天津开放大学文本冲压模具结构及零部件设计_模具设计制造第4章.doc_大学文库

一、内容解析 1弯曲及弯曲柄在冲压生产中，使金属坯料（板料、型材、管材威棒料）产生塑性变形，形成一定角度成一定形状的零件的加工方法，称为弯曲。弯曲所使用的模具称为弯由模。弯由是冲压生产中应用较广泛的一种工艺，弯曲可以使用模具在曾通压力机上进行，也可以在其他专用的折弯 11弯由变形的过程图3一1所示为V形件的弯曲变形过程。弯由开始时，凸核，凹核分别与板料在AB处相接触。凸核在A处对板料临加弯曲力。凹核则在B处对板料产生反向弯由力。板料在弯曲力及反向弯由力构成的弯矩作用下，产生弯曲。随着凸慎下压，板料在B点沿凹模斜面不断下移，弯曲力臂逐渐减少，即In<132<11.同时弯曲圆角率径r亦逐渐诚少，即r<r3<2< 【。当凸核继铁下压，直至凸模、板料、凹板完全贴合时，此时弯曲力臂，弯由圆角半径达到最小，弯由过程结束。图3一】弯曲变形过程当凸模、板料、凹模完全贴合后，凸模不再下压，称为自由弯曲。若凸棱雅线下压。使坯料产生进一步型性变形，从而树弯曲作进行校正。称为校正弯由。 12弯由塑性变形的特点研究弯由整性变形。常采用网格法。如图3一2所示，弯由前在坯料侧面画上网格。弯由后通过观察网格形状变化，就可看出弯曲塑性变形的特点。 1,弯由显性变形主要发生在弯曲圆角部分通过对网格观察。可见弯曲圆角部分的网格发生了望著变化。原米的正方形网格变成了扇形。靠近圆角部分的直边有少量变形，而其余直边部分的网格仍保持累状没有变形。说明弯由塑性变形主要发生在弯曲圆角部分。 2.在变形区，坯料在长、宽、厚三个方向都产生了变形 (1)长度方向料格由正方形变成了扇形，靠近凹模的外侧长度伸长，说明外侧受到拉伸，靠近凸模的内侧长度缩短，说明内侧受到压缩。由内、外表面至还料中心，其缩短和伸长逐渐诚少，在缩短和帅长的两个变形区之间，必然有一个层面，其长度在变形前后保持不变，这一层面称为中性层（图3一2中的，一，层）。中性层长度是计算弯曲件坯韩展开尺寸的依据。 (2)厚度方向内侧长度方向缩短，厚度应增加。但由于凸模紫压坯料，厚度方向变形较困难，所以厚度

一、内容解析 1 弯曲及弯曲模在冲压生产中，使金属坯料（板料、型材、管材或棒料）产生塑性变形，形成一定角度或一定形状的零件的加工方法，称为弯曲。弯曲所使用的模具称为弯曲模。弯曲是冲压生产中应用较广泛的一种工艺，弯曲可以使用模具在普通压力机上进行，也可以在其他专用的折弯 1.1 弯曲变形的过程图 3 一 1 所示为 V 形件的弯曲变形过程。弯曲开始时，凸模、凹模分别与板料在 A, B 处相接触，凸模在 A 处对板料施加弯曲力，凹模则在 B 处对板料产生反向弯曲力，板料在弯曲力及反向弯曲力构成的弯矩作用下，产生弯曲。随着凸模下压，板料在 B 点沿凹模斜面不断下移，弯曲力臂逐渐减少，即 In <13 <l2 <11。同时弯曲圆角半径 r 亦逐渐减少，即 r. < r3 < r2 < r,。当凸模继续下压，直至凸模、板料、凹模完全贴合时，此时弯曲力臂、弯曲圆角半径达到最小，弯曲过程结束。图 3 一 1 弯曲变形过程当凸模、板料、凹模完全贴合后，凸模不再下压，称为自由弯曲。若凸模继续下压，使坯料产生进一步塑性变形，从而对弯曲件进行校正，称为校正弯曲。 1.2 弯曲塑性变形的特点研究弯曲塑性变形，常采用网格法。如图 3 一 2 所示，弯曲前在坯料侧面画上网格，弯曲后通过观察网格形状变化，就可看出弯曲塑性变形的特点。 1．弯曲塑性变形主要发生在弯曲圆角部分通过对网格观察，可见弯曲圆角部分的网格发生了显著变化，原来的正方形网格变成了扇形。靠近圆角部分的直边有少量变形，而其余直边部分的网格仍保持原状没有变形。说明弯曲塑性变形主要发生在弯曲圆角部分。 2．在变形区，坯料在长、宽、厚三个方向都产生了变形 (1)长度方向网格由正方形变成了扇形，靠近凹模的外侧长度伸长，说明外侧受到拉伸，靠近凸模的内侧长度缩短，说明内侧受到压缩。由内、外表面至坯料中心，其缩短和伸长逐渐减少，在缩短和伸长的两个变形区之间，必然有一个层面，其长度在变形前后保持不变，这一层面称为中性层（图 3 一 2 中的。一。层）。中性层长度是计算弯曲件坯料展开尺寸的依据。 (2）厚度方向内侧长度方向缩短，厚度应增加，但由于凸模紧压坯料，厚度方向变形较困难，所以厚度

