典型U形件的弯曲成形方法

范鹿明

摘 要：本文主要针对实际生产中碰到的几种典型的不同类型的U型件的弯曲成形工艺：不等高U形件的弯曲成形工艺、底窄边低U形件的弯曲成形工艺、侧面不平整U形件的弯曲成形工艺等进行了分析，提出了相关的制作工艺和方法。

关键词：U形件 弯曲成形 板材厚度t 弯曲模凹模 弯曲模凸模 弯曲模凹模圆角 弯曲模凸模圆角 弯曲半径R

中图分类号：TG302 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0089-02

常熟众达机械工程有限公司是一家新加坡独资企业，其投资人是新加坡众达公司，新加坡众达公司创立于1961年，是世界著名的钢铁工业和建筑业工程材料制造商。2005年，新加坡众达公司在江苏常熟沿江经济开发区建立了独资工厂—常熟众达工程机械有限公司。常熟众达工程机械有限公司位于江苏常熟经济开发区沿江工业园出口加工区，生产各种规格和吨位的码头港口集装箱运输吊具，产品主要销往亚太、中东和欧美地区。集装箱吊具（见图1照片）是码头港口机械进行集装箱装卸作业的重要搬运设备，此吊具设备的安全性是确保码头进行安全作业的重要保障。集装箱吊具的主要结构由以下几大部分组成：第一，集装箱吊具的箱梁结构（吊具的主体结构）；第二，集装箱吊具的伸缩梁（臂）结构（以便满足吊运不同尺寸的集装箱箱柜）；第三，电气控制和液压系统动力装卸；第四，驱动伸缩梁（臂）伸缩的牵引装置；第五，同集装箱柜连接的旋锁机构；第六，其他相关的附属设施机构。

集装箱的主体结构是由以钢板为原材料，通过对钢板切割、冷弯曲成形、然后采用先进焊接工艺进行组装而成的钢结构设备。由于吊具的结构特点，在此吊具产品上，有好多薄壁的结构型零件都是有低合金高强度的薄钢板进行的冲压弯曲成形件的U型零件，为了保证这些冷弯曲冲压成型的U型零件的板材下料时的准确性，及冲压成型的尺寸精度要求，非常有必要对这些冷弯曲件的相关下料展开尺寸计算，以及冲压成型的零件精度，进行科学的研究和分析，以便满足生产的需要，降低生产成本，充分提高材料的合理利用率，冲压出合格的零件。

我们在进行薄壁件弯曲成形时，经常会碰到U型零件的冲压成型制造。比如在我们所制造的相关集装箱吊具上，其中有许多的U型冲压件具有以下的特点：两边的弯曲高度上悬殊有很大差距，比较大，或者弯曲高度上很小，宽度上也很窄，最主要的就是U型弯曲侧面呈现的是不平整状态，以或凹或凸的形式等方面的特点，这种现象的冲压件我们认为它是弯曲工艺性比较差的U型件，由于这类型的工件，在进行冲压弯曲时，由于U形件的两边受力不均匀，从而使得相关的受弯曲的工件发生滑移，或者由于其工件结构的本身的限制等因素，通常使得这类U形工件的弯曲成形具有一定制作难度。我们通过本文对这些典型类别的U形工件冲压弯曲成形的研究及分析，在此，介绍几种已经应用到生产中，且最为有效的冲压弯曲成形方法。

1 关于两边不等高的U形工件的弯曲冲压成形

对于两边高度相差比较悬殊而且短边的高度又较小（直边高小于2t，t为板材厚度，以下含义相同）的两边不等高U形冲压工件，在进行冲压弯曲时，由于此类U形工件的两边受力不均匀，工件冲压成形时，很容易发生滑移的现象，这就给工件弯曲质量得不到保障。在这种情况下，有很多种解决这类现象的方法：第一，就是在工件底面上进行教工艺孔，在与凸模一起将工件夹紧后再进行冲压弯曲成形；第二，就是利用毛坯工件上原有的孔来进行定位，同时还可以运用大量的顶料力与凸模一起使得工件夹紧之后，进行冲压弯曲成形。

