弯曲工艺设计

先根据经验数值和简单的计算来初步确定模具工作部分尺寸，然后 在试模时进行修正。
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2. 弯曲回弹
①小变形程度（r/t≥10）自由弯曲时的回弹值 凸模工作部分的圆角半径和角度可按下式进行计算：
rT r 1 3
sr
Et
T
r rT
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2. 弯曲回弹
②大变形程度（r/t＜5）自由弯曲时的回弹值 • 卸载后弯曲件圆角半径的变化是很小的，可以不予考虑，而仅考 虑弯曲中心角的回弹变化。 • 弯曲中心角为90°时部分材料的平均回弹角查表。 • 当弯曲件弯曲中心角不为90°时，其回弹角可用下式换算：
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1. 弯曲变形过程
• V形弯曲是最基本的弯曲变形，任何复杂弯曲都可看成是由多个V 形弯曲组成。
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1. 弯曲变形过程
弯 曲 过 程
自由弯曲 弹性弯曲 校正弯曲 塑性弯曲
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弯曲效果：
表现为弯曲半径和弯曲中心角的变化（减小）。
2. 研究弯曲变形的特点
• 目的:找出破坏规律
难点：
1．弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素； 2．影响回弹的因素与减少回弹的措施 ； 3．弯曲工艺计算
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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。 • 它属于成形工序，是冲压基本工序之一，在冲压零件生产中应用 较普遍。
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概述
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概述
• 生活中的弯曲件
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概述
• 弯曲方法：模具压弯 折弯 滚弯 拉弯
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概述
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
Ｖ 形 件 弯 曲 模
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概述
用 模 具 成 形 弯 曲 件 一
• 与其它变形工序相比，弯曲过程的回弹现象是一个影响弯曲件精 度的重要问题，弯曲工艺与弯曲模设计时应认真考虑。
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2. 弯曲回弹
• 弯曲回弹的表现形式有两个方面 • 曲率减小 • 弯曲中心角减小
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2. 弯曲回弹
（1）影响回弹量的因素 ①材料的力学性能 S / E 越大，回弹越大。
第5章 弯曲工艺设计
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教学内容
• 弯曲是冲压基本工序。
• 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，初步了解弯曲模具结构。
• 板料弯曲时外层受拉应力 • 超过材料强度极限时将出现弯曲裂纹 （1）最小相对弯曲半径rmin/t 相对弯曲半径（ r/t）： 表示板料弯曲变形程度的大小
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1. 弯曲裂纹与最小相对弯曲半径
• 弹性弯曲条件
或
坯料弯曲变形区内切向应力的分布
ａ）弹性弯曲ｂ）弹－塑性弯曲ｃ）纯塑性弯曲
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⑥ 细而长的板料弯曲后的纵向翘曲与窄板弯曲后的剖面畸变，管 材、型材弯曲后的剖面畸变 ⑦ 中性层的内移
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2. 研究弯曲变形的特点
翘曲
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2. 研究弯曲变形的特点
型材、管材弯曲后的剖面畸变
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3. 弯曲变形时的应力、应变状态分析
窄板 应力状态
长度方向σ1：内区受压，外区受拉 厚度方向σ2：内外均受压应力
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2. 弯曲回弹
⑤ 在弯曲件直边端部纵向加压 ⑥ 用橡胶或聚氨酯代替刚性金属凹模能减小回弹
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3. 弯曲偏移
• 偏移：弯曲过程中板料毛坯在模具中发生移动的现象。 • 结果：弯曲件两直边长度不符合图样要求
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3. 弯曲偏移
产生偏移的原因： （1）弯曲件坯料形状左右不对称， 弯曲时坯料两边与凹模表面接触面积 不相等，导致坯料滑进凹模时两边的 摩擦力不等，使毛坯向接触面积大的 一边移动。 （2）坯料定位不稳，压力效果不理 想。 （3）模具结构左右不对称。 （4）模具间隙两边不相同、润滑不 一致。

