冲压模具设计与制造——第三章 弯曲力的计算与弯曲件的工艺性
冲压模具设计与制造
第一章 冲压模具设计与制造基础
内容简介：
本章讲述冲压模具设计与制造的基础知识。 涉及冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类；常见冲压设备及工作原理、选用原则；冲压成形基本原理和规律；冲压成形性能及常见冲压材料；模具材料种类、性能、选用原则及热处理方法；模具制造特点、模具零件加工方法及应用等 。
第一章 冲压模具设计与制造基础
一、冲压与冲模概念
1.基本概念（续）
冲压模具：
在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。
第一章 冲压模具设计与制造基础
第一节 冲压成形与模具技术概述 冲压与冲模概念 基本概念（续） 合理的冲压工艺 先进的模具 高效的冲压设备 冲压生产的三要素
第一章 冲压模具设计与制造基础
多工位精密级进模
第一章 冲压模具设计与制造基础
冲压成形产品示例一——日常用品
第一章 冲压模具设计与制造基础
冲压成形产品示例二—— 高科技产品 汽车覆盖件 飞机蒙皮
第一章 冲压模具设计与制造基础
数控高速铣削加工
高效 、高精度 、高的表面质量 、可加工高硬材料
第一章 冲压模具设计与制造基础
五、冲压技术现状与发展方向（续）
第一节 冲压成形与模具技术概述
多品种、少批量，更新换代速度快
计算机技术、制造新技术
第一章 冲压模具设计与制造基础
(1)冲压成形理论及冲压工艺
加强理论研究，开展CAE技术应用。 开发和应用冲压新工艺。
2.冲压技术发展方向
满足产品开发在T(Time)、Q(Quality)、 C(Cost)、S(Service)、E(Environment)的要求。
1.我国冲压技术现状 技术落后、经济效益低。 主要原因：①冲压基础理论与成形工艺落后； ②模具标准化程度低； ③模具设计方法和手段、模具制造工艺及设备落后； ④模具专业化水平低。 所以，结果导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。
第三章 弯曲工艺及弯曲模
回弹性的表现形式： (1) 卸载前板料的内半径与凸模的半径吻合，在卸载后增加。 (2)
卸载前弯曲中心角与凸模顶角相吻合，卸载后变化。
第三章 弯曲工艺及弯曲模
二、影响回弹的因素 1.材料的力学性能
材料的屈服点 越高，弹性模量E越小，弯曲变形的回弹也越大。 2.相对弯曲半径
第三章 弯曲工艺及弯曲模
3. 从工艺上采取措施 (1)采用热处理工艺 (2)增加校正工序
第三章 弯曲工艺及弯曲模
4. 从模具结构采取措施 (1) 补偿法
(2)校正法
第三章 弯曲工艺及弯曲模
(3) 纵向加压法
第三章 弯曲工艺及弯曲模
第四节 弯曲件的结构工艺性
定义：弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状、尺寸、材料的选用及技术 要求等是否满足弯曲加工的工艺要求。具有良好冲压工艺性的 弯曲件，不仅能提高工件质量，减少废品率，而且能简化工艺 和模具结构，降低材料消耗。
第七节 弯曲模工作部分设计
一、凸、凹模的圆角半径及凹模的深度
第三章 弯曲工艺及弯曲模
1、凸模的圆角半径
2、凹模的圆角半径
第三章 弯曲工艺及弯曲模
二、凸凹模间隙 弯曲有色金属时 Z=tmin+ct 弯曲黑色金属时 Z=tmax+ct
第八节 凸凹模工作部分的尺寸与公差
（1）弯曲件外形尺寸的表注 当弯曲件为双向对称偏差时，凹模尺寸为
1 d Ld (L 2 Δ)0
第三章 弯曲工艺及弯曲模
当弯曲件为单向偏差时，凹模尺寸为
凸模ห้องสมุดไป่ตู้寸为
3 d Ld (L 4 Δ)0
《冲压模具设计与制造》课程教学大纲DOC
《冲压模具基础》课程教学大纲课程编号：课程英文译名：课内总学时:72学时学分：4。
5学分课程类别：必修课开课对象：汽车制造与装配技术专业执笔人：编写日期:一、课程性质、目的和任务《冲压模具设计与制造》是汽车制造及汽车整形专业的一门主干专业技术课，它是一门将冲压成形加工原理、冲压设备、冲压工艺、冲模设计与冲模制造有机融合，综合性和实践性较强的课程。
