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1、沖壓模具設(shè)計(jì)與制造,第三章 彎曲工藝與模具設(shè)計(jì),3.1 彎曲變形分析,第一節(jié) 彎曲變形分析 一.彎曲的概念 1.彎曲 將板料、型材、管材或棒料等平直的坯料，按設(shè)計(jì)要求彎成一定的角度和曲率，形成所需形狀零件的沖壓工序。,3.1 彎曲變形分析,2.彎曲方法 分為在壓力機(jī)上利用彎曲模進(jìn)行的壓彎以及在專用彎曲設(shè)備上進(jìn)行的折彎、輥彎(滾彎)、拉彎等。,二.彎曲變形的過程,1.彈性彎曲變形 在彎曲的開始階段，彎曲圓角半徑 r 很大，彎曲力矩很小，僅引起材料的彈性彎曲變形。,3.1 彎曲變形分析,2.彈-塑性彎曲變形 當(dāng)相對(duì)彎曲半徑 時(shí)，彎曲區(qū)材料即開始進(jìn)入彈-塑性彎曲階段，毛坯變形區(qū)內(nèi)（彎

2、曲半徑發(fā)生變化的部分）料厚的內(nèi)外表面首先開始出現(xiàn)塑性變形，隨后塑性變形向毛坯內(nèi)部擴(kuò)展。,3.1 彎曲變形分析,,3.塑性彎曲變形 當(dāng)相對(duì)彎曲半徑 時(shí)，變形由彈-塑性彎曲逐漸過渡到塑性變形。這時(shí)彎曲圓角變形區(qū)內(nèi)彈性變形部分所占比例已經(jīng)很小，可以忽略不計(jì)，視板料截面都已進(jìn)入塑性變形狀態(tài)。,3.1 彎曲變形分析,,3.1 彎曲變形分析,三.彎曲變形的特點(diǎn) 1.彎曲圓角部分是的主要變形區(qū)域,3.1 彎曲變形分析,2.彎曲變形區(qū)內(nèi)的中性層 從板料彎曲外側(cè)縱向網(wǎng)格線長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)過渡到內(nèi)側(cè)長(zhǎng)度的縮短，長(zhǎng)度是逐漸改變的。由于材料的連續(xù)性，在伸長(zhǎng)和縮短兩個(gè)變形區(qū)域之間，其中必定有一層金屬纖維材料的長(zhǎng)度在

3、彎曲前后保持不變，這一金屬層稱為應(yīng)變中性層。,3.1 彎曲變形分析,3.變形區(qū)橫斷面的變形 (1) 窄板彎曲時(shí)，其橫斷面形狀變成了外窄內(nèi)寬的扇形。變形區(qū)橫斷面形狀尺寸發(fā)生改變稱為畸變。 (2) 寬板彎曲時(shí)，橫斷面形狀變化較小，僅在兩端會(huì)出現(xiàn)少量變形。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,第二節(jié) 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排 一.滿足最小相對(duì)彎曲半徑要求 1.最小相對(duì)彎曲半徑 的概念,相對(duì)彎曲半徑 越小，彎曲時(shí)切向變形程度越大。在保證彎曲變形區(qū)材料外表面不發(fā)生破壞的條件下，彎曲件內(nèi)表面所能形成的最小圓角半徑稱為最小彎曲半徑 。 最小彎曲半徑與彎曲材料厚度的比值 稱作最小相對(duì)彎曲半徑，是衡量彎曲

4、變形程度的主要標(biāo)志。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,2.影響 的因素 (1) 材料的力學(xué)性能 材料的塑性愈好，最小相對(duì)彎曲半徑愈小。 (2) 板料的沖裁斷面質(zhì)量和表面質(zhì)量 材料剪切斷面上的毛刺、裂口和冷作硬化以及板料表面的劃傷、裂紋等缺陷的存在，將會(huì)造成彎曲時(shí)應(yīng)力集中，最小相對(duì)彎曲半徑的數(shù)值較大。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,,,(3) 板材的方向性 板料經(jīng)過軋制后產(chǎn)生了纖維狀組織，這種纖維狀組織具有各向異性的力學(xué)性能。沿纖維方向的力學(xué)性能較好，抗拉強(qiáng)度較高，不易拉裂。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,3.提高彎曲極限的方法 (1) 熱處理 (2) 清除沖裁毛刺 (3) 加熱彎曲

