弯曲模设计

出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《模具工简明实用手册》第63页（8085字）

(一)弯曲件的工艺性

1．最小弯曲半径

弯曲件的圆角半径不宜过大和过小。过大时因受回弹的影响，弯曲件的精度不易保证；过小时弯曲半径处容易产生裂纹。各种材料的最小弯曲半径见表1．2－45，弯曲件的内弯曲半径必须大于表中所列的数值。

表1．2－45 最小弯曲半径 (mm)

注：表列数据用于弯曲中心角≥90°，断面质量良好的情况。

2．最小弯曲直边高度

当弯曲直角时，为了保证弯曲质量，弯曲件的直边高度h必须大于或等于最小弯边高度h_min(图1．2－26)，即

图1．2－26 最小弯曲直边高度

h≥h_min=r+2t

3．弯曲件的孔边距

当弯曲有孔的毛坯时，如果孔位于弯曲区附近，则弯曲时孔的形状会发生变形。为了避免这种缺陷的出现，必须使孔处于变形区之外(图1．2－27)，从孔边到弯曲边的距离l应符合下式：

图1．2－27 弯曲件的孔边距

当t＜2mm时 l≥r+t

当t≥2mm时 l≥r+2t

4．弯曲件的宽度(工艺切口)

窄板弯曲时，变形区的截面形状发生畸变，内表面的宽度b₁＞b，外表面的宽度b₂＜b。当b＜3t时，尤为明显，如图1．2－28所示。如果弯曲件的宽度b精度要求较高，不允许有图1．2－28所示b₁＞b的鼓起现象时，应在弯曲线上预先做出工艺切口，如图1．2－29所示。

图1．2－28 弯曲时变形区的宽度变化

图1．2－29 弯曲毛坯的工艺切口

5．连接带和定位工艺孔

在弯曲区附近有缺口的弯曲件，若在毛坯上将缺口先冲出，弯曲时会出现“叉口”现象，不能保证工件质量要求。因此，缺口处应留有连接带，待弯成后，再将缺口处多余部分切除(图1．2－30a)。

图1．2－30 连接带与定位工艺孔

对于弯曲形状较复杂或需要多次弯曲的工件，为了使毛坯在模具内准确定位，以防止弯曲时毛坯偏移而产生废品，应预先添加定位工艺孔(图1．2－30b)。

6．局部弯曲边缘

在局部弯曲某一段边缘时，为了防止在交接处由于应力集中而产生撕裂，必须预先冲卸荷孔(图1．2－31a)或切槽(图1．2－31b)，或将弯曲线位移一定距离(图1．2－31c)。

(a)冲卸荷孔

(b)切槽

(c)将弯曲线位移一定距离

图1．2－31 防止弯曲边交接处应力集中的措施

(二)弯曲件的精度

弯曲件的精度与板料的力学性能、板料的厚度、模具结构和模具精度、工序的数量和工序的顺序、工件本身的形状尺寸等因素有关。弯曲件长度的自由公差和角度的自由公差分别见表1．2－46和表1．2－47。

表1．2－46 弯曲件长度的自由公差 (mm)

表1．2－47 弯曲件角度的自由公差

(三)弯曲件毛坯展开长度的计算

弯曲件的毛坯长度，是根据应变中性层在弯曲前后长度不变的原则来计算的。

(1)弯曲半径r＜0．5t时，毛坯展开长度的计算(表1．2－48)。

表1．2－48 在r＜0．5t的弯曲中，求毛坯展开长度的公式

(2)弯曲半径r＞0．5t时，毛坯展开长度的计算(表1．2－49)。

表1．2－49 在r＞0．5t的弯曲中，求毛坯展开长度的公式

注：表中x为中性层位移系数，见表1．2－50和表1．2－51。

表1．2－50 中性层的位移系数x值

表1．2－51 卷圆时中性层位移系数x值

对于形状复杂、弯角多和精度要求高的弯曲件，通常采用试验方法确定毛坯的展开长度。具体步骤如下：

①先按上述公式求出毛坯展开长度，并做出毛坯(材料牌号和厚度均按图纸要求)；

②将上述毛坯放到弯曲模具上进行试冲；

③对压出的制件进行测量，看其尺寸是否符合图纸要求。如有出入，需根据制件测量结果来修正毛坯尺寸，再做出新的毛坯，重复第②、③步骤，直至压出合格的制件。压出合格制件的毛坯尺寸，就是正确的毛坯展开尺寸。

