■ 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(yīng)用于航空航天、汽車電子、鐵路機車和工程機械等各領(lǐng)域。鈑金折彎是大多數(shù)零部件成形的一道關(guān)鍵工序，折彎質(zhì)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(zhì)量，才能達到折彎質(zhì)量的全面提升。

1. 鈑金展開尺寸計算

（1）配件彎曲半徑設(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)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(xué)性能、表面質(zhì)量、硬化程度及纖維方向等因素有關(guān)。最小彎曲圓角半徑只有在產(chǎn)品設(shè)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(zhì)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(zhì)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(guān)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(yù)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(yīng)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(yīng)≥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(zhuǎn)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(shè)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(cè)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(cè)邊的最小高度應(yīng)滿足h＞2t，否則應(yīng)增加彎曲件直邊高度或改變零件結(jié)構(gòu)。

4. 彎曲件的彎曲方向

確定彎曲方向時，應(yīng)盡量使毛坯的沖裁斷裂帶處于彎曲件的內(nèi)側(cè)，避免斷裂帶內(nèi)的微裂紋在外側(cè)拉應(yīng)力的作用下擴展成裂口。如果受零件結(jié)構(gòu)限制，必須正反面兩個方向折彎時，則應(yīng)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(yīng)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(cè)易形成裂紋。如果必須多方向彎曲時，則應(yīng)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。回彈的程度通常用彎曲后工件的實際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(xué)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(fù)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(shè)計模具時，采取一定的措施來減小回彈，比如下模預(yù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(zhì)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(yīng)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(zhì)有關(guān)。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(zhì)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(guān)于偏置折彎

在可行的情況下，工件應(yīng)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(jié)語

本文主要從折彎工藝的角度對鈑金折彎過程及相關(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)經(jīng)驗，具有很好的指導(dǎo)作用。