《模具设计》课件第二章.ppt

1、第2章 冲压模具 2.1 冲模分类冲模分类 2.2 冲裁模冲裁模 2.3 弯曲模弯曲模 2.4 拉深模拉深模 2.5 其它模具其它模具小结小结 思考与练习题思考与练习题冲压件品种繁多，从而也导致冲模结构类型多种多样。一般来说，冲模的类型有下列几种分类方式。(1)按工序性质来分，冲模可分为落料模、冲孔模、切断模、切边模、精冲模、拉深模、弯曲模、翻孔翻边模、校平整形模等。亦即模具完成什么工序就叫什么模具。2.1 冲模分类冲模分类(2)按工序的组合程度来分，冲模可分为单工序模、复合模和级进模(连续模或跳步模)。单工序模：在压力机的一次行程中，在一副模具中只完成一种工序的冲模。复合模：在压力机的一次行

2、程中，在一副模具的同一位置完成几个不同工序的冲模。级进模：在压力机的一次行程中，在一副模具的不同位置完成几个不同工序的冲模。(3)按有无导向方式来分，冲模可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模。(4)按自动化程度来分，冲模可分为手动模、半自动模、自动模。除此之外，还有按其它形式进行分类的。如按凸模与凹模的材质不同而进行分类的有普通钢模、硬质合金模、锌基合金模、软模等。而在汽车制造业中，为了便于组织管理、配置设备和生产准备等，将冲模按冲模的下模座的长度与宽度之和分为大型、中型和小型冲模。对于同一副冲模，可能既是落料冲孔级进模又是导柱导套模，这是由于按不同的分类而有不同的称谓。冲裁是利用冲裁

3、模使材料分离的一种冲压工序。冲裁，从广义上来说，是分离工序的总称，但一般来说，冲裁工序主要指落料和冲孔工序。冲裁的用途很广，它既可以直接冲出成品零件，又可为其它成形工序制备毛坯。2.2 冲冲 裁裁 模模2.2.1 典型结构典型结构1.单工序模单工序模如图21所示为导柱式落料模，它由上模和下模两部分组成。上模包括上模座11及装在其上的全部零件，下模包括下模座18及装在其上的所有零件。冲模在压力机上安装时，通过模柄夹紧在压力机滑块的模柄孔中，上模和滑块一起上下运动，下模则通过下模座用螺钉、压板固定在压力机的工作台台面上。冲模在冲压之前，条料靠着两个螺栓2(此处螺栓充当导料销的作用)送进，送到挡料销

4、3处为止，冲裁时，卸料板15先压住材料，接着凸模12冲入材料进行冲裁。冲下来的工件由凹模16孔下漏。上模回升时，依靠压缩弹簧4产生的弹力通过卸料板15将废条料从凸模上卸下。以后条料送进时，工人将条料一端稍稍抬起，使条料搭边越过挡料销并挡住下一个搭边，即可依次完成以后的冲裁工作。图21 导柱式落料模图21中，上、下模座和导套、导柱装配组成的部件称为模架。凹模16用内六角螺钉和销钉与下模座18紧固并定位。凸模12用凸模固定板5、螺钉、销钉与上模座紧固并定位，凸模背面垫上垫板8用于支承凸模的冲裁力，以保护上模座平面不致压出凹坑。压入式模柄7装入上模座并以止动销9防止其转动。导柱式冲裁模的导向可靠、精

5、度高、寿命长，使用安装方便，但轮廓尺寸较大，模具较重、制造工艺复杂、成本较高。它广泛用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。从该副模具结构可以看出，冲模结构由如下五个部分组成：1)工作零件工作零件是实现冲裁变形使材料正确分离的零件，包括凸模12和凹模16。冲裁凸模与凹模有三个突出的特征：(1)工作刃口锋利。(2)凸模与凹模之间有合理的间隙。(3)刃口形状与工件一致。凸模与凹模刃口的利钝、间隙的大小及其分布的均匀性直接影响冲裁件的质量，且影响冲裁力、卸料力和模具寿命的大小。2)定位零件定位零件是确定条料在冲模中正确位置的零件。螺栓2(两个)对条料送进起导向作用，挡料销3限制条料送进的距离。挡料销至凹

6、模孔边的距离视排样而定。3)卸料及推件零件卸料及推件零件是将由于冲裁后弹性恢复而卡在凹模孔内和凸模上的工件与废料脱卸下来的零件。卡在凹模孔内的工件，是利用凸模在冲裁时一个接一个地由凹模孔内推出。4)导向零件导向零件是保证上模对下模正确运动的零件。分别压装在上、下模座的导套13和导柱14，组成上、下模的导向装置。采用导向装置以保证冲裁时凸模和凹模之间的间隙均匀，有利于提高冲裁件质量和模具寿命。5)联接固定零件联接固定零件是将凸模、凹模固定于上、下模座上，以及将上、下模固定在压力机上的零件。冲裁模的典型结构一般由上述五部分的零件组成，但不是所有的冲模都具有这五个部分的零件，如结构比较简单的开式冲模

