钢管弯曲工艺分析及模具设计
模具设计与制造第6章弯曲工艺与模具设计
06
总结与展望
弯曲工艺与模具设计的现状与挑战
现状
随着制造业的快速发展，弯曲工艺与模具设计在产品制造中占据重要地位。目前，弯曲工艺与模具设 计已经取得了长足进步，能够满足多种复杂形状的加工需求。
挑战
然而，在弯曲工艺与模具设计过程中，仍存在一些挑战，如高精度控制、复杂曲面加工、高效自动化 等方面的问题。
未来发展方向与技术前沿
柔性制造技术
随着个性化需求的增加，柔性制造技术将成为未 来发展的重点。通过柔性制造技术，可以实现快 速、高效、个性化的产品制造，提高生产效率和 降低成本。
增材制造技术
增材制造技术是一种基于数字模型的快速成型技 术，能够实现复杂形状的高精度加工。未来，增 材制造技术有望在弯曲工艺与模具设计中发挥更 大的作用。
模具材料的选择蚀性等。
常用材料
碳素工具钢、合金工具钢、硬质合金、铸铁等。
材料处理
热处理、表面处理等。
模具设计的流程与方法
设计流程
明确设计任务→收集设计资料→设计 出图→审查→修改。
设计方法
经验设计法、解析设计法、计算机辅 助设计法等。
04
弯曲工艺与模具设计的关系
THANK YOU
模具设计对弯曲工艺的影响
模具结构
模具的结构对弯曲工艺的实施具 有重要影响，合理的模具结构可 以提高弯曲效率并降低不良品率。
模具材料
模具材料的选取直接影响弯曲工艺 的效果，选用高强度、耐磨和耐热 的材料可以提高模具的使用寿命和 弯曲质量。
冷却系统
模具中的冷却系统对于控制弯曲过 程中的温度至关重要，合理的冷却 系统设计可以减少热应力，提高产 品质量。
02
弯曲工艺的基本原理
弯曲变形的过程与特点
第3章 弯曲工艺与模具设计
3.2.2、影响回弹的因素 材料的机械性能 相对弯曲半径 弯曲中心角 模具间隙 弯曲件的形状 弯曲力
3.2.3、回弹值的确定 目的：作为修正模具工作部分参数的 依据。 经验公式： 1.小半径弯曲的回弹（ r / t 5 ~ 8 ）
0 t
rt r 1 3
90
90
６）弹性材料的准确回弹值需要通过试模对凸、 凹模进行修正确定，因此模具结构设计要便于拆 卸。 ７）由于U形弯曲件校正力大时会贴附凸模，所以 在这种情况下弯曲模需设计卸料装置。 ８）结构设计应考虑当压力机滑块到达下极点时， 使工件弯曲部分在与模具相接触的工作部分间得 到校正。 ９）设计制造弯曲模具时，可以先将凸模圆角半 径做成最小允许尺寸，以便试模后根据需要修整 放大。
当工件局部边缘部分需弯曲时，为防 止弯曲部分受力不均而产生变形和裂纹， 应预先切槽或冲工艺孔(如图所示) 5.弯曲件的几何形状 如果弯曲件的形状不对称或者左右弯 曲半径不一致，弯曲时板料将会因摩擦阻 力不均匀而产生滑动偏移(如图所示), 为了防止这种现象的发生，应在模具上设 置压料装置,或利用弯曲件上的工艺孔采用 定位销定位（如图所示）
第 3 章 弯曲工艺与模具设计
3.1
3.2
弯曲的基本原理 应变中性层位置、最小弯曲半径的确定及回弹现象 弯曲力和弯曲件的毛坯尺寸计算 弯曲件的工艺性 弯曲模具的设计
3.3 3.4
3.5
3.1 弯曲的基本原理
弯曲是使材料产生塑性变形，形成一 定曲率和角度零件的冲压工序(如图所示) 弯曲材料：板料、棒料、型材、管材 弯曲方法：压弯、折弯、拉弯、滚弯、 辊弯
3.1.1 弯曲变形过程 (图3.1.1) 1、变形毛坯的受力情况 从力学角度，弯曲分为： 弹性弯曲 弹塑性弯曲 纯塑性弯曲 无硬化弯曲
弯管原理及弯管模具设计教程
弯管原理及弯管模具设计教程弯管是一种常见的管道加工方式，其原理是通过对金属管道施加一定的力以改变其形状。
弯管模具是用于弯管加工的专用工具，通过设计和制造合适的弯管模具可以实现各种形状的弯管加工，提高生产效率和产品质量。
弯管的原理主要涉及材料的塑性变形和力的作用。
首先，当外力作用在金属管道上时，管道开始产生弯曲应力。
随着应力的增加，金属开始发生塑性变形。
在弯管的过程中，管道内侧受到压缩应力，外侧受到拉伸应力。
当外力作用达到一定程度，金属管道开始发生弯曲，直至弯管到达所需的角度。
弯管模具的设计是实现弯管加工的关键。
设计弯管模具时需要考虑以下几个方面：1.弯管的形状和尺寸：需要确定弯管的形状和尺寸，包括弯曲角度、弯管半径、弯管长度等。
这些参数将直接影响到模具的设计和制造。
2.材料的选择：弯管模具需要承受较大的力，因此需要选择强度高、耐磨损的材料。
一般常用的材料包括合金钢、合金铸铁等。
3.模具的结构：模具的结构应该尽可能简单、刚性较高，以确保弯管加工的精度和稳定性。
一般情况下，模具由上模、下模和支撑架组成。
