = E
第五章 内容简介： 内容简介： 弯曲是冲压基本工序。
弯曲成形技术
本章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、弯曲模典型结 构、弯曲模工作零件设计等。
端部加压（镦整），使内、外层都受压应力，回弹一致
软凹模弯曲，使凹模产生拉伸变形
五、弯曲时的偏移
（1）原因：受力不对称。 （2）影响因素：毛坯形状不对称； 工件结构不对称； 模具结构不合理； 模具圆角、间隙、粗糙度不对称。
（3）克服偏移措施 a.压料（打顶板） ； b.定位（开定位孔） ； c.不对称件→成对弯曲→剖切， d.模具制造对称：Z/Ra/r。
弯曲PPT教学课件
34
2.回弹
当弯曲结束，外力去除后， 由于弹性回复，出现 了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一 致的现象。这种现象称为弯曲件的回弹。回弹产生的 误差，降低了制件的尺寸精度。
35
1）回弹的表现形式
弯曲回弹的表现形式主要有两个方面： （1）弯曲半径增大 Δ r=r0-r>0 （2）制件角增大 Δ α =α 0-α >0
q——单位校形力
单位校正弯曲力p
24
弯曲件坯料展开
在板料弯曲时，弯曲件坯料展开 尺寸与否，直接关系到弯曲件的尺寸 精度。由于弯曲中性层在变形前后长 度不变，因此可以用中性层长度作为 计算弯曲部分展开尺寸的依据。
25
弯曲中性层位置
中性层位置以曲率 半径ρ 表示（右图）， 通常用下面经验公式 确定：
3.1 弯曲变形分析 3.2 弯曲力的计算 3.3 弯曲件坯料展开 3.4 弯曲件的质量问题及分析 3.5 弯曲工艺设计 3.6 弯曲模工作部分设计 3.7 弯曲的其他形式
3
学习目的与要求
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 5．掌握弯曲工艺与弯曲模设计的方法和步骤。
9
用 模 具 成 形 弯 曲 件 二
10
弯曲级进模生产皇冠汽车门锁座
11
弯曲变形分析
弯曲变形过程
以最基本的V型弯曲为例，对弯曲变形过 程的特点及应力应变状态作分析。
弯曲过程中，坯料内 侧半径r逐渐减小，弯曲力 臂l也逐渐减小，直至凸模、 坯料与凹模三者完全压合， 弯曲过程结束。
V型弯曲过程
ห้องสมุดไป่ตู้12
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防止弯曲边交接处应力集中的措施
49
（5）弯曲线与轧制方向
弯曲线与轧制方向垂直时，其弯曲工艺性最好。 应尽可能避免弯曲线与板材轧制方向平行。一般弯曲 线与板材轧制方向互成角度应大于30°~45°。
（6）弯曲件的尺寸精度
弯曲件的尺寸精度最好大于较高的精度值，减少 整形工序或其他工艺措施。
50
弯曲件的线性尺寸公差 弯曲件的角度尺寸公差
4
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。 弯曲方法有压弯、折弯、拉弯、辊弯、 辊形等。最常见的是压弯。它们尽管方 式不同，但其过程及特点具有共同的规 律。
5
常见的弯曲方法
模具压弯 折弯
滚弯
拉弯
6
弯曲成形典型零件
7
弯曲件
8
用 模 具 成 形 弯 曲 件 一
9
用 模 具 成 形 弯 曲 件 二
10
弯曲级进模生产皇冠汽车门锁座
11
弯曲变形分析
弯曲变形过程
以最基本的V型弯曲为例，对弯曲变形过 程的特点及应力应变状态作分析。
弯曲过程中，坯料内 侧半径r逐渐减小，弯曲力 臂l也逐渐减小，直至凸模、 坯料与凹模三者完全压合， 弯曲过程结束。
V型弯曲过程
12
30
1）最小弯曲半径rmin/t
最小相对弯曲半径是指：在保证毛坯弯曲时外表 面不发生开裂的条件下，弯曲件内表面能够弯成的最 小圆角半径与坯料厚度的比值，用rmin/t 来表示。该值 越小，板料弯曲的性能也越好。
2）影响rmin/t的因素
主要影响因素有材料塑性、弯曲角、轧制方向、 板材宽窄、材料表面状况等。
弯曲件的结构形状、尺寸、材料性能对弯曲工艺 的适应性称为弯曲件的工艺性。
49
（5）弯曲线与轧制方向
弯曲线与轧制方向垂直时，其弯曲工艺性最好。 应尽可能避免弯曲线与板材轧制方向平行。一般弯曲 线与板材轧制方向互成角度应大于30°~45°。
（6）弯曲件的尺寸精度
弯曲件的尺寸精度最好大于较高的精度值，减少 整形工序或其他工艺措施。
50
弯曲件的线性尺寸公差 弯曲件的角度尺寸公差
4