90

90
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2. 弯曲回弹
③校正弯曲时的回弹值 • 校正弯曲的回弹可用试验所得的公式计算，也可直接查表。
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2. 弯曲回弹
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2. 弯曲回弹
（3）减少回弹的措施 1）改进弯曲件的设计 ① 尽量避免选用过大的r/t 。如有可能，在弯曲区压制加强筋， 以提高零件的刚度，抑制回弹。 ② 尽量选用E/σs小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料
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。
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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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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
• 一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15´。 • 弯曲件的精度受坯料定位、偏移、翘曲和回弹等因素的影响，弯 曲的工序数目越多，精度也越低。
• 1)窄板弯曲(b/t≤3)：外缩，内伸
• 2)宽板弯曲(b/t＞3)：外侧和内侧无应变
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4. 弯曲时的中性层
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4. 弯曲时的中性层
• 应力中性层：毛坯截面上的应力，在外层的拉应力过渡到内层的压应力时，
发生突变或者应力不连续的纤维层
• 微分平衡方程--外区 于是 • 塑性条件 • 中性层
1. 弯曲裂纹与最小相对弯曲半径
• 最外层的断后伸长率
外 =
1 r min 1 外 2r t 2 1 t • 弯曲半径越小，外层金属的相对伸长量越大。
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1. 弯曲裂纹与最小相对弯曲半径
（2）影响最小相对弯曲半径的因素
• 最小弯曲半径rmin：
• 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。 • 常用最小相对弯曲半径rmin/t表示弯曲时的成形极限。其值越小越有利于 弯曲成形。 弯曲线 弯曲线 材料的力学性能 塑性 材料表面和侧面的质量 弯曲线的方向 弯曲中心角 纤维方向 板料的热处理状态 厚度
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2. 弯曲回弹
③ 对于厚度在0.8mm以上的软材料， r/t又不大时，可采取结构：
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2. 弯曲回弹
④ 对于U形件弯曲 • 当r/t较小,可采取增加背压的方法（见上图b) • 当r/t较大，可采取将凸模端面和顶板表面作成一定曲率的弧形 • 采用摆动式凹模 • 当材料厚度负偏差较大时，可设计成凸、凹模间隙可调的弯曲模
（B/t＜3） 宽度方向σ ：内外侧压力均为零 3 宽板 （B/t＞3） 长度方向σ1：内区受压，外区受拉 厚度方向σ2：内外均受压应力 宽度方向σ3：内区受压，外区受拉
两 向 应 力 三 向 应 力
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3. 弯曲变形时的应力、应变状态分析
窄板 （B/t＜3） 应变状态 宽板
长度方向ε1：内区压应变，外区拉应变 厚度方向ε2：内区拉应变，外区压应变
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概述
用 模 具 成 形 弯 曲 件 二
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概述
• 相对于冲裁模具 • 准确工艺计算难，模具动作复杂、结构设计规律性不强。
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5.1 弯曲工艺设计基础
• 通过网格分析及应力、应变分析，可获得弯曲变形的变形特点 • 针对弯曲出现的质量缺陷采用相应的措施，以保证弯曲顺利进行
材料的力学性能对回弹值的影响 1、3－退火软钢 2-软锰黄铜 4-经冷变形硬化的软钢
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2. 弯曲回弹
②相对弯曲半径r/t r/t越大，回弹越大
变形程度对弹性恢复值的影响
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2. 弯曲回弹
③弯曲中心角φ φ越大，变形区的长度越长，回弹积累值也越大 故回弹角Δφ越大
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2. 弯曲回弹
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2. 弯曲回弹
在弯曲U形件时，凸、 凹模之间的间隙对回 弹有较大的影响。 间隙越大，回弹角也 就越大
间 隙 对 回 弹 的 影 响
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2. 弯曲回弹
⑤工件的形状
一般而言，弯曲件越复杂，一次弯曲成形角的数量越多，回弹量就 越小。
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2. 弯曲回弹
（2）回弹值的确定
方法:
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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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2. 弯曲回弹
2）采取适当的弯曲工艺 ① 采用校正弯曲代替自由弯曲。
② 对冷作硬化的材料须先退火，使其屈服点σ s降低。对回弹较大 的材料，必要时可采用加热弯曲。 ③ 采用拉弯工艺。
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2. 弯曲回弹
拉弯时断面内切向应变的分析
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2. 弯曲回弹
3）合理设计弯曲模
① 对于较硬材料，可根据回弹值对模具工作部分的形状和尺寸进行修正。 ② 对于软材料，其回弹角小于5°时，可在模具上作出补偿角并取较小的 凸、凹模间隙。
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4. 弯曲时的中性层
• 应变中性层：板料弯曲时，外层纤维受拉，内层纤维受压，在拉 伸与压缩之间存在着一个既不伸长、也不压缩的纤维层
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5.1.2 弯曲质量分析
• 变形变形程度
• 质量问题：弯裂、回弹、偏移、翘曲、变形区厚度变薄和毛坯长 度增加
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1. 弯曲裂纹与最小相对弯曲半径
• 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
长度方向ε1：内区压应变，外区拉应变
三 向 应 变 两 向 应 变
（B/t＞3）
厚度方向ε2：内区拉应变，外区压应变
宽度方向ε3：内外区近似为零
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3. 弯曲变形时的应力、应变状态分析
• 应变状态： 三个方向
• (1)长度 (切向)：外伸，内缩 • (2)厚度 (径向)：外薄，内厚 • (3)宽度方向分两种情况：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
弯曲线
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1. 弯曲裂纹与最小相对弯曲半径
（3）提高弯曲极限变形程度的方法 ① 经冷变形硬化的材料，可热处理后再弯曲。 ② 清除冲裁毛刺，或将有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘。 ③ 对于低塑性的材料或厚料，可采用加热弯曲。 ④ 采取两次弯曲的工艺方法，中间加一次退火。 ⑤ 对较厚材料的弯曲，如结构允许，可采取开槽后弯曲。
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宽板（B/t3）
2. 研究弯曲变形的特点
窄板弯曲后的断面变化
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2. 研究弯曲变形的特点
变形特点 ① 工件分成了直边和圆角部分 变形区——圆角部分 ② 切向变形不均匀 方形扇形 外层伸长 内层收缩 中性层 ③ 厚度变薄 变薄系数/减薄系数 ④ 宽度方向变化 宽板和窄板 ⑤ 长度增加 一般是宽板，宽度变化小
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5. 变形区变薄和弯曲长度增加
• 多次试验 获得准确尺寸
• 一般先设计弯曲模，通过试验得到准确的毛坯尺寸，再设计落料 模。
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5.2 工艺性分析
• 弯曲件的工艺性是指弯曲零件的形状、尺寸、精度、材料以及技 术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。
• 具有良好工艺性的弯曲件，能简化弯曲的工艺过程及模具结构， 提高工件的质量。 5.2.1 弯曲件的精度
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1. 弯曲裂纹与最小相对弯曲半径
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2. 弯曲回弹
• 当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失， 使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致，这种现象 叫回弹。 • 由于弯曲时内、外区切向应力方向不一致，因而弹性回复方向也 相反，即外区弹性缩短而内区弹性伸长，这种反向的弹性回复加 剧了工件形状和尺寸的改变。