4.弯管的夹持方式：弯管模具需要提供足够的夹持力，以防止管道在弯曲过程中滑动或变形。
常用的夹持方式包括机械夹持和液压夹持。
5.模具的加工和调试：模具的加工应根据实际需求进行，确保模具的精度和质量。
在模具制造完成后，还需要进行调试和优化，以确保弯管加工的精度和质量。
弯管模具的设计与制造需要考虑多个因素，包括弯管的形状和尺寸、材料的选择、模具的结构、弯管的夹持方式以及模具的加工和调试等。
通过合理的设计和制造，可以实现各种形状和规格的弯管加工，提高生产效率和产品质量。
同时，模具的使用寿命和稳定性也是设计中需要考虑的重要因素，合理的材料选择和加工工艺能够延长模具的寿命，减少维护和更换成本。
总之，弯管模具的设计是实现弯管加工的关键，对加工品质和效率有着重要的影响。
项目三 弯曲工艺与模具设计
图3-18 圆角半径r>0.5t的展开长度
图3-19 90°角弯曲件
项目三 弯曲工艺与模具设计
（2）圆角半径r<0.5t弯曲件展开长度。
表3-5 r <0.5t的弯曲件坯料长度计算公式
项目三 弯曲工艺与模具设计
（3）铰链式弯曲件
图3-20 铰链式弯曲件 表3-6 卷边时中性层位移xi值
项目三 弯曲工艺与模具设计
图3-2 弯曲件的弯曲方法
项目三 弯曲工艺与模具设计
本项目以如图3-3所示的U 形零件的弯曲模设计为载体,综合训练学 生确定弯曲成形工艺和设计弯曲模具的初步能力。
图3-3 U形弯曲件零件图
项目三 弯曲工艺与模具设计
二、相关知识
（一） 弯曲变形过程及特点 1.弯曲变形过程
图3-4 弯曲变形过程
项目三 弯曲工艺与模具设计
表3-8 弯曲件长度的自由公差
表3-9 弯曲件角度的自由公差
9.弯曲件的材料
项目三 弯曲工艺与模具设计
（六）弯曲的工序安排 1.弯曲件工序安排的原则 2.典型弯曲件的工序安排
图3-29 一道工序弯曲成形
图3-30 两道工序弯曲成形
项目三 弯曲工艺与模具设计
图3-31 三道工序弯曲成形 图3-32 四道工序弯曲成形
（四）弯曲力计算 弯曲力是选择压力机和设计模具的重要依据之一。 1.自由弯曲的弯曲力 2.校正弯曲的弯曲力
表3-7 单位校正力q
3.顶件力或压料力 4.压力机吨位的确定
项目三 弯曲工艺与模具设计
（五）弯曲件的工艺性 1.弯曲半径 2.弯曲件的形状
图3-21 弯曲件的形状
项目三 弯曲工艺与模具设计
带有切口弯曲的工件,弯曲部分一般应做成梯形以便于出模。也可以 先冲出周边槽孔,然后弯曲成形,如图3-22 (b)所示。
第三章：弯曲工艺与弯曲模具设计
校正弯曲时，回弹角修正量： K90
不是90°的角按下式修正： x ( / 90)90
➢ 当r/t ＜ 8~10时，要分别计算弯曲半径和弯曲角的回弹值，再修正。
弯曲板料时
凸模的圆角半径： rp 1/(1/ r) (3 s / Et)
凸模圆弧所对中心角： p
(r
/ rp )
弯曲件的滑移
6. 最小弯曲半径 rmin
❖ r/t 小 —— 变形程度大 —— 弯曲破坏。 影响最小弯曲半径的因素：
❖ 材料的机械性能：好塑性（塑稳）、退火处理、热弯、开槽减薄 ❖ 方向性：折弯线垂直纤维方向：伸长变形能力强
❖ 板宽：B/t 小（< 3） ❖ 弯曲角：小, 直边有切向形变。 ❖ 板料表面质量和断面质量：差处易应力集中发生破坏。 ❖ 板料厚度：t小 —— 切向应变小 —— 开裂小。
弯曲件的工序安排
1. 工序安排的一般原则 ➢ 先弯外角后弯内角，后次弯曲不能影响前一次弯曲变形，前次弯曲应考 虑后次弯曲有合适的定位基准。 ➢ 当有多种方案时，要进行比较，进行优化。
2. 工序安排的一般方法 ➢ 形状简单的弯曲件可一次弯曲成形。如V形、U形、Z形。 ➢ 形状复杂的弯曲件可用两次或多次压弯成形。
➢ r/t值
小r/t： 加厚筋边或 减小 r； 其值大时拉弯
（在同条件下，r/t越小，则总变形量就越大，回弹就越小。） 工艺处理
➢ 弯曲中心角
（α越大，变形区长度越长，参与变形的区域越大，回弹越多。）
小
➢ 弯曲方式与校正力大小
（自由弯曲回弹大，校正弯曲回弹小，校正力越大回弹越小。）
➢ 工件形状
（工件形状越复杂，回弹就越少。）
弹－塑性变形： 塑性变形：
L1－L2 ，r1－r2 超过屈服极限，
管材高精度弯曲成形模具设计与工艺研究
管材高精度弯曲成形模具设计与工艺研究管材弯曲成形是机械加工中的重要组成部分，常见的加工方式为弯管机加工，在较小口径的管材加工中，多见于手工弯管器弯曲，但是手工弯管器精度较低且遇到特殊弯曲要求时难以满足，本文对手工高精度弯管进行研究，从弯曲模具、检具、工艺方法等部分进行分析，总结了一套管材高精度弯曲成形的工艺方法。