7、，其上、下模就没有导向装置。冲模的结构取决于工件的生产批量、零件精度要求、生产条件和制模条件等因素，因此冲模结构是多种多样的，作用相同的零件其形式也不尽相同。2级进模级进模级进模是一种工位多、效率高、易于实现冲压自动化的冲压模具。根据冲压件的实际需要，按一定的顺序安排多个冲压工序(在级进模中称工位)在同一副模具的不同位置进行连续冲压，为高速自动化生产创造了有利的条件。如用单工序模冲制圆环形垫圈，需要落料、冲孔两套模具。而改用级进模就可以把两道工序合并，用一套模具来完成。用级进模生产，必须解决条料的准确定位问题，才能保证工件的质量要求。因此，常见的级进模典型结构根据定位零件的不同而有如下形式：1

8、)有固定挡料销及导正销的级进模如图22所示，零件包括冲孔凸模1、2，落料凸模7，凹模8，固定挡料销5，导正销6，始用挡料销4，模具上、下两部分靠凸模与导板3配合导向。工作时用手按入始用挡料销限定条料的初始位置，进行冲孔，始用挡料销在弹簧的作用下可以复位。然后将条料再送进一个步距，先用固定挡料销初步定位，在落料时用装于凸模端面上的导正销保证孔与外形的位置精度。模具的导板兼作固定卸料板用，当箍在凸模上的条料随上模上行时，由件3强制刮下条料，以便冲压工作继续进行。图22 导正销定距的级进模当零件形状不适合用导正销定位时，可在条料上的废料部分冲出工艺孔，利用装在凸模固定板上的导正销导正。导正销直径应大

9、于25 mm，以避免折断。如果料厚小于0.5mm，孔的边缘可能被导正销压弯而起不到导正的作用。另外，对窄长形凸模，也不宜采用导正销定位。这时，可用侧刃定距。2)有侧刃定距的级进模如图23所示，它以侧刃16代替了始用挡料销、挡料销和导正销控制条料送进的步距。侧刃实际上是一个特殊的凸模。侧刃断面的长度等于一个步距s，在条料送进的方向上，两块导料板在送进方向前后间距不同，所以只有等侧刃切去长度等于一个步距的料边后，条料才有可能向前送进一个步距。该模具采用了两个侧刃前后对角排列是为了减少料尾损耗。有侧刃的级进模定位准确、生产率高、操作方便，但料耗和冲裁力增大。图23 双侧刃定距的级进模3复合模复合模复

10、合模结构上的特征是具有一个既充当凸模又充当凹模的工作零件凸凹模。按凸凹模的安装位置，分为倒装式复合模和顺装式(正装式)复合模两种类型。1)倒装式复合模当凸凹模装在下模部分时，叫倒装式复合模。倒装式复合模是应用最广泛的类型。如图24所示为倒装式复合模最典型的结构。模具中凸凹模18装在下模，它的外轮廓起落料凸模的作用，而内孔起冲孔凹模的作用，故称凸凹模。它和固定板19一起装在下模座上，落料凹模17和冲孔凸模14则装在上模部分。图24 倒装式复合模工作时，条料由活动挡料销5和导料销22定位，冲裁完毕后，由于弹性回复使工作卡在落料凹模17内，为了使冲压生产顺利进行，使用由件12、11、10和9组成的刚

11、性推件装置将工件推下。冲孔废料则从凸凹模孔内漏下，而条料废料则由弹压卸料板4卸下。2)顺装式复合模如图25所示，凸凹模6在上模，落料凹模8和冲孔凸模11在下模。工作时，板料以导料销13和挡料销12定位。上模下压，凸凹模外形和凹模8进行落料，落下料卡在凹模中，同时冲孔凸模与凸凹模内孔进行冲孔，冲孔废料卡在凸凹模孔内。卡在凹模中的冲件由顶件装置9、10及弹顶器顶出(如图26所示)。冲孔废料由打料装置通过推杆4从凸凹模6孔中推出，冲孔废料应及时用压缩空气吹走，以保证操作安全。图25 顺装式复合模图26 顶件装置从上述的工作过程可以看出，复合模的主要优点是结构紧凑，冲出的制件精度高、平整。但模具结构复

12、杂，制造难度较大、成本较高。另外，凸凹模刃口形状与工件完全一致，其壁厚取决于制件相对应的尺寸，如果尺寸过小，则凸凹模强度差。倒装式复合模因为凸凹模内积存废料，材料会对凸凹模产生胀力，其允许壁厚值比顺装式要求大一些。但由于其结构比顺装式简单(倒装式复合模的冲孔废料由凸模直接推出)，在生产实际中应用更广泛。2.2.2 冲裁模间隙冲裁模间隙1间隙的概念间隙的概念如图27所示，凸模与凹模工作部分的尺寸之差称为间隙。如果没有特殊说明，冲裁模间隙都是指的双面间隙。间隙值用字母Z表示。ZDAdT(21)式中：Z冲裁间隙，单位为 mm；DA凹模尺寸，单位为 mm；dT凸模尺寸，单位为 mm。图27 冲裁模间隙