如果U形工件的弯曲板材长度较短（也就是弯曲件在进行弯曲的弯曲线方向上的尺寸L较小），其下料板材上不能够或者不允许进行加工定位艺孔时，那么我们就可以采用先增加弯曲成形件的下料毛坯矩形件的矩形边的长度L尺寸（弯曲线方向上），弯曲成形后，我们再进行切除的方法，或者采取两边分别进行弯曲成形的方法进行解决，也就是进行二次弯曲成形。然而，不管运用以上两种方法的哪一种都会使我们加一道工序和相关的模具工装，这种情况就促使成本增高，同时无法保证此类工件弯曲成形的质量。在一般情况下，当弯曲的U型工件开口宽度S小时，不能进行二次弯曲成形或者采取长边（即，留有余量的边）切断的方式。因此，在这种情况下，这就使得这类U形件的弯曲成形就变得较为困难。

而事实上，我们在实际的生产过程中，我们可以无需增加弯曲成形工序及相关的模具工装，我们也可以使的这类U形工件进行弯曲成形，而且同时也能够很好地保证其弯曲成形的质量。具体我们可采用以下几种方法进行生产制作。

1.1 我们可以改变弯曲成形的凹模的圆角半径尺寸

在普通的U形工件中弯曲成型模的凹模圆角半径一般都是处于相等的状态，这样就保证工件在进行弯曲时，工件的两边弯曲处就可以存在相同的变形量，也就是确保工件两弯角处所受的力一致，这样就可以消除工件在弯曲过程中发生滑移现象。

对于U形工件两边在不等的情况下进行弯曲工艺，尤其在进行凹模设计的时候，就使得弯曲工件中的长边凹模圆角半径大于短边的凹模圆角半径，在这样的情况下，使得初始阶段中，在工件进行弯曲时，其短边就优先于长边来进行，这样处理以后，就可以有效地阻止了工件在弯曲过程中的滑移现象。

1.2 我们可以改变冲压弯曲成形的凸、凹模之间的间隙

我们可以将不等高的U形弯曲工件，冲压设计成为弯曲成形的凹凸模间隙；同时长边的间隙要大于短边的间隙，这样就可以使工件弯曲时短边处存有很大的夹紧力，从而就改变了U形件在不等高时受力的状况，这样以后，我们就可以有效的阻止短边向着长边出现滑移地现象。

1.3 我们可以改变冲压弯曲成形的凸模的圆角半径

当U形件弯曲圆角半径设计上允许更改时，我们就可适当减小短边处的内圆角半径，或放大长边处的内圆角半径，这样以后也就相应改变了弯曲成形的凸模上的圆角半径。由于弯曲成形的凸模上弯曲短边的圆角半径小于弯曲长边的圆角半径。这样处理以后，也就使得了U形工件的短边处的变形量大于了长边处的变形量.也就是工件短边处所受的弯曲力大于了长边处所受的弯曲力。endprint

2 关于底窄边低U形工件的弯曲冲压成形

如图1所示所例的零件，这是我们吊具传动部分上用到的上的一个零件，其料厚t=3 mm，最大弯曲总高度仅为10 mm。我们将其相关的断面设计成了U形结构，目的就是为了增加该零件在使用过程中的刚性，以便使得零件在最省料的情况下，可以达到所需要的结构强度和刚度需求。所以只要求两边的弯曲高度一致，而对于此工件的两弯曲端面的质量（如平整等）无其它特殊要求。鉴于此，我们通常情况是就考虑对工件进行直接弯曲，而不需要象我们通常所采取的先增加弯曲高度，然后再将其多余的地方进行切除的工艺方法。

