弯管模具设计分析
摘 要：管材的冷弯成型，应用范围越来越广泛，而相应的弯管质量也要求越来越高，为保证弯管质量，必须设计合理的弯管模具，文章论述了弯管过程中的模具设计及相应的工艺参数。
关键词：弯管；模具结构；轮模；夹模；导模；防皱板
金属管材的弯曲在现代工业领域应用十分广泛，主要用于汽车、机械、环保、化工、民用等行业。笔者从事汽车零部件的制造行业多年，主要研究发动机上的EGR及排气管方面的零件产品制造，多为不锈钢焊管（如AISI 304）的弯管、成型产品。文章根据实际工作经验，分析弯管模具设计的几个要点。
1 模具结构及动作概述
如图1所示，为一套弯管模具的标准结构，主要有轮模、夹模、导模、芯棒、防皱板等五部分组成，工作时其动作过程为：芯棒进芯，夹模夹紧管材随轮模一起转动，导模压紧管材随着管材的弯曲而跟随，而防皱板固定不动，当弯管角度达到设定角度后，芯棒退出，导模、夹模松开、复位，完成整个动作，文章将围绕这五个部件的设计进行论述。
2 模具设计
2.1 轮模
轮模是整个弯管模具设计的核心，设计时一般先从它开始。产品管材外径D，壁厚δ，弯曲半径R（设计三要素）确定后，在设计轮模弯曲半径时必须考虑管材的反弹，从而确定模具的弯曲半径R’：
目前，Rx=1为行业技术的最高水平，由于成本高、难度大，一般设计均不考虑。
轮模型腔直径按管材外径D设计，管材壁厚、外径决定了管材的强度，直接影响夹模的夹持长度，轮模夹持长度与夹模配合，在后面的夹模设计将进行论述。
轮模由于频繁受夹模的夹紧冲击及管材的弯曲力，因此要求整体韧性好，有良好的抗冲击能力，且型腔表面耐磨，目前一般采用调质+氮化的热处理工艺，型腔表面硬度可达HRC55～HRC60。
2.2 夹模
夹模设计的主要尺寸为长度尺寸，它主要取决于产品两个弯曲之间的直段长度，夹模长尺寸过小，不能夹紧管材，弯管时管材易打滑，操作外观，弯曲部分
出坑，不满足产品要求。反之，尺寸过大，容易将前一个弯夹扁、变形，这在工艺上是不充许的。因此，长尺寸要选择合适。通常按（2～3）D设计，如果产品直段长度<（2～3）D，可考虑使用仿形模具结构设计，增加夹持稳定性。对于只有一个弯曲的产品可考虑在夹紧时增加支撑手柄，提高夹持稳定性。
目 录
第1章 绪论 .................................................................. 3
1.1 现代模具的地位及其重要性 ................................................ 3
1.2 本次模具设计的重点和难点 ................................................ 3
第2章 冲压件形状和工艺方案分析 .............................................. 4
2．1 工艺性分析 ............................................................. 5
2.2 技术、经济综合分析比较和工艺方案的选择 .................................. 6
2.2.1 技术、经济综合分析 ................................................. 6
2.2.2 模具结构型式的合理性分析 ........................................... 7
2.2.3 工艺方案的确定 ..................................................... 7
第3章 落料冲孔复合模的设计 .................................................. 8
3.1 复合模总体结构的初步设计 ................................................ 8
3.2 零件的工艺计算 .......................................................... 9
第一章概述
冲压：室温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，
使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的压力加工方法。
冲压生产的三要素先进的模具，高效的冲压设备，合理的冲压工艺
冲压工序的分类 ：
根据材料的变形特点分为：分离工序、成形工序
分离工序：冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限σb，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有剪裁和冲裁等。
成形工序：冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口和旋压等。
冲压模具
1.冲模的分类
（1）根据工艺性质分类：
冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等。
（2）根据工序组合程度分类：
单工序模、复合模、级进模
复合模：在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道以上冲
压工序的模具。
级进模：在压机的一次行程内，在连续模具的不同工位上完成多道冲 压共序的模具。
2.冲模组成零件
冲模通常由上、下模两部分构成。组成模具的零件主要有两类：
①工艺零件：直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括： 工作零件、定位零件、卸料与压料零件
②结构零件：不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括：导向零件、紧固零件、标准件及其它零件等.
第二 冲裁工艺与冲裁模设计
学习目的与要求：
1．了解冲裁变形规律、冲裁件质量及影响因素；
2．掌握冲裁模间隙确定、刃口尺寸计算、排样设计、冲裁力计算等设计计算方法。
3．掌握冲裁工艺性分析与工艺设计方法；
4．认识冲裁模典型结构（尤其是级进模和复合模）及特点，了解模具标准，掌握模具零部件设计及模具标准应用方法；
5．掌握冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。
第一章 冲压变形的基本原理
一 . 填空题
1、 塑性变形的物体体积保持 ，其表达式可写成 。
2、 冲压工艺中采用加热成形方法，以增加材料 能达到变形程度的要求。
3、 压应力的数目及数值愈 ，拉应力数目及数值愈 ，金属的塑性 。
4、 在材料的应力状态中，压应力的成分 ，拉应力的成分 ，愈有利于材料塑性的发挥。
5、 一般常用的金属材料在冷塑性变形时，随变形程度的增加，所有强度指标均 ，硬度也 ，塑性指标 ，这种现象称为加工硬化。
6、 硬化指数 n 值大，硬化效应就大，这对于 变形来说就是有利的。
7、 当作用于坯料变形区的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是 ，故称这种变形为 变形。
8、 材料对各种冲压加工方法的适应能力称为材料的 。
9、 材料的冲压性能好，就是说其便于冲压加工，一次冲压工序的 和
大，生产率高，容易得到高质量的冲压件，模具寿命长等。
二、判断题（正确的打√，错误的打×）
1、 变形抗力小的软金属，其塑性一定好。 （ ）
2、 物体的塑性仅仅取决于物体的种类，与变形方式和变形条件无关。 （ ）
3、 物体某个方向上为正应力时，该方向的应变一定是正应变。 （ ）
4、 材料的塑性是物质一种不变的性质。 （ ）
5、 当坯料受三向拉应力作用，而且 时，在最大拉应力 方向上的变形一定是伸长变形，在最小拉应力方向上的变形一定是压缩变形。 （ ）
三、问答题
1、 影响金属塑性和变形抗力的因素有哪些？ 影响金属塑性的因素有如下几个方面：
2、 请说明屈服条件的含义，并写出其条件公式。
3、 什么是材料的机械性能？材料的机械性能主要有哪些？
4、 什么是板厚方向性系数？它对冲压工艺有何影响？
