彎曲件無壓痕分析及翻轉(zhuǎn)彎曲模設(shè)計

0 引 言

彎曲成形是板料沖壓加工中的重要工藝之一，尤其是不銹鋼、鋁合金板的彎曲成形對表面質(zhì)量提出了更高的要求。鐵路貨車多以不銹鋼車體為主，且表面不涂油漆，客戶對不銹鋼的外觀質(zhì)量要求越來越高，現(xiàn)對無壓痕彎曲技術(shù)進(jìn)行研究，以消除彎曲壓痕，提高制件的成形質(zhì)量。

1 工藝分析

連接板如圖1 所示，為某鐵路貨車側(cè)板與地板連接件，外形尺寸為1 500 mm×1 300 mm×5 mm，材料為304 不銹鋼，邊緣彎曲角度為68°，其中距離彎曲圓角底部有6 個14 mm×28 mm 長圓孔，成形制件質(zhì)量要求為表面不能有劃傷、壓痕，各平面部分應(yīng)平整，平面度≤1 mm。

3.1 外在感官特征 臨沭地瓜呈紫紅色至黃色，紡錘形及不規(guī)則圓形，薯肉黃色、橘紅至紅色，肉質(zhì)細(xì)膩。塊根肥大、集中，薯皮光滑，單株薯塊1個至十幾個不等，具有該品種的基本特性。無霉變味及其他異味。

2 成形方案制定

連接板成形工藝流程為：開平→平板→激光切割→彎曲，其成形難點(diǎn)主要在制件表面質(zhì)量的控制，一般情況下為了保證成形制件表面質(zhì)量，采用銅合金彎曲凹模、非金屬彎曲凹模、輥軸彎曲、凹模胎溝槽墊無痕膜等方案成形，現(xiàn)對各方案進(jìn)行簡要分析。

（1）采用輥軸彎曲成形。輥軸彎曲與傳統(tǒng)彎曲方式不同，輥軸彎曲是通過改變摩擦方式，由滑動摩擦改為滾動摩擦，減少摩擦阻力，一般情況下滾動摩擦只有滑動摩擦阻力的1/40～1/60。將凹模胎溝槽肩部采用輥軸結(jié)構(gòu)，輥軸彎曲及試制件如圖2所示。彎曲時金屬板料與轉(zhuǎn)動軸之間發(fā)生相對滾動，滾動軸承以軸心為中心，向模具內(nèi)側(cè)發(fā)生轉(zhuǎn)動，使金屬板料向凹模內(nèi)側(cè)移動，完成彎曲過程。

方案優(yōu)點(diǎn)：彎曲制件表面無壓痕、無劃傷；缺點(diǎn)：成形制件表面有印記、孔變形嚴(yán)重，銅合金材質(zhì)價格高、磨損快。

（3）凹模胎溝槽肩部使用銅合金材料。從模具零件制造使用的金屬材料角度考慮，可以選擇摩擦系數(shù)低的材料，銅合金是以銅為基體，適量添加鈹、鋁以及其他稀有金屬和耐磨元素，分為鈹銅合金和鋁銅合金兩大類。銅合金摩擦系數(shù)低于鋼質(zhì)材料，成形過程中銅合金模具零件能夠減小金屬板料成形阻力，也減少了其與金屬板料之間的摩擦損傷，能夠控制彎曲壓痕的產(chǎn)生。

（2）采用凹模胎溝槽墊無痕膜。凹模胎溝槽墊無痕膜是通過減小板料與凹模胎溝槽之間的摩擦力，可以將板料與凹模胎溝槽隔離，在不更換彎曲模的情況下，在板料與凹模胎溝槽之間加一層軟質(zhì)薄膜，實現(xiàn)無壓痕彎曲。該方式主要是讓軟質(zhì)薄膜在成形制件和凹模肩部之間起到緩沖作用，抵消模具制件與板料之間的壓力，防止成形制件在彎曲時產(chǎn)生壓痕，如圖3所示。

項目組對調(diào)查河段（圖1）進(jìn)行了4次采樣，分別為2014年10月（秋季）、2015年1月（冬季）、2015年5月（春季）和2015年7月（夏季）。具體采樣站位信息如表1所示。