标签：管材;弯曲;设计工艺研究前言弯管的主要参数包括弯曲半径、弯曲角度、弯管段弧长、起弯点。
高精度多半径弯管的工况下，常规手工弯管器难以实现，需要根据弯曲形状及弯曲精度设计专用弯曲模具及检具，并且要有合适的弯曲工艺，才可以达到弯管的精度要求。
一、检具的设计复杂管材弯曲成形后，由于几何形状的特殊性，在不借助三坐标测量仪或投影仪等现代化高端检测设备的情况下，难以对其精度进行检验，如果采用这些高端设备进行检测从经济性和检测效率上均较差，所以在弯管模具设计之前，要针对目标管形进行专用检具设计。
专用检具的设计方法：可以在同一检具上设计目标管形的整体检测结构和不同弯曲部分的单一检测结构，为回弹测试做准备。
专用检具的优点有以下几点（1）可以在弯曲模具调试时，更好的量化弯管模具的调整数据及调整方向;（2）加工成本低，相对高端检测设备而言，有非常好的经济优势;（3）对操作者技能要求低，检测效率高;（4）可以根据目标管形的精度要求，进行检测结构的设计，可进行全管形检测且检测精度高;（5）可以和弯管模具同步并行，缩短研发周期。
二、模具设计与测试弯管模具是管材成形的核心部件，管材弯曲的难点在于回弹的测试，要想设计精准的弯管模具，必须在设计之前对管材的回弹进行测试，首先预估管材回弹系数进行测试模具的设计，例如取目标管形弯曲半径的0.9倍进行模具设计，测试用的简易弯管模具主要由弯曲模（定轮）、一个绕其旋转的动轮、一个固定两轮的固定杆组成，在测试过程中，要以匀速进行弯曲。
在回弹量测试过程中，常见的错误为，直接观察弯管弧度部分是否与检具吻合，其实这是在测试弧长，影响弧长的前提因素有弯曲角度和弯曲半径，所以应该按照角度、半径、弧长的顺序进行测试。
弯曲工艺与模具设计PPT课件
2. 最小相对弯曲半径及其影响因素
最小相对弯曲半径是指板料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时的弯曲半径与板料厚度
的比值
影响最小相对弯曲半径的因素：
1)材料的力学性能：塑性好， rmin/t
小。 2)板料的纤维方向：弯曲线与纤维方向
二、最小弯曲半径值确定 1.最小弯曲半径的近似理论计算
二、最小弯曲半径值确定 2.最小弯曲半径的经验值确定
由于影响最小弯曲半径大小的因素很多，因此计算结果与 实际的rmin有一定的误差，在实际生产中主要是参考经验数据来 确定各种材料的最小弯曲半径。
三、提高弯曲极限变形程度方法
1.弯曲件分两次弯曲，第一次采用较大的弯曲半径（大于 rmin），第二次按要求的弯曲半径弯曲。
接的影响。间隙小，回弹减小。相反，当间隙较大时，材料处 于松动状态，工件的回弹就大。
2. 影响回弹的因素
1）材料的力学性能:屈服极限越大、硬化指数越高，回弹量越大； 弹性模量越大，回弹越小。
2）相对弯曲半径:越大，回弹越大。 3）弯曲中心角:越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大，
故回弹增加。 4）弯曲方式 ：校正弯曲的回弹比自由弯曲时大为减小。 5）工件形状： 形状越复杂、一次弯曲的角度越多，回弹越小。 6）模具结构： 带底凹模的回弹小。
弯曲中心角α越大，表示弯曲变形区的长度越长，回弹积 累值也越大，故回弹角Δα越大，但对弯曲半径的回弹影响不大。
二、影响回弹的因素 4.弯曲方式及校正力大小
自由弯曲时的回弹角要比校正弯曲来得大,这是因为校 正弯曲时，材料受到凸、凹模的压缩作用，不仅使弯曲变形 区毛坯外侧的拉应力有所减小，并且在外侧靠近中性层附近 的切向也出现和毛坯内侧切向一样的压缩应力。随着校正力 的增加，切向压应力区向毛坯的外表面不断扩展，以致毛坯 的全部或大部分断面均产生切向压缩应力。这样内、外层材 料回弹的方向取得一致，使其回弹量比自由弯曲时大为减少。 因此校正力越大，回弹值越小。
第3章 弯曲工艺与弯曲模具
总之影响最小弯曲半径的主要因素如下：
⒈ 材料的机械性能；
⒉ 板材纤维的方向性；
⒊ 弯曲件的宽度； ⒋ 板材的表面质量和剪切断面质量；
⒌ 弯曲角；
⒍ 板材的厚度。 最小弯曲半径可按表3-1选取
表3-1 最小弯曲半径rmi
3.2.2、弯曲时的回弹及控制回弹的措施 1、弯曲回弹现象 弯曲回弹现象产生于弯曲变形结束后的卸载过程，是由其内部产生 的弹性回复力矩造成的。弯曲件卸载后的回弹，表现为弯曲件的弯曲 半径和弯曲角的变化，如图3-6所示。
（a ）
（b ） （c） 图3-25 防止尖角处撕裂的措施
0 绪论 一、冲压概念