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。 弯曲方法有压弯、折弯、拉弯、辊弯、 辊形等。最常见的是压弯。它们尽管方 式不同，但其过程及特点具有共同的规 律。
5
常见的弯曲方法
模具压弯 折弯
滚弯
拉弯
6
弯曲成形典型零件
7
弯曲件
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用 模 具 成 形 弯 曲 件 一
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用 模 具 成 形 弯 曲 件 二
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弯曲级进模生产皇冠汽车门锁座
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弯曲变形分析
弯曲变形过程
以最基本的V型弯曲为例，对弯曲变形过 程的特点及应力应变状态作分析。
弯曲过程中，坯料内 侧半径r逐渐减小，弯曲力 臂l也逐渐减小，直至凸模、 坯料与凹模三者完全压合， 弯曲过程结束。
V型弯曲过程
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1）最小弯曲半径rmin/t
最小相对弯曲半径是指：在保证毛坯弯曲时外表 面不发生开裂的条件下，弯曲件内表面能够弯成的最 小圆角半径与坯料厚度的比值，用rmin/t 来表示。该值 越小，板料弯曲的性能也越好。
2）影响rmin/t的因素
主要影响因素有材料塑性、弯曲角、轧制方向、 板材宽窄、材料表面状况等。
弯曲件的结构形状、尺寸、材料性能对弯曲工艺 的适应性称为弯曲件的工艺性。
弯曲工艺设计
④弯曲方式及弯曲模 在无底凹模内作自由弯曲时，回弹最大。
应用科学学院
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、零或是负三 种情况。
Ｖ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
应用科学学院
3. 弯曲偏移
（1） 可靠的压料：用弹性压料裃置，保证毛坯一直处在压紧状态， 防止坯料滑移。
应用科学学院
3. 弯曲偏移
（2）可靠的定位：销钉 （3）转为对称
应用科学学院
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
应用科学学院
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
应用科学学院
重点难点
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
• 窄板（B/t＜3）：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/t＞3）：横截面几乎不变，仍为矩形 • 内区 • 中性层 • 外区
应用科学学院
2. 研究弯曲变形的特点
弯 曲 前 坐 标 网 格 的 变 化
应用科学学院
2. 研究弯曲变形的特点
窄板（B/t3）
弯曲变形区的横截面变化情况
宽度方向ε3：内区拉应变，外区压应变
应用科学学院
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、零或是负三 种情况。
Ｖ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
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3. 弯曲偏移
（1） 可靠的压料：用弹性压料裃置，保证毛坯一直处在压紧状态， 防止坯料滑移。
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3. 弯曲偏移
（2）可靠的定位：销钉 （3）转为对称
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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
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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
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重点难点