其目的是使学生了解冲压变形规律,认识冲压成形工艺方法，冲压模具结构，冲压模具制造方法与手段，掌握冲压模具设计与计算方法，掌握冲压工艺与模具设计方法，冲压模具制造工艺方法，能进行中等冲压零件的冲压工艺编制,冲模设计与冲模制造工艺编制，并培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生逻辑思维能力，为毕业设计及毕业以后从事专业工作打下必要的基础。
二、教学基本要求本课程是冲压模具设计与计算，冲压模具结构,模具制造工艺方法为重点。
学外本课程应达到以下基本要求：1、能应用冲压变形理论,分析中等复杂冲压件变形特点，制定合理冲压工艺规程的能力。
2、协调冲压设备与模具的关系，选择冲压设备的能力。
3、熟悉掌握冲模设计计算方法，具备中等复杂冲模结构选择和设计的能力，所设计的冲模应工作可行、操作方便、便于加工和装配,技术经济性好。
4、具备正确选择冲压模具加工方法，制定中等复杂冲模制造工艺和装配工艺的能力.5、初步具备进行多工位级进模设计和制造的能力。
6、初步具备进行分析和处理试模过程中产生的有关技术问题的能力。
三、教学内容及要求：第1章冲压模具设计与制造基础1.1 冲压成形与模具技术概述掌握冲压与冲模概念;冲压工序的分类；冲模的分类；冲模设计与制造的要求；了解冲压现状与发展方向。
1.2 冲压设备及选用了解常见冲压设备；掌握冲压设备的选用；模具的安装。
1.3 冲压变形理论基础掌握塑性变形的概念；理解塑性力学基础；掌握金属塑性变形的一些基本规律；冲压材料及其冲压成形性能.1.4 模具材料选用掌握冲压对模具材料的要求;冲模材料的选用原则;冲模常见材料及热处理要求。
第3章 弯曲工艺与模具设计
3.2.2、影响回弹的因素 材料的机械性能 相对弯曲半径 弯曲中心角 模具间隙 弯曲件的形状 弯曲力
3.2.3、回弹值的确定 目的：作为修正模具工作部分参数的 依据。 经验公式： 1.小半径弯曲的回弹（ r / t 5 ~ 8 ）
0 t
rt r 1 3
90
90
６）弹性材料的准确回弹值需要通过试模对凸、 凹模进行修正确定，因此模具结构设计要便于拆 卸。 ７）由于U形弯曲件校正力大时会贴附凸模，所以 在这种情况下弯曲模需设计卸料装置。 ８）结构设计应考虑当压力机滑块到达下极点时， 使工件弯曲部分在与模具相接触的工作部分间得 到校正。 ９）设计制造弯曲模具时，可以先将凸模圆角半 径做成最小允许尺寸，以便试模后根据需要修整 放大。
当工件局部边缘部分需弯曲时，为防 止弯曲部分受力不均而产生变形和裂纹， 应预先切槽或冲工艺孔(如图所示) 5.弯曲件的几何形状 如果弯曲件的形状不对称或者左右弯 曲半径不一致，弯曲时板料将会因摩擦阻 力不均匀而产生滑动偏移(如图所示), 为了防止这种现象的发生，应在模具上设 置压料装置,或利用弯曲件上的工艺孔采用 定位销定位（如图所示）
第 3 章 弯曲工艺与模具设计
3.1
3.2
弯曲的基本原理 应变中性层位置、最小弯曲半径的确定及回弹现象 弯曲力和弯曲件的毛坯尺寸计算 弯曲件的工艺性 弯曲模具的设计
3.3 3.4
3.5
3.1 弯曲的基本原理
弯曲是使材料产生塑性变形，形成一 定曲率和角度零件的冲压工序(如图所示) 弯曲材料：板料、棒料、型材、管材 弯曲方法：压弯、折弯、拉弯、滚弯、 辊弯
3.1.1 弯曲变形过程 (图3.1.1) 1、变形毛坯的受力情况 从力学角度，弯曲分为： 弹性弯曲 弹塑性弯曲 纯塑性弯曲 无硬化弯曲
模具设计与制造——第3章 弯曲工艺与模具设计
ρ
ρ'
２．弯曲中心角减小 ∆α = α − α ' 或弯曲角增大 ∆β = β '− β
第一节 弯曲变形分析
二、塑性弯曲变形区的应力、应变
弯曲后坐标网格变化 内区 中性层 外区
弯曲变形区的 横截面变化
窄板（B/t＜3）：内区宽度增加，外区宽度减 小，原矩形截面变成了扇形 宽板（B/t＞3）：横截面几乎不变，仍为矩形
第三章 弯曲工艺与模具设计
第一节 弯曲变形分析
二、塑性弯曲变形区的应力、应变（续）
第三章 弯曲工艺与模具设计
内容简介：
弯曲是冲压基本工序。 本章在分析弯曲变形过程及弯曲件质量影响因素的基 础上，介绍弯曲工艺计算、工艺方案制定和弯曲模设计。 涉及弯曲变形过程分析、弯曲半径及最小弯曲半径影响因 素、弯曲卸载后的回弹及影响因素、减少回弹的措施、坯 料尺寸计算、工艺性分析与工艺方案确定、弯曲模典型结 构、弯曲模工作零件设计等。
∆α =
α
90
∆α 90
第三章 弯曲工艺与模具设计
第六节 弯曲回弹
三、回弹值的确定（续）