增加较少。坯料外侧长度伸长，从而使厚度变薄。由于内侧厚度增加量少于外侧变薄量，因此材料厚度在弯由变形区内会变薄，并使坯料的中性层内移。弯曲变形量很少时，中性层基本处于材料厚度中心，变形量意大，中性层内移量也意大。 (3)宽度方向内侧材料受压缩。宽度应增加。外侧材料受拉伸。宽度要诚少。这种变形根据还料宽度不同有两种情况：宽板（宽度与厚度之比B1>3)弯曲，材料在党度方白变形受到相邻金属限制，横断面形状变化很少，仅在两端出现少量变形，基本保持为矩形：窄板（觉度与厚度之比叭 }3)弯曲，宽度方向变形不受约束。横断面变成内宽外窄的扇形。图3一3所示为坯料宽度不问时弯由后的横断而变化情况，图32弯曲前后网格变化图33坯料宽度不同时弯曲后的横断面变化 (a)弯曲前(b)弯曲后(a)窄板(b)克板 1.3弯曲模的结构弯曲模的结构与一般冲裁模结构相似，分上下两部分，由凸模、四模、定位、印料、导向及紧固件等组成。弯曲模的结构应根据弯曲件的形状、精度要求及弯曲工序来确定。下面介绍弯曲模的典型结构及特点。 1.V形件弯曲核 V形件形状简单，能一次弯由成形。V形件的弯曲方法有两种：一是以工件弯曲角的角平分线方向对称弯曲，称为V形弯由：二是渠直于工件一条边的方向弯曲。称为L形弯曲。 (一般V形件弯曲模一般V形件弯曲模的基本结构蜘如图3一4所示。该模具的优点是结构简单，在压力机上安装及调试方便，对材料厚度的公差要求不高。且工件在弯曲冲程终了时能得到校正，因而回弹较少，工件的平面度较好。图34中顶杆1既起雪曲后顶出工件作用，又起压料作用防止材料偏移。 (2)L形件弯由模 L形件弯自根常用于两直边长度相差较大的单角弯由件，基本结构们图3一5《所示。弯曲件的长直边被夹紧在凸模2和压料板4之间，另一边沿四凹模1圆角滑动面竖立白上弯曲，由于采用了定位钉定位和压料装置，压弯过程中工件不易偏移。但因竖边部分无法得到校正，所以工件目弹较大。图35)是有校正作用的L形件弯鱼模。由于凹模和压料板的工作面有一定的镜斜角，凸横下压时竖边能得到一定的校正，所以弯曲后工件回弹较小。领斜角一般取1“一500 第2页共13真

