典型U形件的彎曲成形方法

范鹿明

摘 要：本文主要針對實際生產中碰到的幾種典型的不同類型的U型件的彎曲成形工藝：不等高U形件的彎曲成形工藝、底窄邊低U形件的彎曲成形工藝、側面不平整U形件的彎曲成形工藝等進行了分析，提出了相關的制作工藝和方法。

關鍵詞：U形件 彎曲成形 板材厚度t 彎曲模凹模 彎曲模凸模 彎曲模凹模圓角 彎曲模凸模圓角 彎曲半徑R

中圖分類號：TG302 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0089-02

常熟眾達機械工程有限公司是一家新加坡獨資企業，其投資人是新加坡眾達公司，新加坡眾達公司創立于1961年，是世界著名的鋼鐵工業和建筑業工程材料制造商。2005年，新加坡眾達公司在江蘇常熟沿江經濟開發區建立了獨資工廠—常熟眾達工程機械有限公司。常熟眾達工程機械有限公司位于江蘇常熟經濟開發區沿江工業園出口加工區，生產各種規格和噸位的碼頭港口集裝箱運輸吊具，產品主要銷往亞太、中東和歐美地區。集裝箱吊具（見圖1照片）是碼頭港口機械進行集裝箱裝卸作業的重要搬運設備，此吊具設備的安全性是確保碼頭進行安全作業的重要保障。集裝箱吊具的主要結構由以下幾大部分組成：第一，集裝箱吊具的箱梁結構（吊具的主體結構）；第二，集裝箱吊具的伸縮梁（臂）結構（以便滿足吊運不同尺寸的集裝箱箱柜）；第三，電氣控制和液壓系統動力裝卸；第四，驅動伸縮梁（臂）伸縮的牽引裝置；第五，同集裝箱柜連接的旋鎖機構；第六，其他相關的附屬設施機構。

集裝箱的主體結構是由以鋼板為原材料，通過對鋼板切割、冷彎曲成形、然后采用先進焊接工藝進行組裝而成的鋼結構設備。由于吊具的結構特點，在此吊具產品上，有好多薄壁的結構型零件都是有低合金高強度的薄鋼板進行的沖壓彎曲成形件的U型零件，為了保證這些冷彎曲沖壓成型的U型零件的板材下料時的準確性，及沖壓成型的尺寸精度要求，非常有必要對這些冷彎曲件的相關下料展開尺寸計算，以及沖壓成型的零件精度，進行科學的研究和分析，以便滿足生產的需要，降低生產成本，充分提高材料的合理利用率，沖壓出合格的零件。

我們在進行薄壁件彎曲成形時，經常會碰到U型零件的沖壓成型制造。比如在我們所制造的相關集裝箱吊具上，其中有許多的U型沖壓件具有以下的特點：兩邊的彎曲高度上懸殊有很大差距，比較大，或者彎曲高度上很小，寬度上也很窄，最主要的就是U型彎曲側面呈現的是不平整狀態，以或凹或凸的形式等方面的特點，這種現象的沖壓件我們認為它是彎曲工藝性比較差的U型件，由于這類型的工件，在進行沖壓彎曲時，由于U形件的兩邊受力不均勻，從而使得相關的受彎曲的工件發生滑移，或者由于其工件結構的本身的限制等因素，通常使得這類U形工件的彎曲成形具有一定制作難度。我們通過本文對這些典型類別的U形工件沖壓彎曲成形的研究及分析，在此，介紹幾種已經應用到生產中，且最為有效的沖壓彎曲成形方法。

1 關于兩邊不等高的U形工件的彎曲沖壓成形

對于兩邊高度相差比較懸殊而且短邊的高度又較小（直邊高小于2t，t為板材厚度，以下含義相同）的兩邊不等高U形沖壓工件，在進行沖壓彎曲時，由于此類U形工件的兩邊受力不均勻，工件沖壓成形時，很容易發生滑移的現象，這就給工件彎曲質量得不到保障。在這種情況下，有很多種解決這類現象的方法：第一，就是在工件底面上進行教工藝孔，在與凸模一起將工件夾緊后再進行沖壓彎曲成形；第二，就是利用毛坯工件上原有的孔來進行定位，同時還可以運用大量的頂料力與凸模一起使得工件夾緊之后，進行沖壓彎曲成形。

