冲压工艺与模具设计第三章

第3章弯曲模设计3.1弯曲模设计基础3.2弯曲模的设计实例3.1弯曲模设计基础3.1.1弯曲变形分析3.1.2弯曲质量分析3.1.3弯曲件展开长度的确定3.1.4弯曲力计算3.1.5弯曲模工作部分尺寸计算3.1.6弯曲件的工序安排3.1.1弯曲变形分析1.弯曲变形过程2.弯曲变形的特点研究材料的冲压变形规律，常采用画网格的方法进行辅助分析。如图3.2所示，先在板料毛坯侧面用机械刻线或照相腐蚀的方法画出网格，观察弯曲变形后网格的变形情况，就可分析出板料内部受力情况。3.弯曲变形时的应力、应变状态分析由于板料的相对宽度b/t对板料宽度方向的应力、应变影响很大，因此，应力、应变值随之变化较大。图3.2材料弯曲前后的网格变化3.1.2弯曲质量分析1.弯曲裂纹与最小弯曲半径2.影响最小相对弯曲半径值的因素表3.2最小弯曲圆角半径3.弯曲件的回弹4.最小弯曲高度5.对弯曲形状的要求6.孔与弯曲处的最小距离7.冲裁毛刺与弯曲方向表3.2最小弯曲圆角半径材料退火正火状态冷作硬化状态弯曲线位置垂直碾压纹向平行碾压纹向垂直碾压纹向平行碾压纹向08、1015、2025、3035、4045、5055、6065Mn、T7Cr18Ni9软杜拉铝硬杜拉铝磷铜半硬黄铜软黄铜紫铜铝0.1t0.1t0.2t0.3t0.5t0.7tttt2t0.1t0.1t0.1t0.1t0.4t0.5t0.6t0.8t1t1.3t2t2t1.5t3t0.35t0.35t0.35t0.35t0.4t0.5t0.6t0.8t1t1.3t2t3t1.5t3tt0.5t0.35tt0.5t0.8t1t1.2t1.5t1.7t2t3t4t2.5t4t3t1.2t0.8t2tt3.1.3弯曲件展开长度的确定1.概算法分为直边部分与弯曲部分，以中性层的长度之和求得，如图3.18所示，即2.外侧尺寸加算法先将外侧尺寸全部加算，从其和减去取决于板厚和弯曲半径两要素的伸长量，即3.内侧尺寸加算法先将内侧尺寸全部加算，再加补正伸长量，即)](360/[π2tRbaLCnLLLLLn)1()(321aBAL图3.18中性层长度之和3.1.4弯曲力计算1.自由弯曲的弯曲力计算V形弯曲件的计算见式(3.9)。U形弯曲件的计算见式(3.10)。2.校正弯曲的弯曲力计算表3.7单位校正力/MPa3.顶件力和压料力4.弯曲时压力机的压力F≥1)8.0~3.0(FQ21FFqAF2tRKBtFb217.0tRKBtFb216.0表3.7单位校正力/MPa材料材料厚度/mm≤1＞1~2＞2~5＞5~10钢10~1515~2020~3030~40黄铜15~2020~3030~4040~6010、15、2020~3030~4040~6060~8025、30、3530~4040~5050~7070~1003.1.5弯曲模工作部分尺寸计算1.弯曲时凸模与凹模之间的间隙U形工件弯曲的凸、凹模间隙，根据材料的种类、厚度以及弯曲件的高度和宽度(即弯曲线的长度)而定。间隙值按下式确定：2.弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸凸模与凹模的宽度尺寸与工件的尺寸相关，根据工件尺寸的标注方式不同。3.弯曲时模具圆角半径与凹模深度凹模的圆角半径与凹模的深度l，可查表3.10。CttZmax表3.10凹模的圆角半径与凹模的深度展开长度L料厚t～0.50.5～2.02.0～2.44.0～7.0lR凹lR凹lR凹lR凹10203550751001502006812152033456101215202530354534568101215101520253035405545681012152020253035405065881012152025单位：mm3.1.6弯曲件的工序安排(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.(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(3)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(4)弯曲件本身带有单面几何形状时，若单件压弯毛坯容易发生偏移，故可以采用含有对称排列的弯曲件的毛坯弯曲成形，如图3.24所示。