鈑金折彎質量控制

■ 中車永濟電機公司 （山西永濟 044502） 楊旭紅 馮 偉 田浩辰

鈑金加工廣泛應用于航空航天、汽車電子、鐵路機車和工程機械等各領域。鈑金折彎是大多數(shù)零部件成形的一道關鍵工序，折彎質量的好壞直接影響產(chǎn)品的最終形狀與性能。

影響鈑金折彎精度的因素有多種，如配件展開尺寸的準確性、模具選用及折彎順序的合理性等，因此對鈑金折彎精度的研究必須從這些因素逐一分析，研究如何控制折彎質量，才能達到折彎質量的全面提升。

1. 鈑金展開尺寸計算

（1）配件彎曲半徑設計 材料彎曲時，其圓角區(qū)外層受到拉伸，內(nèi)層受到壓縮。當材料厚度一定時，折彎內(nèi)圓角越小，材料的拉伸和壓縮比就越大，當外層圓角的拉伸應力超過材料的極限強度時，就會產(chǎn)生裂紋或折斷，因此，折彎件的結構設計應避免過小的彎曲圓角半徑。

彎曲件的最小彎曲圓角半徑與材料的力學性能、表面質量、硬化程度及纖維方向等因素有關。最小彎曲圓角半徑只有在產(chǎn)品設計需要時才采用，一般情況下采用彎曲內(nèi)圓角等于或略小于板料厚度。

（2）折彎系數(shù)計算 產(chǎn)品要保證準確的折彎尺寸，確定板料的展開長度是首要因素。由于折彎時板料外層受到拉伸變長，內(nèi)層受到壓縮變短，只有中性層的長度不變，在理論上中性層的長度就等于料長。而實際上同樣厚度的板料，由于材質和硬度的不同，在折彎時硬度大的材料拉伸變形較小，中性層就靠外；硬度小的材料拉伸變形大，中性層就靠內(nèi)，所以在計算展開料長時就需要折彎系數(shù)來補正。

除了板料材質以外，板料的厚度、折彎的角度以及模具形狀等都對折彎系數(shù)有影響。由于受到上述多種因素的影響，折彎系數(shù)的計算比較困難。目前主要采用PRO/E等三維軟件計算板料的折彎因子，其與折彎系數(shù)相一致。

下面詳細介紹如何利用PRO/E三維軟件計算板料的折彎因子。各參數(shù)如圖1所示。

圖1 板料折彎系數(shù)計算各相關參數(shù)示意

中性層系數(shù)K＝δ/T，Y＝K×(π/2)，折彎區(qū)長度L＝（πR＋2YT）θ/180，經(jīng)驗系數(shù)a＝L－2T。K＝｛a－2T＋2（R＋T）tan〔(180－θ)×π/360〕｝×180/〔（180－θ）πT〕－R/T。當θ＝90°時，K＝（2R＋a）×180/（πTθ）－R/T。展開長度L＝L1＋L2＋π（R＋KT）（180－θ）/180－2（T＋R）tan〔（180－θ）π/360〕。其中L1、L2為配件折彎尺寸，R為配件彎曲內(nèi)圓半徑，T為板材厚度。

2. 彎曲件孔邊距離

預先加工好孔的毛坯料，在彎曲時如果孔位于彎曲變形區(qū)內(nèi)，那么孔的形狀在折彎后會拉伸變形，同時也會影響折彎后配件尺寸。為了避免孔位分布在折彎變形區(qū)內(nèi)，一般應保證孔邊距離b（折彎后外邊至孔邊的最近距離）≥3倍板厚。對于平行于彎曲線的橢圓形孔，為保證折彎精度和防止孔位變形，孔邊距離一般應≥4倍板厚。

如果孔位必須分布在變形區(qū)內(nèi)，則為了保證精度，一般采用先加工小孔，待折彎后再擴孔的方法達到要求，也可在折彎位置沖工藝孔或缺口來轉移變形區(qū)。

3. 彎曲件直邊高度

對于90°彎曲，為便于成形，工件直角邊高度h≥2t（t為板厚）。如果設計需要彎曲件的直邊高度h＜2t，則首先要加大彎邊高度，待彎曲成形后再加工到所需要的尺寸；或者在彎曲變形區(qū)內(nèi)加工淺槽后再折彎。

對彎曲側邊帶有斜角的彎曲件，即彎曲變形區(qū)域在斜線上時，由于斜線末端直線高度低，彎曲后工件會發(fā)生變形，因此彎曲側邊的最小高度應滿足h＞2t，否則應增加彎曲件直邊高度或改變零件結構。

4. 彎曲件的彎曲方向

確定彎曲方向時，應盡量使毛坯的沖裁斷裂帶處于彎曲件的內(nèi)側，避免斷裂帶內(nèi)的微裂紋在外側拉應力的作用下擴展成裂口。如果受零件結構限制，必須正反面兩個方向折彎時，則應盡量加大彎曲半徑或采用其他工藝措施。

板料的各向異性對彎曲變形也有一定影響，特別是對塑性較差的材料，在許可情況下，應盡量使工件的彎曲線與板料纖維方向垂直，否則當彎曲線與纖維方向平行時，彎曲件外側易形成裂紋。如果必須多方向彎曲時，則應使彎曲線與纖維方向成一定角度。

5. 彎曲件的回彈

彎曲件的回彈是指板料的塑性變形使彎曲件離開模具后，發(fā)生形狀與尺寸改變的現(xiàn)象?；貜椀某潭韧ǔＳ脧澢蠊ぜ膶嶋H彎曲角與模具彎曲角的差值即回彈角的大小來表示。