13、2冲裁间隙的重要性冲裁间隙的重要性1)冲裁间隙对冲裁件质量的影响冲裁件质量包括断面质量、尺寸精度、表面平直度等。影响质量的因素有很多，如材料的性能、模具制造的精度、冲裁间隙、冲裁条件等。本部分主要讨论冲裁间隙对冲裁件质量的影响。(1)间隙对断面质量的影响。冲裁时，由于材料受冲裁力的作用产生由弹性变形、塑性变形到最终断裂分离而成为制件，从而冲件的断面由塌角、光面、毛面、毛刺四个部分组成，如图28所示。间隙正常时，其断面为图29(b)所示，此时塌角较小，光面所占比例较宽，对于软钢板及黄铜，约占板厚的三分之一，毛刺较小，容易去除，断面质量较好；如果间隙过大，塌角增大，毛面增宽，光面减少，毛刺肥而长，

14、难以去除，断面质量较差，如图29(a)所示；间隙过小时，断面上产生两个光面，并且毛面及塌角都减少，毛刺变少，断面质量最好，如图29(c)所示。因此，对于普通冲裁来说，确定正确的冲裁间隙是控制断面质量的一个关键。图28 冲裁件的断面(a)冲孔件；(b)落料件图29 间隙大小对工件断面质量的影响(a)间隙过小；(b)间隙合理；(c)间隙过大(2)冲裁间隙对尺寸精度的影响。冲裁加工时，由于冲压力的影响，材料在冲裁过程中会产生各种变形，从而在冲裁结束后，会产生回弹，使制件的尺寸不同于凹模和凸模刃口尺寸。其结果，有的使制件尺寸变大，有的则减小。其一般规律是间隙小时，落料件尺寸大于凹模尺寸，冲出的孔径小于

15、凸模尺寸；间隙大时，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲出的孔径大于凸模尺寸。其尺寸变化量的大小与材料性质、料厚及轧制方向等因素有关。应该说明的是，影响冲件尺寸精度的另一个重要因素是模具本身的制造公差。2)冲裁间隙对冲压力的影响一般来说，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙对卸料力、推件力的影响却较大。间隙较大时，卸料及推料时所需要克服的摩擦阻力小，从凸模上卸料或从凹模内推料都较为容易，当单边间隙大到15%20%料厚时，卸料力几乎等于零。3)冲裁间隙对冲模寿命的影响间隙是影响模具寿命的主要因素，由于冲裁时，凸模与凹模之间，材料与模具之间都存在摩擦，而间隙的大小则直接影响到摩擦的大小。间隙越

16、小，摩擦造成的磨损越严重，模具寿命就越短；而较大的间隙，可使摩擦造成的磨损减少，从而提高模具的寿命。3合理间隙值的确定合理间隙值的确定 因为间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命都有影响，所以，在设计和制造模具时，一定要选择一个合理间隙值。考虑到模具制造的精度及使用过程中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。只要在这个范围内的间隙，都能冲出合格的制件。由于模具在使用中的磨损使间隙增大，故设计与制造时要采用最小合理间隙值。确定合理间隙值一般用经验法。根据研究与使用经验，在确定间隙值时要按使用要求分类使用。如电子电器行业，对制件的

17、质量要求较高，因此，其合理间隙值取得偏小；而对于汽车拖拉机行业来说，对制件的质量相对来说要求不是很高，这时，应以降低冲裁力，提高模具寿命为主，其合理间隙值取得偏大一些。表21是较小的冲裁间隙表，表22是较大的冲裁间隙表。表表21 较小的冲裁模初始双面间隙较小的冲裁模初始双面间隙Z(mm)表表21 较小的冲裁模初始双面间隙较小的冲裁模初始双面间隙Z(mm)表表22 较大的冲裁模初始双面间隙较大的冲裁模初始双面间隙Z(mm)2.2.3 排样与搭边排样与搭边1.排样与材料利用率排样与材料利用率冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。在冲压零件的成本费用中，材料费用占60%以上，排样不合理就会浪费材料。

18、衡量排样经济性的标准就是材料利用率。材料利用率是指工件的实际面积A0与板料面积A(包括工件面积与废料面积)的比值，用公式表示为(22)从式中可以看出，若能减少废料面积，则能提高利用率。此外，在使用条件许可的条件下适当地改变工件的结构形状也能提高材料利用率。%1000AA2排样方法排样方法冲裁排样有两种分类方式。第一类按有无废料分，第二种按制件在条料上的排列方式分。下面分别叙述如下：(1)按有无废料来分，排样可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样。如图210所示，从图中可以看出，有废料排样时，工件周边都有搭边，所以能保证冲裁时工件的质量，冲模寿命也高，但材料利用率低；少、无废料排样只局部有搭边

19、或无搭边，材料利用率高，但因受条料下料质量和定位误差的影响，其冲件尺寸不准确。因此，实际生产中，这种排样方法应用较少。图210 排样方法分类(a)有废料排样；(b)少废料排样；(c)无废料排样表表23 排样方式的应用及特点排样方式的应用及特点续表(2)按制件在条料上的排列方式来分，排样可分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多排和冲裁搭边几种。其应用及特点见表23。3搭边搭边搭边是指冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的余料。搭边分为送进方向搭边和边缘搭边。搭边的作用是补偿条料送进时的定位误差，保证冲出合格的工件，还能保持条料的刚性，方便送进。搭边值大小要合理，过小的搭边，使条料刚性降低，