如果U形工件的彎曲板材長度較短（也就是彎曲件在進行彎曲的彎曲線方向上的尺寸L較小），其下料板材上不能夠或者不允許進行加工定位藝孔時，那么我們就可以采用先增加彎曲成形件的下料毛坯矩形件的矩形邊的長度L尺寸（彎曲線方向上），彎曲成形后，我們再進行切除的方法，或者采取兩邊分別進行彎曲成形的方法進行解決，也就是進行二次彎曲成形。然而，不管運用以上兩種方法的哪一種都會使我們加一道工序和相關的模具工裝，這種情況就促使成本增高，同時無法保證此類工件彎曲成形的質量。在一般情況下，當彎曲的U型工件開口寬度S小時，不能進行二次彎曲成形或者采取長邊（即，留有余量的邊）切斷的方式。因此，在這種情況下，這就使得這類U形件的彎曲成形就變得較為困難。

而事實上，我們在實際的生產過程中，我們可以無需增加彎曲成形工序及相關的模具工裝，我們也可以使的這類U形工件進行彎曲成形，而且同時也能夠很好地保證其彎曲成形的質量。具體我們可采用以下幾種方法進行生產制作。

1.1 我們可以改變彎曲成形的凹模的圓角半徑尺寸

在普通的U形工件中彎曲成型模的凹模圓角半徑一般都是處于相等的狀態，這樣就保證工件在進行彎曲時，工件的兩邊彎曲處就可以存在相同的變形量，也就是確保工件兩彎角處所受的力一致，這樣就可以消除工件在彎曲過程中發生滑移現象。

對于U形工件兩邊在不等的情況下進行彎曲工藝，尤其在進行凹模設計的時候，就使得彎曲工件中的長邊凹模圓角半徑大于短邊的凹模圓角半徑，在這樣的情況下，使得初始階段中，在工件進行彎曲時，其短邊就優先于長邊來進行，這樣處理以后，就可以有效地阻止了工件在彎曲過程中的滑移現象。

1.2 我們可以改變沖壓彎曲成形的凸、凹模之間的間隙

我們可以將不等高的U形彎曲工件，沖壓設計成為彎曲成形的凹凸模間隙；同時長邊的間隙要大于短邊的間隙，這樣就可以使工件彎曲時短邊處存有很大的夾緊力，從而就改變了U形件在不等高時受力的狀況，這樣以后，我們就可以有效的阻止短邊向著長邊出現滑移地現象。

1.3 我們可以改變沖壓彎曲成形的凸模的圓角半徑

當U形件彎曲圓角半徑設計上允許更改時，我們就可適當減小短邊處的內圓角半徑，或放大長邊處的內圓角半徑，這樣以后也就相應改變了彎曲成形的凸模上的圓角半徑。由于彎曲成形的凸模上彎曲短邊的圓角半徑小于彎曲長邊的圓角半徑。這樣處理以后，也就使得了U形工件的短邊處的變形量大于了長邊處的變形量.也就是工件短邊處所受的彎曲力大于了長邊處所受的彎曲力。endprint

2 關于底窄邊低U形工件的彎曲沖壓成形

如圖1所示所例的零件，這是我們吊具傳動部分上用到的上的一個零件，其料厚t=3 mm，最大彎曲總高度僅為10 mm。我們將其相關的斷面設計成了U形結構，目的就是為了增加該零件在使用過程中的剛性，以便使得零件在最省料的情況下，可以達到所需要的結構強度和剛度需求。所以只要求兩邊的彎曲高度一致，而對于此工件的兩彎曲端面的質量（如平整等）無其它特殊要求。鑒于此，我們通常情況是就考慮對工件進行直接彎曲，而不需要象我們通常所采取的先增加彎曲高度，然后再將其多余的地方進行切除的工藝方法。

