第三章 弯曲及弯曲模具设计

2. 第三章 弯曲及弯曲模具设计 弯曲：将板料及棒料、管料、型材弯曲成具有一定形状和尺寸的弯曲制件的冷冲压工序称为弯曲。 弯曲的方法有压弯、折弯、滚弯和拉弯等。其中，在压力机上利用模具对板料进行压弯加工在生产中用得最多。本章主要介绍在压力机上进行板料压弯加工的工艺和模具设计问题。 弯曲工艺及模具设计就是搞清弯曲过程及特点及工艺性、确定弯曲工艺方案、设计相应的弯曲模。 下面以图3-1为例，分析弯曲件的变形特点及工艺性、确定弯曲工艺方、设计弯曲模具。

3. 下面以图3-1为例，分析弯曲件的变形特点及工艺性、确定弯曲工艺方、设计弯曲模具。下面以图3-1为例，分析弯曲件的变形特点及工艺性、确定弯曲工艺方、设计弯曲模具。 材料 Q235 图3-1 弯曲件

4. 1-凸模 2-板料 3-凹模 4-直边部分（非变形区） 5-圆角部分（弯曲变形区） 图3-2 弯曲变形过程 3.1　弯曲变形过程及特点 • 3.1.1　弯曲过程 图3-2所示是板料V形弯曲时的弯曲过程示意图。将板料2放在凸模1和凹模3之间，凸模下压，迫使板料产生弯曲变形。 图3-2（a） 为弹性变形阶段，变形区材料的弯曲半径由∞变为r0，弯曲力臂为l0。 图3-2（b） 变形区材料应力达到屈服极限而进入塑性变形阶段，变形区弯曲半径和弯曲力臂逐步变小，分别由r0变为r1，l0变为l1。

5. 3.1　弯曲变形过程及特点 图3-2（c） 板料弯曲变形区进一步变小，弯曲半径减小至r2，弯曲力臂减小至l2。 图3-2（d） 板料的直边和圆角部分与凸、凹模完全贴紧。 凸模回升后，即得到所需的弯曲件。 • 自由弯曲：如果在板料和凸、凹模完全贴紧后凸模立即回升，这种弯曲称为自由弯曲。 • 校正弯曲：如果在板料和凸、凹模完全贴紧后，凸模继续下行一段很小的距离，则这种弯曲称为校正弯曲。

6. 图3-3 弯曲变形网格试验 3.1　弯曲变形过程及特点 • 3.1.2　弯曲变形的特点 对照图3-3（a）和图3-3（b）弯曲前后网格和变形区断面的变化情况，可以看出弯曲变形的特点为： 在变形区内： 1、长度变化： （1）网格由正方形变为扇形，靠近凹模的外层材料由于受拉 而长度伸长，靠近凸模的内层材料由于受压而长度缩短。 （2）内、外层材料既不受拉也不受压，其长度保持不变的材 料称为中性层。

7. 图3-4 弯曲变形区的断面变化 3.1　弯曲变形过程及特点 2、厚度变化： • 内层材料紧靠凸模，如图3-4所示，t 1 = ht < t ，h为变薄系数。当.r / t > 5~10时，板料基本上不变薄。 3、宽度变化： 当板料较窄（B<3t）时，宽度断面成内宽外窄，如图3-4（a）所示。 当板料较宽（B>3t）时基本保持原状，如图3-4（b）所示。 当板料的宽度很大，厚度又较薄，宽度方向的刚性较差时，板料弯曲的弯曲线容易产生纵向弯曲。

8. 3.1　弯曲变形过程及特点 4、回弹：当凸模完成弯曲回程后，由于弹性变形的回复，弯曲件的弯曲半径r、弯曲角a与凸模圆角半径rp、中心角ap并不一致，这种现象称为回弹。 5、弯裂：若弯曲变形程度太大，变形区外层材料所受拉应力达到材料的强度极限时，材料表面将被撕裂，这种现象称为弯裂。

9. 3.2 弯曲件的工艺性 3.2.1 弯曲件的工艺性 弯曲件的工艺性：指弯曲件的材料、形状、尺寸、精度要求和技术要求等对弯曲工艺的适应程度。 • 一、弯曲件的材料 弯曲件的材料应具有足够的塑性，较低的屈服极限和较高的弹性模量。 最适宜于弯曲的材料：有钢（含碳量不超过0.2%））、紫铜、黄铜、软铝等。脆性较大的材料，如磷青铜、铍青铜、弹簧钢等，要求弯曲时有较大的相对弯曲半径。非金属材料中，只有塑性较大的纸板、有机玻璃等才能进行弯曲，并且在弯曲前要对毛坯进行预热，弯曲时的相对弯曲半径也应较大（一般应使r / t > 3 ~ 5）。