20、从而使条料容易产生变形，而影响到条料的正确送进；而搭边值过大，则材料利用率低。其值可参考表24。同时，还应考虑如下因素对搭边值的影响：(1)材料力学性能：硬材料的搭边值比软材料、脆材料值小一些。(2)冲裁件的形状及尺寸：冲裁件大或有尖突的复杂形状时，搭边值大一些。(3)材料厚度：料厚时搭边大。(4)送料方式与挡料方式：用手工送料，有侧压装置的其值小；用侧刃定距的其值大。(5)卸料方式：弹性卸料比刚性卸料的小。表表24 搭边的参考值搭边的参考值(低碳钢低碳钢)4排样图排样图在模具装配图及工艺卡片上，都应该有排样图。排样图绘在图纸的右上方。一张完整的排样图应标注条料宽度、条料长度、板料厚度、步距(

21、条料每次送进的距离)、端距、搭边。当连续排样时，还应标注各工步名称。如图211所示。步距s为sDa1 (23)式中：D工件送进方向的最大尺寸；a1送进方向的搭边值。图211 排样图2.2.4 冲裁力与压力中心冲裁力与压力中心1冲裁力及降低冲裁力的措施冲裁力及降低冲裁力的措施为了正确选择压力机和合理设计模具，就必须计算冲裁力。用一般平刃冲裁时，其冲裁力F可以按下式计算：FKLt0(24)或FLtb(25)式中：F冲裁力(N)；K安全系数，K1.3；t材料的厚度(mm)；t0材料的抗剪强度(MPa)；sb材料的抗拉强度(MPa)。用平刃冲裁时所需的冲裁力大，在大型零件冲裁时，往往会超出现有设备的吨

22、位，为了减少冲裁力，减少冲击、振动和噪音，可以采用降低冲裁力的方法。其具体方法有三种：(1)斜刃冲裁。如图212(a)所示，将刃口平面做成与其轴线倾斜成一定角度的斜刃，因冲裁时刃口不是同时切入材料，所以可以显著降低冲裁力。为了得到平整的制件，落料时斜刃开在凹模上，凸模为平刃；冲孔时斜刃开在凸模上，凹模为平刃。斜刃冲裁时，冲裁力可用下列公式计算：F斜K斜Lt0(26)式中：K斜为降低冲裁力系数，与斜刃高度H有关。当Ht时，K斜0.40.6，8；当H2t时，K斜0.20.4，5。(2)阶梯冲裁。在多凸模冲裁时，将凸模做成不同高度，使各凸模冲裁力的峰值不同时出现，结构如图212(b)所示。高度不同的

23、凸模，直径大的应先冲，因为后冲的凸模进入材料时，引起横向推力，使先进入材料的凸模有被弯曲的趋势，直径小了就容易发生折断。图212 斜刃冲裁与阶梯冲裁(a)斜刃冲模；(b)阶梯凸模凸模阶梯高度的差值H与料厚有关：当t3 mm时，H0.5t。阶梯冲裁时，只须按产生冲裁力最大值的那一个阶梯作为选择压力机的依据。(3)加热冲裁。加热冲裁(俗称“红冲”)可以大大降低冲裁力。但加热后零件表面质量和冲件尺寸精度都有所降低。2卸料力、推件力、顶件力的计算卸料力、推件力、顶件力的计算在冲裁结束后，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，使冲落部分的材料卡在凹模内，而余下的材料则紧箍在凸模上，为使冲裁工作能继续进行，必须

24、将这些材料卸下或推出。如图213所示。图213 卸料力、推件力、顶件力(1)卸料力：卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫卸料力。其计算公式为FXKXF(27)(2)推件力：顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需要的力一般叫推件力。其计算公式为FTnKTF(28)(3)顶件力：逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的材料所需要的力一般叫顶件力。其计算公式为FDKDF(29)式中：KX、KT、KD分别为卸料力、推件力、顶件力系数，其值可查表25；n为同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)个数，nh/t(h为凹模洞口的直壁高度；t为材料厚度)。表表25 KX、KT、KD值值3压力机标称压力的确定压力机标称压力的确定计算冲

25、裁力的目的是为了选择压力机的标称压力，压力机的标称压力F压必须大于或等于总冲压力Fz，即F压Fz(210)总冲压力Fz的大小根据模具结构的不同可分为：(1)采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时，有FzFFXFT(211)(2)采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时，有FzFFXFD(212)(3)采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时，有FzFFT (213)4压力中心压力中心冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具压力中心应与压力机滑块轴线重合，以免滑块受偏心载荷而损坏导轨及模具。图214 圆弧线段的压力中心冲裁直线段时，压力中心位于该线段的中点。简单形状制件的压力中心位于冲件轮廓图形的