图3-26所示的零件，根据需要设置了工艺孔、槽及定位孔。图（a） 所示工件弯曲后很难达到理想的直角，甚至在弯曲过程中变宽、开 裂。如果在弯曲前加工出工艺缺口（M×N），则可以得到理想的弯 曲件。图（b）所示的工件，在弯曲处预先冲制了工艺孔，效果与 图（a）相同。图（c）所示的工件，要经过多次弯曲，图中的D是 定位工艺孔，目的是作为多次弯曲的定位基准，虽然经多次弯曲， 该零件仍保持了对称性和尺寸精度，
0 绪论 一、冲压概念
凸模下行，减小到r/t>200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(200>r/t>5)时，板料进入线形全塑
性弯曲状态。
当其进一步减小到r/t3~5时，则为立体塑性弯曲，此即模 具弯曲最终状态。
• 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/t>3)弯曲时，由于 宽度方向材料不能自由变形 （宽度基本不变），即
薄壁方管的高效弯曲工艺分析和模具设计
薄壁方管的高效弯曲工艺分析和模具设计在多种健身器械的制造过程中,经常遇到矩形薄壁钢管小曲率半径的弯曲,这种弯管零件要求外观美观,加工时生产效率高,成本低。
为此,我们在生产中对该零件弯曲工艺、弯曲模具结构进行多次试验,并设计了一系列较合理的弯曲工艺和模具结构(□ 50× 50方管、□ 40× 40方管、□ 32× 32方管及30× 60矩形管等的弯曲) ,成功地解决了生产中的难题。
现就图1所示零件简述如下。
图1方形薄壁弯管1弯曲工艺分析各种资料对圆管弯曲工艺介绍的较多,而对方形钢管的弯曲,尤其是薄壁钢管的小曲率半径弯曲工艺和模具介绍得很少。
这种零件的弯曲与圆管的弯曲在工艺上存在较大的区别。
弯曲中容易出现外侧内凹、拉裂和内侧失稳起皱的缺陷。
通过分析,可把图1所示零件的弯角部分分解为四个部分的薄板件的弯曲。
即外壁的拉伸弯曲、内壁的压缩弯曲和左右侧壁的侧弯(如图2所示)。
ａ外壁拉伸弯曲;ｂ内壁压缩弯曲;ｃ侧壁薄板侧弯图2薄壁方管弯角部分的分解假定为纯塑性弯曲,图2内、外壁弯曲部分的受力状态和应力应变状态如图3所示。
弯曲时,外壁切向受拉应力伸长,其切向塑性应变<1 > 为ε =ｈρ× 1 0 0 % =2 01 1 0 × 1 0 0 % =1 8 2 %式中:ρ 弯曲中性层的曲率半径ｈ弯曲外侧距中性层的距离考虑弯曲时的延伸,实际的弯曲中性层应在截面中心的内侧,故实际值将大于1 8 2 %。
管坯弯曲时切向应变ε 为最大的主应变,根据塑性变形体积不变条件,在另两个方向上必然产生与ε 符号相反的应变<1 > ,假定截面在弯曲过程中保持不变(管坯宽度方向上的应变εｂ为零)。
这时可视为平面应变状态,从而有|ε | =|εｔ| ,其中εｔ为管壁厚度方向上的变薄应变,当εｔ≥ 1 8 2 %时,管坯外壁极易发生断裂。
内壁的压缩弯曲变形部位的受力状态和应力应变状态(如图3)。
冲压模具设计与制造-弯曲工艺与模具设计
应用场景
广泛应用于手机、汽车、电视机、 计算机等产品的制造中
弯曲工艺的应用场景
个人消费品
行李车、儿童座椅、自行车座等
建筑领域
门窗、钢结构等
工业制造
吊车臂、桥架、挖掘机臂等
汽车领域
汽车车身、排气管、离合器等
弯曲工艺的优缺点
优点
• 工艺简单 • 生产效率高 • 生产成本低 • 形状可变
缺点
• 成型重量限制 • 无法实现非线性弯曲 • 弯曲角度存在最小值 • 弯曲半径限制较大
3 材料
应选择强度和韧性都较高的材料，同时应考 虑在操作过程中的磨耗性和修复性
4 可维修性
模具设计应考虑寿命和易损件，易于维修和 更换
弯曲模具的分类
按形式分类
• 单工位模 • 连续模 • 中空模 • 异形模
按应用分类
• 汽车工业专用模 • 造船业用弯管模 • 机床上安装的弯管模 • 家电制造业弯头型号模
Hale Waihona Puke 弯曲模具的设计方法常见方法
手工模拟、数值模拟、经验规律法、模拟仿真
设计步骤
1. 确定工件的几何形状 2. 计算弯曲力矩和弯曲角度 3. 准备模具的设计图纸 4. 优化模具的几何尺寸
弯曲模具对模具的要求
1 强度
模具应具有足够的强度来承受弯曲力矩和弯 曲压力的作用
2 精度
模具必须保证成型精度的要求，例如加工定 位孔及精度要求达到零误差
弯曲工艺的材料选择
常见材料
铝合金、钢材、不锈钢、镁合金 等
制造工艺
冷拔可广泛应用，热轧用于钢材 弯曲时的复合成型
板厚选择
在保证预算的前提下，尽量选择 薄板
弯曲模具的构造和原理
1
薄壁钢管弯曲模具设计
