■ 中車永濟(jì)電機(jī)公司 （山西永濟(jì) 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(jī)車和工程機(jī)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(zhǔn)確性、模具選用及折彎順序的合理性等，因此對(duì)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(dá)到折彎質(zhì)量的全面提升。

1. 鈑金展開尺寸計(jì)算

（1）配件彎曲半徑設(shè)計(jì) 材料彎曲時(shí)，其圓角區(qū)外層受到拉伸，內(nèi)層受到壓縮。當(dāng)材料厚度一定時(shí)，折彎內(nèi)圓角越小，材料的拉伸和壓縮比就越大，當(dāng)外層圓角的拉伸應(yīng)力超過材料的極限強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋或折斷，因此，折彎件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)需要時(shí)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(jì)算 產(chǎn)品要保證準(zhǔn)確的折彎尺寸，確定板料的展開長(zhǎng)度是首要因素。由于折彎時(shí)板料外層受到拉伸變長(zhǎng)，內(nèi)層受到壓縮變短，只有中性層的長(zhǎng)度不變，在理論上中性層的長(zhǎng)度就等于料長(zhǎng)。而實(shí)際上同樣厚度的板料，由于材質(zhì)和硬度的不同，在折彎時(shí)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?jī)?nèi)，所以在計(jì)算展開料長(zhǎng)時(shí)就需要折彎系數(shù)來補(bǔ)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(duì)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(jì)算比較困難。目前主要采用PRO/E等三維軟件計(jì)算板料的折彎因子，其與折彎系數(shù)相一致。

下面詳細(xì)介紹如何利用PRO/E三維軟件計(jì)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(jì)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(zhǎng)度L＝（πR＋2YT）θ/180，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a＝L－2T。K＝｛a－2T＋2（R＋T）tan〔(180－θ)×π/360〕｝×180/〔（180－θ）πT〕－R/T。當(dāng)θ＝90°時(shí)，K＝（2R＋a）×180/（πTθ）－R/T。展開長(zhǎng)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(shí)如果孔位于彎曲變形區(qū)內(nèi)，那么孔的形狀在折彎后會(huì)拉伸變形，同時(shí)也會(huì)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(duì)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(kuò)孔的方法達(dá)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(duì)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(jì)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(duì)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(shí)，由于斜線末端直線高度低，彎曲后工件會(huì)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(shí)，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(kuò)展成裂口。如果受零件結(jié)構(gòu)限制，必須正反面兩個(gè)方向折彎時(shí)，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(duì)彎曲變形也有一定影響，特別是對(duì)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(dāng)彎曲線與纖維方向平行時(shí)，彎曲件外側(cè)易形成裂紋。如果必須多方向彎曲時(shí)，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(shí)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(duì)彎曲半徑、工件形狀、模具間隙及彎曲時(shí)的壓力等。由于影響回彈的因素較多，理論分析計(jì)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(jì)模具時(shí)，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(shí)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?yàn)檎蹚澾^程模具與工件之間不得干涉，例如在U形折彎時(shí)，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(shí)零件與模具干涉，造成零件變形或報(bào)廢，可利用AMADA折彎?rùn)C(jī)床顯示屏對(duì)此配件進(jìn)行模擬折彎，以檢測(cè)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(shí)，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(shí)在配件折彎線兩端設(shè)計(jì)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(shí)，按照材料回彈的大小可選擇86°、88°上模，同時(shí)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(dāng)尺寸較小時(shí)，若下模V形槽寬度較大，折彎時(shí)板料頂端無法與V形槽兩肩同時(shí)接觸受力，會(huì)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)材料抗拉強(qiáng)度較大以及回彈量較大時(shí)，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(jī)器中軸線對(duì)稱放置進(jìn)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(duì)機(jī)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(duì)鈑金折彎過程及相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行了分析，著重對(duì)板料折彎過程中如何計(jì)算展開尺寸和折彎補(bǔ)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(diǎn)評(píng)

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

文章結(jié)構(gòu)合理，實(shí)用性強(qiáng)，針對(duì)多樣化鈑金件折彎成形中存在的問題進(jìn)行深入研究，提出合理的解決方案，并以此總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，具有很好的指導(dǎo)作用。