26、几何中心即重心。冲裁圆弧线段时，如图214所示，其压力中心计算公式如下：(214)冲裁复杂形状的冲裁件和多凸模的模具压力中心时，通常采用解析法、作图法和悬挂法求解。由于计算机技术的广泛应用，用计算机求压力中心已越来越多地应用于复杂形状零件的求解，其运算简单，结果准确。lbRxRx或00 1801)解析法求压力中心以如图215(a)所示冲裁件为例，解析法求压力中心方法如下：(1)任取坐标系，但取以计算最简便的坐标系最好。(2)将组成复杂形状冲裁件图形的轮廓分解成若干最简单的线段，求出各线段的长度l1、l2、l3和重心坐标x1、x2、x3及y1、y2、y3图215 解析法求压力中心(a)复杂形状；

27、(b)多凸模(3)按式(215)、式(216)计算压力中心的坐标x0、y0。(215)(216)多凸模的压力中心确定如图215(b)所示，其计算方法与上述过程相仿。所不同的是：式(215)、式(216)中的x1、x2、x3和y1、y2、y3为各凸模的压力中心，l1、l2、l3为各凸模的冲裁周长。niiniiinnnniiniiinnnlyllllylylylylxllllxlxlxlx1121221101121221102)计算机确定冲模压力中心AutoCAD是一种通用绘图软件，不是专门的模具设计软件，因此不能直接用来确定冲模的压力中心，但是这种软件却具有查询封闭区域质心的功能。通过下面的分析

28、和图形转换，使计算机的这一功能得到扩展，间接地应用于确定冲模压力中心。下面以应用AutoCAD为例，说明计算机确定冲模压力中心的实际应用方法。如图216(a)所示为凸模刃口轮廓，在Auto-CAD中用pedit命令将该刃口轮廓编辑成多义线，再以该多义线，向两边偏移微小距离，形成如图216(b)所示的封闭环，两条封闭环线间距可定为0.2 mm(计算机绘图时设 mm为绘图单位)，间距越小，冲模压力中心越精确。运用一定的编辑方法围绕冲裁边形成一个狭窄封闭区域，用region命令编辑成面域，再用AutoCAD的Massprop命令求出面域质心，此质心接近压力中心。图216 计算机确定冲模压力中心(a)

29、凸模刃口轮廓；(b)封闭环利用计算机确定多凸模压力中心的原理与确定单凸模的相同，计算机查询方法也类似，读者可自行尝试。用计算机确定冲模压力中心准确、高效，这大大提高了模具设计速度与质量，是传统的计算方法所无法实现的。计算机确定冲模压力中心的方法已在实际工作中得到了应用，在模具设计中发挥着重要作用。将各种金属毛坯弯成具有一定角度和曲率，从而得到一定形状和尺寸零件的冲压工序称为弯曲。弯曲是成形工序之一，应用相当广泛，在冲压生产中占有很大的比重。图217所示是各种典型弯曲零件。弯曲模的结构取决于弯曲件的形状。简单形状的弯曲件，如V形件、U形件等可以一次弯曲成形，如图218所示；复杂形状的弯曲件，需要

30、多次弯曲才能成形，如图219所示。2.3 弯弯 曲曲 模模图217 各种典型弯曲零件图218 一次弯曲成形实例图219 二次弯曲成形实例2.3.1 典型结构典型结构1.V形件弯曲模形件弯曲模如图220所示为V形件弯曲模的基本结构。凸模3装在标准槽形模柄1上，并用两个销钉2固定。凹模5通过螺钉和销钉直接固定在下模座上。顶杆6和弹簧7组成顶件装置，工作行程起压料作用，可防止坯料偏移，回程时又可将弯曲件从凹模内顶出。弯曲时，坯料由定位板4定位，在凸、凹模作用下，一次便可将平板坯料弯曲成V形件。图220 V形件弯曲模如图221所示为V形件折板式弯曲模，两块活动凹模4由铰链8连接，铰链的心轴2可沿支架7

31、的长槽作上下滑动，定位板9固定在活动凹模上。弯曲前，顶杆3将心轴顶到最高位置，使两块活动凹模成一平面，平板坯料放在定位板上定位。工作时，在凸模1作用下，两块凹模将绕铰链心轴转动，而铰链心轴沿支架槽下滑，从而使坯料随活动凹模一起折弯成形。图221 V形件折板式弯曲模 当凸模回程时，活动凹模借助顶杆3的作用复位并顶出弯曲件。在弯曲过程中，由于坯料始终与活动凹模和定位板接触，即使坯料形状不对称也不会产生相对滑动和偏移，因此弯曲件的精度和表面质量都较高。图中铰链心轴中心至凹模面的距离s影响凹模成V形时底部开口宽度b的大小，b过大时弯边接触凹模的面积减小，将失去折板凹模的优越性。为了使全部直边都能与凹模

32、接触，一般s值不能大于弯曲件的外弯曲半径，即srt。这种弯曲模特别适用于有精确孔位的小零件、坯料不易放平稳的带窄条的零件以及没有足够压料面的零件。2.U形件弯曲模形件弯曲模如图222所示为上出件U形弯曲模，坯料用定位板4和定位销2定位，凸模1下压时将坯料及顶板3同时压下，待坯料在凹模5内成形后，凸模回升，弯曲后的零件就在弹顶器(图中未画出)的作用下，通过顶杆和顶板顶出，完成弯曲工作。该模具的主要特点是在凹模内设置了顶件装置，弯曲时顶板能始终压紧坯料，因此弯曲件底部平整。同时顶板上还装有定位销2，可利用坯料上的孔(或工艺孔)定位，即使U形件两直边高度不同，也能保证弯边高度尺寸。因有定位销定位，定