薄壁钢管弯曲模具设计弯管在制冷、机械、化工等行业中的应用十分广泛，薄壁钢管弯管的批量生产，一般是在弯管机上冷弯成形,由于薄壁钢管管壁支撑失稳临界力较低，弯曲部位常出现瘪皱等变形缺陷。
这些缺陷不但削弱钢管的强度,降低其承载能力，而且容易造成管内流动介质速度不均、产生涡流和弯曲部位积聚污垢等,影响弯管的正常使用，因此消除弯管缺陷成了弯管过程中最大难点，必须高度重视。
一、薄壁钢管弯曲受力与变形分析薄壁钢管弯曲时，管子在外力作用下弯曲变形,其弯曲部分的外缘在拉应力作用下管壁变薄,而管子内缘在压应力作用下管壁增厚。
由于在管子弯曲过程中,外缘拉应力和内缘压应力的合力都向中部作用，导致管子弯曲部位在水平面上的直径变大,垂直面上的直径减小，出现椭圆形。
同时，如果弯曲模具弧槽参数选择不当,不能起到强化弯曲部位管壁的作用,则管子内缘在压应力作用下，因管壁失稳临界力较低而产生波浪形皱褶。
由以上分析可知：薄壁钢管弯曲时极易产生瘪皱缺陷。
因此设计薄壁钢管弯曲模具时，必须合理确定其结构参数，以便钢管弯曲时,在模具作用下使管子产生一预加反应力,以抵消薄壁钢管弯曲时产生的椭圆变形，对弯曲部位的瘪皱缺陷进行合理控制.二、薄壁钢管弯曲模具设计简易薄壁钢管弯管机的结构如图1所示，弯管模具如图2所示,由弯管模块、滚动压轮和导轮组成。
滚动压轮和导轮安装于滚轮座中，并可在转盘的滑槽中上下移动。
弯管时,扳动手柄带动转盘绕轴转动，由导轮向管子施加压力，使其发生弯曲变形。
同时滚动压轮在钢管弯曲部位施加一定压力，通过轮上弧槽使之产生一反向预压力,以抵消钢管弯曲时产生的椭圆变形,使管子内缘与弯管模块弧槽紧密贴合，以强化弯曲部位管壁，消除内壁皱褶。
1.弯曲模块钢管弯曲后的半径和形状取决于弯管模块，因此，必须合理确定其结构参数，弯管模块如图3所示：图3 弯管模块1)弯管模块直径D由于外力取消后，被弯曲的钢管会产生回弹,所以弯管模块直径应小于两倍的弯管曲率半径，数值按下面的经验公式计算(2)圆弧槽半径r与倒圆半径r1因相对弯曲半径ε(ε=R0/d）的不同而有所不同，其目的是为了强化钢管弯曲部分管壁,避免皱褶，数值可按下式计算:r=Kd/2,其中K为按相对弯曲半径ε大小确定的系数，当ε≥3。
模具设计基础-第三章 弯曲工艺与弯曲模具设计ppt课件
自由弯曲 弹性弯曲
校正弯曲 塑性弯曲
弯曲效果：表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化（具设计
3.弯曲变形分析 研究材料的变形，常采用网格法。根据坐标网格的变
化情况来分析弯曲变形时毛坯的变形特点。
模具设计基础 第三章 弯曲工艺与弯曲模具设计
（1）弯曲变形区的位置 通过对网格的观察，可见弯曲圆角部分的网格发生了显 著的变化，原来的正方形网格变成了扇形。靠近圆角部分的 直边有少量变形，而其余直边部分的网格仍保持原状，没有 变形。说明弯曲变形的区域主要发生在弯曲圆角区，即弯曲 带中心角α 范围内。
模具设计基础
—弯曲工艺与弯曲模具设计
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模具设计基础 第三章 弯曲工艺与弯曲模具设计
了解弯曲工艺及弯曲件的结构工艺性分析，理解弯 曲变形过程分析，理解弯曲件的质量问题及防止措施， 掌握弯曲工艺设计和弯曲模具典型结构组成及工作过程 分析。
应该具备的能力：具备弯曲件的工艺性分析、工艺 计算和典型结构选择的基本能力，初步具备根据弯曲件 质量问题正确分析原因并给出防止措施的能力。
模具设计基础 第三章 弯曲工艺与弯曲模具设计
二、弯曲件回弹
材料在弯曲过程中，伴随着塑性变形总存在着弹性变形， 弯曲力消失后，塑性变形部分保留下来，而弹性变形部分要恢 复，从而使弯曲件与弯曲模的形状并不完全一致，这种现象称 为弯曲件的回弹。回弹是所有弯曲件都存在的问题，只不过是 回弹量大小而已。回弹量的大小通常用角度回弹量 Δθ 和曲率 回弹量 Δ r 来表示。
模具设计基础 第三章 弯曲工艺与弯曲模具设计
弯曲件在生产生活中经常见到，如下图所示的电器元 件和弯管均为弯曲件。这些产品的共同特点是：不管是板 类件还是管形件，都有一定的弯曲角度。另外，很多弯曲 件上有孔，是先冲孔还是先弯曲，如何判断并制定加工的 先后顺序呢？
弯管原理和弯管模具设计
弯管原理和弯管模具设计弯管是一种常见的金属加工工艺，用于将直管材料弯曲成所需的形状和角度。
弯管工艺可应用于各种不同的行业，包括汽车制造、航空航天、建筑和家具等。
在弯管过程中，弯管原理和弯管模具设计是非常重要的。
一、弯管原理弯管原理是建立在材料的塑性变形基础上的。
当应力施加到材料上时，材料会发生塑性变形，而不会发生断裂。