第 2 页共 13 页增加较少。坯料外侧长度伸长，从而使厚度变薄。由于内侧厚度增加量少于外侧变薄量，因此材料厚度在弯曲变形区内会变薄，并使坯料的中性层内移。弯曲变形量很少时，中性层基本处于材料厚度中心，变形量愈大，中性层内移量也愈大。 (3）宽度方向内侧材料受压缩，宽度应增加，外侧材料受拉伸，宽度要减少。这种变形根据坯料宽度不同有两种情况：宽板（宽度与厚度之比 B/t > 3 )弯曲，材料在宽度方向变形受到相邻金属限制，横断面形状变化很少，仅在两端出现少量变形，基本保持为矩形；窄板（宽度与厚度之比 B/t -}3)弯曲，宽度方向变形不受约束，横断面变成内宽外窄的扇形。图 3 一 3 所示为坯料宽度不同时弯曲后的横断面变化情况。图 3-2 弯曲前后网格变化图 3-3 坯料宽度不同时弯曲后的横断面变化 (a)弯曲前（b)弯曲后（a）窄板(b）宽板 1.3 弯曲模的结构弯曲模的结构与一般冲裁模结构相似，分上下两部分，由凸模、凹模、定位、卸料、导向及紧固件等组成。弯曲模的结构应根据弯曲件的形状、精度要求及弯曲工序来确定。下面介绍弯曲模的典型结构及特点。 1. V 形件弯曲模 V 形件形状简单，能一次弯曲成形。V 形件的弯曲方法有两种：一是以工件弯曲角的角平分线方向对称弯曲，称为 V 形弯曲；二是垂直于工件一条边的方向弯曲，称为 L 形弯曲。 (1)一般 V 形件弯曲模一般 V 形件弯曲模的基本结构如图 3 一 4 所示。该模具的优点是结构简单，在压力机上安装及调试方便，对材料厚度的公差要求不高，且工件在弯曲冲程终了时能得到校正，因而回弹较少，工件的平面度较好。图 3-4 中顶杆 1 既起弯曲后顶出工件作用，又起压料作用防止材料偏移。 (2) L 形件弯曲模 L 形件弯曲模常用于两直边长度相差较大的单角弯曲件，基本结构如图 3 一 5(a)所示。弯曲件的长直边被夹紧在凸模 2 和压料板 4 之间，另一边沿凹模 1 圆角滑动而竖立向上弯曲。由于采用了定位钉定位和压料装置，压弯过程中工件不易偏移。但因竖边部分无法得到校正，所以工件回弹较大。图 3 -5(b)是有校正作用的 L 形件弯曲模。由于凹模和压料板的工作面有一定的倾斜角，凸模下压时竖边能得到一定的校正，所以弯曲后工件回弹较小。倾斜角一般取 1“一 50o

第 5 页共 13 页形件，一般先将工件弯成 U 形，然后再弯成圆形，模具结构如图 3 一 10 所示。对于圆筒直径大于或等于 20 mm 的大圆筒形件，一般先将工件弯成波浪形，然后再弯成圆形，模具结构如图 3 一 11 所示。弯曲完后，零件套在凸模上，可顺凸模轴向取出零件。 —一卞一一一｝图 3 一 10 小圆形件弯曲模 (a)弯成 U 型件（(b)弯成圆筒图 3 一 11 大圆形件弯曲模 (a)弯成波浪形（b)弯成圆筒形 1 一凸模 2 一下凹模 3 一定位块 2 拉深及拉深模拉深是利用模具将平板坯料压制成开口空心零件或将开口空心零件加工成其他形状空心零件的一种冲压加工方法。拉深也称为拉延，是冷冲压工艺中一种重要的加工方法，图 3 一 12 所示即为平板坯料被拉成开口空心零件的拉深。用拉深可获得筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物线形等旋转体零件，也可获得矩形、方形或其他不规则形状的零件。 3.2.1 拉深变形过程由图 3 一 12 所示平板拉深可知其变形过程：随着凸模的不断下行，留在凹模端面上的坯料外径不断缩小，圆形坯料逐渐被拉进凸、凹模间的间隙中形成直壁，而处于凸模下面的材料则成为拉深件的底部。当板料全部进入凸、凹模间的间隙时，拉深过程结束，平板坯料就变成具有一定的直径和高度的开口空心零件。 3.2.2 拉深变形的特点如图 3 一 13 所示，如果不用模具，只要去掉图中剖面线部分，再将剩余部分沿直径 d 的圆周围起来，就可得到一个直径为 d、高度为 h=(D 一 d)/2 的筒形件。这说明圆形平板坯料在成为筒形件的过程中，必须去除多余材料（图中剖面线部分）。但事实上圆形平板坯料在拉深过程中并未去除多余材料。而是多余材料在模具的作用下产生了径向流动，增加了筒形件的高度