(四)弯曲模的凸、凹模间隙

弯曲模凸、凹模间隙可按下式计算：

c=t+△+kt

式中 c——弯曲凸、凹模单边间隙；

t——材料厚度；

△——材料厚度正偏差；

k——根据弯曲件高度h和弯曲件宽度b而决定的系数，见表1．2－52。

表1．2－52 系数k的数值

注：表中h、b、t单位为mm。

(五)弯曲件变形程度的计算

弯曲件的变形程度用弯曲半径r(或相对弯曲半径)来表示。

其中最小弯曲半径：

式中 ψ_max——断面收缩率的最大值；

t——材料厚度(mm)。

(六)弯曲模凸、凹模工作尺寸的计算

(1)凸、凹模宽度尺寸计算见表1．2－53

表1．2－53 弯曲凸、凹模工作尺寸计算

表中 b_凸、b_凹——弯曲凸、凹模宽度尺寸，［b_凸、b_凹］为mm；

c——弯曲凸、凹模单边间隙，［c］为mm；

L——弯曲件外形或内形的基本尺寸，［L］为mm；

△——弯曲件的尺寸偏差，［△］为mm；

δ_凸、δ_凹——弯曲凸、凹模制造公差，采用IT7～IT9级。

(2)凸、凹模的圆角半径与弯曲凹模深度的确定

①凸模圆角半径。若弯曲件的内侧弯曲半径为r，则应取r_凸=r，但不能少于材料允许的最小弯曲半径r_min。如因工件结构上的需要，出现r＜r_min时，则应取r_凸＞r_min，然后增加一次整形工序，使整形模的r_凸=r。

②凹模圆角半径与凹模深度(表1．2－54)。

表1．2－54 凹模圆角半径与凹模深度 (mm)

V形凹模底部可开退刀槽或取圆角半径r_底为：

r_底=(0．6～0．8)(r_凸+t)

(七)弯曲时的压力

(1)自由弯曲力

对V形件：

对U形件：

式中 F_自——在冲压行程结束时的自由弯曲力(N)；

b——弯曲件的宽度(mm)；

t——弯曲件的厚度(mm)；

r——弯曲件的内弯曲半径(mm)；

σ_b——材料的强度极限(MPa)；

k——安全系数，一般取k=1．3。

(2)校正弯曲力

F_校=A·p

式中 F_校——校正弯曲力(N)；

A——校正部分投影面积(mm²)；

p——单位校正力(MPa)，其值见表1．2－55。

表1．2－55 单位校正力p值 (MPa)

(3)顶件力或压料力

F=0．8F_自(N)

(八)弯曲模设计要点

1．弯曲件的工序设置原则

弯曲件的工序设置应根据工件形状的复杂程度、精度要求的高低、生产批量的大小及材料的力学性能等因素进行综合考虑。工序设置的一般原则如下：

①对于形状简单的弯曲件，如V形、U形、Z形件，尽可能一次弯曲成型。

②对于形状较复杂的弯曲件，一般需要两次或多次弯曲成型。多次弯曲时，应先弯外角后弯内角，并使后一次弯曲不影响前一次弯曲部分，以及前一次弯曲必须使后一次弯曲有适当的定位基准。

③弯曲角和弯曲次数多的制件、有孔或有切口的制件等，由于弯曲时容易发生变形或出现尺寸误差，为此，应在弯曲之后再切口或冲孔。

④对于批量大、尺寸小的弯曲件，为提高生产率，可采用多工序冲裁、压弯和切断等连续工艺成型。

⑤非对称的制件，若单件弯曲时毛坯容易发生偏移，应采用成对弯曲成型，弯曲后再切断。

2．弯曲件毛坯的压紧和定位

①为防止毛坯在压弯过程中滑动和偏移，在弯曲时毛坯一般要压紧。对外形尺寸较大的制件，毛坯的压紧装置尽可能利用压力机上的气垫；其余制件，可在模具设计时采用弹性压料装置进行毛坯的压紧(图1．2－32c)。