在弯管过程中，沿着管材的轴向施加力，并在管材的两端施加转矩，使得管材发生弯曲。
弯管原理可以通过弯曲力矩和弯曲应力来描述。
弯曲力矩是指施加在弯曲管材上以产生弯曲的力矩，它与管材的截面形状、尺寸、弯曲角度和材料特性有关。
弯曲应力是指管材在弯曲过程中受到的应力，它与材料的弯曲模量、截面形状和尺寸有关。
在弯管过程中，管材通常会受到拉伸和压缩的力，并且外侧弯曲的强度要大于内侧弯曲的强度。
为了避免管材的变形或破裂，需要根据管材的特性和所需的弯曲角度选择适当的弯曲半径。
弯管模具设计是为了实现所需形状和角度的管材弯曲而进行的。
弯管模具需要具备以下特点：1.合适的模具材料：弯管模具需要选用耐磨性和强度较高的材料，以保证模具在长时间使用过程中不变形或损坏。
2.合理的结构设计：弯管模具的结构设计需要考虑到工艺的要求和材料的特性，使得其能够适应不同尺寸和形状的管材弯曲。
3.精确的加工：弯管模具的加工需要保证模具的精度和表面质量，以确保弯管过程中的高精度和光滑度。
4.模具补偿设计：由于管材在弯曲过程中会发生弹性回复，弯管模具的设计需要考虑到弹性回复量，使得弯曲后的管材能够达到所需的形状和角度。
5.模具焊接和固定：弯管模具的焊接和固定需要保持模具的稳定性和可靠性，以防止模具在弯管过程中的移动或松动。
总结起来，弯管原理和弯管模具设计是实现管材弯曲的关键。
了解弯管原理可以帮助我们更好地理解和掌握弯管工艺，而合理的弯管模具设计可以提高弯管的精度和质量。
弯管工艺在工业生产中的应用广泛，通过不断改进和创新，可以提高生产效率和产品质量，推动行业的发展。
弯管原理和弯管模具设计
冷弯管原理和弯管模具设计一．弯管原理弯管机标准模具包括：弯管模、夹紧块、导板（或滚轮）。
多节活芯、防皱块为选件D管件外径t管件壁厚R弯曲半管件外径D仅反映管件大小，管件弯曲加工的易难程度取决于管件的壁厚和弯曲半径，管件壁厚越小，半径越小加工难度越大。
一般我们用相对壁厚，相对弯曲半径作为弯管的工艺参数相对壁厚tx=t/D，相对弯曲半径Rx=R/D弯管机对于Rx>3D，tx>0.04的管件使用标准模具即可,对于Rx<3D，tx<0.04D 的管件弯管机可加上防皱板, 多节芯头等工艺措施来保证管件弯曲质量弯管机主要采用缠绕弯管工艺，缠绕弯管工艺可以比较容易在弯管模具加上各种措施以得到较好的管件质量。
弯管工艺弯管工艺，口径从DN25～DN104，壁厚1～2mm，其弯曲半径一般为1D，即是管子口径。
弯管最难处理的就是内圆弧，弯径小了容易起皱，上述工艺主要是消皱器起作用，所以能弯小半径的工件那消皱器的材料很讲究，太硬了，磨伤工件，太软了，不起作用。
是一种铜合金。
弯管芯棒的选取和使用摘要：介绍了管子在冷态弯制时的变形情况，以及通过合理选择芯棒及掌握其正确的使用方法，达到弯制出理想小半径管件的方法。
键词：应力；芯棒；相对弯曲半径；相对壁厚一、引言弯管技术广泛应用于锅炉及压力容器行业，中央空调制造业、汽车工业、航空航天工业、船舶制造业等多种行业，弯管质量的好坏，将直接影响到这些行业的产品的结构合理性，安全性、可靠性等。
因此，为了弯制出高质量的管件，就应该掌握管件在不同工艺条件下的加工技巧。
对于冷态弯管，合理选择芯棒的形成及掌握其正确的使用方法非常必要。
二、工艺分析在纯弯曲的情况下，外径为D、壁厚为S的管子受外力矩M的作用发生弯曲时，中性层外侧的管壁受拉应力σ1的作用而减薄，内侧管壁受压应力σ2的作用而增厚(见图1a)。
同时，合力F1和F2又使管子弯曲处的横截面发生变形而成为近似椭圆形(见图1b)，内侧管壁在σ2的作用下还可能出现失稳而起皱(见图1c)，为弯制出理想的管件，就应采取相应的措施来防止上述这些缺陷的产生，其中有芯弯管就是最常用的有效方法之一。
弯曲工艺与模具设计方案分析
第二节 弯曲力的计算
一、自由弯曲力
弯曲力矩 弯曲力
M
1 4
Bt 2 s
F
Bt 2 l
s
实际弯曲力经验公式
F
CKBt 2 rt
b
二、校正弯曲力
凸模与凹模压靠(精压) — 校正弯曲，提高精度，减小 回弹
F pA
弯曲力
rd (0.6 ~ 0.8)(rp t)
凹模深度
凸模、凹模之间的间隙
V形弯曲，凸模、凹模之间的间隙通过调整压力机闭合高 度控制；U形弯曲，必须选择合理的模具间隙。
钢板：
C=(1.05~1.15)t
有色金属： C=(1.0~1.1)t
U形弯曲模具工作部分尺寸
U形弯曲宽度尺寸标注在外侧时，先确定凹模尺寸，凸模配作保证间隙 。
6
8
0
2
x1
0.7
0.67
0.63
0.59
r/t
>1.2~1. >1.5~1.