影響回彈的因素包括材料的力學性能、相對彎曲半徑、工件形狀、模具間隙及彎曲時的壓力等。由于影響回彈的因素較多，理論分析計算復雜，一般來講，折彎件的內(nèi)圓角半徑與板厚之比越大，回彈就越大。彎曲件的回彈，目前主要是通過模具生產(chǎn)廠家設計模具時，采取一定的措施來減小回彈，比如下模預留回彈角，采用88°或86°的V形角度等，或折彎時增加校正壓力來解決。

6. 鈑金折彎模具上模的選擇

（1）上模類型的選擇 選用何種上模是由工件的形狀決定的，因為折彎過程模具與工件之間不得干涉，例如在U形折彎時，應根據(jù)三邊尺寸比例選擇合適的上模。通常情況如果底邊尺寸大于或等于另外兩條直角邊，可選框用上模；若底邊小于其他兩邊，應選用鵝頸上模。為防止折彎時零件與模具干涉，造成零件變形或報廢，可利用AMADA折彎機床顯示屏對此配件進行模擬折彎，以檢測模具是否適合該配件折彎成形。

（2）上模圓角半徑R的選擇 工件的外圓角半徑主要由下模的V形槽寬度決定，而上模的圓角半徑R也有一定的影響。上模的圓角半徑R一般取與板厚相同或略小一些，在折硬鋁等塑性較差的零件時，為防止斷裂或產(chǎn)生裂紋，應選擇圓角半徑和V形槽尺寸較大的上下模，同時在配件折彎線兩端設計止裂槽。

（3）上模尖端角度的選擇 除了90°上模外，在折回彈量大的SUS不銹鋼板、鋁板或中厚板時，按照材料回彈的大小可選擇86°、88°上模，同時應選擇相同角度的下模與其相配。

7. 鈑金折彎模具下模的選擇

（1）下模V形槽寬度的選擇 V形槽寬度的選擇主要是根據(jù)板厚，V形槽寬度越大，所需折彎壓力越小，一般情況下，較薄板料常取V＝6t，其中V為下模V形槽寬度；t為板厚。普通下模V形槽寬度與板厚的選定見表1。

表1 普通下模V形槽寬度與板厚的選定

另外，還要考慮零件折彎尺寸。當尺寸較小時，若下模V形槽寬度較大，折彎時板料頂端無法與V形槽兩肩同時接觸受力，會滑入V形槽中，導致無法成形。

（2）下模形狀的選擇 下模一般分為單槽下模和雙槽下模。單槽下模使用靈活方便，雙槽下模穩(wěn)定性較好，應根據(jù)實際情況來決定適用的下模。另外還有一些特殊形狀的下模，例如段差模、壓邊拍平模以及折圓弧的彈性橡膠下模等。

（3）下模的V形槽角度V形槽按照角度分為直角下模和銳角下模，銳角下模常用的角度是30°和45°，直角下模常用的角度有88°和90°，標準下模角度為88°，其選擇是根據(jù)材料的性質以及回彈量來確定的。當材料抗拉強度較大以及回彈量較大時，例如不銹鋼或者較薄的板料，應選用88°下模；普通低碳鋼和銅等較軟的材料可選用90°下模。

影響回彈的因素分析如下。

1）與材料性質有關。在模具相同和材料厚度相同的條件下，回彈量大小比較為：SUS＞Al＞SPCC。

2）在模具相同和材料相同條件下，薄板回彈量＞厚板回彈量。

3）相同材質折彎內(nèi)圓弧半徑R較大者，回彈量大。

4）折彎壓力越大，回彈量越小。

8. 關于偏置折彎

在可行的情況下，工件應盡可能在機器中軸線對稱放置進行折彎，這樣操作比工件偏置折彎精度更高，而且可以避免由于偏載對機器的不利影響，如果確須偏置折彎，建議折彎噸位不超過總噸位的30%。

9. 折彎常見問題及解決措施

（1）折彎尺寸不符合圖樣要求 原因分析及解決措施見表2。

表2 折彎尺寸不符合圖樣要求的原因分析及解決措施

（2）折彎角度過大或過小 原因分析及解決措施見表3。

表3 折彎角度過大或過小的原因分析及解決措施

（3）折彎角度不一致 原因分析及解決措施見表4。

表4 折彎角度不一致的原因分析及解決措施

（4）折彎尺寸不一致 原因分析及解決措施見表5。

表5 折彎尺寸不一致的原因分析及解決措施

（5）零件加工中發(fā)生干涉，折彎成形不能全部完成 原因分析及解決措施見表6。

表6 零件加工中發(fā)生干涉的原因分析及解決措施

（6）板料彎角處有裂紋 原因分析及解決措施見表7。

表7 板料彎角處有裂紋的原因分析及解決措施

10. 結語

本文主要從折彎工藝的角度對鈑金折彎過程及相關工藝參數(shù)進行了分析，著重對板料折彎過程中如何計算展開尺寸和折彎補償值，如何合理選擇模具、確定折彎力大小及折彎過程出現(xiàn)的常見問題給出了一定的解答，具有一定的借鑒意義。

專家點評

本文對鈑金折彎過程中影響精度的客觀因素和工藝參數(shù)進行分析，重點闡述了折彎常見問題及解決措施。在計算板材展開尺寸和折彎補償值，以及確定折彎力大小方面發(fā)表了自己的經(jīng)驗和看法。

文章結構合理，實用性強，針對多樣化鈑金件折彎成形中存在的問題進行深入研究，提出合理的解決方案，并以此總結經(jīng)驗，具有很好的指導作用。