8-3弯曲模具设计实例

2.1弯曲工艺2.1.1弯曲变形过程分析2.1.2弯曲件质量分析2.1.3弯曲件的工艺性2.1.4弯曲件毛坯展开尺寸的计算2.1.5弯曲力的计算2.1.6弯曲件的工序安排2.2弯曲模具典型结构及工作零件的设计2.2.1弯曲模的分类与设计要点2.2.2弯曲模典型结构2.2.3弯曲模工作零件的设计2.3设计实例2.1.1弯曲变形过程分析1.弯曲变形过程：弯曲变形的含义、变形过程三阶段、弯曲回弹、自由弯曲、矫正弯曲。2.弯曲变性特点：网格法、中性层2.1.2弯曲件质量分析弯裂、回弹、偏移等2.1.3弯曲件的工艺性：指弯曲件的结构形状、尺寸、精度、材料及技术要求是否符合弯曲加工的工艺要求。1.最小弯曲半径r：对于给定材料，r越小，板料的外侧表面变形程度就越大，r超过某一临界值后，外侧拉应力就超过材料的最大许可拉应力而产生裂纹。r=ηt（2-2Φ-η）/2（Φ+η-1）Φ—断面收缩率；η—变薄系数；t—板料厚度。常见材料的最小弯曲半径，可查表。当弯曲件有特殊要求rrmin时，可以：a.设法提高材料的塑性：如将材料退火、加热状态下弯曲等；b.冲压工艺合理安排：如在板厚的弯曲半径较小时，可以预先开槽或压槽使弯曲部位的板料变薄；c.两次弯曲的工艺法：先弯曲较大的圆角半径，经中间退火后再按要求进行第二次弯曲。2.弯曲件直边高度：弯曲件直边高度不宜过小，否则影响工件的弯曲质量，不能保证零件的形状精度。根据经验:直边高度:H2.5t（经验值）不满足要求时，可预先开槽，或增加直边高度成形后再切除多余部分。3.弯曲件孔边距离：a.弯曲区域有孔时，为避免弯曲过程中孔的形状会发生变形，则必须将孔移到变形区外，孔边到弯曲半径r的中心距应满足下列条件：当t2mm时，L=t当t=2mm时，L=2tb.若L过小而不能满足上述条件时，则必须先弯曲后进行冲孔；或在靠变形区一侧预先冲出缺口或牙槽，也可在变形线上冲出工艺孔，以改变变形范围，利用工艺变形来保证所需孔不产生变形。5.增加工艺缺口、槽和工艺孔a.为提高精度，对于弯曲时圆角变形区侧面可以产生畸变的弯曲件，可以预先在折弯线的两端切出工艺缺口或槽，以避免畸变对弯曲件宽度尺寸的影响。b.当工件局部边缘部分弯曲时，为防止弯曲部分受力不均匀而产生变形和裂纹，应于线切槽或冲工艺孔。6.弯曲件的尺寸标注：三种标注方法。6.弯曲件的精度：弯曲件精度受偏移、回弹以及模具结构、模具精度和工序顺序的影响（弯曲工序越多，精度也随之降低），对弯曲件的精度应合理选择，一般弯曲件的长度公差选在IT13级以下，角度公差大于15ˊ.弯曲件直线尺寸的精度等级和角度公差查表。2.1.4弯曲件毛坯展开尺寸的计算模具设计和弯曲工艺确定时，需计算出弯曲件毛坯的展开尺寸。计算方法根据弯曲件的结构、弯曲半径、弯曲方法的不同而不同，但均需遵循以下计算原则：弯曲前后应变中性层长度不变；（rt/2）因此，弯曲件坯料长度应等于弯曲件中性层的展开长度。弯曲中性层位置的确定ρ。=r+xtL=ρпα/180ρ。—中性层曲率半径，r—弯曲内侧半径，t—料厚，L—弯曲部分展开长度。a=90̊时，L总=L1+L2+1.57(r+xt)2.1.5弯曲力的计算：为选择弯曲压力机和进行模具设计，尤其在弯曲坯料较厚、弯曲线较强、相对弯曲半径较小、材料强度较大的弯曲件时，必须对弯曲力进行计算。a.自由弯曲时的弯曲力V形弯曲件F自=0.6Kbt²σb/(r+t)U形弯曲件F自=0.7Kbt²σb/(r+t)其中：b-弯曲件宽度；t-弯曲件厚度；r-内圆角弯曲半径；σb-弯曲材料的抗拉强度（Mpa）；K-安全系数，一般取1.3b.校正弯曲时的弯曲力F校=pAA-弯曲件被校正部分的投影面积（mm²）p-单位面积校正力（Mpa）不同材料的单位面积校正力可以查表得出。c.顶件力和压料力FQ=（0.3~0.8)F自d.自由弯曲：F总=F自+FQ校正弯曲：F总=F校e.一般压力机公称压力：F压机=（1~1.3）F校2.1.6弯曲件的工序安排1）弯曲工艺分析-计算-弯曲工序安排，综合考虑因素:a.零件的形状；b.尺寸；c.尺精度等级；d.批量要求；e.材料力学性能等。2）弯曲工序安排的原则：a.形状简单如V、U形件要一次弯曲成形；b.批量大、尺寸小的弯曲件，为操作方便、等为准确和提高生产率，应采用冲裁、压弯、切断的连续弯曲模；c.多次弯曲时，先两端后中间；前次弯曲考虑后次弯曲定位，后次弯曲不能影响前次弯曲后的形状；d.不对称弯曲件，应对称弯曲后再切断。2.2.1弯曲模典型结构模具设计注意事项：a.准确、可靠的定位，防止弯曲中偏移；b.弯曲结束时能得到校正力；c.成形后能方便、安全地取出；d.考虑磨损，模具留有修模余量。弯曲模具分类：单工序模、连续弯曲模、复合弯曲模和通用弯曲模。1、单工序模：工作中模具只有竖直方向运动。a）V、L形弯曲件模具。