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模具设计

弯曲模具的结构设计是在弯曲工序确定后的基础上进行的，设计时应考虑弯曲件的形状、精度要求、材料性能以及生产批量等因素，下面分析常见各类型弯曲模的结构和特点。

一. V形件弯曲模

V形件即为单角弯曲件，形状简单，能够一次弯曲成形。

这类形状的弯曲件可以用两种方法弯曲：

一种是沿着工件弯曲角的角平分线方向弯曲，称为V形弯曲；另一种是垂直于工件一条边的方向弯曲，称为L形弯曲。

1-顶杆；2定位钉；3-模柄；4-凸模；5-凹模；6-下模座；

3.4.1有压料装置的V形件弯曲模

V形件弯曲模的基本结构如图3.4.1所示，图中弹簧顶杆1是为了防止压弯时板料偏移而采用的压料装置。

除了压料作用以外，它还起到了弯曲后顶出工件的作用。

这种模具结构简单，对材料厚度公差的要求不高，在压力机上安装调试也较方便。

而且工件在弯曲冲程终端得到校正，因此回弹较小，工件的平面度较好。

如果弯曲件精度要求不高，为简化模具结构，压料装置也可以省略不用。

图3.4.2所示为无压料装置的V形件弯曲模。

1-模柄；2-上模座；3-导柱、导套；4、7-定位板；5-下模座；6-凹模；7-凸模

3.4.2无压料装置的V形件弯曲模

当弯曲相对宽度很大的细长V形件时，会产生明显的翘曲现象，这种情况下可以采用带侧板结构的弯曲模，以阻碍材料沿弯曲线方向的流动（见图3.4.3a）；也可以改变弯曲凸、凹模形状，将翘曲量设计在与翘曲方向相反的方向上（见图3.4.3b）。

图3.4.3减少弯曲件翘曲的模具结构

L形弯曲模常用于两直边相差较大的单角弯曲件，如图3.4.4a所示。

弯曲件的长边被夹紧在压料板和凸模之间，弯曲件过程中另一边竖立向上弯曲。

由于采用了定位销定位和压料装置，压弯过程中工件不易偏移。

但是，由于弯曲件竖边无法受到校正，因此工件存在回弹现象。

a〕1-凸模；2-凹模；3-定位销；4-压料板；5-挡块b〕1-凸模；2-压料板3-凹模；4-定位板；5-挡块

图3.4.4L形弯曲模

图3.4.4b为带有校正作用的L形弯曲模，由于压弯时工件倾斜了一定的角度，下压的校正力可以作用于原先的竖边，从而减少了回弹。

图中α为倾斜角，板料较厚时取10度，薄料取5度。

对于精度要求较高，形状复杂、定位较困难的V形件（如图3.4.5中右上角所示），可以采用折板式弯曲模。

开始弯曲前模具复位如图中虚线所示，毛坯置水平位置的折板3之上，由定位板6定位。

弯曲时凸模1下压，迫使折板活动凹模3朝下绕铰链转轴5向内转动，使坯料弯曲成形。

由于弯曲过程中，坯料始终和折板活动凹模及定位板接触，防止了相对滑动和偏移，因而提高了工件的质量。

1-凸模；2-支柱；3-折板活动凹模；4-靠板；5-铰链；6-定位板；7-顶杆

图3.4.5折板式弯曲模

二．U形件弯曲模

U形弯曲模在一次弯曲过程中可以形成两个弯曲角，图3.4.6所示为一U形弯曲模的结构，该模具设置了顶料装置7和顶板8，在弯曲过程中顶板始终压住工件；同时利用半成品坯料上已有的两个孔设置了定位销9，对工件进行定位并有效地防止毛坯在弯曲过程中的滑动偏移。