5、 (4) 兩次彎曲 (5) 彎角內(nèi)側(cè)開槽,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,二.彎曲件的精度 彎曲件的精度受坯料定位、偏移、翹曲和回彈等因素的影響，彎曲的工序數(shù)目越多，精度也越低。一般彎曲件的經(jīng)濟(jì)公差等級(jí)在IT13級(jí)以下，角度公差大于15。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,,,三.彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性 1.直邊高度 為提高彎曲精度，保證直邊平直，h2t。,(2) 先加長(zhǎng)直邊彎曲，再切邊,(1) 先壓槽或增加彎邊高度,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,2.預(yù)制孔的位置 彎曲有孔的工序件時(shí)，如果孔位于彎曲變形區(qū)內(nèi)，則彎曲時(shí)孔要發(fā)生變形，為此必須使孔處于變形區(qū)之外。 (1) 加工工藝孔、工藝槽 (2

6、) 先彎曲，再?zèng)_孔 (3) 沖凸緣缺口和月牙形槽,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,,,3.彎曲件形狀 (1)一般要求彎曲件形狀對(duì)稱 彎曲件形狀應(yīng)盡量對(duì)稱，以免板料與模具之間的摩擦阻力不均勻而產(chǎn)生工件側(cè)移。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,,,(2) 彎曲件形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單 在彎曲變形區(qū)附近有缺口的彎曲件，彎曲時(shí)會(huì)出現(xiàn)叉口。這時(shí)應(yīng)在缺口處留連接帶，待彎曲成形后再將連接帶切除。,(3) 增加工藝缺口、槽和工藝孔 彎曲時(shí)圓角變形區(qū)側(cè)面產(chǎn)生畸變，可以預(yù)先在折彎線的兩端切出工藝缺口或槽 。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,(4) 避免尺寸突變部分的彎曲 a. 使尺寸突變處遠(yuǎn)離彎曲變形區(qū) b. 預(yù)

7、先沖裁工藝孔、工藝槽，防止彎曲部分受力不均而產(chǎn)生變形和裂紋，,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,,,4.尺寸標(biāo)注 尺寸標(biāo)注對(duì)彎曲件的工藝性有很大的影響?？椎奈恢镁炔皇芘髁险归_長(zhǎng)度和回彈的影響，將大大簡(jiǎn)化工藝設(shè)計(jì)。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,四.彎曲件的工序安排原則,(1) 對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的彎曲件，可以采用一次彎曲成形。對(duì)于形狀復(fù)雜的彎曲件，一般需要采用二次或多次彎曲成形。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,(2) 需多次彎曲時(shí)，彎曲次序一般是先彎兩端，后彎中間部分，前次彎曲應(yīng)考慮后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響前次已成形的形狀。,3.2 彎曲工藝設(shè)計(jì)及工藝安排,(3) 當(dāng)彎曲件幾何形

8、狀不對(duì)稱時(shí)，為避免壓彎時(shí)坯料偏移，應(yīng)盡量采用成對(duì)彎曲，然后再切成兩件的工藝。,3.3 彎曲件質(zhì)量的工藝措施,第三節(jié) 提高彎曲件質(zhì)量的工藝措施,一.彎曲外層拉裂 1.現(xiàn)象 2.原因 彎曲外層的拉伸應(yīng)變量超過了材料應(yīng)變極限， 3.解決方法 彎曲半徑滿足最小相對(duì)彎曲半徑要求。,3.3 彎曲件質(zhì)量的工藝措施,二.截面翹曲 1.現(xiàn)象 當(dāng)彎曲相對(duì)寬度很大的V形件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的翹曲現(xiàn)象。 2.原因 由于寬板彎曲時(shí)，沿寬度方向上的變形區(qū)外側(cè)為拉應(yīng)力，內(nèi)側(cè)為壓應(yīng)力，在彎曲件寬度方向會(huì)形成力矩 MB 。 彎曲結(jié)束后，外加力去除，在寬度方向?qū)⒁鹋c力矩 MB 方向相反的彎曲形變，即弓形翹曲。,3.3 彎