10. 3.2 弯曲件的工艺性 • 二、弯曲件的圆角半径 为保证弯曲时外层材料不致弯裂，即要求弯曲件的相对弯曲半径不小于某一极限值，这一极限值称为最小相对弯曲半径，用r min/t 表示。值可查表3-1和表3-2确定。 当r/t大于表中数值时可直接弯曲成形；r/t小于表中数值时，可采用下列措施。 (1) 将弯曲毛坯预先安排退火或正火等热处理工序或采用加热弯曲工艺。 (2) 对于冲裁或剪切加工的毛坯，应将留有毛刺的一面放置于弯曲变形区的内层，或将毛坯断面滚光。

11. 图３－５　弯曲线与毛坯纤维方向的关系 3.2 弯曲件的工艺性 (3) 如果弯曲件的相对弯曲半径较小，在进行弯曲展开毛坯冲裁的排样时，应尽可能使弯曲线与材料纤维方向垂直，如图３－５（ａ）所示，不能如图３－５（b）所示使弯曲线与材料纤维方向平行。多角弯曲时，应如图３－５（ｃ）所示使弯曲线与材料纤维方向相交一定的角度。

12. 图３－６弯曲变形区开槽的弯曲件 3.2 弯曲件的工艺性 (4) 弯曲件的相对弯曲半径小于材料的最小弯曲半径时，即r / t < rmin / t时，应先按大于rmin / t的相对弯曲半径设计制造弯曲模，弯曲后通过整形工序逐步减小弯曲件的圆角半径r，使其满足图纸要求。 对于厚材料的弯曲，若使用上许可，也可以在弯曲部位开槽，然后再进行弯曲，如图3－6所示 表3－1所示为常用板料弯曲材料的最小弯曲半径。 弯曲管件时，见3-2管材弯曲时允许的最小弯曲半径。

13. 图3-5 弯曲件直边高度图 3-6 弯曲件宽度突变处的工艺槽与工艺孔 3.2 弯曲件的工艺性 三、弯曲件的直边高度 弯曲件的直边长度不宜过小，如图3-5所示。一般应保证H≥2t。若H＜2t时，可以先在变形区位置进行压槽后在进行弯曲，或者增加直边高度，弯曲后再将工艺余料切除。 四、弯曲线位置 弯曲线不应位于制件宽度的突变处，以免发生撕裂现象。若必须在突变处弯曲，应事先冲出工艺孔或工艺槽，如图3-6所示。

14. 图3-7 孔与槽的位置 图3-8开口制件弯曲后再切除缺口 3.2 弯曲件的工艺性 五、孔与槽的位置 弯曲孔或槽的毛坯时，为了防止孔、槽在弯曲时产生变形，必须保证孔、槽边缘距弯曲变形区有一定的距离，如图3-7（a）所示。当t <2 mm时，应保证L≥t ；当t ≥2 mm时，应保证L≥2 t。否则应采取图3-7（b）或（c）所示的工艺措施，或者先进行弯曲，然后再加工出孔或槽。对于开口制件，可以在弯曲变形后再切除缺口，如图3-8所示。

15. 3.2 弯曲件的工艺性 六、定位工艺孔 采用孔定位能够有效防止毛坯在弯曲过程中产生偏移，有利于保证制件质量。如果毛坯上没有适合于定位的孔，最好能增添定位用的工艺孔。 七、对称弯曲 弯曲件的形状应对称，弯曲半径左右一致，以防止坯料在弯曲时由于受力不平衡而产生偏移。 八、弯曲件的精度 弯曲件线型尺寸A能够达到的精度见表3－3，弯曲中心角a能达到的精度见表3-4。

16. 3.2 弯曲件的工艺性 3.2.2　本例弯曲件的工艺性分析及措施 １、本例的材料为冷轧钢板２０，属于软钢，弯曲性能好。 ２、本例的最小相对弯曲半径为r/t=0.5/1.8=0.28，查表3-1得ｒｍｉｎ＝０.1ｔ＜0.28t， 由以上分析得出，工件中Ｒ０．５处的弯曲线只要与材料纹向垂直，则该件最小圆角半径可以不采取任何措施即可弯曲。 ３、本例弯曲件的直边高度为３＜２ｔ＝２ｘ1.8＝3.6。按理应加长弯曲后再切割，本例在变形区压槽后的料厚ｔ（1.8－0.5＝1.3）则工件的高度３＞2t＝２ｘ1.3＝2.6，满足弯曲直边的高度要求。

17. 3.2 弯曲件的工艺性 ４、本例弯曲线不在制件宽度突变处，故不需工艺孔或槽。 ５、工件上的孔都离弯曲变形区远，也不需采取工艺措施。 ６、本例的弯曲线性尺寸精度和角度精度都无特殊要求，满足弯曲要求。 由以上分析得出，该件Ｒ0.5处的材料纹向应与弯曲线垂直要注意以外，其它条件均符合弯曲工艺性的要求，可以弯曲并不需采取其它特殊措施。