然而实际情况是，由于此工件的最小弯曲高度只有7 mm，直边高度仅为4 mm，而且弯曲宽度较小，因此在这种情况下，我们在进行弯曲成形时，如果其相关的弯曲成形的凸、凹模两边间隙或凸、凹模弯曲圆角半径等存在较小的误差，工件也就极易产生滑移，使得工件弯曲成形后，其两边的高度误差会较大。如果我们先将两端槽口切出，并利用此两端的槽口进行使其定位，如果这样操作，那么显然，工件弯曲后槽的尺寸精度也会被严重破坏掉。

对于这这些类型的底窄边低，而且底面不能够或不允许加工艺孔、槽用以弯曲定位的的U形工件，我们可以考虑在工件下料时将其两端各加一凸出的工艺搭子。

在本个案例中，工件上工艺搭子的位置，正好加在成形工件的槽口处.这样就很容易便于切除。同时，我们可以在其相关的冲压弯曲成形模及定位板上加工出其两相对应的定位槽口，用以进行弯曲工序时进行定位，这样以后，就可以很方便地有效阻止了U形工件弯曲成形时的滑移现象。从而有力而又准确地保证两边弯曲高度的一致性。冲压弯曲成形后，在对此工件进行冲孔切槽时，将工艺搭子一同切除。

我们采用这种方法，在进行模具设计时，可以使得弯曲凹模上槽的长度应比工件的工艺搭子长一些，这样，可以不增加工件材料的消耗。具体的方法就是我们采用了少或无废料的冲裁排样格式，将以前的落料改为切断。

我们在实际的产品设计及生产制造中，还会出现另一类型的U形工件，由于根据其不同的用途需要，我们有时会把U形件的侧面往往设计成有较大面积的凸包、加强筋等不平整状（如图2所示）。由于这些U形件的弯曲成形的高度H较大，而凸包的边缘尺寸a较小，因此，也使得了弯曲成形的凹模的深度亦较小。我们多知道，如果用较小深度的弯曲成形凹模去弯曲较高的U形件的话，由于U形工件的回弹性大，而且不容易控制，因此，一直是我们进行U形工件弯曲成形工艺中的一个老大难问题。通常情况下，一般的冲压工艺资料中给定的弯曲成形凹模的深度的h与U形工件弯曲高度H的比值h/H必须≥0.2。而当其中的比值<0.2时，那么其U工件的弯曲成形工艺性就比较差，而且其相关的弯曲尺寸精度也很难进行保证。但是如果我们采用如图3所示结构的可控制U形工件回弹特性的弯曲成形模工装，那么就能够能很好地处理和确保其相关U形工件的弯曲尺寸精度。

该模具的关键是将凹模设计成如图4所示的可转动模块。

此模具工装的工作原理如下：当凸模1下行接触到工件时，由于其7#件顶板斜面尚未接到6#件触凹模块的内斜面，因此，工件进行正常得弯曲工序。当1#件凸模继续下运行时，7#件顶板斜面与6#件凹模块的内斜面接触，并迫使6#件凹模块转动，此时，6#件凹模上端的内侧将工件压向1#件凸模侧壁，使工件的弯曲角小于90°，从而有效地克服了工件的回弹特性。

当1#件凸模回程时，7#件顶板上行，其斜面离开6#件凹模块斜面，6#件凹模块在5#件弹簧的作用下，将转回贴紧2#件镶嵌块，冲压弯曲成形的工件被顶出，完成了出料工序。

此弯曲成形模具工装的特点如下，我们可以用很小深度的凹模来进行冲压弯曲较高的U形工件，可以使得其弯曲凹模深度h与弯曲工件的高度的比值h/H可达到0.05。

我们采用这种工艺制作方法，不仅能够使得其弯曲侧面不平整的U形工件（即侧面存在相关的凹凸搭子），而且又能够保证其相关弯曲成形工件较高的弯曲精度。同时，也还能够对一些角度不太大的锐角U形工件（如图5所示）及较小的变角度（即弯曲角度不同）的U形件（如图6所示）进行冲压弯曲成形。当弯曲的U形件是锐角时，其相应的成形凹模块（见图4）的斜角θ，可设计成如下的相关角度：

上式中：α为U形工件的回弹角：

β为U形工件弯曲锐角的补角。

我们对于某些变角度的U形工件的弯曲成形工艺，我们可以调整、修磨2#件镶嵌块，以便使得其相关的弯曲成形的凸、凹模在整个弯曲过程中，由于凸、凹模间隙的差别，造成工件在弯曲线上的回弹大小不一，从而获得所需要的变角度的U形工件产品。

参考文献

[1] 机械工程师手册[M].2版.机械工业出版社，1989.