33、位板可不作精确定位。如果要进行校正弯曲，顶板可接触下模座作为凹模底来用。图222 上出件U形弯曲模如图223所示为弯曲角小于90的闭角U形件弯曲模，在凹模4内安装有一对可转动的凹模镶件5，其缺口与弯曲件外形相适应。凹模镶件受拉簧6和止动销的作用，非工作状态下总是处于图示位置。模具工作时，坯料在凹模4和定位销2上定位，随着凸模的下压，坯料先在凹模4内弯曲成夹角为90的U形过渡件，当工件底部接触到凹模镶件后，凹模镶件就会转动而使工件最后成形。凸模回程时，带动凹模镶件反转，并在拉簧作用下保持复位状态。同时，顶杆3配合凸模一起将弯曲件顶出凹模，最后将弯曲件由垂直于图面方向从凸模上取下。图223 闭角U

34、形件弯曲模3圆筒形件弯曲模圆筒形件弯曲模圆筒形件如采用简单模弯曲成形，需两道工序。第一次压波浪，如图224(a)所示；第二次压圆，如图224(b)所示。圆筒形件也可以一次压弯成形，方法较多。如图225所示为采用摆动式凹模结构。一对摆动凹模4安装在凹模模座中，能围绕固定在凹模模座中的轴销转动。在不工作的情况下，由于弹顶板5的作用，两凹模块张开至图示位置。工作时，毛坯放在凹模上并定位，凸模3下行，把毛坯先压弯成U形，凸模继续下行，带着毛坯压至凹模底部，迫使凹模块绕轴销摆动，压成圆形。图224 两次压圆筒形件的弯曲模(a)压波浪；(b)压圆为了加强凸模3的稳定性，上模设计有支撑块2，它能绕轴销子1转

35、动，工作时支撑块顶住凸模3的一端，卸件时，摆动支撑块离开凸模3。这种模具压弯的制件，因上部得不到矫正，故回弹较大。图225 一次弯成圆管的弯曲模2.3.2 最小弯曲半径最小弯曲半径弯曲是一种变形工序，经过弯曲变形之后，毛坯变成具有一定曲率、一定角度的弯曲件，其曲率发生变化的部分是变形区，如图226中的ABCD区域。毛坯变形区内靠近曲率中心的一侧(以后称内层)的金属在切向压应力作用下产生压缩变形；远离曲率中心一侧(以后称外层)的金属在切向拉应力作用下产生伸长变形。毛坯断面上的应变由外层的拉应变过渡到内层的压应变，其间必定有一层金属的应变为零，弯曲变形时其长度不变，称之为应变中性层，其曲率半径为。

36、当弹性弯曲或变形程度很小时，应变中性层位于板厚的中央；当变形程度较大时，应变中性层从板厚的中央向内层移动。应变中性层是计算毛坯展开长度的依据。图226 弯曲变形弯曲变形程度的大小可用相对弯曲半径r/t来表示(r为弯曲毛坯内表面的圆角半径，t为毛坯的厚度，如图226所示)，其值越小，表示变形程度越大。当弯曲半径小至一定值时，弯曲变形区内外层的纤维可能被拉断而导致开裂。在保证毛坯外层表面纤维不发生破坏的条件下，所能弯曲成形的内表面最小的圆角半径，称为最小弯曲半径rmin。生产中用它来表示成形极限。影响最小相对弯曲半径的因素很多，主要有以下几种。(1)材料的塑性及热处理状态。材料的塑性越好，其断面延

37、伸率越大，rmint就越小。经退火处理后的坯料塑性较好，rmint小些。经冷作硬化的坯料塑性降低，rmint就大些。(2)板料的表面和侧面质量。板料的表面及侧面(剪切断面)质量差时，容易造成应力集中并降低塑性变形的稳定性，使材料过早地破坏。对于冲裁或剪裁的坯料，若未经退火，由于切断面存在冷变形硬化层，也会使材料塑性降低。在这些情况下，均应选用较大的相对弯曲半径。(3)弯曲方向。板料经轧制以后产生纤维组织，使板料性能呈现明显的方向性。一般顺着纤维方向的力学性能较好，不易拉裂。因此，当弯曲线与纤维方向垂直时(见图227(a)，rmint可取较小值；当弯曲线与纤维方向平行时(见图227(b)，rmi

38、nt则应取较大值。当弯曲件有两个互相垂直的弯曲线时，排样时应使两个弯曲线与板料的纤维方向成45夹角(见图227(c)。图227 板料纤维方向对最小相对弯曲半径的影响(4)弯曲中心角。理论上弯曲变形区外表面的变形程度只与rmint有关，而与弯曲中心角无关，但实际上由于接近圆角的直边部分也产生一定的变形，这就相当于扩大了弯曲变形区的范围，分散了集中在圆角部分的弯曲应变，从而可以减缓弯曲时弯裂的危险。弯曲中心角越小，减缓作用越明显，因而rmint可以越小。由于上述各种因素对rmint的综合影响十分复杂，因此rmint的数值一般用试验方法确定。各种金属材料在不同状态下的最小相对弯曲半径的数值参见表26

