王保保， 霍婧怡

（1.山西北方機械制造有限責任公司， 山西 太原 030024； 2.晉西鐵路車輛有限責任公司鐵貨分公司，山西 太原 030024）

引言

金屬折彎件在機械產(chǎn)品中應用較廣，彎曲零件有V 形、U 形、Z 形及其他較復雜的彎曲形狀。其比焊接結(jié)構(gòu)件具有外形美觀，強度高，加工方便快捷等特點，但也存在角度不好控制，易產(chǎn)生裂紋等質(zhì)量問題。為滿足產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)需要，折彎的質(zhì)量標準也逐漸提高。折彎工藝的合理性直接影響到產(chǎn)品最終成形的尺寸和外觀。通過從理論方面對折彎件的缺陷產(chǎn)生原因進行分析，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計、實際操作等方面著手確定解決方案并在生產(chǎn)過程予以控制和預防，采取相應有效的工藝方法來提高工件質(zhì)量，實現(xiàn)快速判斷故障，及時解決問題的目的。

在產(chǎn)品的加工過程中，折彎件的制造缺陷有多種，本文對較為典型的四種缺陷現(xiàn)象進行分析，提出解決方案。

1 折彎件缺陷現(xiàn)象的案例

1）某產(chǎn)品板材材料為20CrMnSi，板厚δ=10 mm的護板折彎R8 mm 后，在折外表面出現(xiàn)裂紋缺陷；

2）某產(chǎn)品零件，在折彎后發(fā)生回彈現(xiàn)象，直接影響工件的尺寸精度。

3）某產(chǎn)品板材材料為35，板厚δ=10 mm，寬度400 mm 的擋板，在與板材軋制方向平行的方向折彎R12 mm 后，在折彎線內(nèi)表面出現(xiàn)裂紋缺陷；

4）某產(chǎn)品板材材料為20，板厚δ=14 mm，材料經(jīng)剪切或沖裁后，在邊緣常出現(xiàn)毛刺或細小裂紋，彎曲時出現(xiàn)折裂缺陷，工件折裂時剪切面（帶毛刺面）向外，開裂位置發(fā)生在工件的剪裂帶和揉壓帶。

2 折彎件缺陷問題分析

折彎是冷沖壓的成形工序，是坯料受力后，應力超過了材料的屈服點，經(jīng)過塑性變形后，成為一定形狀的加工工序。彎曲是將平板坯料放在專用彎曲模中，借助壓力機壓力作用，或通過專用設(shè)備利用沖模壓成一定角度形狀的制品零件的過程。材料在彎曲時，其彎曲圓角處，發(fā)生了劇烈的塑性變形，即外表層被拉長，內(nèi)表層被壓縮。彎曲半徑過小，容易被拉裂；彎曲半徑過大，又會產(chǎn)生彈性回跳。因此，過大或過小的彎曲半徑值是影響彎曲件質(zhì)量的不利因素。案例1 的彎曲半徑較小，是造成彎曲裂紋缺陷的主要原因。

彎曲件除了發(fā)生塑性變形外，還同時伴隨有彈性變形，去掉外力時彈性變形部分立即恢復而產(chǎn)生彈性會跳（回彈）或者在壓彎處發(fā)生破裂，因而引起彎曲，出現(xiàn)廢品。

材料的彈性是指材料在受外力作用下產(chǎn)生變形，而在外力去掉之后，仍能恢復原來形狀的一種金屬特性。材料的彈性是用保持彈性變形的最大應力（單位面積上的抵抗力）σe來表示，俗稱材料的彈性極限，即：