[2] 杨叔子.机械加工工艺师手册[M].机械工业出版社，2004，2.

[3] 柯明杨.机械制造工艺学[M].北京：航空航天大学出版社，1990.endprint

2 关于底窄边低U形工件的弯曲冲压成形

如图1所示所例的零件，这是我们吊具传动部分上用到的上的一个零件，其料厚t=3 mm，最大弯曲总高度仅为10 mm。我们将其相关的断面设计成了U形结构，目的就是为了增加该零件在使用过程中的刚性，以便使得零件在最省料的情况下，可以达到所需要的结构强度和刚度需求。所以只要求两边的弯曲高度一致，而对于此工件的两弯曲端面的质量（如平整等）无其它特殊要求。鉴于此，我们通常情况是就考虑对工件进行直接弯曲，而不需要象我们通常所采取的先增加弯曲高度，然后再将其多余的地方进行切除的工艺方法。

然而实际情况是，由于此工件的最小弯曲高度只有7 mm，直边高度仅为4 mm，而且弯曲宽度较小，因此在这种情况下，我们在进行弯曲成形时，如果其相关的弯曲成形的凸、凹模两边间隙或凸、凹模弯曲圆角半径等存在较小的误差，工件也就极易产生滑移，使得工件弯曲成形后，其两边的高度误差会较大。如果我们先将两端槽口切出，并利用此两端的槽口进行使其定位，如果这样操作，那么显然，工件弯曲后槽的尺寸精度也会被严重破坏掉。

对于这这些类型的底窄边低，而且底面不能够或不允许加工艺孔、槽用以弯曲定位的的U形工件，我们可以考虑在工件下料时将其两端各加一凸出的工艺搭子。

在本个案例中，工件上工艺搭子的位置，正好加在成形工件的槽口处.这样就很容易便于切除。同时，我们可以在其相关的冲压弯曲成形模及定位板上加工出其两相对应的定位槽口，用以进行弯曲工序时进行定位，这样以后，就可以很方便地有效阻止了U形工件弯曲成形时的滑移现象。从而有力而又准确地保证两边弯曲高度的一致性。冲压弯曲成形后，在对此工件进行冲孔切槽时，将工艺搭子一同切除。

我们采用这种方法，在进行模具设计时，可以使得弯曲凹模上槽的长度应比工件的工艺搭子长一些，这样，可以不增加工件材料的消耗。具体的方法就是我们采用了少或无废料的冲裁排样格式，将以前的落料改为切断。

我们在实际的产品设计及生产制造中，还会出现另一类型的U形工件，由于根据其不同的用途需要，我们有时会把U形件的侧面往往设计成有较大面积的凸包、加强筋等不平整状（如图2所示）。由于这些U形件的弯曲成形的高度H较大，而凸包的边缘尺寸a较小，因此，也使得了弯曲成形的凹模的深度亦较小。我们多知道，如果用较小深度的弯曲成形凹模去弯曲较高的U形件的话，由于U形工件的回弹性大，而且不容易控制，因此，一直是我们进行U形工件弯曲成形工艺中的一个老大难问题。通常情况下，一般的冲压工艺资料中给定的弯曲成形凹模的深度的h与U形工件弯曲高度H的比值h/H必须≥0.2。而当其中的比值<0.2时，那么其U工件的弯曲成形工艺性就比较差，而且其相关的弯曲尺寸精度也很难进行保证。但是如果我们采用如图3所示结构的可控制U形工件回弹特性的弯曲成形模工装，那么就能够能很好地处理和确保其相关U形工件的弯曲尺寸精度。

