弯曲模的基本原理(五)
模具设计与制造第6章弯曲工艺与模具设计
06
总结与展望
弯曲工艺与模具设计的现状与挑战
现状
随着制造业的快速发展，弯曲工艺与模具设计在产品制造中占据重要地位。目前，弯曲工艺与模具设 计已经取得了长足进步，能够满足多种复杂形状的加工需求。
挑战
然而，在弯曲工艺与模具设计过程中，仍存在一些挑战，如高精度控制、复杂曲面加工、高效自动化 等方面的问题。
未来发展方向与技术前沿
柔性制造技术
随着个性化需求的增加，柔性制造技术将成为未 来发展的重点。通过柔性制造技术，可以实现快 速、高效、个性化的产品制造，提高生产效率和 降低成本。
增材制造技术
增材制造技术是一种基于数字模型的快速成型技 术，能够实现复杂形状的高精度加工。未来，增 材制造技术有望在弯曲工艺与模具设计中发挥更 大的作用。
模具材料的选择蚀性等。
常用材料
碳素工具钢、合金工具钢、硬质合金、铸铁等。
材料处理
热处理、表面处理等。
模具设计的流程与方法
设计流程
明确设计任务→收集设计资料→设计 出图→审查→修改。
设计方法
经验设计法、解析设计法、计算机辅 助设计法等。
04
弯曲工艺与模具设计的关系
THANK YOU
模具设计对弯曲工艺的影响
模具结构
模具的结构对弯曲工艺的实施具 有重要影响，合理的模具结构可 以提高弯曲效率并降低不良品率。
模具材料
模具材料的选取直接影响弯曲工艺 的效果，选用高强度、耐磨和耐热 的材料可以提高模具的使用寿命和 弯曲质量。
冷却系统
模具中的冷却系统对于控制弯曲过 程中的温度至关重要，合理的冷却 系统设计可以减少热应力，提高产 品质量。
02
弯曲工艺的基本原理
弯曲变形的过程与特点
西北工业大学飞机钣金零件成形弯曲课件
弯曲力
自由弯曲力 校正弯曲力
摩擦 板厚偏差
摩擦在大多数情况下可以增大弯曲变形区的拉应力，可 使零件形状接近于模具的形状。 如果毛坯的厚度偏差大时，对于一定的模具来说，其实 际间隙是忽大忽小的，因而回弹值也是波动的。
飞行器制造工程系
37
弯曲
六、弯曲回弹与补偿措施
3.
减小回弹的措施
在工件设计上采取措施 在工艺上采取措施 在模具结构上采取措施
1.
板料弯曲过程
飞行器制造工程系
11
弯曲
二、板料弯曲的基本原理
1.
板料弯曲过程
立体纯塑性弯曲阶段
1）应变中性层位置从板料中间逐 步向内层移动，变形量愈大， 内移量也愈大。
α tlb = π (R − r ) b 2π
2 2
l = αρ 0
R = r + ξt
1 r ξ ρ 0 = + ξt = r + ξt ξ 2 t 2
y y ε θ = ln ≈ ρ 1 + ρ y σ θ = Eε θ = E
飞行器制造工程系 ρ
σ max ≤ σ s
E ≤σs 2r 1+ t
r 1 E ≥ − 1 t 2 σ 10 s
弯曲
二、板料弯曲的基本原理
弹—塑性弯曲阶段和线性纯塑性弯曲阶段
材料的机械性能
r 相对弯曲半径 t
2.
影响弯曲回弹的主要因素
弯曲角度 弯曲方式和模具结构 弯曲力 摩擦 板厚偏差
飞行器制造工程系
33
弯曲
六、弯曲回弹与补偿措施
σ S / E 越小，回弹越小。
弯曲成形资料
图2-2。3 弯管的椭圆度 A—椭圆长轴直径 b—椭圆短轴直径
D—管子外径
2、弯管减速薄量的计算
管子弯曲后壁厚由于受拉，壁厚一般都有一定的减 薄现象，其减薄率的计算公式为
C [(t t1) t ]100 %
式中
t ——弯曲前管坯的壁厚
t1 ——弯曲后管子壁厚
图2-82 管子受力后弯曲变形情况
❖ 另一方面也影响管件在结构中的功能效果;管材内壁起皱不但 会削弱管子强度，而且容易造成流动介质速度不均，产生涡 流和弯曲部位积聚污垢，影响弯制管件的正常使用;回弹现象 必然使管材的弯曲角度大于预定角度，从而降低弯曲工艺精 度。因此，应在弯制之前采取对应措施防止上述缺陷的产生， 以获得理想的管件，保证产品的各项性能指标和外观质量。 在通常情况下，对于前面提到的几种常见缺陷，可以有针对 性地采取下列措施:
4）模具间隙,间隙越大,回弹也越大 在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有较大的影 响。间隙越大，回弹角也就越大。
5)．弯曲的形状. (U形回弹小于V形)
校正弯曲时圆角部分的较小正回弹与直边部分负回弹
的抵销 ，回弹可能出现正、零或是负三种情况。
校正弯曲圆角部分的回弹比自由弯曲时大为减小。
第二章、管子弯曲
图1-1 弯曲过程 a r=r0 b r=r1 c r=r2 d）r=r
2.弯曲变形的特点 为了观察板料弯曲时的金属流动情况，便于分 析材料的变形特点.