然而實際情況是，由于此工件的最小彎曲高度只有7 mm，直邊高度僅為4 mm，而且彎曲寬度較小，因此在這種情況下，我們在進行彎曲成形時，如果其相關的彎曲成形的凸、凹模兩邊間隙或凸、凹模彎曲圓角半徑等存在較小的誤差，工件也就極易產生滑移，使得工件彎曲成形后，其兩邊的高度誤差會較大。如果我們先將兩端槽口切出，并利用此兩端的槽口進行使其定位，如果這樣操作，那么顯然，工件彎曲后槽的尺寸精度也會被嚴重破壞掉。

對于這這些類型的底窄邊低，而且底面不能夠或不允許加工藝孔、槽用以彎曲定位的的U形工件，我們可以考慮在工件下料時將其兩端各加一凸出的工藝搭子。

在本個案例中，工件上工藝搭子的位置，正好加在成形工件的槽口處.這樣就很容易便于切除。同時，我們可以在其相關的沖壓彎曲成形模及定位板上加工出其兩相對應的定位槽口，用以進行彎曲工序時進行定位，這樣以后，就可以很方便地有效阻止了U形工件彎曲成形時的滑移現象。從而有力而又準確地保證兩邊彎曲高度的一致性。沖壓彎曲成形后，在對此工件進行沖孔切槽時，將工藝搭子一同切除。

我們采用這種方法，在進行模具設計時，可以使得彎曲凹模上槽的長度應比工件的工藝搭子長一些，這樣，可以不增加工件材料的消耗。具體的方法就是我們采用了少或無廢料的沖裁排樣格式，將以前的落料改為切斷。

我們在實際的產品設計及生產制造中，還會出現另一類型的U形工件，由于根據其不同的用途需要，我們有時會把U形件的側面往往設計成有較大面積的凸包、加強筋等不平整狀（如圖2所示）。由于這些U形件的彎曲成形的高度H較大，而凸包的邊緣尺寸a較小，因此，也使得了彎曲成形的凹模的深度亦較小。我們多知道，如果用較小深度的彎曲成形凹模去彎曲較高的U形件的話，由于U形工件的回彈性大，而且不容易控制，因此，一直是我們進行U形工件彎曲成形工藝中的一個老大難問題。通常情況下，一般的沖壓工藝資料中給定的彎曲成形凹模的深度的h與U形工件彎曲高度H的比值h/H必須≥0.2。而當其中的比值<0.2時，那么其U工件的彎曲成形工藝性就比較差，而且其相關的彎曲尺寸精度也很難進行保證。但是如果我們采用如圖3所示結構的可控制U形工件回彈特性的彎曲成形模工裝，那么就能夠能很好地處理和確保其相關U形工件的彎曲尺寸精度。

該模具的關鍵是將凹模設計成如圖4所示的可轉動模塊。

此模具工裝的工作原理如下：當凸模1下行接觸到工件時，由于其7#件頂板斜面尚未接到6#件觸凹模塊的內斜面，因此，工件進行正常得彎曲工序。當1#件凸模繼續下運行時，7#件頂板斜面與6#件凹模塊的內斜面接觸，并迫使6#件凹模塊轉動，此時，6#件凹模上端的內側將工件壓向1#件凸模側壁，使工件的彎曲角小于90°，從而有效地克服了工件的回彈特性。

當1#件凸模回程時，7#件頂板上行，其斜面離開6#件凹模塊斜面，6#件凹模塊在5#件彈簧的作用下，將轉回貼緊2#件鑲嵌塊，沖壓彎曲成形的工件被頂出，完成了出料工序。

此彎曲成形模具工裝的特點如下，我們可以用很小深度的凹模來進行沖壓彎曲較高的U形工件，可以使得其彎曲凹模深度h與彎曲工件的高度的比值h/H可達到0.05。

我們采用這種工藝制作方法，不僅能夠使得其彎曲側面不平整的U形工件（即側面存在相關的凹凸搭子），而且又能夠保證其相關彎曲成形工件較高的彎曲精度。同時，也還能夠對一些角度不太大的銳角U形工件（如圖5所示）及較小的變角度（即彎曲角度不同）的U形件（如圖6所示）進行沖壓彎曲成形。當彎曲的U形件是銳角時，其相應的成形凹模塊（見圖4）的斜角θ，可設計成如下的相關角度：

