Z型折弯及一次成型模具结构分析

许剑

摘要：文章主要介绍了用在通用折弯机上的Z形折弯件一次成形弯曲模的结构分析、工作过程和主要模具零件的设计。此套模具采用的是可调节式的上凸模和下凸模，提高了生产效率，大大节约了生产的成本。

关键词：Z型折弯；一次成型；模具结构；复合模

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0010-03

1 概述

如图1所示的Z形弯工件是我所在生产中经常遇到的一种零件，其中h的尺寸受到下模的限制，现有的下模能弯出的h最小尺寸如表1所示：

在实际生产中遇到大量的小于以上尺寸的Z形弯曲模，现设计1副复合弯曲模，实现1次弯曲成形，并且能一模多用，在不同的板料上折出不同尺寸的Z形弯曲模来。

2 弯曲变形的过程

如图2所示：一件板料在弯曲时，它承受弯矩作用、剪切作用和局部压力作用，但使板料产生弯曲变形的主要作用是弯矩。在外力作用下必然产生相应的变形，同时在板料内部将出现抵抗变形的内力，此内力和外力相平衡（物体单位面积上的内力称为应力），外力越大，应力就越大，变形也越大。当材料外层应力小于材料的弹性极限，板料处于弹性变形状态，根据胡克定律，变形（外层伸长，内层缩短）与中心层之距离呈直线变化，所以截面上的应力也呈直线变化（如图2），若去掉外力，板料可以恢复到弯曲变形以前的形状。若继续增加外力，则弯曲部分的变形程度不断增大，直到外力引起的应力等于材料的屈服极限，外层材料发生塑性变形，随着外力的增加，塑性变形即由表层向中心发展，此时若去掉外力，板料内弹性变形立即消失，而塑性变形却保存下来，使板料产生弯曲的永久变形。

当外力引起的应力大于材料的强度极限，板料则由塑性变形发展至破裂。板料弯曲是内侧受压，同样产生塑性变形，但这种塑性变形增大了受力面而不引起破坏，通常不予考虑。

3 弯曲的计算方法

现在我们对塑性弯曲变形进行仔细观察，在弯矩作用下，板料断面上不同的三条相等的线段即ab=a1b1=a2b2。弯曲后，内层缩短，外层伸长，即弧ab

计算弯曲件的方法，是将弯曲件分成若干直线段和弧线段的基本几何单元，分别计算出各单元部分的长度，然后求出各单元长度的总和，即为该弯曲件的展开长度。图1所示的Z形弯曲件，可按图2分成五个单元，1、3、5为直线段，2、4为圆弧线段。

由上面的讨论可知，坯料弯曲前后，中间长度不变的纤维层叫中性层。我们计算圆弧段的展开长度，实际就是计算圆弧段的中性层长度。

中性层离圆弧内侧的位置x（如图3），一般由r/t比值大小来确定。

x=kt

式中：

t——材料厚度

k——中性层位置系数（或称中性层系数）

k=R-r/t

R=r+kt

式中：

R——从半径r的中心至折弯中性线的距离

k值随内侧半径与板料厚度t的比值而变化。见表2：

在生产实践中，将钢板折成直角形状最为普遍。计算各种不同的r和t的弯曲90°的弧长可以在实际应用中查表而知。本篇着重考虑90°直角弯。

板金折弯90°的零件，它的尺寸不是像图中那样分别计算直线和弧线，很不方便。而是像图1那样标注，我们计算展开料时直接利用所标注的尺寸，得到其简便的计算方法。

按图1计算展开料长：

L=a+b+h-2x

式中：

x——常用折弯系数

4 Z型弯复合模的结构和工作过程

这套简易模有别于正规模具，它在设计思路上要求简洁、快速、易于加工、易于成型，它在精度上稍逊于正规模具，但它快速、准确地应用于我所产品的加工。复合模的成型示意图如表3所示。

加工原理：调整垫片的厚度来达到所需的上下模V槽宽度，要加压的情况下，一次性形成Z折的加工。

模具结构：Z弯模由上模、下模、垫片和角度棱钢组成。

垫片厚度：垫片厚度采用0.5mm厚钢片，叠加达到所需厚度。

棱钢：模具中一条长方形钢材，其四个棱角分别倒成0.5mm、1.0mm、2.0mm、4.0mm的四个面，如表3所示。利用特殊的简易模，通过调整角度棱钢的大小和垫片的厚度来达到所需的上下模V槽宽度，要加压的情况下，一次性形成Z折的加工。

它的选择由于有增大V槽和减少折痕的可能，故不同的板厚要选择不同的棱，见表4所示：

Z弯模的调试方法：（1）由于直边Z折的两折均为90°，两刀尖的距离为：1.414/2×h；（2）若工件折痕太深，则a：选用大棱角。b：垫铁皮。c：增大棱角R；（3）若高度达到，但角度大于90°时，则a：模具偏心。b：加大垫片厚度；（4）若Z折两边不平行，则可以通过增减垫片厚度来实现，上折大于90°时增大下模垫片厚度，下折大于90°时增大上模垫片厚度。

Z弯展开计算方法：

当h>正常折弯尺寸时，按两折进行展开。

L=a+b+h-2x

式中：

L——展开料长

当h<正常折弯尺寸时，按一次成型进行展开。

L=a+b+h-1.5x

式中：

x——常用折弯系数

其中一次成型外形尺寸减去1.5x是实践中的经验公式。