弯曲工艺及模具 材料科学与工程学院 BENDING Bending along with a straight line

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1 弯曲工艺及模具 材料科学与工程学院 BENDING Bending along with a straight line
CHAPTER 3 BENDING 弯曲工艺及模具 Bending along with a straight line to form a definite angularity and contour 按弯曲线弯成一定的角度和形状。 压弯 拉弯、折弯等 材料科学与工程学院

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3 §3-1 Principles of bending
弯曲变形分析 1、 Bending procedure 弯曲变形过程 （1） Procedure 变形过程 弹性弯曲→弯曲半径减小→板料与凸模三点接触→内外表层塑性变形→塑性变形由表层向中心扩展→板料与凸凹模吻合→ 弯曲半径与凸模半径一致。

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5 Only occurs in centre angle area. 弯曲发生在弯曲中心角φ对应的圆角部分，直边部分不变形。
（2）Bending zone 弯曲变形区 Only occurs in centre angle area. 弯曲发生在弯曲中心角φ对应的圆角部分，直边部分不变形。 φ=180 – α

6 2、Stress and strain 弯曲的应力应变
（1）外侧长度 外区， tensile stress and tensile strain, 长度方向受拉应力而伸长变形。 可能产生开裂(弯曲的主要失效形式)。 （2）内侧长度 内区， compressive stress and compressive strain, 长度受压应力而收缩变形。 导致起皱。

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8 （3）宽度方向 宽板仍为矩形，窄板成为扇形。
（4）厚度方向 外层受拉减薄，内层受压增厚。总体稍有减薄

9 （5）strain neutral axis 应变中性层 可见：中性层偏向内侧。 内、外层之间，长度不变 的纤维层。
其半径：ρ= r + x t （x:中性层位移系数0.3~0.5) 可见：中性层偏向内侧。

10 3、Minimum bending radius最小弯曲半径 （1）Concept 概念
Bending ratio 弯曲系数k： k = r/t r越小，t越大，k越小。 板料外侧伸长率δ与k关系： δ=1/(2k+1) k越小， δ越大，板料外侧变形量越大。 弯曲系数表征弯曲变形程度： r越小，t越大，k越小，变形程度越大。

11 若δ超过临界值，外侧发生开裂，因此，k有一个最小的临界值kmin 。
此临界值kmin称为最小相对弯曲半径（Minimum relative bending radius ）： 保证外层不发生破裂的最小弯曲半径与厚度的比值，rmin/t 因此，在料厚一定的情况下，弯曲变形有一个相应的最小弯曲半径rmin。

12 （2）最小弯曲半径确定 最小弯曲半径根据料厚确定。

13 最小弯曲半径的影响因素 Influencing factors ① Ductility 材料塑性
材料塑性好，允许变形量大， kmin越小， rmin越小； kmin=（1－δ）／2δ ② Surface quality 板材表面质量 质量越好， rmin越小。 ③ Fibre direction 材料的纤维方向 垂直轧向优于平行轧向。

14 §3-2 Springback 弯曲回弹 1、Springback and reasons 弯曲回弹及产生原因 （1）弯曲回弹
当弯曲变形结束卸载后, 由于弹性恢复，使工件弯 曲半径和角度与模具形状 不同。 表征： Δα = α0 – α Δr = r0 – r

15 (2)弯曲回弹产生原因—elastic recovery
卸载后,变形区产生相反弹性应力：外侧压应力,内侧拉应力。 在它们的共同作用下，工件弯曲角度及半径均大于模具尺寸。

16 （3）Influencing factors 回弹的影响因素
①Bending force 弯曲力 弯曲力愈大，改变应力状态，减小回弹。 ②Mechanical properties 材料的力学性能 屈模比σs/E越大，回弹越大。 即：σs越高，弹性模量E越小，回弹量越大。（塑性变形前的弹性变形量大）

17 （3）Influencing factors 回弹的影响因素
③Bending degree 弯曲变形量 相对弯曲半径r/t越小， 变形量越大，弹性变形 量所占比例越小，回弹 越小。