图3.24成对弯曲成形3.2弯曲模的设计实例3.2.1V形件弯曲模3.2.2U形件弯曲模3.2.3弯制夹角小于90°的U形件弯曲模3.2.4多用弯曲模3.2.5带斜楔的U形折边弯曲模3.2.6C形弯曲模3.2.7滑板式弯曲模3.2.8圆形件弯曲模3.2.1V形件弯曲模V形件弯曲模的结构形式如图3.25所示。该模具的特点是结构简单，在压力机上安装及调整方便，对材料厚度的公差要求不高，工件在冲压终了时可得到一定程度的校正，因而回弹较小，工件的平面度较好。顶杆既起顶料作用，又起到压料作用，可防止毛坯偏移。适用于一般V形件的弯曲。图3.25V形件弯曲模的结构定位销下模座凹模顶杆凸模模柄3.2.2U形件弯曲模一种较为简单的U形件的弯曲模，结构形式如图3.28所示。压弯时加压板将毛坯顶着施加压力，防止毛坯侧移，弯曲后将工件顶起。图3.28U形件的弯曲模加压板定位板凹模凸模3.2.3弯制夹角小于90°的U形件弯曲模弯制夹角小于90°的U形件弯曲模，结构形式如图3.29所示。压弯时凸模靠弹簧的压力首先将毛坯弯曲成U形，当上模继续下降时，活动凸模的两块体在凹模底部停止下降，转而由斜楔驱动向两侧推动，对U形件的两臂施加横向侧压，使其与凹模斜边配合将工件压制成形。图3.29弯制夹角小于90°的U形件弯曲模弹簧顶杆凹模板料活动凸模斜楔上模座3.2.4多用弯曲模多用弯曲模，如图3.30所示。凹模被紧固在凹模座中，由相同形状的两体组成，上面有4种形状的凹模轮廓。调整凹模块不同方位，可得到圆弧形、U形、V形和梯形4种冲压工件所对应的凹模形状。图3.30多用弯曲模制件凸模压板组合凹模紧固螺钉固定框压板螺钉3.2.5带斜楔的U形折边弯曲模带斜楔的U形折边弯曲模结构形式，如图3.31所示。板料首先靠上模弹簧被压缩所产生的弹力推动凸模将板料压弯。随着上模座继续向下移动，凸模到底后停止下行，板料形成直边U形。而弹簧被近一步压缩，装在上模座上的两块斜楔分别驱动在下模上的两滚柱，使其带动各自的活动凹模块同时向中间滑动，将U形件两侧边弯成折边形。然后，上模返回，装在下模板内的弹簧推动凹模块复位。此种结构形式的模具由于上模弹簧刚度不宜太大，所以只适用于弯曲比较薄的板料工件。图3.31带斜楔的U形折边弯曲模结构形式3.2.6C形弯曲模弯曲C形制件的弯曲模，如图3.32所示。制件先被弯成U形，再将端部向内弯曲成形。整个操作过程为：将板料放置就位，凸模下降，与摆动凹模和顶件器配合将板料初步压弯，随着凸模继续下降，弯曲程度变大。当凸模降到接近下极限位置时，顶件器的两翼压到摆动凹模的下端钩形，驱使摆动凹模上端钩形绕芯轴向内摆动，与凸模的矩形上边二棱配合将制件压成C形。当制件弯曲成形后，凸模上行，由于下边弹簧力的作用，使得摆动凹模的下端钩形紧随凸模向上摆动，使摆动凹模上端钩形及时向外摆动，为凸模上行让开了通道。凸模上行的同时还带出了制件。模框用来限制摆动凹模向外摆动的范围，同时支撑摆动凹模。对该模具必须注意的一点是，当凸模降到下极限位置时，顶件器底部必须已经接触到了下模座。即弯曲冲压力不能由芯轴承担，而必须由顶件器直接传给下模座。图3.32C形弯曲模(a)C形制件弯曲模结构3.2.7滑板式弯曲模弯制带有耳翅的环类工件的滑板式弯曲模，如图3.33所示。冲压时，先将板料毛坯放置在成形滑块的凹槽内。当芯轴凸模下行压到板料时，与成形滑块配合将板料弯成U形。上模继续下行，芯轴凸模通过毛坯压凹模座架下行，迫使摆块作出相应的摆动，带动成形滑块向内移动，将板料压成环形件。上模返回后，环形件留在芯轴凸模上，拔出芯轴凸模，工件即可取出。下模部分在橡皮及弹簧的作用下复位。这种类型的模具也适用于弯制直径为5mm~20mm的圆筒形件。图3.33滑板式弯曲模(c)滑板式弯曲模爆炸视图3.2.8圆形件弯曲模圆形件自动卸料弯曲模，如图3.34所示。板料毛坯放置在定位摆块上进行安装定位。冲压时，上凹模压到毛坯，与芯轴凸模的共同作用使板料向下弯曲，迫使摆块作相应的让开摆动，毛坯便脱离摆块的支撑。随着弯曲过程的继续进行，毛坯形状变成倒U形。接着，施压螺钉触到升降架，迫使其和在其上的芯轴凸模一起向下移动。在下移终了位置，由上凹模、芯轴凸模和下凹模的共同作用，使倒U形件两边向内弯曲，最终弯成圆形。在上模返回过程中，由于顶杆的限制，当施压螺钉与升降架脱离接触时，升降架便停止上行。紧接着，装在上模的卸料推块的斜面推动滑轮，带动卸料滑套将滞留在芯轴凸模上的工件向外推出。然后，推块随同上模离开滑轮继续上行。卸料弹簧的作用是使滑套复位。本例中弹顶器的弹力必须足够大，以满足冲压开始时将毛坯压成倒U形的压力需要。图3.34圆形件弯曲模(d)圆形件弯曲模爆炸视图制件