行的垂直线，即b,=b:二b3=·一b:这说明金属有直径缩小的切向压缩应变，且越向外应变量越大， ④原来坯料上的网格为扇形，面积为A,变彩后网格变成矩形，其面积为AZ。这是因为多余材料的存在，拉深时材料间的相互挤压产生了切向压应力，凸模提供的拉闲力产生了径向拉应力，藏相当于在一个楔形槽中拉着扇形网格通过一样，如图3一巧所示，结果扇形变成矩形。 2.3拉深械的分类及奥型结构拉深模核工艺顺序可分为首次拉深核和以后各次拉深模：按使用的设答可分为单动压力机用拉深模、双动医力机用拉深模、三动压力机用拉深模：拉深柄核工序的组合又可分为单工序拉深模、复合柄和连线拉深榄。此外，还可按有无压边装置分为无压边装置拉深横，有压边装置拉深慎等。 1.首次拉深模 ()无压边装置的首次拉深核如图3一16所示为一无压边装置的首次拉深模。工作时，坯料在定位园3中定位，拉深结束后，零件由凹柄4底部的台阶完成脱模，并由下模板底孔落下。由于模几没有采用导向机构，模具安装时由校榄圈完成凸、凹核的对中，工作时将校横圈移走。该类模具结构图3一16无压边装置的首次拉深核 1一凸核2一校模圈3一定位圈4一四模简单，制造方便，常用于材料里性好，相对厚度较大的工件拉深。由于拉深凸模要深人到凹模下面，所以该模具贝适用于浅拉深。 (2)有压边装置的首次拉深核如图3一17所示为有压边装置的例装结构的首次拉深模，压边装置和凸核安装在下核。凹慎安装在上极，是最广泛采用的首次拉深模结构形式。图3一17中7为弹性压边圈（同时还起定位和御料作用)，压边力由连接在下根座上的弹性压边装置（图中未通出》提供。工作时，坯料在压边图7上定位，四模5下行与工件接触，拉深结束后，凹模5上行，压边图7恢复厚位，将零作从凸榄6上脱出，使零件留在凹模5内，最后由打料杆2将零件推出凹模。第7页共13页

第 7 页共 13 页行的垂直线，即 b, = b：二 b3＝·一 b。这说明金属有直径缩小的切向压缩应变，且越向外应变量越大。 ④原来坯料上的网格为扇形，面积为 A,，变形后网格变成矩形，其面积为 AZ。这是因为多余材料的存在，拉深时材料间的相互挤压产生了切向压应力，凸模提供的拉深力产生了径向拉应力，就相当于在一个楔形槽中拉着扇形网格通过一样，如图 3 一巧所示，结果扇形变成矩形。 2.3 拉深模的分类及典型结构拉深模按工艺顺序可分为首次拉深模和以后各次拉深模；按使用的设备可分为单动压力机用拉深模、双动压力机用拉深模、三动压力机用拉深模；拉深模按工序的组合又可分为单工序拉深模、复合模和连续拉深模。此外，还可按有无压边装置分为无压边装置拉深模、有压边装置拉深模等。 1．首次拉深模 (1)无压边装置的首次拉深模如图 3 一 16 所示为一无压边装置的首次拉深模。工作时，坯料在定位圈 3 中定位，拉深结束后，零件由凹模 4 底部的台阶完成脱模，并由下模板底孔落下。由于模具没有采用导向机构，模具安装时由校模圈完成凸、凹模的对中，工作时将校模圈移走。该类模具结构图 3 一 16 无压边装置的首次拉深模 1 一凸模 2 一校模圈 3 一定位圈 4 一凹模简单，制造方便，常用于材料塑性好，相对厚度较大的工件拉深。由于拉深凸模要深人到凹模下面，所以该模具只适用于浅拉深。 (2)有压边装置的首次拉深模如图 3 一 17 所示为有压边装置的倒装结构的首次拉深模，压边装置和凸模安装在下模，凹模安装在上模，是最广泛采用的首次拉深模结构形式。图 3 一 17 中 7 为弹性压边圈（同时还起定位和卸料作用），压边力由连接在下模座上的弹性压边装置（图中未画出）提供。工作时，坯料在压边圈 7 上定位，凹模 5 下行与工件接触，拉深结束后，凹模 5 上行，压边圈 7 恢复原位，将零件从凸模 6 上脱出，使零件留在凹模 5 内，最后由打料杆 2 将零件推出凹模

