提高折彎件角度精度的分析研究

馬久華

摘要：折彎是板料成型中一種常用的工藝方法，在折彎件成型過程中，折彎設(shè)備、板材性能、操作過程都對(duì)折彎件的精度產(chǎn)生影響。通過對(duì)六種常見折形進(jìn)行不同材質(zhì)、厚度的折彎實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)，從中分析影響折彎件角度精度的因素，提出相應(yīng)措施以控制折彎誤差，提高折彎零件的角度精度。

關(guān)鍵詞：折彎 影響因素 角度精度 控制

1.前言

一臺(tái)常規(guī)自卸車型中，折彎工件的數(shù)量占自制件總數(shù)量的49%左右，而折彎工件作業(yè)指導(dǎo)書中對(duì)于90°的折彎件要求制作角度為89°～90°，對(duì)于側(cè)板橫梁、豎梁和底板橫梁這樣的小件，1°的誤差會(huì)導(dǎo)致橫向偏移量為1-2 mm（如圖1）。這種偏移會(huì)造成焊縫增大、浪費(fèi)焊材，并且會(huì)降低焊接強(qiáng)度，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因工件未能達(dá)到既定的角度，焊接機(jī)器人無法尋位，這將成為推行自動(dòng)化焊接的阻礙。對(duì)于有些工件，角度誤差會(huì)給后續(xù)的裝配工作帶來很大麻煩，嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。因此，提高折彎件角度精度，對(duì)提高產(chǎn)品外觀、質(zhì)量、生產(chǎn)效率及推動(dòng)自動(dòng)化作業(yè)都具有十分重要的意義。

2.折彎實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

對(duì)于常溫下的折彎件（如圖2），板料產(chǎn)生的總變形是由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當(dāng)外力去除之后，彈性變形會(huì)完全消失，而塑性變形會(huì)保留下來。彈性變形的消失導(dǎo)致工件的折彎角度與上模壓緊時(shí)不一致，這種現(xiàn)象稱為折彎件的回彈。

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備分別為QCl2Y-16×2500液壓擺式剪板機(jī)；WEH-160/3100液壓板料折彎?rùn)C(jī)（上模尖端角度為78°，圓角半徑R=2 mm；下模角度為76°，圓角內(nèi)外半徑分別為R=3 mm、5mln）；WEH-250/3100液壓板料折彎?rùn)C(jī)（上模尖端角度為88°，圓角半徑R=2mm；下模角度為76°，圓角內(nèi)外半徑分別為R=5mm、8 mm）。后兩種折彎?rùn)C(jī)能滿足不同規(guī)格、厚度和材質(zhì)的板材的折彎需求。

2.1.2試樣剪板、折彎及數(shù)據(jù)記錄

表1為通過對(duì)Q345B和T700兩種材質(zhì)、不同厚度的板材（寬×長(zhǎng)×厚）試樣進(jìn)行剪板折彎后的六種折形折彎角度的數(shù)據(jù)記錄。其中，a為某一厚度的板材所能折出的最小折邊（不同厚度板材的最小折邊各不相同），80 mm為Q345B和T700兩種材質(zhì)折彎件槽寬100 mm時(shí)所能折出的最大高度。將試樣剪板折形成六種典型形狀，在折彎完成時(shí)立即固定折彎?rùn)C(jī)上模，測(cè)量折彎角度，然后取出工件，在同一位置再次測(cè)量上模離開后的折彎角度，所得差值即為回彈角度a。

2.2折彎數(shù)據(jù)曲線圖

因折形一和折形二折彎兩次，考慮折彎次數(shù)對(duì)折彎件回彈角度的影響，首先分析后四種折彎一次的折形板材厚度對(duì)回彈角度的影響（如圖3、圖4）。

3.實(shí)驗(yàn)分析

3.1實(shí)驗(yàn)理論分析

從圖3和圖4可以看出，無論哪一種折形、材質(zhì)，回彈角度的大小都不隨板材厚度線性變化。

因?qū)嶒?yàn)所用鋼板屬于屈服現(xiàn)象明顯的材料，在折彎的整個(gè)過程中，隨著壓力的增加，其變化過程可以近似地由圖5應(yīng)力.應(yīng)變曲線的o-k表示。其中，Oa段表示彈性變形階段，aa'段表示滯彈性階段（不能完全回到原來位置），db段表示微塑性變形階段，bc段表示屈服階段（c點(diǎn)為屈服點(diǎn)），cd段表示塑性硬化階段（d點(diǎn)為發(fā)生形變點(diǎn)，a為材料能承受的最高應(yīng)力）。