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
• 窄板（B/t＜3）：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/t＞3）：横截面几乎不变，仍为矩形 • 内区 • 中性层 • 外区
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2. 研究弯曲变形的特点
弯 曲 前 坐 标 网 格 的 变 化
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2. 研究弯曲变形的特点
窄板（B/t3）
弯曲变形区的横截面变化情况
宽度方向ε3：内区拉应变，外区压应变
弯曲设计
• 二、弯曲件坯料展长寸及弯曲力计算
1、中性层位置确定 中性层位置与板料厚度t弯曲半 减薄量↑ 中性层位
径r以及变薄有关系数y有关。
相对弯曲半径r/t ↓, y ↓. 置内移量↑，反之相反。 通常用经验方式确定中性层位置 ρ=r+xt 如图1-71 P67 x——中性层位移系数，查表得表1-18
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
l1
l3
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
3、弯曲力的计算 a自由弯曲力计算 2 0.6KBt b V形件 F
自
r
r t
校正 自弯
K:安全系数 取K=1.3 U型件
0.7 KBt b2rr来自F 自r t
校正 自弯
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
b 校正弯曲力计算
F校=AP 表3-6 A——校正部分投影面积 P——单位校正力 查
l4
l1
r1
l3
l1
r2
l2
l2
l3
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
一次同时弯曲4个角
L=l1+l2+l3+l4+t
l2 l1 l4
• 分两次弯曲四个角 L=l1+l2+l3+l4+1.2t 铰链弯曲：
中性层位置
180
P=R+kt（k铰链中性位移系数）
R
L=l1+ R Kt
β
xi:各圆弧段中性层位移系数
p1
α 1
p4
r3
r1
p2
r2
α 2
p3
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
• 当圆角半径r<0.5t时 一次弯曲一个角 L=l1+l2+0.4t
1、中性层位置确定 中性层位置与板料厚度t弯曲半 减薄量↑ 中性层位
径r以及变薄有关系数y有关。
相对弯曲半径r/t ↓, y ↓. 置内移量↑，反之相反。 通常用经验方式确定中性层位置 ρ=r+xt 如图1-71 P67 x——中性层位移系数，查表得表1-18
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
l1
l3
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
3、弯曲力的计算 a自由弯曲力计算 2 0.6KBt b V形件 F
自
r
r t
校正 自弯
K:安全系数 取K=1.3 U型件
0.7 KBt b2rr来自F 自r t
校正 自弯
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
b 校正弯曲力计算
F校=AP 表3-6 A——校正部分投影面积 P——单位校正力 查
l4
l1
r1
l3
l1
r2
l2
l2
l3
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
一次同时弯曲4个角
L=l1+l2+l3+l4+t
l2 l1 l4
• 分两次弯曲四个角 L=l1+l2+l3+l4+1.2t 铰链弯曲：
中性层位置
180
P=R+kt（k铰链中性位移系数）
R
L=l1+ R Kt
β
xi:各圆弧段中性层位移系数
p1
α 1
p4
r3
r1
p2
r2
α 2
p3
1.3 弯曲工艺及弯曲模设计
• 当圆角半径r<0.5t时 一次弯曲一个角 L=l1+l2+0.4t
5弯曲工艺讲解
5弯曲工艺本章内容：确定毛坯尺寸及弯曲力大小、选择合适的冲压设备、模具工作零件的尺寸计算。