３．校正弯曲时的回弹值 校正弯曲的回弹可用 试验所得的公式计算，符 号如右图所示。
V形件校正弯曲的回弹
第三章 弯曲工艺与模具设计
第六节 弯曲回弹
四、减少回弹的措施
1.改进弯曲件的设计 （1）尽量避免选用过大的r/t 。 如有可能，在弯曲区压制加强筋， 以提高零件的刚度，抑制回弹。 （2）尽量选用σ s / E 小、力学 性能稳定和板料厚度波动小 的材料。
第三章 弯曲工艺及弯曲模
3.1 弯曲变形3.2 最小相对弯曲半径3.3 弯曲件的回弹3.4 弯曲件的工艺性3.5 弯曲件的展开尺寸计算353.6弯曲力的计算3.7 弯曲模工作部分设计373.8 凸、凹模工作部分的尺寸与公差3.9 弯曲模的典型结构及弯曲模具中主要零部件制造工艺过程示例弯曲：在冲压力的作用下，把平板坯料弯折成一定角度和形状的种塑性成型工艺。
定角度和形状的一种分类：压弯、折弯、扭弯、滚弯和拉弯。
弯曲模：弯曲工艺使用的冲模。
压弯的典型形状典型的压弯工件第一节弯曲变形一、板料的弯曲过程、板料的弯曲过程在弯曲过程中，板料的弯曲半径123......n r r r r ，，，，和支点距离随凸模的下行逐渐减小，12......n l l l ，，，随凸模的下行逐渐减小而弯曲终了时，板料与凸模完全贴合凸、凹模完全贴合。
第一节弯曲变形通过网格试验观察弯曲变形特点。
二、弯曲变形的特点①弯曲件的圆角部分是弯曲变形的主要变形区弯曲变形有以下几个特点：变形区的材料外侧伸长，内侧缩短，中性层长度不变。
②弯曲变形区的应变中性层应变中性层是指在变形前后金属纤维的长度没有发生改变的那一层金属纤维。
③变形区材料厚度变薄的现象变形程度愈大，变薄现象愈严重，变薄后的厚度为。
④变形区横截面的变化变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变主要影响因素为板料的相1t t η=(宽板) ：横断面几乎不变；变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变。
主要影响因素为板料的相对宽度。
3B t>(窄板) ：断面变成了内宽外窄的扇形。
3B t <第一节弯曲变形应变状态应力状态三、变形区和应力应变状态εσ长度内区压应变，外区拉应变，内区压应力，外区拉应力，绝对值最大绝对值最大厚度内区拉应变，外区压应变，变形区引起压应力，由表及里递t σ变变与符号相反表面，由表及里递增窄板内区拉伸窄板θε0t σ=宽度窄板：内区拉伸，外区压缩窄板：宽板：内区压应力，0ε≈0ϕσ=宽板：外区拉应力ϕ第一节弯曲变形三、变形区和应力应变状态第二节最小相对弯曲半径设中性层半径为，弯曲中心角为，则最外层金属（半径为的ρα为R）的伸长率为δ外()()aa oo R R ραρ−−−===oo δραρ外另设中性层位置在半径为处，且弯曲后厚度保持不变，则，故有2r t ρ=+R r t =+将两式联立则有()(2)21=r t r t t rδ+−+==外将两式联立，则有2221r t t r t +++第二节最小相对弯曲半径影响最小相对弯曲半径的因素主要有以下几方面：材料的塑性及热处理状态板料的表面和侧面质量弯曲方向弯曲中心角各种材料在不同状态下的最小相对弯曲半径的数值可参见表33。
(3-5、6、7)弯曲力的计算&弯曲件的工艺性
要多次弯曲，增加工序数；
r/t也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度与 弯曲半径的精度都不易保证。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
2．弯曲件的形状 一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯 料受力平衡而无滑动，并有利于模具受力平衡。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
当t<2mm时，l t 当t≥2mm时，l 2t
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
6．增添连接带和定位工艺孔
增添连接带和定位工艺孔的弯曲件
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
7．尺寸标注 尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。