该模具的关键是将凹模设计成如图4所示的可转动模块。

此模具工装的工作原理如下：当凸模1下行接触到工件时，由于其7#件顶板斜面尚未接到6#件触凹模块的内斜面，因此，工件进行正常得弯曲工序。当1#件凸模继续下运行时，7#件顶板斜面与6#件凹模块的内斜面接触，并迫使6#件凹模块转动，此时，6#件凹模上端的内侧将工件压向1#件凸模侧壁，使工件的弯曲角小于90°，从而有效地克服了工件的回弹特性。

当1#件凸模回程时，7#件顶板上行，其斜面离开6#件凹模块斜面，6#件凹模块在5#件弹簧的作用下，将转回贴紧2#件镶嵌块，冲压弯曲成形的工件被顶出，完成了出料工序。

此弯曲成形模具工装的特点如下，我们可以用很小深度的凹模来进行冲压弯曲较高的U形工件，可以使得其弯曲凹模深度h与弯曲工件的高度的比值h/H可达到0.05。

我们采用这种工艺制作方法，不仅能够使得其弯曲侧面不平整的U形工件（即侧面存在相关的凹凸搭子），而且又能够保证其相关弯曲成形工件较高的弯曲精度。同时，也还能够对一些角度不太大的锐角U形工件（如图5所示）及较小的变角度（即弯曲角度不同）的U形件（如图6所示）进行冲压弯曲成形。当弯曲的U形件是锐角时，其相应的成形凹模块（见图4）的斜角θ，可设计成如下的相关角度：

上式中：α为U形工件的回弹角：

β为U形工件弯曲锐角的补角。

我们对于某些变角度的U形工件的弯曲成形工艺，我们可以调整、修磨2#件镶嵌块，以便使得其相关的弯曲成形的凸、凹模在整个弯曲过程中，由于凸、凹模间隙的差别，造成工件在弯曲线上的回弹大小不一，从而获得所需要的变角度的U形工件产品。

参考文献

[1] 机械工程师手册[M].2版.机械工业出版社，1989.

[2] 杨叔子.机械加工工艺师手册[M].机械工业出版社，2004，2.

[3] 柯明杨.机械制造工艺学[M].北京：航空航天大学出版社，1990.endprint

2 关于底窄边低U形工件的弯曲冲压成形

如图1所示所例的零件，这是我们吊具传动部分上用到的上的一个零件，其料厚t=3 mm，最大弯曲总高度仅为10 mm。我们将其相关的断面设计成了U形结构，目的就是为了增加该零件在使用过程中的刚性，以便使得零件在最省料的情况下，可以达到所需要的结构强度和刚度需求。所以只要求两边的弯曲高度一致，而对于此工件的两弯曲端面的质量（如平整等）无其它特殊要求。鉴于此，我们通常情况是就考虑对工件进行直接弯曲，而不需要象我们通常所采取的先增加弯曲高度，然后再将其多余的地方进行切除的工艺方法。

然而实际情况是，由于此工件的最小弯曲高度只有7 mm，直边高度仅为4 mm，而且弯曲宽度较小，因此在这种情况下，我们在进行弯曲成形时，如果其相关的弯曲成形的凸、凹模两边间隙或凸、凹模弯曲圆角半径等存在较小的误差，工件也就极易产生滑移，使得工件弯曲成形后，其两边的高度误差会较大。如果我们先将两端槽口切出，并利用此两端的槽口进行使其定位，如果这样操作，那么显然，工件弯曲后槽的尺寸精度也会被严重破坏掉。