卸料杆4的作用是将弯曲成形后的工件从凸模上卸下。

1－模柄 2－上模座 3－凸模 4－卸料杆 5－凹模 6－下模座 7－顶料装置

8－顶板 9－定位销 10－挡料销

图3.4.6U形件弯曲模

1-凸模；2-定位板；3-弹簧；4-回转凹模；5-限位钉；

图3.4.7夹角小于90度的U型件弯曲模

图3.4.7为夹角小于90o的U形件弯曲模，它的下模部分设有一对回转凹模。

弯曲前，回转凹模在弹簧3的拉力下处以初始位置，毛坯用定位板2定位。

压弯时凸模1先将毛坯弯曲成U形，然后继续下降，迫使坯料底部压向回转凹模4缺口，使两边的回转凹模向内侧旋转，将工件弯曲成形。

弯曲完成后凸模上升，弹簧使回转凹模复位，工件从垂直于图面方向的凸模上取下。

1-斜楔；2-凸模支杆；3-弹簧；4-上模座；5-凸模；6－定位销；7，8-活动凹模；9-弹簧；10-下模座；11-滚柱

图3.4.8斜楔结构的U形件弯曲模

图3.4.8为带斜楔的U形件弯曲模，弯曲开始时，凸模5先将毛坯弯成U形。

随着上模座4继续下行，凸模到位，弹簧3被压缩，两侧的斜楔1压向滚柱11，使装有滚柱的左右活动凹模7、8向中间运动，将U形件两侧向内压弯成形。

当上模回程时，弹簧9使活动凹模复位。

三．Z形件弯曲模

由于Z形件两端直边弯曲方向相反，所以Z形弯曲模需要有两个方向的弯曲动作，如图3.4.9所示。

压弯前因橡胶7的弹力作用，压块3与凸模2的下端面齐平或略突出于凸模2端面（这时限位块8与上模座1分离）。

同时顶块5在顶料装置的作用下处于与下模端面持平的初始位置，毛坯由定位销定位。

压弯时上模下压，压块3与顶块5夹紧坯料。

由于压块3上橡胶弹力大于顶块5上顶料装置的弹力，毛坯随压块3与顶块5下行，先完成左端弯曲。

当顶块5下移触及下模座4后，橡胶7开始压缩，压块3静止而凸模2继续下压，完成右端的弯曲。

当限位块8与上模座1相碰时，工件受到校正。

图3.4.9 Z形件弯曲模

（一）图3.4.10 Z形件弯曲模

（二）

1－上模座2－凸模3－压块4－下模座

5－顶块 6－托板7－橡胶8－限位块

图3.4.10的Z形件弯曲模结构与图3.4.8相近，但不同的是将工件位置倾斜了20度~30度,使整个工件在弯曲行程终了时可以得到更为有效的校正，因而回弹较小。

这种结构适合于冲压折弯边较长的弯曲件。

四. 四角形件弯曲模

这种弯曲件的成形方法有两种：

一种为两次弯曲成形，另一种为一次弯曲成形。

（一）四角形件两次弯曲模

图3.4.11为两次弯曲成形的方法，第一次先将毛坯弯成U形；第二次弯曲时，利用弯曲凹模外形兼作半成品坯件的定位，然后弯曲成四角形。

弯曲件过程中，工件中间最好有工艺定位孔，以防经两道工序弯曲后，工件两边尺寸不一致。

采用这种方法成形的模具结构简单紧凑，但是正因为需要第二次弯曲凹模外形作定位，使第二次弯曲凹模的壁厚受到弯曲件弯边高度的限制，因此要求工件高度h>12~15t（料厚）。