按照弯曲工艺规范进行工艺设计。
本章难点：最小弯曲半径、弯曲回弹及控制。
弯曲——将金属板料、棒料、管料或型材等弯成一定的角度和曲率，从而获得所需形状工件的冲压工艺。
弯曲方法可分为压弯、折弯、滚弯、拉弯等表5-1 弯曲件的基本类型类型简图弯曲方法敞开式用模具在压力机上压弯半封闭式用模具在压力机上压弯封闭式批量较小的大型制件可在折弯机上折弯重叠式批量较小的大型制件可在折弯机上折弯a。
弯曲模压弯（压力机上使用）b。
折弯机上的折弯, c。
拉弯机上的拉弯,冲压工艺与模具设计·114· ·114·d 。
辊弯机上的辊弯,e 。
辊压成形 (图3—1)。
虽然方法不同，但变形过程及特点有相同的规律。
5.1 弯曲工艺设计基础第5章弯曲工艺设计·115·5.1.1弯曲变形分析5.1.1.1. 弯曲变形过程(a) (b) (c) (d)图5.1 弯曲过程随着凸模的下行，弯曲半径r 和弯曲力臂L 逐渐减小，行程终了时，弯曲半径r继续减小，而直边部分反而向凹模方向变形，直至板材与凸、凹模完全贴合。
5.1.1.2. 弯曲变形的特点侧臂坐标网的变化，可以看到：（圆角部分变成了扇形，而两直边处没有变化，靠近圆角的直边，仅有少量的变形）。
·115·冲压工艺与模具设计·116· ·116·(1) 弯曲变形区的位置：弯曲带中心角 范围内。
(2) 应变中性层——弯曲时靠近凹模的外侧纤维切向受拉伸长，靠近凸模的内侧纤维切向受压缩短，在拉伸与压缩之间存在的一个既不伸长也不缩短的中间纤维层。
(3) 变形区厚度和板料长度：变形区变薄，板料长度略有增加。
第5章弯曲工艺设计·117·图5.2 材料弯曲前后的网格变化图5.3 弯曲角与弯曲带中心角(4) 变形区的断面：(与板宽有关)窄板(b /t≤3)：内层受压缩，宽度增加；外层受拉伸，宽度减小。
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凸模与凹模的宽度尺寸(见图5.27)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可按表5-11所列公式进行计算。
3. 弯曲时模具圆角半径与凹模深度 凸模圆角半径rp。如工件内侧的圆角半径为r，通常rp
= r ，但不能小于材料允许的最小弯曲半径rmin。 当工件弯曲半径r小于rmin时，则应取rp≥rmin，然后
b ——材料抗拉强度，MPa；
K——安全因数，一般取K＝1.3。
2. 校正ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ曲力计算
式中：F2——校正力，N； q ——单位校正力，MPa，见表5-9； A ——工件被校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积，mm2。
3. 顶件力和压料力 4. 弯曲时压力机的压力确定
5.2.3 弯曲模工作部分尺寸计算
弯曲模工作部分的尺寸主要指凸、凹模间隙、圆角半径、凹模深度及凸、凹模横向宽度尺寸等。 1. 弯曲时凸模与凹模之间的间隙
式中：c——弯曲时凸模与凹模之间的间隙，mm；
t ——材料的公称厚度；
k ——间隙系数，见表5-10；
c ——板料厚度的正偏差。
当工件精度要求较高时，凸、凹模间隙值应取小些，
t。
2. 弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸
L (l1 l2 l3
5.2.1弯曲件展开长度的确定 ln ) (n 1)C
1. 自由弯曲力计算 V形自由弯曲力为
5.2.2 弯曲力计算
U形自由弯曲力为
式中：F1——自由弯曲力(冲压行程结束，尚未进行校正弯曲时的压力)，N； b ——弯曲件宽度，mm； t ——弯曲件材料厚度，mm； r ——弯曲件的弯曲内半径，mm；
三次压弯成形
图5.30
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、切断连续工艺成形如图 5.32所示。
图5.31
弯曲件本身几何形状不对称时，若单件压弯毛坯容 易发生偏移，故可以采用成对排列，组成一对称的弯 曲毛坯进而弯曲成形，弯曲后再剖切，如图5.33所示。
图5.32
再利用随后的整形工序满足制件的要求，此时，整形模 的圆角半径rp = r 。 5.2.4 弯曲件的工序安排实例
(1) 对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形等件，可以采用一次压弯成形，如图5.29所示。
图5.29