5
8
>1.8
x1 0.56
0.52
0.5
第四节 弯曲工艺设计
弯曲件的工艺性指弯曲件的形状、尺寸、材料及技术要求等 是否适合于弯曲成形的工艺要求。
一、最小相对弯曲半径
rmin 1 1 1 1
t 2 2 2
最大伸长率
最大端面收缩率
基本概念
弯曲：在冲压力的作用下，将板料、管材或型材弯成一 定曲率或角度，并得到一定形状零件的冲压工序
。 分类：压弯、折弯、扭弯、辊弯、滚弯和拉弯。
第一节 弯曲变形分析
变形区：弯曲圆角部位 弯曲变形内区、外区
弯曲工艺与模具设计
第三章弯曲工艺与模具设计弯曲是使材料（板料、棒料、管材等）产生塑性变形，形成具有一定角度或一定曲率零件的冲压工艺。
它属于成形工序，是冲压的基本工序之一，各种常见弯曲件如图4-1所示。
根据所使用的工具及设备的不同，可以把弯曲工序分为使用模具在普通压力机上进行的压弯及在专门的弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等。
虽然各种弯曲方法使用的工具及设备不同，但其变形过程和变形特点有共同规律。
（【1】p108）第一节弯曲变形过程及特点一、弯曲变形过（本节内容摘自【2】p148）V形弯曲是最基本的弯曲变形，任何复杂弯曲都可以看成是由多个v形弯曲组成。
所以以v形弯曲为代表分析弯曲变形的过程。
弯曲过程中，当坯料上受到凸模压力（弯曲力矩）时，坯料的曲率半径会发生变化。
图4-3所示为一副常见的v形件弯曲。
其弯曲过程简述如下：弯曲开始前，先将平板毛坯放入模具定位板中定位，然后凸模下行，实施弯曲，直到板料与凸模、凹模完全贴紧（此时冲床下行至下死点），然后开模（此时冲床上行至上死点），再从模具中取出v形件。
其受力情况如图4-4所示，弯曲过程分析如图4-5所示。
在板材A处，凸模施加外力2F，在凹模支撑点B1，B2处则产生反力与这外力构成了弯曲力矩M=FxL,该我弯曲力矩使板材产生弯曲变形。
弯曲变形可分成弹性变形阶段、塑性变形阶段和矫正弯曲阶段。
（1）弹性变形阶段：在凸模的压力下，板料受弯曲力矩M的作用，坯料变形区应力最大的内、外表面的材料没有产生变形，变形区内的材料仅产生弹性变形，且是自由弯曲，此时如果消除弯曲力矩时，坯料将恢复原状。
如图4-5(a)所示。
（2）塑性变形阶段：坯料变形区内、外表面的应力分量满足塑性条件，进入塑性变形状态。
此时如果消除弯曲力矩时，坯料将不能恢复原状。
随着凸模进一步下行，塑性变形有表面向中心进一步扩展。
板料与凹模v形表面逐渐靠紧，同时曲率半径和曲率力臂逐渐变小，即r0>r1>r2>r k,L0>L1>L2>L k。
弯曲工艺与弯曲模设计(ppt 68页)
3. 塑性弯曲阶段
当凸模到达下止 点时，毛坯被紧 紧地压在凸模与 凹模之间，使毛 坯内侧弯曲半径 与凸模的弯曲半 径吻合，完成弯 曲过程，变形由 弹—塑性弯曲过 渡到塑性弯曲。
•5
弯曲分类
自由弯曲 校正弯曲
当弯曲过程结束，凸模、凹模、毛 坯三者相吻合后，凸模不再下压的 弯曲工序，回弹量较大。
当弯曲过程结束，凸模、凹模、毛 坯三者相吻合后，凸模继续下压， 产生刚性镦压，使毛坯产生进一步 塑性变形，从而对弯曲件的弯曲变 形部分进行校正的弯曲工序。
7，8-活动凹模；10-下模座；11-滚柱
•22
4.2.3 帽形件弯曲模
1.使用两套U形弯曲模
图 4-19 两次弯曲成形
•23
2.一次弯曲成形
有回弹。较少 使用此方法
图 4-20 一次弯曲成形
图 4-21 复合弯曲模一次弯曲成形
1-凸凹模；2-活动凸模；3-凹模；4-顶板
•24
4.2.4 Z形件弯曲模
图 4-17 使用回转凹模的U形件弯曲模
1-凸模；2-定位板；3-弹簧；4-回转凹模；5-限位钉
•21
使用斜楔的U形件弯曲模
弹簧将毛坯先弯曲 成U形。受弹簧弹力 限制，该结构只适
用于弯曲薄板。
图 4-18 使用斜楔结构的U形件弯曲模
1-斜楔；2-凸模支杆；3，9-弹簧；4-上模座；5-凸模；6-定位销；
2）校正法 校正压力集中施加在弯曲变形区，使其塑性变形成 分增加，弹性变形成分减小，从而使回弹量减小。
图 4-31 校正法示意图
•35
4.4 弯曲工艺计算
4.4.1 弯曲件展开长度的计算
弯曲件展开长度的计算 依据弯曲件的形状、弯 曲半径、弯曲方向的不 同而不同。
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弯 曲件宽度 （ ｍ ｍ）；
卜 ＿ ＿弯 曲材料 厚 度 （ ｒ ｎ ｍ） ；
弯 曲件 内弯曲半径 （ ｍ ｍ）；
— —
材料抗拉强度 （ ＭＰ ａ ）。
将七 ＝１ ． ３，６ ＝１ １ ４ ｍｍ ，ｔ ＝ ５ ｍｍ，Ｒ＝ ３ ４ ３ ｍｍ ，
譬
７ ９
ＷＩ Ｖ Ｉ ￣ ． Ｉ Ｉ Ｉ Ｃｔ ＯＩ ＷＯ ｆ ｌ Ｃ Ｉ Ｎ ＲＩ ９ ． ￣ ｏ ． ｃ ｏ ｍ Ｊ
（ ２ ）钢管压模弯 曲力计算 弯 曲力计算是设计
弯 曲模 和 选择 压 力设 备 吨 位 的重 要 依据 。根据 弯 曲