否则凹模壁厚太薄强度不够。

图3.4.11 形件两次弯曲成形的方法

（一）

图3.4.12为倒装式两次弯曲成形的方法，利用工件上的工艺孔定位，第一次弯曲弯出工件两个外角，同时中间两角预弯45度，第二次弯曲中间两角成形。

采用这种方式弯曲的四角形件，尺寸精度较高，回弹容易控制。

图3.4.12 形件两次弯曲成形的方法

（二）

（二）四角形件一次弯曲模

图3.4.13为一次弯曲成形的复合弯曲模结构，是将两个简单模复合在一起的弯曲模。

凸凹模1即是弯曲U形的凸模，又是弯曲四角形的凹模。

弯曲时，先由凸凹模1和凹模3将毛坯弯成U形，然后凸凹模继续下压，与活动凸模作用，将工件弯曲成四角形件。

这种结构的凹模需要具有较大的空间，与图3-57的结构一样，凸凹模1的壁厚受到弯曲件高度的限制。

此外，由于弯曲过程中毛坯未被夹紧，易产生偏移和回弹，工件的尺寸精度较低。

1－凸凹模 2－活动凸模 3－凹模 4－顶板

图3.4.13 一次弯曲成形的复合弯曲模

图3.4.14为摆块式四角形件弯曲模。

弯曲前毛坯靠活动凸模2上端面和两侧挡板定位，弯曲时凸模在弹顶装置弹力的作用下与下行的凹模1一起压紧中间坯料弯出两个内角。

然后凹模进一步下压，带动活动凸模下移，迫使两侧摆块3向外转动至水平，完成两个外角的弯曲。

1－凹模2－活动凸模3－摆块4－垫板5－轴销

图3.4.14摆块式形件弯曲模

五圆筒形件弯曲模

圆筒形件弯曲的弯曲方法可分为三类：

（一）对于圆筒直径d<5mm的小圆，一般先将毛坯弯成U形，然后再弯成圆形。

模具结构见图3.4.15a、b。

若工件圆度不好，可以将工件套在芯棒上，在第二副弯曲模（图b）中连压几次进行整形。

图3.4.15小圆筒件弯曲模

（二）对于圆筒直径d≥20mm的大圆，一般先将毛坯弯成波浪形，然后再弯成圆形，模具结构如图3.4.16a、b所示。

波浪形状由中心的三等分圆弧组成，首次弯曲的波浪形状尺寸，必须经实验修正。

图3.4.16较大圆筒件弯曲模

六. 对于圆筒直径d为10~40mm、材料厚度大约1mm的圆筒形件，可以采用摆动式凹模结构的弯曲模一次弯成，如图3.4.17所示。

毛坯先由两侧定位板以及凹模块1上端定位，弯曲时凸模3先将坯料压成U形，然后凸模继续下行，下压凹模块的底部，使凹模块绕销轴向内摆动，将工件弯成圆形。

弯曲结束后，向右推开支撑4，将工件从凸模上取下。

这种方法生产效率较高，但由于筒形件上部未受到校正，因而回弹较大。

图3.4.17 圆筒形件一次弯曲模

1－凹模块 2－销轴 3－凸模 4－支撑

七. 铰链弯曲模

铰链弯曲成形，一般分两道工序进行，先将平直的毛坯端部预弯成圆弧（见图3-65所示），然后再进行卷圆。

在预弯工序中，由于弯曲端部的圆弧（

=75度~80度）一般不易成形，故将凹模的圆弧中心向里偏移L值，使端部材料挤压成形。

偏移量L值见表3.4.1，预弯工序中的凸、凹模成形尺寸如图3-65b所示，铰链预弯模见图3.4.18a。

1－凹模 2－顶板 3－凸模

图3.4.18预弯工序中的成形尺寸

表3-9 偏移量L值（mm）

料厚t

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

偏移量L

0.3

0.35

0.4

0.45

0.48

0.50

0.52

0.60

0.65

铰链的卷圆成形，通常采用推圆的方法。

由于铰链卷圆件的回弹随相对弯曲半径比值r/t而增加，所以卷圆成形时的凹模尺寸应比铰链的外径小0.2~0.5mm。

图3.4.19b为直立式铰链弯曲卷圆模结构，适用于材料较厚而且长度较短的铰链，结构较简单，制造容易。

图3.4.19c为卧式铰链弯曲卷圆模结构，利用斜楔1推动卷圆凹模2在水平方向进行弯曲卷圆，凸模3同时兼作压料部件，结构较复杂，但工件的质量较好。

1－斜楔2－凹模3－凸模4－弹簧

图3.4.19 铰链弯曲卷圆模

3.4.2弯曲模结构设计应注意的问题

进行弯曲模的结构设计时，应注意以下几点：

一.毛坯放置在模具上必须保证有正确可靠的定位。

当工件上有孔而且允许用其作为定位孔时，应尽量利用工件上的孔定位，若工件上无孔但允许在毛坯上冲制工艺孔时，可以考虑在毛坯上设计出定位工艺孔。

当工件上不允许有工艺孔时，应考虑用定位板对毛坯外形定位。

同时应设置压料装置压紧毛坯以防止弯曲过程中毛坯的偏移。

二. 当采用多道工序弯曲时，各工序尽可能采用同一定位基准。

三.设计模具结构应注意放入和取出工件的操作要安全、迅速和方便。

四. 弯曲凸、凹模的定位要准确，结构要牢靠，不允许有相对转动、位移。

五. 对于对称弯曲件，弯曲模的凸模圆角半径和凹模圆角半径应保证两侧对称相等，以免弯曲时毛坯发生滑动、偏移。

六. 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。

七.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。

八. 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。

九. 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。

十. 为了尽量减少工件在弯曲过程中的拉长、变薄和划伤等现象，弯曲模的凹模圆角半径应光滑，凸、凹模间隙要适当，不宜过小。

十一．当弯曲过程中有较大的水平侧向力作用于模具上时，应设计侧向力平衡挡

3.4.3弯曲模工作部分尺寸的设计

一．凸模圆角半径

当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径rmin。

若弯曲件的r/t小于最小相对弯曲半径，则应取凸模圆角半径rt>rmin，然后增加一道整形工序，使整形模的凸模圆角半径rt=r。

当弯曲件的相对弯曲半径r/t较大（r/t>10），精度要求较高时，必须考虑回弹的影响，根据回弹值的大小对凸模圆角半径进行修正。

二．凹模圆角半径

凹模入口处圆角半径ra的大小对弯曲力以及弯曲件的质量均有影响，过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力增大，弯曲力增加，并易使工件表面擦伤甚至出现压痕。