上式中：α為U形工件的回彈角：

β為U形工件彎曲銳角的補角。

我們對于某些變角度的U形工件的彎曲成形工藝，我們可以調整、修磨2#件鑲嵌塊，以便使得其相關的彎曲成形的凸、凹模在整個彎曲過程中，由于凸、凹模間隙的差別，造成工件在彎曲線上的回彈大小不一，從而獲得所需要的變角度的U形工件產品。

參考文獻

[1] 機械工程師手冊[M].2版.機械工業出版社，1989.

[2] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].機械工業出版社，2004，2.

[3] 柯明楊.機械制造工藝學[M].北京：航空航天大學出版社，1990.endprint

2 關于底窄邊低U形工件的彎曲沖壓成形

如圖1所示所例的零件，這是我們吊具傳動部分上用到的上的一個零件，其料厚t=3 mm，最大彎曲總高度僅為10 mm。我們將其相關的斷面設計成了U形結構，目的就是為了增加該零件在使用過程中的剛性，以便使得零件在最省料的情況下，可以達到所需要的結構強度和剛度需求。所以只要求兩邊的彎曲高度一致，而對于此工件的兩彎曲端面的質量（如平整等）無其它特殊要求。鑒于此，我們通常情況是就考慮對工件進行直接彎曲，而不需要象我們通常所采取的先增加彎曲高度，然后再將其多余的地方進行切除的工藝方法。

然而實際情況是，由于此工件的最小彎曲高度只有7 mm，直邊高度僅為4 mm，而且彎曲寬度較小，因此在這種情況下，我們在進行彎曲成形時，如果其相關的彎曲成形的凸、凹模兩邊間隙或凸、凹模彎曲圓角半徑等存在較小的誤差，工件也就極易產生滑移，使得工件彎曲成形后，其兩邊的高度誤差會較大。如果我們先將兩端槽口切出，并利用此兩端的槽口進行使其定位，如果這樣操作，那么顯然，工件彎曲后槽的尺寸精度也會被嚴重破壞掉。

對于這這些類型的底窄邊低，而且底面不能夠或不允許加工藝孔、槽用以彎曲定位的的U形工件，我們可以考慮在工件下料時將其兩端各加一凸出的工藝搭子。

在本個案例中，工件上工藝搭子的位置，正好加在成形工件的槽口處.這樣就很容易便于切除。同時，我們可以在其相關的沖壓彎曲成形模及定位板上加工出其兩相對應的定位槽口，用以進行彎曲工序時進行定位，這樣以后，就可以很方便地有效阻止了U形工件彎曲成形時的滑移現象。從而有力而又準確地保證兩邊彎曲高度的一致性。沖壓彎曲成形后，在對此工件進行沖孔切槽時，將工藝搭子一同切除。

我們采用這種方法，在進行模具設計時，可以使得彎曲凹模上槽的長度應比工件的工藝搭子長一些，這樣，可以不增加工件材料的消耗。具體的方法就是我們采用了少或無廢料的沖裁排樣格式，將以前的落料改為切斷。

我們在實際的產品設計及生產制造中，還會出現另一類型的U形工件，由于根據其不同的用途需要，我們有時會把U形件的側面往往設計成有較大面積的凸包、加強筋等不平整狀（如圖2所示）。由于這些U形件的彎曲成形的高度H較大，而凸包的邊緣尺寸a較小，因此，也使得了彎曲成形的凹模的深度亦較小。我們多知道，如果用較小深度的彎曲成形凹模去彎曲較高的U形件的話，由于U形工件的回彈性大，而且不容易控制，因此，一直是我們進行U形工件彎曲成形工藝中的一個老大難問題。通常情況下，一般的沖壓工藝資料中給定的彎曲成形凹模的深度的h與U形工件彎曲高度H的比值h/H必須≥0.2。而當其中的比值<0.2時，那么其U工件的彎曲成形工藝性就比較差，而且其相關的彎曲尺寸精度也很難進行保證。但是如果我們采用如圖3所示結構的可控制U形工件回彈特性的彎曲成形模工裝，那么就能夠能很好地處理和確保其相關U形工件的彎曲尺寸精度。