方案優(yōu)點(diǎn)：彎曲制件表面無壓痕、光亮、操作簡單、制造成本低；缺點(diǎn)：無痕膜使用壽命短、不耐壓、生產(chǎn)效率低，對于帶孔彎曲件，孔變形的缺陷依然存在。

（2）礁帶控制礦帶。寒武系臺地邊緣礁灰?guī)r帶沿貴州松桃嗅腦、花垣、永順一帶分布，花垣地區(qū)主要層控型鉛鋅礦都在這一礁帶內(nèi)。

四是創(chuàng)新人才匱乏，人才結(jié)構(gòu)性矛盾突出。目前，東營市擁有各類科技人員18.6萬人，但大多數(shù)分布在油田、石油大學(xué)以及教育、衛(wèi)生系統(tǒng)，而企業(yè)自有一線研發(fā)人員不能充分滿足技術(shù)創(chuàng)新需要，具有特殊專業(yè)技能的高層次人才匱乏，科技創(chuàng)新后勁需進(jìn)一步加強(qiáng)。

方案優(yōu)點(diǎn)：彎曲制件表面僅有輕微壓痕、無劃傷；缺點(diǎn)：制件表面產(chǎn)生深色印記，后期難以消除，成形制件的孔變形嚴(yán)重，輥軸制造價格較高。

（4）凹模胎溝槽肩部使用非金屬材料。根據(jù)摩擦力公式f=μN(yùn) 可知，如果在保證原有擠壓效果不變的情況下，把凹模胎溝槽肩部改為比金屬板料更軟的非金屬材料，對壓痕也有一定的抑制效果，一般選用尼龍，但使用壽命短，需要經(jīng)常更換。

翻轉(zhuǎn)彎曲過程：凸模壓住板料，借助凸模的壓力將凹模兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以模具中心對稱向內(nèi)翻轉(zhuǎn)，使板料彎曲成形，凸模回程時，翻轉(zhuǎn)凹模通過彈簧拉力恢復(fù)為初始狀態(tài)。

資料：粵信公司從某證券公司購入KY公司2017年1月1日發(fā)行的企業(yè)債券，總面值600 000元，交易金額為620 000元。該債券票面利率8%、期限3年、每年12月31日付息、到期還本。經(jīng)計算，該債券的實際利率為6.74%。2017年末該債券公允價值為625 000元；假定粵信公司改變其管理金融資產(chǎn)的業(yè)務(wù)模式，于2018年1月初對該債券進(jìn)行了重分類。重分類日的公允價值為630 000元。

（5）翻轉(zhuǎn)彎曲模。模具兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)凹模上表面為平面結(jié)構(gòu)，下表面為圓形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)凹模與基座之間用彈簧、連接銷、固定銷連接為整體。

方案優(yōu)點(diǎn)：彎曲制件表面無壓痕、無劃傷，表面光亮，孔不變形；缺點(diǎn)：模具精度要求高、制造成本高、維修困難。

3 方案確定

翻轉(zhuǎn)彎曲模如圖4～圖6 所示，凹?？梢噪S彎曲過程進(jìn)行轉(zhuǎn)動，凹模肩部不是固定式圓角結(jié)構(gòu)，采用平面結(jié)構(gòu)，并且在彎曲過程中，金屬板料一直貼著凹模平面。

根據(jù)連接板成形工藝分析，結(jié)合成形方案對比，除翻轉(zhuǎn)彎曲模方案外，其他方案均存在成形質(zhì)量問題。對比翻轉(zhuǎn)彎曲模方案與其他方案可知，其他方案都沒有擺脫傳統(tǒng)V 形彎曲凹模結(jié)構(gòu)，僅是從材料、摩擦、分離等方面做了相應(yīng)的改進(jìn)措施，而翻轉(zhuǎn)彎曲模從結(jié)構(gòu)上已經(jīng)改變V形彎曲。

方案優(yōu)點(diǎn)：彎曲制件表面無壓痕、無劃傷，表面光亮；缺點(diǎn)：制件孔變形嚴(yán)重，尼龍材質(zhì)較軟、磨損快、更換頻繁，彎曲過程中產(chǎn)生摩擦噪音較大。