式中：
F自 ——冲压行程结束时的自由弯曲力；
Ｂ——弯曲件的宽度； ｔ——弯曲材料的厚度； ｒ——弯曲件的内弯曲半径； b ——材料的抗拉强度； Ｋ——安全系数，一般取Ｋ＝1.3。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第五节 弯曲力的计算
二、校正弯曲时的弯曲力
F校 Ap
式中： F ——校正弯曲应力； 校 A——校正部分投影面积； p——单位面积校正力，其值见课本P122表3.3.2。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第七节 弯曲件的工序安排
二、典型弯曲件的工序安排
一次弯曲
二次弯曲 第一次弯曲 第二次弯曲
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第七节 弯曲件的工序安排
二、典型弯曲件的工序安排（续）
三次弯曲
第一次弯曲
第二次弯曲 第三次弯曲ຫໍສະໝຸດ 第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
冲压工艺与模具设计第3章 弯曲工艺与弯曲模
3.1.2 弯曲变形的特点
1．弯曲变形区主要在弯曲件的圆角部分。 2.弯曲变形区的中性层长度保持不变。 3.弯曲变形区材料厚度变薄。 4.弯曲变形区内横断面的形状变化
3.2 弯曲变形程度及其表示法
3.2.1 最小弯曲半径
对于厚度一定的板料，弯曲半径越小，板料外 表面变形程度越大，当弯曲半径减小到一定值以后， 板料外表面变形将超过最大许可变形程度而产生弯 曲裂纹。在保证板料外层不产生裂纹的前提下，所 能达到的工件内表面最小圆角半径，称为最小弯曲 半径rmin 。生产中用它来表示材料弯曲时的变形程 度极限。 最小弯曲半径rmin的数值参见表3－1。
3.1.1 弯曲变形过程
V形工件的弯曲是最基本的弯曲变形，其弯曲 过程如图3－2所示。板料的弯曲变形过程是围绕着 弯曲圆角区域展开的，该区域为弯曲主要变形区。 当弯曲圆角半径减小到一定值时，板料的内外 表面首先开始出现塑性变形，并逐渐向板料内部扩 展。当凸模、板料和凹模三者完全压紧，板料的弯 曲内侧半径和弯曲力臂达到最小时，弯曲过程结束。
第3章 弯曲工艺与弯曲模
3.1
弯曲变形过程分析
弯曲变形程度及其表示法 弯曲件的工艺性分析 弯曲件卸载后的回弹
3.2
3.3
3.4
3.5
弯曲件坯料尺寸的计算
3.6
弯曲力的计算
3.7
弯曲模的典型结构 弯曲模工作部分的尺寸设计 弯曲工艺中常见问题及解决措施
3.8
3.9
3.10
弯曲工艺与模具设计实训
3.1 弯曲变Байду номын сангаас过程分析
3．校正弯曲时的回弹值
V形件校正弯曲的回弹如图3－16所示。 回弹量一般用弯曲角的增大量△β表示，可 用试验所得的公式计算，公式如表3－5所 示。
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尽量成对弯曲，然后再剖切（图3.7.1）
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第七节 弯曲件的工序安排
二、典型弯曲件的工序安排
一次弯曲
二次弯曲 第一次弯曲 第二次弯曲
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第七节 弯曲件的工序安排
二、典型弯曲件的工序安排（续）
第五节 弯曲力的计算
三、顶件力或压料力
若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力 FD （或压料力 FY )可近似取自由弯曲力的30％～80％。即
FD (0.3 ~ 0.8)F自
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第五节 弯曲力的计算
四、压力机公称压力的确定
对于有压料的自由弯曲
F压机 (1.2 ~ 1.3（) F自 FY）
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
5．弯曲件孔边距离 当t<2mm时，l t 当t≥2mm时，l 2t
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