图1-2 材料弯曲前后的网格变化
三、 板料弯曲正应力。 1、 板料弯曲时截面上弯曲正应力的分布规律。
图1-3 板的弯曲实验
1）纤维变化情况：如上图所示，平面弯曲时，其横截面 仍保持为平面，只产生了相对转动，一部分纵向“纤维”伸 长，一部分纵向 “纤维”缩短。中性层不变，其余的越远离 中层性的纵向“纤维”伸长（或缩短量）越大。
3- 弯曲工艺与模具设计复习题
第三章弯曲工艺与模具设计复习题一、填空题1 、将板料、型材、管材或棒料等 ____________ 、 ______________ 、 ______________ 的冲压方法称为弯曲。
2 、弯曲变形区内 ______________ 的金属层称为应变中性层。
3 、窄板弯曲后起横截面呈 _______ 形状。
窄板弯曲时的应变状态是 _________ 的，而应力状态是 _________。
4 、弯曲终了时， ____________________________ 称为弯曲中心角。
5 、弯曲时，板料的最外层纤维濒于拉裂时的弯曲半径称为 ______________ 。
6 、弯曲时，用 _____________,表示板料弯曲变形程度，不致使材料破坏的弯曲极限半径称 ______________ 。
7、最小弯曲半径的影响因素有 ______________ 、、弯曲线方向、材料的热处理状况、______________ 。
8 、材料的塑性 __________ ，塑性变形的稳定性越强，许可的最小弯曲半径就______________ 。
9 、板料表面和侧面的质量差时，容易造成应力集中并降低塑性变形的 ______________ ，使材料过早破坏。
对于冲裁或剪切坯料，若未经退火，由于切断面存在冷变形硬化层，就会使材料______________ ，在上述情况下均应选用 ______________ 的弯曲半径。
轧制钢板具有纤维组织， ______________ 纤维方向的塑性指标高于______________ 纤维方向的塑性指标。
10 、为了提高弯曲极限变形程度，对于经冷变形硬化的材料，可采用 __________ 以恢复塑性。
11 、为了提高弯曲极限变形程度，对于侧面毛刺大的工件，应 ______________ ；当毛刺较小时，也可以使有毛刺的一面处于______________ ，以免产生应力集中而开裂。
弯曲工艺和弯曲模具设计复习题答案
第三章弯曲工艺及弯曲模具设计复习题答案一、填空题1 、将板料、型材、管材或棒料等弯成一定角度、一定曲率 . 形成一定形状的零件的冲压方法称为弯曲。
2 、弯曲变形区内应变等于零的金属层称为应变中性层。
3 、窄板弯曲后起横截面呈扇形状。
窄板弯曲时的应变状态是立体的.而应力状态是平面。
4 、弯曲终了时. 变形区内圆弧部分所对的圆心角称为弯曲中心角。
5 、弯曲时.板料的最外层纤维濒于拉裂时的弯曲半径称为最小弯曲半径。
6 、弯曲时.用相对弯曲半径表示板料弯曲变形程度.不致使材料破坏的弯曲极限半径称最小弯曲半径。
7、最小弯曲半径的影响因素有材料的力学性能、弯曲线方向、材料的热处理状况、弯曲中心角。
8 、材料的塑性越好.塑性变形的稳定性越强.许可的最小弯曲半径就越小。
9 、板料表面和侧面的质量差时.容易造成应力集中并降低塑性变形的稳定性 .使材料过早破坏。
对于冲裁或剪切坯料.若未经退火.由于切断面存在冷变形硬化层.就会使材料塑性降低 .在上述情况下均应选用较大的弯曲半径。
轧制钢板具有纤维组织. 顺纤维方向的塑性指标高于垂直于纤维方向的塑性指标。
10 、为了提高弯曲极限变形程度.对于经冷变形硬化的材料.可采用热处理以恢复塑性。
11 、为了提高弯曲极限变形程度.对于侧面毛刺大的工件.应先去毛刺；当毛刺较小时.也可以使有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘（或朝向弯曲凸模） .以免产生应力集中而开裂。