6一下核座7一项杆8一压边圈9-拉深凸柄10一落料凹榄 2,以后各次工序拉深核所谓以后各次工序拉深是指校深用的坯料不是平板坯料，而是对已经过首次拉深的半成品筒形件进行拉深。因此其定位及压边装置与首次拉深模完全不同，定位方法常用的有三种：一是采用特定的定位板（图32：二是在回模上加工出供半成品定位的凹窝，此类模具加工困难，较少采用：三是利用半成品内孔用压边圈外形米定位（图3-21），此时所用压边装置己不再是平板结构，而应是圆简形结构，图319双动压力机上使用的首次拉深模图320无压边的以后工序拉深模 1一凸模2一上模隆3一压边园1一上模座2-袋板3一凸模固定版4一凸模 4一凹模5一下模座6一顶件块5一定位图6一凹模7一模套8一下模座 (1)无压边装置的以后各次工序拉深榄如图320所示为一无压边装置的以后工序2深模。此拉深模因无压边圈，故仅适用于变形较小的拉深或整形工序等。 (2)带压边装置的以后各次工序拉深模如图3-21所示为一带压边装置的以后工序拉深柄，此结构是广泛采用的形式，压边圈1兼作坏料的定位圈。由于再次拉深一般深度较大，为了防止弹性压边力随行程的增加而不断增如，可以在压边圈上安装限位销来控制压边力的增加。 24拉深模工作部分的结构拉深模工作部分的结构番的是凸模和凹模的结构，其结构形式取决于零件的形状，尺寸以及拉深方法、拉深次数等。 1,不带压边圈的拉深模如图322所示为不带压边圈的一次拉深成形的凹模结构形式。其中圆形凹棱结构「图3一22(a)]适用于大作：峰形四核结构「图3一22()和普通平瑞面凹颅结构「图322()》适用于小件。锥形凹模和普通平端面凹慎结构抗失稳、抗起皱能力较强。图3一23 所示为不带压边圆的多次拉深成形的凸，凹模结构图321带压边的以后工序拉深模第9页共13页

第 9 页共 13 页 6 一下模座 7 一顶杆 8 一压边圈 9-拉深凸模 10 一落料凹模 2．以后各次工序拉深模所谓以后各次工序拉深是指拉深用的坯料不是平板坯料，而是对已经过首次拉深的半成品筒形件进行拉深。因此其定位及压边装置与首次拉深模完全不同，定位方法常用的有三种：一是采用特定的定位板（图 3-20)；二是在凹模上加工出供半成品定位的凹窝，此类模具加工困难，较少采用；三是利用半成品内孔用压边圈外形来定位（图 3 -21)。此时所用压边装置已不再是平板结构，而应是圆筒形结构。图 3-19 双动压力机上使用的首次拉深模图 3-20 无压边的以后工序拉深模 1 一凸模 2 一上模座 3 一压边圈 1 一上模座 2-垫板 3 一凸模固定板 4 一凸模 4 一凹模 5 一下模座 6 一顶件块 5 一定位圈 6 一凹模 7 一模套 8 一下模座 (1)无压边装置的以后各次工序拉深模如图 3 -20 所示为一无压边装置的以后工序拉深模。此拉深模因无压边圈，故仅适用于变形较小的拉深或整形工序等。 (2)带压边装置的以后各次工序拉深模如图 3 -21 所示为一带压边装置的以后工序拉深模，此结构是广泛采用的形式，压边圈 1 兼作坯料的定位圈。由于再次拉深一般深度较大，为了防止弹性压边力随行程的增加而不断增加，可以在压边圈上安装限位销来控制压边力的增加。 2.4 拉深模工作部分的结构拉深模工作部分的结构指的是凸模和凹模的结构，其结构形式取决于零件的形状、尺寸以及拉深方法、拉深次数等。 1．不带压边圈的拉深模如图 3-22 所示为不带压边圈的一次拉深成形的凹模结构形式。其中圆弧形凹模结构「图 3 一 22(a)］适用于大件；锥形凹模结构「图 3 一 22(b)〕和普通平端面凹模结构「图 3 -22(c)〕适用于小件。锥形凹模和普通平端面凹模结构抗失稳、抗起皱能力较强。图 3 一 23 所示为不带压边圈的多次拉深成形的凸、凹模结构。图图 3-21 带压边的以后工序拉深模

天津开放大学 文本 冲压模具结构及零部件设计_模具设计制造第4章

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