(2) 对于形状较复杂的弯曲件，一般需要采用二次 或多次压弯成形，如图5.30、图5.31所示。
弯曲线 弯曲线
θ
Δρθρ0 0
ρ
ρ
回弹
Δθ
2
Δθ
2
弯曲时的回弹
用局部校正减少回弹 压制加强筋减少回弹
V形弯曲件回弹补偿 3. 弯曲偏移弹性
活动式凹模
压料装置
U形弯曲件回弹补偿 工艺槽或工艺缺口
直边高度不稳定
销钉定位、成对弯曲
弯曲件的孔边距离、孔变形的防止措施
5.2 弯曲工艺计算
1. 概算法 2. 外侧尺寸加算法 3. 内侧尺寸加算法
1. 弯曲变形过程
第5章 弯曲工艺设计 5.1 弯曲工艺设计基础
材料弯曲前后的网格变化
窄板弯曲后的断面变化
板料在弯曲过程中的应力、应变状态
弯曲角与弯曲带中心角
压弯时的变形情况
rmin 1 t 2
板料纤维方向对弯曲半径的影响
弯曲线
纤维方向
2.弯曲时的回弹
影响回弹量的因素及减少回弹量的措施
影响回弹量的因素 (1)材料的力学性能； (2)相对弯曲半径r/t； (3)弯曲工件的形状； (5)弯曲力。
图5.33
3. 弯曲时模具圆角半径与凹模深度 凸模圆角半径rp。如工件内侧的圆角半径为r，通常rp
= r ，但不能小于材料允许的最小弯曲半径rmin。 当工件弯曲半径r小于rmin时，则应取rp≥rmin，然后
b ——材料抗拉强度，MPa；
K——安全因数，一般取K＝1.3。
2. 校正ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ曲力计算
式中：F2——校正力，N； q ——单位校正力，MPa，见表5-9； A ——工件被校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积，mm2。
3. 顶件力和压料力 4. 弯曲时压力机的压力确定
5.2.3 弯曲模工作部分尺寸计算
弯曲模工作部分的尺寸主要指凸、凹模间隙、圆角半径、凹模深度及凸、凹模横向宽度尺寸等。 1. 弯曲时凸模与凹模之间的间隙
式中：c——弯曲时凸模与凹模之间的间隙，mm；
t ——材料的公称厚度；
k ——间隙系数，见表5-10；
c ——板料厚度的正偏差。
当工件精度要求较高时，凸、凹模间隙值应取小些，
t。
2. 弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸
L (l1 l2 l3
5.2.1弯曲件展开长度的确定 ln ) (n 1)C
1. 自由弯曲力计算 V形自由弯曲力为
5.2.2 弯曲力计算
U形自由弯曲力为
式中：F1——自由弯曲力(冲压行程结束，尚未进行校正弯曲时的压力)，N； b ——弯曲件宽度，mm； t ——弯曲件材料厚度，mm； r ——弯曲件的弯曲内半径，mm；
三次压弯成形
图5.30
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、切断连续工艺成形如图 5.32所示。
图5.31
弯曲件本身几何形状不对称时，若单件压弯毛坯容 易发生偏移，故可以采用成对排列，组成一对称的弯 曲毛坯进而弯曲成形，弯曲后再剖切，如图5.33所示。
图5.32
再利用随后的整形工序满足制件的要求，此时，整形模 的圆角半径rp = r 。 5.2.4 弯曲件的工序安排实例
(1) 对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形等件，可以采用一次压弯成形，如图5.29所示。
图5.29
(2) 对于形状较复杂的弯曲件，一般需要采用二次 或多次压弯成形，如图5.30、图5.31所示。
弯曲线 弯曲线
θ
Δρθρ0 0
ρ
ρ
回弹
Δθ
2
Δθ
2
弯曲时的回弹
用局部校正减少回弹 压制加强筋减少回弹
V形弯曲件回弹补偿 3. 弯曲偏移弹性
活动式凹模
压料装置
U形弯曲件回弹补偿 工艺槽或工艺缺口
直边高度不稳定
销钉定位、成对弯曲
弯曲件的孔边距离、孔变形的防止措施
5.2 弯曲工艺计算
1. 概算法 2. 外侧尺寸加算法 3. 内侧尺寸加算法
1. 弯曲变形过程
第5章 弯曲工艺设计 5.1 弯曲工艺设计基础
材料弯曲前后的网格变化
窄板弯曲后的断面变化
板料在弯曲过程中的应力、应变状态
弯曲角与弯曲带中心角
压弯时的变形情况
rmin 1 t 2
板料纤维方向对弯曲半径的影响
弯曲线
纤维方向
2.弯曲时的回弹
影响回弹量的因素及减少回弹量的措施
影响回弹量的因素 (1)材料的力学性能； (2)相对弯曲半径r/t； (3)弯曲工件的形状； (5)弯曲力。
图5.33