12 、为了提高弯曲极限变形程度.对于厚料.如果结构允许.可以采用先在弯角内侧开槽后.再弯曲的工艺.如果结构不允许.则采用加热弯曲或拉弯的工艺。
13 、在弯曲变形区内.内层纤维切向受压而缩短应变.外层纤维切向受受拉而伸长应变.而中性层则保持不变。
14 、板料塑性弯曲的变形特点是：（ 1 ）中性层内移（ 2 ）变形区板料的厚度变薄（ 3 ）变形区板料长度增加（ 4 ）对于细长的板料.纵向产生翘曲.对于窄板.剖面产生畸变。
15 、弯曲时.当外载荷去除后.塑性变形保留下来 .而弹性变形会完全消失 .使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺才不一致 .这种现象叫回弹。
冲压模具基础培训课件(PPT 68页)
固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其 完整性的能力。 影响金属塑性的因素包括两个方面：
➢ 金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等；
➢ 变形时的外部条件，如变形温度、变形速度以及
变形方式等
（2）变形抗力：
反映了金属在外力作用下抵抗塑性变形的能力。
影响变形抗力的因素：
✓ 金属的内部性质 ✓ 变形条件(即变形温度、变形速度和变形程度)
1 冲压工艺基础
表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求
1 冲压工艺基础
表1-7 常用冷变形模具钢的预热和加热规范
钢号
T 8A T 10A 9M n2V CrW M n 9CrW M n 9SiC r G Cr15 C r1 2
Cr12M oV
Cr6W V W 18Cr4V W 6M o5Cr4V2
b) 冲孔模
c) 剪切模
d) 修边模
e) 切口模
图1-1 冲裁模常见结构
f) 剖切模
1 冲压工艺基础
（2）弯曲模 将坯料弯曲成一定形状的模具。
1—上模板；2—凸模；3—压边圈；4—定位板；5—凹模； 6—凹模固定板；7—下模板 图1-2 弯曲模
1 冲压工艺基础
（3）拉深模 将平板料变成一定形状的空心件的模具 （如图1-3）。
a）随着温度的升高，发生了回复与再结晶
主
b） 温度升高，临界剪应力降低，滑移系增加
要
原
c） 新的塑性变形方式—热塑性的产生。
因
d） 温度升高导致晶界的切变抗力显著降低，
晶界易于滑动
✓ 变形速度（单位时间内的变化量） a）高速时，位错更快的运动，金属晶体的临界 剪应力升高，塑性降低
b）变形速度低，变形体吸收的变形能可转化为 热能，使变形体温度升高，使金属软化。 ✓ 应力应变状态
第三章 弯曲
第三章 弯 曲
弯曲：将板料、型材、管材或棒料等按设计要求弯 成一定的角度和一定的曲率，形成所需形状零件的 冲压工序。 弯曲毛坯的种类：板料、棒料、型材、管材
本章与第2章相比：
准确工艺计算难，模具动作复杂、结构设计规律性不强。
弯 曲 成 形 典 型 零 件
生活中的弯曲件
压弯的典型形状： 典型压弯工件：
内层切向应力
内 2 3 n 1 B n 1 1 － ln 0 n 1 － － ln R 0 n 1 － － ln 0 n 3 － 1 9
§3.3 宽板弯曲时的应力和弯矩的计算
二、按宽板弯曲的平面应变状态计算变形区的应力数值 外层宽度方向上的主应力
曲
8、9－螺钉
模
10－定位板
用模具成形的弯曲件之一
用模具成形的弯曲件之二
连续弯曲模拟 闹钟双铃提环弯曲模模拟 阶梯件弯曲模 双摆块弯曲模 摆块式形件弯曲模 圆筒形件一次弯曲 自动卸料机构的摆块弯曲模
§3.1 板料的弯曲现象及其原因
（a）
（b）
（c）
（d）
在弯曲过程中，板料的弯曲半径r1、r2…rn与支点距离l1、 l2…ln随凸模下行逐渐减小，而在弯曲终了时，板料与凸、凹
第三章 弯 曲
§3.1 板料的弯曲现象及其原因 §3.2 窄板弯曲和宽板弯曲时的