式中：σe為材料的彈性極限，MPa；Pe為彈性極限負荷，N；F0為試件原來的截面積，mm2。

材料的彈性對零件本身是一種很有價值的特性。但在彎曲金屬板料時，由于材料的彈性存在，彎曲后的成形工件會有向原來狀態(tài)方向彈回現(xiàn)象，致使工件達不到預想的形狀和精度，這就不得不通過一次又一次的反復試模，來確定彎曲模的工作部分尺寸，直至修整到合適為止，增加了工作量的給工作帶來一定的困難及很大的工作量。所以，對于折彎的零件都要求塑性較好的金屬材料。案例2 出現(xiàn)的折彎后不滿足產(chǎn)品精度要求的問題，就是因回彈引起的，與材料的性能、模具結(jié)構(gòu)、彎曲件本身的形狀、工藝性以及設(shè)備壓力大小等有關(guān)。

由于板料在軋制過程中形成纖維組織，它在各個方向的力學性能及物理性能并不均勻一致，即在不同方向上有所差異性，材料的這種性能即被稱為板平面的方向性。板料的方向性對彎曲性能影響較大，使彎曲件易被彎裂，影響產(chǎn)品的成形。因此，在彎曲件的通常折彎工藝中要規(guī)定，折彎應按與板料壓延方向垂直。但如果必須在兩個方向上同時進行彎曲的工件，應采取斜排料，使其成45°夾角，可預防翹曲及扭曲，彎曲線與軋制方向最好應保持不小于30°的夾角。案例3 發(fā)生裂紋的原因主要就是工件彎曲線與軋制方向平行引起的。

工件在彎曲前，坯料的準備工作對于彎曲件的質(zhì)量有著很重要的影響。彎曲是利用金屬發(fā)生塑性變形后，能保持一定的永久變形的特性。彎曲時，內(nèi)層受壓應力，而外層受拉應力，這兩種應力都超過屈服點。與此同時，其他因素也會促使材料發(fā)生破裂，造成廢品的產(chǎn)生。其中很大一部分原因是由于坯料的質(zhì)量低劣引起的。所以板料的表面在彎曲前應保持光滑。整個板面應避免有凸起及凹陷存在。板面毛刺不易清除時，在毛刺的周圍易產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，促使材料破裂。案例4 在彎曲時出現(xiàn)折裂缺陷的主要原因就是毛刺的應力集中造成的。

3 折彎件缺陷解決方案

3.1 選擇合理的彎曲半徑

設(shè)計彎曲件時，選擇彎曲件的彎曲半徑不應過大或過小。取值一般不應小于材料許可的最小彎曲半徑值。如對于退火或正火的中碳鋼，垂直碾壓紋方向，彎曲件最小彎曲半徑為0.8t（t 是板料厚度），如工件要求有很小的內(nèi)側(cè)彎曲半徑或要求做成直角時，應事先進行工藝控制，在兩邊開槽，或彎曲后再銑槽，以便于成形。彎曲鋼件及硬鋁時應經(jīng)熱處理退火，使其塑性增強后進行彎曲。

3.2 降低回彈對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

1）應選擇力學性能較好的沖壓原材料。在產(chǎn)品設(shè)計時，應選擇屈服點σb較小、彈性模量E 較大、硬化指數(shù)n 較小的材料，可以減小彎曲件的回彈，確保彎曲件的質(zhì)量和精度。

2）設(shè)計合理的彎曲件結(jié)構(gòu)。在設(shè)計彎曲件時，相對彎曲半徑在大于最小相對彎曲半徑的前提下應盡量小。同時，在不影響彎曲件使用性能的前提下，為減小回彈，可在彎曲件的轉(zhuǎn)角處，壓出加強肋。

3）改進模具設(shè)計。消除或減小回彈對此采取的工藝措施為角度補償法。若工件折彎角度為90°，折彎機下槽（V 形）開口角度可選擇78°；加壓時長增加校正法。在彎曲終了時進行加壓校正，延長折彎機上模、工件、下槽的接觸時間，以增加下槽圓角處的塑性變形程度，使拉壓區(qū)纖維的回彈趨勢互相抵制，從而減少回彈。

4）選用噸位大的壓力機，加大壓力減少回彈。為了減少回彈，在彎曲過程中可采用遠比實際所需彎曲力大的力來進行強力彎曲。利用這樣大的力，即具有校形性質(zhì)，是一種比較簡單的能消除回彈的方法。