9、曲件質(zhì)量的工藝措施,3.解決方法 (1) 采用帶側(cè)板結(jié)構(gòu)的彎曲模，以阻礙材料沿彎曲線方向的流動(dòng)。 (2) 改變彎曲凸、凹模形狀，將翹曲量設(shè)計(jì)在與翹曲方向相反的方向上。,3.3 彎曲件質(zhì)量的工藝措施,三.彎曲回彈 1.彎曲回彈的概念 彎曲變形區(qū)外側(cè)因彈性恢復(fù)而縮短，內(nèi)側(cè)因彈性恢復(fù)而伸長(zhǎng)，產(chǎn)生了彎曲件的彎曲角度和彎曲半徑與模具相應(yīng)尺寸不一致的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為彎曲回彈。 彎曲回彈是彎曲成形不可避免的現(xiàn)象。,3.3 彎曲件質(zhì)量的工藝措施,2.彎曲回彈的表現(xiàn),(1) 彎曲半徑增大,,(2) 彎曲中心角減小,3.3 彎曲件質(zhì)量的工藝措施,3.減小回彈的措施 (1) 改進(jìn)零件的設(shè)計(jì) a. 盡量避免

10、選用過大的相對(duì)彎曲半徑。 b. 在彎曲區(qū)壓制加強(qiáng)筋，提高零件的剛度，抑制回彈。,3.3 彎曲件質(zhì)量的工藝措施,(2) 提高材料塑性 (3) 提高變形程度 (4) 提高校正力,3.3 彎曲件質(zhì)量的工藝措施,(5) 補(bǔ)償法 按回彈值修正凸模的角度和半徑，使工件回彈得到補(bǔ)償,(6) 采用軟凹模,3.3 彎曲件質(zhì)量的工藝措施,(7) 改變變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài) 拉彎法：使彎曲變形的內(nèi)、外區(qū)都產(chǎn)生拉應(yīng)力而減少回彈，可得到精確的彎邊高度。,3.4 彎曲模工作部分的設(shè)計(jì),1.圓角半徑 (1) 凸模圓角半徑,a. 當(dāng)工件的相對(duì)彎曲半徑較小時(shí)，凸模圓角半徑取等于工件的彎曲半徑，但不能小于最小彎曲半徑值。,b. 當(dāng)

11、 時(shí)，精度要求較高時(shí)，必須考慮回彈的影響，根據(jù)回彈值的大小對(duì)凸模圓角半徑進(jìn)行修正。,c. 當(dāng)工件的相對(duì)彎曲小于最小相對(duì)彎曲半徑，應(yīng)取凸模圓角半徑 ，增加一道整形工序，整形模的凸模圓角半徑 。,第四節(jié) 彎曲模工作部分的設(shè)計(jì),3.4 彎曲模工作部分的設(shè)計(jì),(2) 凹模圓角半徑 a. U形凹模 mm， ； mm， ； mm， 。,3.4 彎曲模工作部分的設(shè)計(jì),2.凹模深度 若過小則彎曲件兩端自由部分太長(zhǎng)，回彈大，不平直；深度過大則凹模增高，多耗模具材料并需要較大的壓力機(jī)工作行程。,3.凸、凹模單邊間隙C (1) V形件 間隙C由壓

12、力機(jī)閉合高度控制,(2) U形件 間隙過大則回彈大，間隙過小會(huì)加大彎曲力，擦傷工件并降低模具壽命。,3.4 彎曲模工作部分的設(shè)計(jì),4.U形彎曲模寬度 (1) U形件彎曲凸、凹模橫向尺寸的計(jì)算原則 a. 凸、凹模配做加工；,b. 工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)件，間隙取在凸模上；,c. 工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上；,d. 考慮模具的磨損補(bǔ)償；,e. “入體原則”標(biāo)注。,(2) 凸、凹模制造公差 、 按照IT6IT9級(jí)精度確定。,3.4 彎曲模工作部分的設(shè)計(jì),(3) 標(biāo)注尺寸在外側(cè),標(biāo)注尺寸(“入體”原則)在外側(cè)時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)：,凸模尺寸按照凹模配做，保證單邊間隙C：,3.4 彎曲模工作部分的設(shè)計(jì),(4) 標(biāo)注尺寸在內(nèi)側(cè),標(biāo)注尺寸(“入體”原則)在內(nèi)側(cè)時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)：,,凹模尺寸按照凸模配做，保證單邊間隙C：,