在生产中，通常根据材料的厚度选取凹模圆角半径：

当 t≤2mm， ra=（3~6）t

t＝2~4mm，ra=（2~3）t

t＞4mm， ra=2t

对于V形弯曲件凹模，其底部圆角半径可依据弯曲变形区坯料变薄的特点取r＇a=（0.6~0.8）（rt+t）或者开退刀槽。

三. 弯曲凹模深度

凹模深度要适当，若过小则弯曲件两端自由部分太长，工件回弹大，不平直；若深度过大则凹模增高，多耗模具材料并需要较大的压力机工作行程。

图3.4.20 弯曲模工作部分尺寸

对于V形弯曲件，凹模深度及底部最小厚度如图3.4.20a所示，数值查表3.4.2。

表3.4.2 弯曲V形件的凹模深度

及底部最小厚度值

（mm）

弯曲件边长l

板料厚度

≤2

2~4

＞4

10~25

＞25~50

＞50~75

＞75~100

＞100~150

10~15

15~20

20~25

25~30

30~35

—

对于U形弯曲件，若直边高度不大或要求两边平直，则凹模深度应大于工件的深度，如图3.4.20b所示，图中h0查表3.4.3。

如果弯曲件直边较长，而且对平直度要求不高，凹模深度可以小于工件的高度，见图3.4.20c，凹模深度l0值查表3.4.4。

表3.4.3 弯曲U形件凹模的h0值（mm）

板料厚度t

≤1

1~2

2~3

3~4

4~5

5~6

6~7

7~8

8~10

表3.4.4 弯曲U形件的凹模深度l0 （mm）

弯曲件边长l

板料厚度t

＜1

＞1~2

＞2~4

＞4~6

＞6~10

＜50

50~75

75~100

100~150

150~200

四.弯曲凸、凹模的间隙

V形件弯曲时，凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。

但在模具设计中，必须考虑到模具闭合时使模具工作部分与工件能紧密贴合，以保证弯曲质量。

对于U形件弯曲，必须合理确定凸、凹模之间的间隙，间隙过大则回弹大，工件的形状和尺寸误差增大。

间隙过小会加大弯曲力，使工件厚度减薄，增加摩擦，擦伤工件并降低模具寿命。

U形件凸、凹模的单面间隙值一般可按下式计算：

弯曲有色金属：

（3－30）

弯曲黑色金属：

（3－31）

式中：

—凸、凹模的单面间隙（mm,如图3-69a所示）；

、

—板料的最小厚度和最大厚度（mm）；

—板料厚度的基本尺寸（mm）；

C—间隙系数，其值按表3.4.5选取。

表3.4.5 间隙系数C值（mm）

弯曲件

高度h

b/h≤2

b/h＞2

板料厚度t

＜0.5

0.6~2

2.1~4

4.1~5

＜0.5

0.6~2

2.1~4

4.2~7.6

7.6~12

100

150

200

0.05

0.07

0.10

－

0.05

0.07

0.10

0.04

0.05

0.07

－

0.03

0.04

0.05

0.07

0.10

0.15

0.20

－

0.10

0.15

0.20

0.08

0.10

0.15

－

0.06

0.10

0.15

－

0.06

0.08

0.10

注：

b为弯曲件宽度。

当工件精度要求较高时，间隙值应适当减小，可以取

。

五 U形件弯曲模工作部分尺寸的计算

〔一〕弯曲件标注外形尺寸（见图3.4.20b）

应以凹模为基准件，先确定凹模尺寸，然后再减去间隙值确定凸模尺寸。

a） b 〕 c）

图3.4.20弯曲模及工件的尺寸标注

当弯曲件为双向对称偏差时，凹模尺寸为：

（3－32）

当弯曲件为单向偏差时，凹模尺寸为：

（3－33）

凸模尺寸为：

（3－34）

或者凸模尺寸按凹模实际尺寸配制，保证单面间隙值

。

〔二〕弯曲件标注内形尺寸（见图3.4.20c）

应以凸模为基准件，先确定凸模尺寸，然后再增加间隙值确定凹模尺寸。

当弯曲件为双向对称偏差时，凸模尺寸为：

（3－35）

当弯曲件为单向偏差时，凸模尺寸为：

（3－36）

凹模尺寸为：

（3－37）

或者凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证单面间隙值

。

式中：

—弯曲件的基本尺寸（mm）；

、

—凸模、凹模工作部分尺寸（mm）；

—弯曲件公差（mm）；

、

—凸模、凹模制造公差，选用IT7~IT9级精度（mm）；

—凸模与凹模的单面间隙（mm）。

习题与思考题三

1. 宽板、窄板弯曲时的应力应变状态为何有所不同？

2. 什么是中性层？

怎样确定中性层的位置？

3. 什么是弯曲中的回弹现象？

受哪些因素的影响？

在生产中掌握回弹规律有何实际意义？

试述减少弯曲回弹的工艺措施。

4. 弯曲时为什么要考虑最小相对弯曲半径？

影响因素有哪些？

5. 试计算图示弯曲件a、b的毛坯展开长度尺寸。

a b

图3-5 弯曲件

6．

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