压模最小壁厚及宽度设计。通过对钢管 受力分析计算 ，并考虑滚压模的经济性 ，最 弯管压模壁厚取１ ０ ａｍ，宽度取２ ｒ ８ ０ ｍｍ。
应变分量 （ 见图２ ） ，一种应变状态只有一组主应
变。
一
点的应变状态也可分解成 两部 分 ，如 图３ 所
示 。第一部分以平均应变 为各 向应变的三 向等 应变状态 Ｅ ＝ （ ＋５ ： ＋６ ）／ ３ ，表示 了单元体 体积的变化 。第二部分是以各 向主变应与 的差 值为变应值构成的应变状态 ，表示了单元体形状的
（ １ ）模具材料的基本要求 根据工作部分对模 具硬度的要求 ，硬度要达￣ Ｉ Ｊ ５ ８ ￣ ６ ４ ＨＲ Ｃ，具 有高耐 磨性 和足够 韧度 ，以及 良好 的使用性能和 工艺性
图 １
能 ，故该弯管压模选用Ｚ Ｇ ３ １ ０ —５ ７ ０ 材质。
参磊 工 热 加 工 热
＝ ４ ６ ０ ＭＰ ａ 代入上式 ，计算得Ｆ 自 ＝ ３ ４ ２ ８ Ｎ，现车间
选用功率为４ ０ ｋ Ｗ 的 三辊 卷 板 机 进 行 滚 压 生 产 ，完 全能 满 足所 需 弯 曲力 的要 求 。
（ ３ ）弯管滚压模工作部分 尺寸设计
内孔尺
５
寸 设 计 ，如 图４ 所 示 ，为 方便 安 装 ，把 滚 压 模 具 设
产生挤压
变 形 区域 图 ２ 图 ３
，
够 Ｉ 睡
经过以上受力分析及结合屈雷斯卡 塑性屈服条
件 ，表 达 式为
Ｔｍ ＝（ 仃１ 一 ２ ） ＝盯。
特 制 订 钢 管压 弯 采 用 冷滚 压 成 形 法较 好 ，设备 选 用三 辊 式卷 板 机 。
３ ． 滚 压成 形模具设计
计成上下两半边对 开式 ，两半边用４ 一Ｍ１ ６ 螺栓联
接 。 内孔 尺 寸与 三辊 卷 板 机 的辊 轴 配合 ，经测 量 辊 轴直 径 为２ ９ ０ ｍｍ，公差 配合 选 用 间隙 配合 。加 工 内
与 此 同时 ，运 用靠 模 进行 检 验 ，当钢 管
度与靠模的圆弧基本吻合时 ，再相应加压 ， 拆模后钢管回弹 ，确保弯好的钢管制件达到
变化。
有关冲压模具的设计资料 ，通过对钢管制件进行工
艺 及 受 力分 析 ，最 终 设 计 出 了 较 为 理 想 的 弯 曲 模
具 ，圆满地 完成 了加工任务 ，赢得 了用户的信赖 。 下面就此压弯模具作一简要介绍。
２ ． 钢管 制件弯 曲工艺分析
如 图１ 所示 ，钢管压弯受力后 ，主要 变形 区域 集 中在受压和受弯部分 ，因此对这一部分 的受力分 析及防止变形措施是整个模具设计的关键 点之一 ， 而滚压成形工艺不单是模具的滚制工序 ，主要还是 由模具 的设计成功率起决定作用。
１ ． 主要难点
该 钢 管 为 普 通钢 管 ，材 质 为Ｑ２ ３ ５ Ａ，壁 厚 ５ ａｍ，直径 １ ｒ １ ４ ａｍ，弯拱要求弯曲部分成形后 ，受 ｒ
挤 压 变 形 不 得超 过 ２ ０ ％，且 外 形 尺 寸 必须 符 合 用 户 图样 要 求 ，加 工 数量 ４ ０ ０ 条。 为 能 够 完成 用 户 的加 工要 求 ，笔 者翻 阅 了大 量
能很好地上紧贴在卷板机的辊轴之上 ，防止模具打
滑。
迹 ，提高弯曲件的精度和表面质量，现场 实
６ 所示。
幽
４
模具 设 计 制造 完 成 后 ，一 次试 滚 压 制件
工作部分圆角半径及其深度设计。为使钢管弯 曲件在滚压时不致损伤变形 ，工作部分设计成下凹 圆弧状 ，凹模圆角半径 不能过小 ，现取稍大于钢 管外形尺寸为５ ７ ． ５ ｍｍ。凹模深度需等于下 凹圆角 半径 ，杏则易使钢管沿 凹模滑进时阻力增大 ，从而
Ｆｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ
钢管弯曲工艺分析及模具设计
广西百 色美联 煤矿装备 制造 有 限责任 公司 （ 田东新 州 ５ ３ １ ５ ０ １ ） 梁玉 星
我公司作为专门为南方软 岩喀斯特地貌矿井设
计 制 造煤 矿 机 械化 装 备 的生 产 厂 家 ，经常 接 到 各种
钢管制件 弯 曲后受挤压处 的应 变状态可参 照 应 力分析过程 ，通过在变形区某点处取单元体 ，然
后研究该单元体的变形 ，在其变形过程 中，各质点 都离开初始位置产生位移。一点的应变状态可通过 微元体的变形来表示 ，当采用主轴坐标 系时 ，单元
体 就 只有 ３ 个 主 应 变 分 量 、 ： 、Ｅ ，而 没 有 切
急、难 、繁重的机械加工任务。最近 ， １ １ ４ ｍｍ钢 管弯拱的制作加工 ，便是其中的任务之一 。
力计算公式
Ｆ自 ＝ ０ ． ７ ｋ ｂ ｔ ／（ Ｒ＋ ｔ ）
４ ． 滚 压工艺规范
如 图５ 所示 ，钢管在 三辊卷板机上滚压
应 逐 步加 压 ，多次 来 回滚 动 ，否 则会 造 成变 层材 料破 裂 ，影 响 使用 性能 。
式中 Ｆ ——冲压行程结束的 自由弯曲力 （ Ｎ）；
求 的３ ０ 。 弯 曲角 。
孔时 ，必须将上下两半边模 合起来整体加工，以保
证两 半 边 的 同轴 度 。 同时 ，还 需 在 两半 边 模 的结 合 面 处垫 上 一块 ５ ｍｍ厚的 钢板 ，以便 组 装时 ，滚 压模
钢管滚压后 制 件 外 表 面 产 生 划 伤 而 留