应力应变状态分析 §3.3 宽板弯曲时的应力和弯矩的计算 §3.4 弯曲力计算和设备选择 §3.5 弯曲件毛坯长度计算 §3.6 最小相对弯曲半径rmin/ t的确定 §3.7 弯曲回弹 §3.8 弯曲模工作部分的尺寸计算
§3.1 板料的弯曲现象及其原因
五、板料横截面的畸变、翘曲和拉裂（畸变）
窄板（B/t≤3） 宽板（B/t>3） 弯曲变形区的横截面变化情况
冲压模具思考与练习题
《冲压工艺及冲模设计》思考与练习题第一章概述1.1冲压成形加工与其它加工方法相比有何特点？1.2什么是冷冲模？1.3如何选择冲压设备？1.4常用的冲压材料有哪些？1.5常用的冷冲压成形工序有哪些？1.6当代冷冲压模具技术发展现状及我国的差距与对策？1.7冷冲压工序可分为哪两大类？它们的主要区别是什么？1.8分离工序有哪些工序形式？试用工序简图及自己的语言说明其中两种工序的主要特征。
1.9变形工序有哪些工序形式？试用工序简图及自己的语言说明其中两种工序的主要特征。
第2章冷冲压变形基础2.1什么叫塑性?2.2什么叫弹性变形?2.3什么叫塑性变形(残余变形)?2.4什么叫硬化曲线?2.5影响金属塑性变形的因素有哪些？2.6请说明屈服条件的含义，并写出其条件公式。
2.7 什么是加工硬化现象？它对冲压工艺有何影响？2.8 什么是板厚方向性系数？它对冲压工艺有何影响？2.9 什么是板平面各向异性指数Δ r ？它对冲压工艺有何影响？2.10 如何判定冲压材料的冲压成形性能的好坏?第3章冲裁3.1什么是冲裁间隙？冲裁间隙对冲裁有哪些影响？3.2冲孔工序与落料工序中，凸、凹模的刃口尺寸计算应如何区别对待？3.3什么是冲模的压力中心？确定模具的压力中心有何意义？3.4冲裁模主要包括哪些结构零件？3.5定位零件的作用及基本形式？3.6模架有几种形式？结构特点如何？3.7凹模镶块结构的固定方法有几种?3.8 什么是冲裁工序？它在生产中有何作用？3.9 冲裁的变形过程是怎样的？3.10 普通冲裁件的断面具有怎样的特征？这些断面特征又是如何形成的？3.11 什么是冲裁间隙？冲裁间隙对冲裁质量有哪些影响？3.12 降低冲裁力的措施有哪些？3.13什么叫搭边？搭边有什么作用？3.14怎样确定冲裁模的工序组合方式？3.15怎样选择凸模材料？3.16什么条件下选择侧刃对条料定位？3.17常用的卸料装置有哪几种？在使用上有何区别？3.18 卸料板型孔与凸模的关系是怎样的？3.19 什么是顺装复合模与倒装复合模？各有什么优缺点?3.20 什么是带齿圈压板的精冲法？3.21 什么是齿圈压板？精冲模中的齿圈压板有何作用？3.22 精冲工艺对压力机有哪些特殊要求？3.23 什么情况下采用双侧刃定位？3.24 凸模垫板的作用是什么？如何正确的设计垫板？3.25如习题图3.1所示零件，材料为Q235，料厚为2 mm。
第三章弯曲
3Cδ b ( Ro 0.5t ) K 1 Et
E ——弹性模量（N/mm2） δb ——抗拉强度（N/mm2） C——系数 查冲模设计手册表4-24
（2）当
r/t＜5-8时
主要是中心角发生变化。 各种资料、手册上有中心角90o的实验数据。 如不是90o ，进行换算。
△α 90 △α 90
10大于垂直于纤维方向的指标。
α 减小，直边参与变形的分散效应显著，所以rmin/t可减小。
图３-10
书表３-5。
（３）板料的表面和侧边质量
板面划伤、裂纹，侧边有毛刺、裂口、冷作硬化等缺陷， rmin/t增大（易裂，塑性不好） （4）材料的塑性
3．最小相对弯曲半径的经验选用
各种手册、书、杂志都有 如：r
两向应力，三向应变。 三向应变，平面应变。
¦Δ >¦ Δ b
ζ b=0
图3-4 εb=0
三、弯曲力计算和
设备选择
弯曲有三个阶段:
h
① 弹性弯曲阶段
② 自由弯曲阶段
③ 校正弯曲阶段 图3-5 弯曲三个阶段
1.自由弯曲力
V形件
0.6kbt F b 自 r t
U形件
2
0.7kbt2 F自 b r t