若在豇點(diǎn)卸除外力，則沿直線kO，回到o1，ko1∥Oa，o1o2代表消失了的彈性變形，oo1表示不再消失的塑性變形，材料的屈服強(qiáng)度越大，o1o2對(duì)應(yīng)的值也會(huì)越大，消失了的彈性變形即是產(chǎn)生回彈的原因。由此可見，材料的屈服強(qiáng)度是影響折彎件回彈角度的主要因素，屈服強(qiáng)度越大，回彈角度越大。

3.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

將圖3和圖4兩種材質(zhì)進(jìn)行對(duì)比可知，在其他條件完全一致時(shí)，除折形五部分?jǐn)?shù)據(jù)存在出入外，T700高強(qiáng)板的回彈角度大于Q345B錳板的回彈角度，與理論分析結(jié)果一致；當(dāng)板材厚度同等增加時(shí)，回彈角度為減小趨勢(shì)，且T700高強(qiáng)板這一趨勢(shì)比較明顯。而對(duì)于同一種材質(zhì)，隨著板材厚度的增加，其屈服強(qiáng)度減小。

在圖3和圖4中，在其他條件完全一致時(shí)，對(duì)折形三和折形五、折形四和折形六曲線分別進(jìn)行比較，可知折彎角度增加，回彈角度增加；對(duì)折形三和折形四、折形五和折形六曲線分別進(jìn)行比較，則彎角兩邊尺寸相差明顯，回彈角度減小。同樣，在其他條件完全一致時(shí)，將表1中的折形一、折形二前后兩次折彎數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到折彎次數(shù)增加，回彈角度減小。

3.3影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)因素分析

3.3.1板材使用面及方向的影響因素

板材厚度均為8 mm的T700高強(qiáng)板，板材折彎面不同，折彎件的外觀差異明顯如圖6。首先，板材剪切的斷面明顯地分成四個(gè)特征區(qū)，即圓角帶、光亮帶、斷裂帶與毛刺區(qū)，圓角帶和光亮帶的性能優(yōu)于斷裂帶，兩個(gè)工件折彎時(shí)光亮帶朝向不同。當(dāng)光亮帶朝上時(shí)，折彎件外側(cè)斷裂，回彈角度減小，但影響工件外觀及強(qiáng)度，光亮帶朝下時(shí)，回彈角度增加，折彎件外觀平滑。其次，鋼板軋制過程中，通?？v向變形較大，橫向變形較小，鋼板內(nèi)組織結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的方向受到橫縱向變形差異的影響，導(dǎo)致橫縱向性能存在差異，縱向性能更好。如果折彎線與材料的軋制方向相同如圖7，材料的端部與中央部位的板厚及抗張力不均，影響折彎件的角度精度及外觀。

3.3.2板材切割方式的影響因素

折彎時(shí)，變形區(qū)各單元段之間相互約束，縱向變形受到阻礙。在內(nèi)層產(chǎn)生縱向壓應(yīng)力，外層是縱向拉應(yīng)力，這兩個(gè)拉壓相反的應(yīng)力形成縱向力矩。它是板料在折彎?rùn)C(jī)上折彎時(shí)，為了保持折彎件縱向與模具對(duì)應(yīng)的縱向線一致所需的力矩。當(dāng)折彎力撤除后，縱向力矩消失，變形區(qū)各金屬層隨即回彈，在縱向形成與縱向力矩相反方向的彎曲，即撓曲。實(shí)驗(yàn)所用板件由剪板機(jī)剪切而成，撓曲方向如圖8（a）所示。在實(shí)際生產(chǎn)中，異形折彎件的板件是由數(shù)控等離子切割得到的，數(shù)控等離子切割會(huì)導(dǎo)致工件溫度分布不均勻，折彎時(shí)撓曲變形量較大，且與剪切后折彎的工件撓曲方向不一致。

3.3.3滑塊及工作臺(tái)撓曲變形的影響因素

折彎?rùn)C(jī)的滑塊及工作臺(tái)彈性變形導(dǎo)致的壓力不均勻分布，會(huì)造成滑塊及工作臺(tái)撓曲變形。分析折彎?rùn)C(jī)工作臺(tái)受力情況，得其上表面的變形曲線為：