39、。表表26 最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径rmint2.3.3 回弹及其控制回弹及其控制在外载荷作用下，材料产生塑性变形的同时，伴随着弹性变形。当外载荷去掉后，弹性变形恢复，致使弯曲件的形状和尺寸都发生变化，这种现象称为回弹，如图228所示。通常回弹是指制件弯曲角和半径与模具相应的几何参数不一致的现象。大于模具相应几何参数的叫正回弹，小于模具相应几何参数的叫负回弹。在所有冲压工序中，回弹是一个普遍现象，但在弯曲工序中，回弹是影响弯曲件质量的主要因素。图228 弯曲回弹 1影响回弹的因素影响回弹的因素(1)材料的机械性能。回弹的大小与材料的屈服强度s成正比，与弹性模数E成反比，即sE越大，则回

40、弹越大。在材料性能不稳定时，回弹值也不稳定。(2)工件的相对弯曲半径。工件的相对弯曲半径rt表示弯曲带内材料的变形程度，当其它条件相同时，回弹角随rt值的增大而增大。因此，可按rt值来确定回弹角的大小，见表27。表表27 单角自由弯曲单角自由弯曲90时的平均回弹角时的平均回弹角(3)弯曲件的形状。一般弯曲U形件时比V形件的回弹角小。(4)模具间隙。在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有直接影响。间隙减小，由于模具对板料产生挤薄作用，可使回弹减小。反之，间隙越大，回弹越大。(5)校正程度。在弯曲终了时进行校正，可增加圆角处的塑性变形程度，从而可减少回弹。校正程度决定于校正力的大小，而校正力的

41、大小是靠调整冲床滑块位置来实现的。校正程度越大，则回弹角越小。2回弹值的确定回弹值的确定如上所述，影响回弹的因素很多，而且各因素又互相影响，用理论计算非常复杂，且不准确。故在实际生产中，往往是根据经验来初定回弹角的大小，然后在试模时进行修正。(1)当rt5的自由弯曲时，弯曲半径的变化不大，故只考虑角度的回弹，当弯曲角度不为90时，回弹角应做如下修正(217)式中：x弯曲角为x的回弹角；90弯曲角为90的回弹角；制件的弯曲角。9090 x(2)当rt10的自由弯曲时，由于弯曲半径较大，回弹量较大，故弯曲圆角半径及弯曲角均有较大变化。有关资料表明(如图228所示)，凸模的圆角半径及角度可按下式计算

42、(218)(219)式中：rT凸模圆角半径(mm)；TTs/3/11rrEtrrTsr弯曲件圆角半径(mm)；T凸模圆弧中心角(度)；弯曲件弯曲中心角(度)；s材料屈服强度(MPa)；E材料弹性模数(MPa)；t材料厚度(mm)。(3)校正弯曲时的回弹值。校正弯曲时也不需考虑弯曲半径的回弹，只考虑弯曲角的回弹值。弯曲角的回弹值可按表28中的经验公式计算。表表28 校正弯曲时的回弹值校正弯曲时的回弹值3.控制回弹的措施控制回弹的措施在实际生产中，由于材料的力学性能和厚度的变动等，要完全消除弯曲件的回弹是不可能的，但可以采取一些措施来控制或减小回弹所引起的误差，以提高弯曲件的精度。控制弯曲件回弹的

43、措施有如下几种。1)改进弯曲件的设计(1)尽量避免选用过大的相对弯曲半径rt。如有可能，在弯曲变形区压出加强筋或成形边翼，以提高弯曲件的刚度，抑制回弹，如图229所示。图229 加强筋减小回弹(2)采用sE小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。如用软钢来代替硬铝、铜合金等，不仅回弹小，而且成本低，易于弯曲。2)采取合适的弯曲工艺(1)用校正弯曲代替自由弯曲。(2)对经冷作硬化后的材料在弯曲前进行退火处理，弯曲后再用热处理方法恢复材料性能。对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。(3)采用拉弯工艺方法。拉弯工艺如图230所示，在弯曲过程中对板料施加一定的拉力，使弯曲件变形区的整个断面都处于同向

44、拉应力，卸载后变形区的内、外区回弹方向一致，从而可以大大减小弯曲件的回弹。这种方法对于弯曲rt很大的弯曲件特别有利。图230 拉弯工艺(a)拉弯工艺方法；(b)拉弯时断面内应力分布情况3)合理设计弯曲模结构(1)在凸模上减去回弹角(见图231(a)、(b)，使弯曲件弯曲后其回弹得到补偿。对U形件，还可将凸、凹模底部设计成弧形(见图231(c)，弯曲后利用底部向上的回弹来补偿两直边向外的回弹。图231 补偿回弹(2)当弯曲件材料厚度大于0.8 mm，且塑性较好时，可将凸模设计成如图232所示的局部突起形状，使凸模作用力集中在弯曲变形区，以加大变形区的变形程度，从而减小回弹。(3)对于一般较软的材