图1．2－32 带有压料装置及定位销的弯曲模

②弯曲时毛坯在模具上应有准确的定位。常用的定位方式有两种：一是利用毛坯的外形进行定位(图1．2－32a)；二是利用定位销进行定位，这要求毛坯上有相应的定位工艺孔。如果制件上的孔不能利用，则应在毛坯上设计出定位工艺孔(图1．2－32b、c)。

3．弯曲回弹值的计算及减小回弹的措施

(1)回弹值的计算

弯曲回弹前后弯曲角和弯曲半径的变化如图1．2－33所示。

图1．2－33 回弹引起的弯曲角和弯曲半径变化

回弹值包括弯曲半径回弹值△r和弯曲角回弹值△α

△r=r₀－r

△α=α₀－α

式中 r₀、α₀——回弹后的弯曲半径(mm)、弯曲角(°)；

r、α——凸模半径(mm)、凸模的弯曲角(°)。

①相对弯曲半径r／t较小(r／t＜10)的工件。由于较小，弯曲后工件的弯曲半径变化不大，弯曲角发生了回弹。弯曲角回弹值β(单面)和的关系见图1．2－34～图1．2－37。

图1．2－34 08号～10号钢在弯曲时的回弹角β

α=30°时，β=0．75r／t－0．39 α=60°时，β=0．58r／t－0．80

α=90°时，β=0．43r／t－0．61 α=120°时，β=0．36r／t－1．26

图1．2－35 15号～20号钢在弯曲时的回弹角β

α=30°时，β=0．69r／t－0．23 α=60°时，β=0．64r／t－0．65

α=90°时，β=0．434r／t－0．36 α=120°时，β=0．37r／t－0．58

图1．2－36 25号～30号钢在弯曲时的回弹角β

α=30°时，β=1．59r／t－1．03 α=60°时，β=0．95r／t－0．94

α=90°时，β=0．78r／t－0．79 α=120°时，β=0．46r／t－1．36

图1．2－37 35号钢在弯曲时的回弹角β

α=30°时，β=1．51r／t－1．48 α=60°时，β=0．84r／t－0．76

α=90°时，β=0．79r／t－1．62 α=120°时，β=0．51r／t－1．71

②相对弯曲半径较大()的工件。由于较大，弯曲后的工件不仅弯曲角发生了变化，而且弯曲半径也有较大的变化(如图1．2－33)。

其相互关系如下：

凸模弯曲角

弯曲角回弹值(双面)

式中 r——凸模弯曲半径(mm)；

r₀——回弹后工件的弯曲半径(mm)；

α₀——回弹后工件的弯曲角(°)；

σ_s——工件材料的屈服强度(MPa)；

E——工件材料的弹性模数(MPa)；

t——工件材料厚度(mm)。

(2)减小弯曲回弹的措施

①改进弯曲件的局部结构和选用合适的材料。例如，在弯曲区压制加强筋(如图1．2－38)，用以提高零件的刚度和减小回弹。另外，在满足使用的条件下，尽可能选用弹性模数E大、屈服极限σ_s小的材料，以减小弯曲时的回弹。

图1．2－38 压制加强筋

②从模具设计上考虑。对一般材料，可采用补偿法，在凸模和凹模上做出回弹角的斜度，使工件回弹后恰好等于所要求的角度(图1．2－39a、b、c)。

图1．2－39 克服回弹的措施

厚度在0．8mm以上的材料，可在凸模上做出“突起”部分。压弯时“突起”部分对工件弯曲角处进行校正，以此来克服回弹(图1．2－39d、e)。

回弹较大的材料，可将凸模和凹模顶块做成圆弧曲面，当压弯的工件从模具中取出后，曲面部分伸直补偿了回弹(图1．2－39f)。

③采用拉弯工艺

弯曲半径很大，回弹不易消除的弯曲件，可采用拉弯工艺，使板料在拉力下弯曲。这样坯料中性层内外纤维均处于拉应力状态，卸载后，内、外层纤维的回弹互相抵消，因此可以减小回弹。

④利用聚氨酯橡胶软凹模代替金

属刚性凹模进行弯曲(图1．2－40)。

图1．2－40 利用弹性凹模进行弯曲

⑤采用其他工艺。

(a)在允许的情况下，采用加热弯曲。

(b)对U形弯曲件，可采用较小间隙甚至负间隙(c＜t)弯曲。

(c)用校正弯曲代替自由弯曲。