該模具的關鍵是將凹模設計成如圖4所示的可轉動模塊。

此模具工裝的工作原理如下：當凸模1下行接觸到工件時，由于其7#件頂板斜面尚未接到6#件觸凹模塊的內斜面，因此，工件進行正常得彎曲工序。當1#件凸模繼續下運行時，7#件頂板斜面與6#件凹模塊的內斜面接觸，并迫使6#件凹模塊轉動，此時，6#件凹模上端的內側將工件壓向1#件凸模側壁，使工件的彎曲角小于90°，從而有效地克服了工件的回彈特性。

當1#件凸模回程時，7#件頂板上行，其斜面離開6#件凹模塊斜面，6#件凹模塊在5#件彈簧的作用下，將轉回貼緊2#件鑲嵌塊，沖壓彎曲成形的工件被頂出，完成了出料工序。

此彎曲成形模具工裝的特點如下，我們可以用很小深度的凹模來進行沖壓彎曲較高的U形工件，可以使得其彎曲凹模深度h與彎曲工件的高度的比值h/H可達到0.05。

我們采用這種工藝制作方法，不僅能夠使得其彎曲側面不平整的U形工件（即側面存在相關的凹凸搭子），而且又能夠保證其相關彎曲成形工件較高的彎曲精度。同時，也還能夠對一些角度不太大的銳角U形工件（如圖5所示）及較小的變角度（即彎曲角度不同）的U形件（如圖6所示）進行沖壓彎曲成形。當彎曲的U形件是銳角時，其相應的成形凹模塊（見圖4）的斜角θ，可設計成如下的相關角度：

上式中：α為U形工件的回彈角：

β為U形工件彎曲銳角的補角。

我們對于某些變角度的U形工件的彎曲成形工藝，我們可以調整、修磨2#件鑲嵌塊，以便使得其相關的彎曲成形的凸、凹模在整個彎曲過程中，由于凸、凹模間隙的差別，造成工件在彎曲線上的回彈大小不一，從而獲得所需要的變角度的U形工件產品。

參考文獻

[1] 機械工程師手冊[M].2版.機械工業出版社，1989.

[2] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].機械工業出版社，2004，2.

[3] 柯明楊.機械制造工藝學[M].北京：航空航天大學出版社，1990.endprint

2 關于底窄邊低U形工件的彎曲沖壓成形

如圖1所示所例的零件，這是我們吊具傳動部分上用到的上的一個零件，其料厚t=3 mm，最大彎曲總高度僅為10 mm。我們將其相關的斷面設計成了U形結構，目的就是為了增加該零件在使用過程中的剛性，以便使得零件在最省料的情況下，可以達到所需要的結構強度和剛度需求。所以只要求兩邊的彎曲高度一致，而對于此工件的兩彎曲端面的質量（如平整等）無其它特殊要求。鑒于此，我們通常情況是就考慮對工件進行直接彎曲，而不需要象我們通常所采取的先增加彎曲高度，然后再將其多余的地方進行切除的工藝方法。

然而實際情況是，由于此工件的最小彎曲高度只有7 mm，直邊高度僅為4 mm，而且彎曲寬度較小，因此在這種情況下，我們在進行彎曲成形時，如果其相關的彎曲成形的凸、凹模兩邊間隙或凸、凹模彎曲圓角半徑等存在較小的誤差，工件也就極易產生滑移，使得工件彎曲成形后，其兩邊的高度誤差會較大。如果我們先將兩端槽口切出，并利用此兩端的槽口進行使其定位，如果這樣操作，那么顯然，工件彎曲后槽的尺寸精度也會被嚴重破壞掉。