45、料(如Q215、Q235、10、20、H62(M)等)，可增加压料力(见图233(a)或减小凸、凹模之间的间隙(见图233(b)，以增加拉应变，减小回弹。图232 凸模作用力集中减小回弹图233 增大拉应变减小回弹(4)在弯曲件直边的端部加压，使弯曲变形区的内、外区都处于压应力状态而减小回弹，并能得到较精确的弯边高度，如图234所示。(5)采用橡胶或聚氨酯代替刚性凹模进行软凹模弯曲，可以使坯料紧贴凸模，同时使坯料产生拉伸变形，获得类似拉弯的效果，能显著减小回弹，如图235所示。图234 在弯曲件端部加压减小回弹图235 采用软凹模弯曲减小回弹2.3.4 偏移及其控制偏移及其控制在弯曲过程中，坯

46、料沿凹模边缘滑动时要受到摩擦阻力的作用，当坯料各边所受到的摩擦力不等时，坯料会沿其长度方向产生滑移，从而使弯曲后的零件两直边长度不符合图样要求，这种现象称为偏移，如图236所示。图236 弯曲时的偏移现象1产生偏移的原因产生偏移的原因(1)弯曲件坯料形状不对称。如图236(a)、(b)所示，由于弯曲件坯料形状不对称，弯曲时坯料的两边与凹模接触的宽度不相等，使坯料沿宽度大的一边偏移。(2)弯曲件两边折弯的个数不相等。如图236(c)、(d)所示，由于两边折弯的个数不相等，折弯个数多的一边摩擦力大，因此坯料会向折弯个数多的一边偏移。(3)弯曲凸、凹模结构不对称。如图236(e)所示，在V形件弯曲中

47、，如果凸、凹模两边与对称线的夹角不相等，角度大的一边坯料所受凸、凹模的压力大，因而摩擦力也大，所以坯料会向角度大的一边偏移。此外，坯料定位不稳定、压料不牢、凸模与凹模的圆角不对称、间隙不对称和润滑情况不一致时，也会导致弯曲时产生偏移现象。2控制偏移的措施控制偏移的措施(1)采用压料装置，使坯料在压紧状态下逐渐弯曲成形，从而防止坯料的滑动，而且还可得到平整的弯曲件，如图237所示。(2)利用毛坯上的孔或弯曲前冲出工艺孔，用定位销插入孔中定位，使坯料无法移动，如图238(a)、(b)所示。图237 控制偏移的措施图238 控制偏移的措施(3)根据偏移量大小，调节定位元件的位置来补偿偏移，如图238

48、(c)所示。(4)对于不对称的零件，先成对地弯曲，弯曲后再切断，如图238(d)所示。(5)尽量采用对称的凸、凹结构，使凹模两边的圆角半径相等，凸、凹模间隙调整对称。2.3.5 翘曲与剖面畸变翘曲与剖面畸变对于细而长的板料弯曲件，弯曲后一般会沿纵向产生翘曲变形，如图239所示。这是因为沿板料宽度方向(折弯线方向)零件的刚度小，塑性弯曲后，外区(a区)宽度方向的压应变2和内区(b区)宽度方向的拉应变2得以实现，结果使折弯线凹曲，造成零件的纵向翘曲。当板弯件短而粗时，因为零件纵向的刚度大，宽度方向的应变被抑制，弯曲后翘曲则不明显。翘曲现象一般可通过采用校正弯曲的方法进行控制。图239 弯曲后的翘曲

49、变形剖面畸变是指弯曲后坯料断面发生变形的现象。弯曲管材和型材时，由于径向压应力3的作用，会产生如图239和图240所示的剖面畸变现象。另外，在薄壁管的弯曲中，还会出现内侧面因受宽向压应力2的作用而失稳起皱的现象，因此弯曲时管中应加填料或芯棒。图240 管材和型材的剖面畸变2.3.6 毛坯尺寸的确定毛坯尺寸的确定1.弯曲中性层位置的确定弯曲中性层位置的确定根据中性层的定义，弯曲件的坯料长度应等于弯曲件中性层的展开长度。由于在塑性弯曲时，中性层的位置要发生位移，因此，计算中性层展开长度，首先应确定中性层位置。中性层位置以曲率半径表示(见图241)，常用下面经验公式确定rxt(220)式中：r弯曲件

50、的内弯曲半径；t材料厚度；x中性层位移系数，见表29。表表29 中性层位移系数中性层位移系数x图241 中性层位置 2弯曲件坯料尺寸的确定弯曲件坯料尺寸的确定弯曲件的展开长度等于各直边部分长度与各圆弧部分长度之和。直边部分的长度是不变的，而圆弧部分的长度则需考虑材料的变形和中性层的位移。1)rt0.5的弯曲件rt0.5的弯曲件由于变薄不严重，按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和(见图242)，即(221)式中：Lz坯料展开总长度，单位为 mm；弯曲中心角，单位为()。)(1801802121xtrllllLz图242 r/t0.5的弯曲2)rt0.5的弯曲件对于