3.3 保持彎曲前的板料彎曲方向與板料軋制方向的垂直

鋼板在軋制過程中形成的纖維組織，由于其方向性，使材料力學性能產(chǎn)生各向異性。在車間實際操作過程中，當纖維方向與折彎線方向平行時，材料的抗拉強度較差，容易造成圓角處折裂。對此采取的工藝措施為：若受材料整體外形限制時，使得組織纖維方向與折彎線方向平行，需增加折彎圓角半徑，至少為板材最小彎曲半徑的2 倍；當組織纖維方向與折彎線垂直時，材料具有較大抗拉強度，折彎圓角半徑可為最小彎曲半徑；壓彎雙向工件時，須使組織纖維方向與折彎線方向成一定的夾角。

3.4 保持板料表面在彎曲前光滑

在實際應用中，許多彎曲件是作為外觀件使用的，如面板、儀器外殼等。這類零件就需要有較高的表面質(zhì)量，防止擦傷、斷裂等缺陷的產(chǎn)生。為此在彎曲時，要保障彎曲件的表面質(zhì)量，應注意以下幾個方面：材料的選擇及使用要合理；增設(shè)工藝切口，凸凹模要拋光合理；選用凹模圓角及凸凹模間隙。采取的工藝措施為：經(jīng)剪切或沖裁后的工件，折彎時保證剪切面向里，即處于受壓狀態(tài)，成形效果較好；折彎前對工件進行去毛刺處理，折彎后可對折裂處使用手工砂輪機修磨。

4 折彎工件工藝性問題的預防

4.1 帶孔折彎工件

當折彎工件帶有圓孔或者長圓孔，若采取壓彎前孔已成形，且在彎曲變形內(nèi)，則壓彎后會出現(xiàn)拉料情況，導致折彎件外形尺寸達不到設(shè)計圖樣要求，同時孔也會發(fā)生變形，需采取工藝措施預防。

對此采取的工藝措施為：對于圓孔，若圓孔長度L≥2t（t 是板料厚度），孔可在工件壓彎前成形，若出現(xiàn)輕微孔變形，需鉆床重新穿孔；若L＜2t，需要工件壓型完成后再鉆孔。對于長圓孔，按照上述圓孔情形處理，一般情況下，保證圓孔長度（La）不大于板件寬度（沿折彎線方向Lb）的20%，即La≤0.2Lb，但特殊情況下需根據(jù)工件實際形狀加以具體分析。

4.2 折彎工件增加工藝孔

工件折彎線沿其某一邊緣線，若直接在折彎機上進行壓彎處理，會出現(xiàn)帶料撕裂情況，須增加工藝孔進行預防，同時規(guī)范工藝孔直徑。對此采取的工藝措施為：在折彎工件上拐角處沿折彎線方向增加工藝孔，其工藝孔直徑約為板厚的1.5～2.0 倍。

4.3 異形件折彎線定位

部分折彎件因外形尺寸復雜，出現(xiàn)非直邊、與折彎線相交等情況，會導致工件下料折彎時邊緣難以觸碰數(shù)控折彎機擋尺及手工劃折彎線困難。對此采取的工藝措施為：中薄板下料時標記割縫。中薄板件可選擇激光切割機或者精細等離子切割機下料，下料時直接在工件上割出折彎標記割縫，此割縫對薄板影響較小，能后期修復；厚板下料后割V 形口。切割一件和原異形件相同的工件作為劃線工裝樣板，厚度要求一般為2～4 mm，在折彎線處割出V 形口，方便定位劃線。

5 結(jié)論

根據(jù)公司折彎件的生產(chǎn)過程，結(jié)合工作經(jīng)驗，對折彎工件典型缺陷及工藝性問題預防提出合理的解決措施，這些工藝措施經(jīng)生產(chǎn)驗證，能滿足質(zhì)量要求并提高工件質(zhì)量。