18 2、Value of springback 回弹值的确定 Based on experience 一般用经验公式或数据确定
（1）For bigger bending radius 大半径弯曲 k=r/t＞10时, 变形程度小，回弹大。 凸模圆角半径:r凸=r/(1+k’·r/t) 式中k’:简化系数，k’=0.0032 凸模弯角: α凸=（r凸/r）·α 即：凸模的圆角半径及角度均小于工件。 （2）For smaller bending radius 小半径弯曲 k=r/t＜5时，变形程度较大，仅考虑α的回弹，不考虑r的回弹。 弯曲角回弹量可查表求出。

19 3、Methods to reduce springback
减少回弹的方法 （1）Modification of stress state 改变应力状态 改变凸、凹模形状,加大变形区弯曲力，凸模下底点与工件、凹模刚性接触，使压应力区由内侧向外侧扩展，变形区全部呈压应力状态，回弹减小，直至消失。 即：Ironing bending 校正弯曲。

20 凸模角部设计成局部凸起的形状，减少受力面积，有利于增大变形区的弯曲力。

21 （2） Modification of structure
改变弯曲件结构 ①在弯曲区增设加强筋 reinforcing rib； （增大抗弯截面系数） ②选用σs/E较小的材料； （屈服点低，弹性模量小，弹性变形小） ③选用k=1~2的弯曲系数。 （小半径弯曲，弯曲程度大，回弹小）

22 （3）Compensation by punch and die 采用模具补偿减小回弹
①   V型弯曲件 在凸模上减去一个回弹角度。 ②   U型弯曲件 在凸模上作出等于回弹量的斜度； 凹模底部做成圆弧面，补偿回弹。

23 （4）Application of rubber or PU die 用橡皮或聚氨脂凹模
使工件紧贴模具，减少回弹。

24 （5）Adoption of stretch-forming 采用拉弯工艺
用于曲率半径较大 的弯曲件。 内、外区均为拉应力， 可部分抵消回弹。

25 §3-3 Design of bending press
弯曲工艺计算 1、 Structure check of bending 弯曲件工艺结构 （1）Bending radius 弯曲半径 满足最小弯曲半径要求： r ＞ rmin。 若不能满足： ①退火后二次弯曲； ②角部开槽弯曲。 ③整形工序整形。

26 保证直边平直。 （2）Height of straight flange 弯曲直边高度 一般弯曲件h＞2t。
若不能满足：加高直边，弯后再切除。

27 Based on developed length of neutral axis
2、Calculation of blank dimension 弯曲件毛坯尺寸计算 Based on developed length of neutral axis 长度毛坯长度按中性层展开长度，宽度按工件宽度。 由直线段与弧线段组成： L=Σl直线+Σl弧线 弧线段长度： L弧线=π(180-α)×ρ/180 =π(180-α)×(r+xt)/180

28 3、 Calculation of bending force 弯曲力计算 （1）For common bending自由弯曲的弯曲力
V型弯曲:F=0.6kbt2σb/（r+t） U型弯曲:F=0.7kbt2σb/（r+t） 四角型弯曲:F=2.4btσbαβ 式中： k:安全系数(1~1.3); b:板料宽度; r:弯曲半径; t:板料厚度 α，β系数（查表）

29 (2)For ironing bending 校正弯曲的弯曲力
F校=A×p 式中： p:单位面积校正力（MPa）； A:校正部分投影面积。

30 (3)Ejecting force 顶件力和压料力
FQ=（0.3~0.8）F (4)Tonnage of press 压力机吨位 F机≥F+ FQ 或：F机≥ F校

31 §3-4 Design of bending die
弯曲模计算 1﹑Radius of punch 凸模圆角半径r凸 (1) r/t＜5 弯曲系数较小,弯曲半径较小,弯曲回弹可忽略不计。 punch radius = bending radius 凸模圆角半径等于弯曲件弯曲半径。 但工件圆角半径需大于最小弯曲半径，否则应加整形弯曲。 即： r凸=r≥rmin （2）r/t＞5 弯曲半径较大，应考虑弯曲回弹，凸模半径应作修正。 r凸=r/(1+k×r/t) k:简化系数，取0.0032~0.0068

