鵝頸形折彎上模的設計與實戰應用

大連小松雄連機械制造有限公司生產技術部部長 高健春

鵝頸形折彎上模的設計與實戰應用

大連小松雄連機械制造有限公司生產技術部部長 高健春

以折彎一種帶折回的鈑金件為例，詳細介紹鵝頸形折彎模具的設計過程，闡述模具關鍵尺寸的確定依據，對模具可耐受壓力做定量計算以驗證設計結果能否滿足生產要求，最后輔以有限元分析結果以便于了解模具內部應力分布情況。

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帶折回且斷面形狀窄而深的鈑金件折彎一般都要用到鵝頸形折彎模具，在無標準折彎模具可用的情況下就需設計制作專用折彎模具，以我公司加工過的一種產品為例與大家分享一下鵝頸形折彎上模的設計方法。

標準折彎模具遇到問題

折彎現場工裝如圖1所示，被折彎件斷面如圖2所示，板厚t=6mm，材質為Q345B。使用折彎設備為Amada FBD1253折彎機，該折彎機最大開口尺寸為300mm（含中間板），最大行程150mm，開口結構如圖3所示。

基于產品要求，上模折彎內角為R10mm，對應下模選用槽寬為50mm的V形槽下模。但上模如果用Amada標準圓滾子上模折彎，則在折彎第2工步時會與上夾板發生干涉，無法完成折彎，如圖4所示。

為避免折彎干涉，設計制作了專用鵝頸形折彎上模（見圖5），使用該上模就可以順暢地完成折彎，且標準模具無法折彎的一些其他產品也可使用該模具折彎，如圖6所示。

圖1 折彎現場工裝

模具關鍵尺寸的確定

上模各尺寸確定，需要與產品形狀、折彎下模及折彎設備的結構特性相結合。圖7為所設計折彎上模斷面尺寸，圖上標注出了15個較為重要的尺寸，附表列出了各個尺寸的設計依據。

圖2 被折彎件斷面

圖3 Amada FBD1253折彎機行程示意

圖4 使用標準模具會發生折彎干涉

圖5 使用專用鵝頸形上模折彎無干涉

數值計算與驗證

求出折彎所需最小折彎壓力，再計算出折彎上模可承受最低壓力，只有后者大于前者，才可以判定該模具能夠滿足使用要求。

（1）最小折彎壓力計算 圖4折彎屬于3點懸空折彎，折彎壓力可按下式計算

式中 P——折彎壓力（kN）；

C——補償系數（1.2～1.8）；

L——折彎長度（mm）；

t——板厚（mm）；

σb——被折彎板材的抗拉強度（MPa）；

W——下模V形槽寬（mm）。

此例中，補償系數C取1.5，折彎長度L以1000mm計算，板厚t=6mm，板材為Q345B，抗拉強度為510～600MPa，下模V形槽寬50mm，則所需最小折彎壓力為

（2）折彎上模可承受最低壓力計算 典型鵝頸形折彎上模斷面如圖8所示，掌握了其受力分析方法就可以指導其他形狀模具的設計。鵝頸形折彎上模可承受最低壓力的計算方法如下。

式中 P——折彎上模可保證的耐壓（kN）；

P1——P的分解應力（kN）；

σa——折彎上模允許應力（MPa），σa= σsk；

σs——折彎上模材料的屈服強度（MPa）；

K——安全系數，取1/3～1/2；

L——折彎上模長度（mm）；

H——鵝頸等效厚度（mm）；

A——鵝頸等效長度（mm）。

將折彎的垂直壓力P分解為兩個方向大小相等的分力P1和P2，求得P1就可以得到P值。

回到本例，圖9是本例折彎上模耐壓計算用圖，因其形狀與圖7典型示例不完全相同，所以需要做一下變換，找出等效厚度與長度以便于計算。

找出鵝頸等效厚度H，具體做法是從內側鵝頸起始點（圓弧與直線相切點）向右下方引45°斜線交于鵝頸另一端，其長度即為鵝頸等效厚度H；之后以此交點為始點向模具中心線方向做一條與鵝頸等效厚度線垂直的直線，交于模具中心線，其長度即為鵝頸等效長度A。模具材料選42CrMo，淬火硬度47HRC，對應屈服強度σs=930MPa，安全系數k取1/3，L=1000mm。從圖上測得H=27.2mm，A=50.7mm，則該折彎上模可保證耐壓為

通過計算，該折彎上模可保證耐壓大于產品的最小折彎壓力，可放心使用。

圖6 折彎的干涉確認

圖7 專用鵝頸形上模關鍵尺寸

圖8 典型的鵝頸形折彎上模

圖9 本例折彎上模耐壓計算用圖

圖10 等效應力分布

有限元分析結果

圖10為該模具等效應力分布，可以看到模具中間部分存在受力較小的中性面，左右兩側基本成對稱分布，但在最內側受壓應力最大，當折彎壓力取64.8×104kN時，模具所受最大壓應力為155MPa，仍小于模具自身屈服強度930MPa。等效應力分布可輔助我們找到模具最大受力點，為合理設計提供佐證。