本 章 目 录
一、弯曲变形过程及特点
二、弯曲变形区的应力应变分析
三、弯曲力计算和设备选择
四、弯曲件毛坯长度计算
五、最小相对弯曲半径的确定 六、弯曲回弹 七、弯曲模工作部分尺寸计算 八、典型弯曲模 总结
一、弯曲变形过程及特点
1. 变形过程 例如：“V”形件的弯曲过程（教材图）
弹性弯曲、自由弯曲
增大， 减小
(2) 切向应变
弯管力矩计算公式
第二节管材弯曲一、材弯曲变形及最小弯曲半径二、管材截面形状畸变及其防止三、弯曲力矩的计算管材弯曲工艺是随着汽车、摩托车、自行车、石油化工等行业的兴起而发展起来的，管材弯曲常用的方法按弯曲方式可分为绕弯、推弯、压弯和滚弯；按弯曲加热与否可分为冷弯和热弯；按弯曲时有无填料(或芯棒)又可分为有芯弯管和无芯弯管。
图6—19、图6—20、图6—21和图6—22分别为绕弯、推弯、压弯及滚弯装置的模具示意图。
图6—19在弯管机上有芯弯管1—压块2—芯棒3—夹持块4—弯曲模胎5—防皱块6—管坯图6—20 型模式冷推弯管装置 图6—21 V 形管件压弯模1—压柱 2—导向套 3—管坯 4—弯曲型模 1—凸模 2—管坯 3—摆动凹模图6—22 三辊弯管原理1—轴 2、4、6—辊轮 3—主动轴 5—钢管一、材弯曲变形及最小弯曲半径管材弯曲时，变形区的外侧材料受切向拉伸而伸长，内侧材料受到切向压缩而缩短，由于切向应力θσ及应变θε沿着管材断面的分布是连续的，可设想为与板材弯曲相似，外侧的拉伸区过渡到内侧的压缩区，在其交界处存在着中性层，为简化分析和计算，通常认为中性层与管材断面的中心层重合，它在断面中的位置可用曲率半径ρ表示(图6—23)。
管材的弯曲变形程度，取决于相对弯曲半径D R 和相对厚度D t (R 为管材断面中心层曲率半径，D 为管材外径，t 为管材壁厚)的数值大小，D R 和D t 值越小，表示弯曲变形程度越大(即D R 和D t 过小)，弯曲中性层的外侧管壁会产生过度变薄，甚至导致破裂；最内侧管壁将增厚，甚至失稳起皱。
同时，随着变形程度的增加，断面畸变(扁化)也愈加严重。
因此，为保证管材的成形质量，必须控制变形程度在许可的范围内。
管材弯曲的允许变形程度，称为弯曲成形极限。
管材的弯曲成形极限不仅取决于材料的力学性能及弯曲方法，而且还应考虑管件的使用要求。
对于一般用途的弯曲件，只要求管材弯曲变形区外侧断面上离中性层最远的位置所产生的最大伸长应变m ax 不致超过材料塑性所允许的极限值作为定义成形极限的条件。
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弯曲模的基本原理（五）
八、弯曲模工作部分的设计
1． 凸模和凹模的圆角半径
A． 凸模圆角半径
一般凸模的工作圆角半径取弯曲件的内侧弯曲半径，即rt=r,但不能小于材料允许的最小弯曲半
径。当弯曲件的弯曲半径较大时，还要考虑曲率回弹量。如因工件结构上的需要，出现r
B． 凹模圆角半径
凹模圆角半径不能过小，以免材料表面擦伤。在实际生产中，凹模圆角半径通常根据材料的厚度来
选取：
当t<2 Ra=(3～6)t
t=2～4 Ra=(2～3)t
t>4 Ra=2t
V形凹模底部可开退刀模或取圆角半径Ra为：
Ra=(0.6～0.8)(rt+t)
2． 凹模工作深度
凹模深度l要适当，若过小，则工件两端的自由部分太多，弯曲件回弹大，不平直，影响零件质量；若
过大，凹模增大，消耗模具钢材多，且需要压力机有较大的行程。
3． 凸模和凹模的间隙
弯曲U形件时，其凸凹模间隙z的大小，对弯曲件质量有直接影响。过大的间隙将引起回弹角的增大，
过小时，引起工件材料厚度的变薄，降低了模具使用寿命。凸凹模例题的间隙值一般可按下式计算：
Z=t+△+ct
Z-弯曲凸凹模单边间隙
t-材料厚度；
△-材料厚度正偏差；
c-根据弯曲件高度和弯曲线长度而决定的系数，一般取0.04～0.15。
4． 凸模和凹模的宽度尺寸计算
凸、凹模宽度尺寸是指Lt与La的尺寸。