從該函數(shù)可以看出，工作臺(tái)上表面變形曲線是一條四次曲線，這樣的撓曲變形就是引起工作臺(tái)壓力分布不均勻的原因。折彎?rùn)C(jī)由于兩個(gè)工作缸在滑塊兩端加壓，而折彎工件的變形合力偏于中間，因此，滑塊和工作臺(tái)連同上下模一起發(fā)生撓曲變形（如圖9），使得板料沿模具刃口長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)受力不均，且因?yàn)閷?shí)驗(yàn)需要測(cè)量上模離開前的折彎角度，只能將板材放在折彎?rùn)C(jī)的兩側(cè)進(jìn)行折彎，板件受力不均勻現(xiàn)象明顯，影響折彎件角度精度。

3.3.4折彎模具的影響因素

折彎設(shè)備使用要求規(guī)定，折彎下模槽口寬度選擇，一般應(yīng)為板厚的8～10倍寬。槽寬小于該范圍，會(huì)導(dǎo)致折彎件出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時(shí)可損壞折彎設(shè)備；槽寬大于該范圍，拉伸面積變大導(dǎo)致折彎工件的圓角半徑較大，回彈角度增加；選擇較大圓角半徑的上?；蛏夏Ｄp導(dǎo)致圓角半徑增大，會(huì)使彎曲變形區(qū)變大，其中彈性成分也隨之增大，卸載后回彈角度增加；模具發(fā)生變形導(dǎo)致刃部的直線度不均勻，造成各部分角度不一致。

3.3.5其他影響因素

a.材料表面質(zhì)量差異導(dǎo)致材料表面的凸起影響折彎件的角度精度。

b.從產(chǎn)品質(zhì)量證明書得知，相同材質(zhì)、厚度的板材，熔煉過程中化學(xué)成分并不完全一致，導(dǎo)致板材熔煉過程中化學(xué)成分差異引起屈服強(qiáng)度的差別，因此，對(duì)于材質(zhì)、厚度、折彎形狀及尺寸完全一致的折彎件，回彈角度并不完全一樣。

c.在折彎過程中，隨著設(shè)備工作時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)床溫度會(huì)明顯變化，機(jī)床溫度的變化會(huì)引起折彎角度的偏差。

d.在板材長(zhǎng)度方向上，由于化學(xué)成分、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和幾何形狀的變化，實(shí)際需要的折彎壓力并不完全一致，而液壓板料折彎?rùn)C(jī)不能自動(dòng)調(diào)整壓力并且通過壓力變化自動(dòng)調(diào)整下死點(diǎn)位置，因此折彎件長(zhǎng)度方向精度不一致。

e.由表1折彎角度數(shù)據(jù)可以看出，折彎工件的角度與實(shí)驗(yàn)要求有一定偏差，而實(shí)際生產(chǎn)中制作出的折彎工件與圖紙尺寸相差很小，說明操作者經(jīng)驗(yàn)也存有差異，即操作者調(diào)節(jié)折彎?rùn)C(jī)壓力是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，因折彎回彈角度難以把控，所得折彎件的角度精度具有隨機(jī)性。

4.結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)分析，總結(jié)出影響折彎件角度精度的因素有板件的材質(zhì)、厚度、折彎角度、折彎次數(shù)、力學(xué)性能、板材使用方向、板材的切斷方法、設(shè)備使用及上下模選擇情況、操作者經(jīng)驗(yàn)等，在日常操作中，對(duì)折彎件的角度可根據(jù)以下幾點(diǎn)進(jìn)行控制。

a.在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，且滿足結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、外觀要求的前提下，采用能減少折彎回彈角度的方案，如選用屈服強(qiáng)度較小的材料、減小折彎角度、加大彎角兩邊尺寸差等。

b.控制板材的切斷方法，首選剪板機(jī)剪切，當(dāng)剪板機(jī)無法實(shí)現(xiàn)時(shí)再選擇數(shù)控仿形切割。

c.剪板或仿形排料時(shí)，加強(qiáng)對(duì)板材使用方向的把控，保證折彎時(shí)折彎線方向與軋制方向垂直或成45～。

d.折彎之前，可對(duì)每塊板剪下的廢料進(jìn)行試折，以便對(duì)折彎壓力經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，避免因化學(xué)成分變化導(dǎo)致的屈服強(qiáng)度變化影響折彎件的角度精度。

e.根據(jù)板材厚度選擇合適的下模槽寬和上模圓角半徑進(jìn)行折彎。

f.折彎時(shí)，將斷面的光亮帶朝下，調(diào)節(jié)好壓力，一次折彎成型，避免因二次折彎影響折彎件的角度精度。

g.選擇自動(dòng)化的折彎設(shè)備，要求設(shè)備具有自動(dòng)計(jì)算折彎壓力、全長(zhǎng)自動(dòng)壓力控制、溫度補(bǔ)償、撓度補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>