靠块h=2t+r1+r2r1=r2=（2~5）tb）U形弯曲件模具c）Z形弯曲件模具2.有弯曲工序的连续模：批量大、尺寸小。3.复合弯曲模：尺寸不大的弯曲件。2.2.2弯曲模工作零件设计：1.凸、凹模工作部分的圆角半径2.凹模深度3.凸、凹模间隙4.横向尺寸及公差弯曲模工作部分的结构简图如下：1.凸模圆角半径rp：a.rmin/tr/t5~8时，取rp=r;b.rmin/tr/t,先弯成较大圆角，然后整形；c.r/t=10时，应根据回弹值修正圆角半径。2.凹模圆角半径rd：a.当t=2mm时，rd=（3~6）t；b.当t=2~4mm时，rd=（2~3）t；c.当t4mm时，rd=2t。对于V形弯曲件，凹模底部圆角半径rdˊ：rdˊ=（0.6~0.8）（rp+t）3.弯曲凹模深度：过小，弯曲件自由部分太长，工件回弹大且不平直；过深，耗费模具材料。对于V形凹模：凹模的深度L0及底部最小厚度h可查表。但必须保证凹模开口宽度Ld=0.8L展。对于U形凹模：直边高度不大或要求两边平直的U形件，凹模深度要大于工件的深度；直边较长且对平直度要求高的U形件，凹模深度可小于工件高度。h0和L0可查表。4.弯曲凸、凹模间隙V形弯曲：U形弯曲：间隙大，回弹大；间隙小，弯曲力大，工件变薄，划伤工件，降低模具寿命。生产中经验公式：Z=tmax+ct=t+∆+ctZ-单边间隙；t-料厚的基本尺寸；∆-料厚正偏差；c间隙系数（查表）工件精度要求高时，间隙可适当缩小，取Z=t5.U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差a.弯曲件标注外形尺寸的，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；b.弯曲件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上；c.基准凸、凹模的尺寸及公差则应根据弯曲件的尺寸、公差、回弹情况及模具磨损规律等因素确定。1）弯曲件标注外形尺寸时：Ld=（Lmax-0.75∆）LP=(Ld-2Z）2）弯曲件标注内形尺寸时：LP=(Lmin+0.75∆）Ld==(Lp+2Z）+σp00-σp+σd00-σd2.3设计实例U形弯曲件的尺寸如下图所示，材料为10钢，料厚t=2mm，大批量生产，试设计弯曲模。模具方案确定：根据U形弯曲件零件图结构特点，可制定两种方案进形：方案一：弯曲件底板上的孔可以冲孔成形，两侧壁通过弯曲工序成形，所以整个工件有冲孔、弯曲两套模具两道工序分别完成；方案二：采用连续模加工，底板上的孔和侧壁的弯曲可同时在一套模具中完成，这样可节约成本、提高生产效率、提高工件精度。通过比较，方案二有制造周期短、生产率高、精度高、成本低等优点，因此选用此方案。1.弯曲件工艺分析U形弯曲件使用10号钢制造，10号钢的最小弯曲半径R=2.5mmrmin，所以板料在弯曲时不会产生裂纹。底板孔到弯曲中心线的距离a=16-2.5-4.5=9mm2t，故弯曲时孔不会发生变形，采用连续模具加工较合理。2.工艺计算1）毛坯尺寸计算直侧边长度：L1=20-2.5-2=15.5mm弯曲部分展开：L2=1.57(r+xt)=5.0mm底部直边长度：L3=32-2x2-2x5=18.0mm2）工艺力的计算根据公式可计算：F自=0.7x1.3x20x2x2x400/(2.5+2)=6471NF校=qA=20x20x28=11200NF冲=KptLτ=1x2x400x15.7=12560NKp-安全系数，t-板厚，L-冲压周边长，τ-剪切强度3）设备的选择满足条件：F压F校及F压F冲查冲压模具手册选公称压力为40KN的开式压力机。3.弯曲模具设计1）模具总装图该：零件大批量生产，为调整模具方便，上下模采用导柱导套。工作时，条料以导料板导向并从刚卸料板下面运动至挡块5右侧定位，上模下行时，条料被凸凹模3切断并随其继续下行成形，同时冲孔凸模2在条料上冲出孔，上模回程时卸料板卸下条料，顶件销4在弹簧的作用下推出工件，获得带孔弯曲件。2）绘制零件图a.弯曲凸、凹模具尺寸：零件图尺寸标注是外形标注，所以以弯曲凹模为基准进行计算，由于图示尺寸没有公差，所以凹模按IT9级设计，工作部分尺寸计算公式：Ld=（Lmax-0.75∆）=（32-0.75x0.62)=31.54mmLP=(Ld-2Z）=(31.54-2x2）=27.54mm制件精度取IT14级，凸模圆角半径Rp=2.5mm，与弯曲件圆角半径相等，Rd=（2~3）t=5mm+σd00.0600.0600-σp0-0.040-0.04弯曲凸模、凹模零件图b.冲孔凸模的直径：dp=（dmin+x∆）=（5+0.5x0.3)=5.15mm冲孔凹模的直径：Dd=（dp+Zmin）=（5.15+0.246）=5.40mm0-0.020-σp+σd00-σp+0.030+0.030冲孔凸、凹模零件图