6．增添连接带和定位工艺孔
增添连接带和定位工艺孔的弯曲件
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
对于校正弯曲
F压机 (1.2 ~ 1.3)F校
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
一、弯曲件的精度
一般弯曲件的经济公差等级在IT13级以下，角度公差大于15´。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
二、弯曲件的材料
具有足够的塑性，屈强比（ s /b ）小， 屈服点与弹性模量的比值（ s / E ）小， 则有利于弯曲成形和工件质量的提高。
三次弯曲
第一次弯曲 第二次弯曲
第三次弯曲
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第七节 弯曲件的工序安排
二、典型弯曲件的工序安排（续）
四次弯曲 第一次弯曲
第二次弯曲
第三次弯曲
第四次弯曲
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
成对弯曲成形
7．尺寸标注 尺寸标注对弯曲件的工艺性有很大的影响。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第七节 弯曲件的工序安排
一、弯曲件的工序安排原则
１．形状简单的弯曲件：采用一次弯曲成形； 形状复杂的弯曲件：采用二次或多次弯曲成形。
２．批量大而尺寸较小的弯曲件： 尽可能采用级进模或复合模。
３．需多次弯曲时： 先弯两端，后弯中间部分，前次弯曲应考虑后次弯曲有可
ｔ——弯曲材料的厚度；
ｒ——弯曲件的，一般取Ｋ＝1.3。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第五节 弯曲力的计算
二、校正弯曲时的弯曲力
F校 Ap
式中： F校——校正弯曲应力； A——校正部分投影面积； P——单位面积校正力
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
脆较大的材料， 则最小相对弯曲半径 rmin / t 大，回弹大，不利于成形。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构
１．弯曲半径 弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则，要多次
弯曲，增加工序数； 也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度与
弯曲半径的精度都不易保证。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
复习上次课内容
1.弯曲变形产生回弹的原因是什么？采取什么措施能减小回弹？ 2.弯曲件毛坯展开尺寸计算的依据是什么？
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第五节 弯曲力的计算
一、自由弯曲时的弯曲力
V形件弯曲力
F自
0.6KBt 2 b
rt
U形件弯曲力
F自
0.7KBt 2
rt
b
式中： F自——自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力； Ｂ——弯曲件的宽度；
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
4．防止弯曲根部裂纹的工件结构 在局部弯曲某一段边缘时，为避免弯曲根部撕裂，应减小不
弯曲部分的长度B，使其退出弯曲线之外，即b≥r（如上页图a）， 或在弯曲部分与不弯曲部分之间切槽，或在弯曲前冲出工艺孔。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
2．弯曲件的形状 一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯
料受力平衡而无滑动。
第三章 弯曲工艺与弯曲模设计
第六节 弯曲件的工艺性
三、弯曲件的结构（续）
3．弯曲件直边高度 弯曲件的直边高度不
宜过小，其值应为 h>r+2t