32 Depend on sheet thickness 取决于材料厚度：
2、Radius of die 凹模圆角半径r凹 Depend on sheet thickness 取决于材料厚度： t＜0.5mm r凹=（6~12）t t=0.5~2mm r凹=（3~6）t t=2~4mm r凹=（2~3）t t＞4mm r凹=（1.5~2.5）t V形弯曲凹模底部圆角半径： r凹′=(0.6~0.8)(r凸+t)

33 Must be suitable 凹模深度必须适当。
  3、Depth of die 凹模深度 Must be suitable 凹模深度必须适当。 过小，直边自由部分太多，回弹大； 过大，模具笨重，行程大。 V形件：根据料厚及工件边长确定； U形件：高度不大、要求平直，则工件全部进入凹模； 否则，凹模深度小于工件高度。

34 4、Clearence of die 凸凹模间隙 V-bending V形件: U-bending U形件: 间隙Z 如果过大，则回弹大；
4、Clearence of die 凸凹模间隙 V-bending V形件: 凸凹模间隙由压力机闭合高度控制，设计时不考虑。 U-bending U形件: 间隙Z 如果过大，则回弹大； 如果过小，则壁厚变薄，模具磨损。 钢质工件的单边间隙： Z/2=tmax+ct≈（1.05~1.15）t （间隙系数c可查表，0.05~0.10） 冷轧钢板：Z/2 = 1.05 t； 高精度时：Z/2 = t 热轧钢板：Z/2 ≧ 1.1t 有色金属：Z/2=tmin+ct

35 U型弯曲模工作部分计算 5、 Calculation of die for U-bending
（1） With overall dimension 弯曲件标注外形尺寸 Die is reference. 先确定凹模尺寸，间隙取在凸模上。 双面公差:B凹=(B-0.25△)+δ凹 单面公差:B凹=(B-0.75△)+δ凹 再确定凸模尺寸:B凸=(B凹-Z)-δ凸

36 （2）With inner dimension 弯曲件标注内形尺寸 Punch is reference.
先确定凸模尺寸，间隙加在凹模上。 双面公差: B凸=(B+0.25△)-δ凸 单面公差: B凸=(B+0.75△)-δ凸 再确定凹模尺寸:B凹=(B凸+Z)+δ凹

37 §3-5 Structure of bending die 弯曲模结构 1、V-bending die V型弯曲模
Bending one angle by one stroke 一次弯曲一个弯曲角。 V形：沿弯曲件的角平分线方向弯曲； 敞开式弯曲模： 无导柱， 通用性高、结构简单。

38 L形：用于两个直边长度相差较大的工件， 垂直一直边方向的弯曲。

39 弯曲件受力不均时，沿长度方向移动，产生偏斜。
防止偏斜的措施.

40 2、 U-bending die U型弯曲模 一次弯曲两个弯曲角 一般U形弯曲模
Bending two angle by one stroke 一次弯曲两个弯曲角 （1）Common U-bending die 一般U形弯曲模 凹模带顶出装置， 凸模自动弹开； 为保证两个腿高一致， 带有定位板。

41 活动凸模，或活动凹模。 可校正侧壁和底部。

42 （2）闭角弯曲模 弯曲角＜90° 设有两个活动凹模， 在凸模压力下转动， 使材料弯曲成形。 当凸模回升时，弹簧 的拉力使凹模转动，
由定位销钉定位， 凹模复位后出料。

43 （2）闭角弯曲模 弯曲角＜90° 采用斜楔和斜滑块 侧压装置，凸模下 降产生水平侧压力， 弯出小于90°角。 凸模回升时，弹簧
使斜滑块复位， 侧向出料。

44 3﹑For bending with four angles 四角件弯曲模 U形件带有边缘。
Two steps 两次弯曲法。 第一次：弯成U形件 第二次：再弯成四角形件 Bending both sides first, then middle. 先弯两边，后弯中间。

45   One step 一次弯曲法。 先由凸凹模外缘与凹模完成U形弯曲，再由凸凹模内缘与活动凸模完成二次弯曲。