從功能關(guān)系的角度，我們可以得出結(jié)論，在導(dǎo)體靜止時，一個通電導(dǎo)體所受安培力是其中粒子所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)；在導(dǎo)體運(yùn)動時，一個通電導(dǎo)體所受安培力與其中全部粒子所受的洛倫茲力不完全等效。

翻轉(zhuǎn)彎曲工作原理：利用翻轉(zhuǎn)原理通過凹模肩部翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)板料彎曲，凹模與板料由線接觸轉(zhuǎn)換成面接觸，主要目的是不讓板料與凹模胎溝槽肩部產(chǎn)生明顯的滑動摩擦，讓板料緊貼翻轉(zhuǎn)平面成形，增大板料與凹模接觸面積，減少板料彎曲過程中局部擠壓及滑動產(chǎn)生的變形及劃傷，并且板料與凹模肩部面接觸能夠阻止板料上的孔邊向外擴(kuò)張變形，避免了彎曲壓痕、劃傷、孔變形等缺陷。

為保證模具的使用壽命，基座材質(zhì)選用42CrMo，熱處理硬度為45～48 HRC，翻轉(zhuǎn)凹模在基座上旋轉(zhuǎn)，又要與金屬板料進(jìn)行接觸，翻轉(zhuǎn)凹模硬度需要比基座略高，材質(zhì)選用55SiCr，熱處理硬度為48～53 HRC。

4 生產(chǎn)驗證

使用翻轉(zhuǎn)彎曲模進(jìn)行生產(chǎn)驗證，如圖7、圖8 所示，通過觀察連接板表面質(zhì)量可知，成形制件沒有壓痕、劃傷，孔也沒有變形，但這種模具結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，彎曲角度不宜太小，多以彎曲直角和鈍角為宜，類似連接板彎曲角度較小的制件，需要特制翻轉(zhuǎn)彎曲模，影響模具通用性。

翻轉(zhuǎn)彎曲模投入批量生產(chǎn)中，出現(xiàn)的問題有：①生產(chǎn)500 多件后，發(fā)生彈簧拉斷現(xiàn)象；②生產(chǎn)3 000 多件后，基座和翻轉(zhuǎn)凹模出現(xiàn)劃痕，影響模具正常翻轉(zhuǎn)；③翻轉(zhuǎn)彎曲模維修難度較高。

綜上問題分析：①彈簧拉斷是由于連接板彎曲角度偏小，彈簧拉伸長度變長，導(dǎo)致彈簧拉斷；②生產(chǎn)過程中，有鐵屑等雜質(zhì)進(jìn)入基座和翻轉(zhuǎn)凹模間隙內(nèi)，生產(chǎn)時沒有添加潤滑劑等基本保養(yǎng)操作，導(dǎo)致基座和翻轉(zhuǎn)凹模劃傷；③更換彈簧時彈簧有預(yù)緊力，人工操作具有一定難度，且模具劃傷后需要精密研磨，增大維修難度。因此，應(yīng)盡量避免彎曲小角度制件，彎曲角＞78°為宜；并在生產(chǎn)過程中應(yīng)注意模具的保養(yǎng)，添加潤滑劑，定期清理基座和翻轉(zhuǎn)凹模接觸面，以延長模具使用壽命。

5 結(jié)束語

通過對彎曲成形原理進(jìn)行分析，找到成形制件產(chǎn)生壓痕的原因，針對其原因進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計了翻轉(zhuǎn)彎曲模，解決了連接板彎曲壓痕、劃傷、孔變形等缺陷，對同類制件的彎曲成形提供參考作用。

[1]李 亨.提高大型數(shù)據(jù)彎曲成形精度的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2012:16.

[2]葉 姍,徐漢超,吳 瓊,等.液壓機(jī)彎曲模具設(shè)計與制作[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報,2015,17(2):78-80.

[3]孟令武,孫 剛.適用于鋁合金板材成形的無壓痕彎曲模具設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2014,49(3):76-78.

[4]賈玉申.沖壓模具設(shè)計手冊[M].北京:中國鐵道出版社,1996:90-92.

[5]周 歡,席美蕾,趙小滿,等.高強(qiáng)板彎曲模具彎曲原理及彎曲力計算[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2014,49(6):66-68.

[6]譚曼華,羅玉峰,何國雄,等.無擦傷彎曲模的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].模具工業(yè),2005,31(8):22-24.