對于這這些類型的底窄邊低，而且底面不能夠或不允許加工藝孔、槽用以彎曲定位的的U形工件，我們可以考慮在工件下料時將其兩端各加一凸出的工藝搭子。

在本個案例中，工件上工藝搭子的位置，正好加在成形工件的槽口處.這樣就很容易便于切除。同時，我們可以在其相關的沖壓彎曲成形模及定位板上加工出其兩相對應的定位槽口，用以進行彎曲工序時進行定位，這樣以后，就可以很方便地有效阻止了U形工件彎曲成形時的滑移現象。從而有力而又準確地保證兩邊彎曲高度的一致性。沖壓彎曲成形后，在對此工件進行沖孔切槽時，將工藝搭子一同切除。

我們采用這種方法，在進行模具設計時，可以使得彎曲凹模上槽的長度應比工件的工藝搭子長一些，這樣，可以不增加工件材料的消耗。具體的方法就是我們采用了少或無廢料的沖裁排樣格式，將以前的落料改為切斷。

我們在實際的產品設計及生產制造中，還會出現另一類型的U形工件，由于根據其不同的用途需要，我們有時會把U形件的側面往往設計成有較大面積的凸包、加強筋等不平整狀（如圖2所示）。由于這些U形件的彎曲成形的高度H較大，而凸包的邊緣尺寸a較小，因此，也使得了彎曲成形的凹模的深度亦較小。我們多知道，如果用較小深度的彎曲成形凹模去彎曲較高的U形件的話，由于U形工件的回彈性大，而且不容易控制，因此，一直是我們進行U形工件彎曲成形工藝中的一個老大難問題。通常情況下，一般的沖壓工藝資料中給定的彎曲成形凹模的深度的h與U形工件彎曲高度H的比值h/H必須≥0.2。而當其中的比值<0.2時，那么其U工件的彎曲成形工藝性就比較差，而且其相關的彎曲尺寸精度也很難進行保證。但是如果我們采用如圖3所示結構的可控制U形工件回彈特性的彎曲成形模工裝，那么就能夠能很好地處理和確保其相關U形工件的彎曲尺寸精度。

該模具的關鍵是將凹模設計成如圖4所示的可轉動模塊。

此模具工裝的工作原理如下：當凸模1下行接觸到工件時，由于其7#件頂板斜面尚未接到6#件觸凹模塊的內斜面，因此，工件進行正常得彎曲工序。當1#件凸模繼續下運行時，7#件頂板斜面與6#件凹模塊的內斜面接觸，并迫使6#件凹模塊轉動，此時，6#件凹模上端的內側將工件壓向1#件凸模側壁，使工件的彎曲角小于90°，從而有效地克服了工件的回彈特性。

當1#件凸模回程時，7#件頂板上行，其斜面離開6#件凹模塊斜面，6#件凹模塊在5#件彈簧的作用下，將轉回貼緊2#件鑲嵌塊，沖壓彎曲成形的工件被頂出，完成了出料工序。

此彎曲成形模具工裝的特點如下，我們可以用很小深度的凹模來進行沖壓彎曲較高的U形工件，可以使得其彎曲凹模深度h與彎曲工件的高度的比值h/H可達到0.05。

我們采用這種工藝制作方法，不僅能夠使得其彎曲側面不平整的U形工件（即側面存在相關的凹凸搭子），而且又能夠保證其相關彎曲成形工件較高的彎曲精度。同時，也還能夠對一些角度不太大的銳角U形工件（如圖5所示）及較小的變角度（即彎曲角度不同）的U形件（如圖6所示）進行沖壓彎曲成形。當彎曲的U形件是銳角時，其相應的成形凹模塊（見圖4）的斜角θ，可設計成如下的相關角度：

上式中：α為U形工件的回彈角：

β為U形工件彎曲銳角的補角。

我們對于某些變角度的U形工件的彎曲成形工藝，我們可以調整、修磨2#件鑲嵌塊，以便使得其相關的彎曲成形的凸、凹模在整個彎曲過程中，由于凸、凹模間隙的差別，造成工件在彎曲線上的回彈大小不一，從而獲得所需要的變角度的U形工件產品。

參考文獻

[1] 機械工程師手冊[M].2版.機械工業出版社，1989.

[2] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].機械工業出版社，2004，2.

[3] 柯明楊.機械制造工藝學[M].北京：航空航天大學出版社，1990.endprint