Z型折彎及一次成型模具結(jié)構(gòu)分析

許劍

摘要：文章主要介紹了用在通用折彎機上的Z形折彎件一次成形彎曲模的結(jié)構(gòu)分析、工作過程和主要模具零件的設計。此套模具采用的是可調(diào)節(jié)式的上凸模和下凸模，提高了生產(chǎn)效率，大大節(jié)約了生產(chǎn)的成本。

關鍵詞：Z型折彎；一次成型；模具結(jié)構(gòu)；復合模

中圖分類號：TG65 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）11-0010-03

1 概述

如圖1所示的Z形彎工件是我所在生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的一種零件，其中h的尺寸受到下模的限制，現(xiàn)有的下模能彎出的h最小尺寸如表1所示：

在實際生產(chǎn)中遇到大量的小于以上尺寸的Z形彎曲模，現(xiàn)設計1副復合彎曲模，實現(xiàn)1次彎曲成形，并且能一模多用，在不同的板料上折出不同尺寸的Z形彎曲模來。

2 彎曲變形的過程

如圖2所示：一件板料在彎曲時，它承受彎矩作用、剪切作用和局部壓力作用，但使板料產(chǎn)生彎曲變形的主要作用是彎矩。在外力作用下必然產(chǎn)生相應的變形，同時在板料內(nèi)部將出現(xiàn)抵抗變形的內(nèi)力，此內(nèi)力和外力相平衡（物體單位面積上的內(nèi)力稱為應力），外力越大，應力就越大，變形也越大。當材料外層應力小于材料的彈性極限，板料處于彈性變形狀態(tài)，根據(jù)胡克定律，變形（外層伸長，內(nèi)層縮短）與中心層之距離呈直線變化，所以截面上的應力也呈直線變化（如圖2），若去掉外力，板料可以恢復到彎曲變形以前的形狀。若繼續(xù)增加外力，則彎曲部分的變形程度不斷增大，直到外力引起的應力等于材料的屈服極限，外層材料發(fā)生塑性變形，隨著外力的增加，塑性變形即由表層向中心發(fā)展，此時若去掉外力，板料內(nèi)彈性變形立即消失，而塑性變形卻保存下來，使板料產(chǎn)生彎曲的永久變形。

當外力引起的應力大于材料的強度極限，板料則由塑性變形發(fā)展至破裂。板料彎曲是內(nèi)側(cè)受壓，同樣產(chǎn)生塑性變形，但這種塑性變形增大了受力面而不引起破壞，通常不予考慮。

3 彎曲的計算方法

現(xiàn)在我們對塑性彎曲變形進行仔細觀察，在彎矩作用下，板料斷面上不同的三條相等的線段即ab=a1b1=a2b2。彎曲后，內(nèi)層縮短，外層伸長，即弧ab

計算彎曲件的方法，是將彎曲件分成若干直線段和弧線段的基本幾何單元，分別計算出各單元部分的長度，然后求出各單元長度的總和，即為該彎曲件的展開長度。圖1所示的Z形彎曲件，可按圖2分成五個單元，1、3、5為直線段，2、4為圓弧線段。

由上面的討論可知，坯料彎曲前后，中間長度不變的纖維層叫中性層。我們計算圓弧段的展開長度，實際就是計算圓弧段的中性層長度。

中性層離圓弧內(nèi)側(cè)的位置x（如圖3），一般由r/t比值大小來確定。

x=kt

式中：

t——材料厚度

k——中性層位置系數(shù)（或稱中性層系數(shù)）

k=R-r/t

R=r+kt

式中：

R——從半徑r的中心至折彎中性線的距離

k值隨內(nèi)側(cè)半徑與板料厚度t的比值而變化。見表2：

在生產(chǎn)實踐中，將鋼板折成直角形狀最為普遍。計算各種不同的r和t的彎曲90°的弧長可以在實際應用中查表而知。本篇著重考慮90°直角彎。

板金折彎90°的零件，它的尺寸不是像圖中那樣分別計算直線和弧線，很不方便。而是像圖1那樣標注，我們計算展開料時直接利用所標注的尺寸，得到其簡便的計算方法。

按圖1計算展開料長：

L=a+b+h-2x

式中：

x——常用折彎系數(shù)

4 Z型彎復合模的結(jié)構(gòu)和工作過程

這套簡易模有別于正規(guī)模具，它在設計思路上要求簡潔、快速、易于加工、易于成型，它在精度上稍遜于正規(guī)模具，但它快速、準確地應用于我所產(chǎn)品的加工。復合模的成型示意圖如表3所示。

加工原理：調(diào)整墊片的厚度來達到所需的上下模V槽寬度，要加壓的情況下，一次性形成Z折的加工。

模具結(jié)構(gòu)：Z彎模由上模、下模、墊片和角度棱鋼組成。

墊片厚度：墊片厚度采用0.5mm厚鋼片，疊加達到所需厚度。

棱鋼：模具中一條長方形鋼材，其四個棱角分別倒成0.5mm、1.0mm、2.0mm、4.0mm的四個面，如表3所示。利用特殊的簡易模，通過調(diào)整角度棱鋼的大小和墊片的厚度來達到所需的上下模V槽寬度，要加壓的情況下，一次性形成Z折的加工。

它的選擇由于有增大V槽和減少折痕的可能，故不同的板厚要選擇不同的棱，見表4所示：

Z彎模的調(diào)試方法：（1）由于直邊Z折的兩折均為90°，兩刀尖的距離為：1.414/2×h；（2）若工件折痕太深，則a：選用大棱角。b：墊鐵皮。c：增大棱角R；（3）若高度達到，但角度大于90°時，則a：模具偏心。b：加大墊片厚度；（4）若Z折兩邊不平行，則可以通過增減墊片厚度來實現(xiàn)，上折大于90°時增大下模墊片厚度，下折大于90°時增大上模墊片厚度。

Z彎展開計算方法：

當h>正常折彎尺寸時，按兩折進行展開。

L=a+b+h-2x

式中：

L——展開料長

當h<正常折彎尺寸時，按一次成型進行展開。

L=a+b+h-1.5x

式中：

x——常用折彎系數(shù)

其中一次成型外形尺寸減去1.5x是實踐中的經(jīng)驗公式。