对于这这些类型的底窄边低，而且底面不能够或不允许加工艺孔、槽用以弯曲定位的的U形工件，我们可以考虑在工件下料时将其两端各加一凸出的工艺搭子。

在本个案例中，工件上工艺搭子的位置，正好加在成形工件的槽口处.这样就很容易便于切除。同时，我们可以在其相关的冲压弯曲成形模及定位板上加工出其两相对应的定位槽口，用以进行弯曲工序时进行定位，这样以后，就可以很方便地有效阻止了U形工件弯曲成形时的滑移现象。从而有力而又准确地保证两边弯曲高度的一致性。冲压弯曲成形后，在对此工件进行冲孔切槽时，将工艺搭子一同切除。

我们采用这种方法，在进行模具设计时，可以使得弯曲凹模上槽的长度应比工件的工艺搭子长一些，这样，可以不增加工件材料的消耗。具体的方法就是我们采用了少或无废料的冲裁排样格式，将以前的落料改为切断。

我们在实际的产品设计及生产制造中，还会出现另一类型的U形工件，由于根据其不同的用途需要，我们有时会把U形件的侧面往往设计成有较大面积的凸包、加强筋等不平整状（如图2所示）。由于这些U形件的弯曲成形的高度H较大，而凸包的边缘尺寸a较小，因此，也使得了弯曲成形的凹模的深度亦较小。我们多知道，如果用较小深度的弯曲成形凹模去弯曲较高的U形件的话，由于U形工件的回弹性大，而且不容易控制，因此，一直是我们进行U形工件弯曲成形工艺中的一个老大难问题。通常情况下，一般的冲压工艺资料中给定的弯曲成形凹模的深度的h与U形工件弯曲高度H的比值h/H必须≥0.2。而当其中的比值<0.2时，那么其U工件的弯曲成形工艺性就比较差，而且其相关的弯曲尺寸精度也很难进行保证。但是如果我们采用如图3所示结构的可控制U形工件回弹特性的弯曲成形模工装，那么就能够能很好地处理和确保其相关U形工件的弯曲尺寸精度。

该模具的关键是将凹模设计成如图4所示的可转动模块。

此模具工装的工作原理如下：当凸模1下行接触到工件时，由于其7#件顶板斜面尚未接到6#件触凹模块的内斜面，因此，工件进行正常得弯曲工序。当1#件凸模继续下运行时，7#件顶板斜面与6#件凹模块的内斜面接触，并迫使6#件凹模块转动，此时，6#件凹模上端的内侧将工件压向1#件凸模侧壁，使工件的弯曲角小于90°，从而有效地克服了工件的回弹特性。

当1#件凸模回程时，7#件顶板上行，其斜面离开6#件凹模块斜面，6#件凹模块在5#件弹簧的作用下，将转回贴紧2#件镶嵌块，冲压弯曲成形的工件被顶出，完成了出料工序。

此弯曲成形模具工装的特点如下，我们可以用很小深度的凹模来进行冲压弯曲较高的U形工件，可以使得其弯曲凹模深度h与弯曲工件的高度的比值h/H可达到0.05。

我们采用这种工艺制作方法，不仅能够使得其弯曲侧面不平整的U形工件（即侧面存在相关的凹凸搭子），而且又能够保证其相关弯曲成形工件较高的弯曲精度。同时，也还能够对一些角度不太大的锐角U形工件（如图5所示）及较小的变角度（即弯曲角度不同）的U形件（如图6所示）进行冲压弯曲成形。当弯曲的U形件是锐角时，其相应的成形凹模块（见图4）的斜角θ，可设计成如下的相关角度：

上式中：α为U形工件的回弹角：

β为U形工件弯曲锐角的补角。

我们对于某些变角度的U形工件的弯曲成形工艺，我们可以调整、修磨2#件镶嵌块，以便使得其相关的弯曲成形的凸、凹模在整个弯曲过程中，由于凸、凹模间隙的差别，造成工件在弯曲线上的回弹大小不一，从而获得所需要的变角度的U形工件产品。

参考文献

[1] 机械工程师手册[M].2版.机械工业出版社，1989.

[2] 杨叔子.机械加工工艺师手册[M].机械工业出版社，2004，2.

[3] 柯明杨.机械制造工艺学[M].北京：航空航天大学出版社，1990.endprint