【精品论文】钣金折弯工艺分析.pdf

! ! ! ! ! !锻! ! 压 !“#$% &()*+, !“# # #!“# # # !“#“ 年第 # 期$热处理“ 锻压“ 铸造 !“ #$%&!()*+,-./01“ 2(# 热加工 图#! 数字位置显示器 , 调整过程说明：在调整冲头向右移动时，首先调试 调整螺栓，其内螺纹与螺栓 $ 相配，使得与螺栓连接一 体的楔铁 % 向上移动，从而调整冲头 & 向右移动，而调 整螺栓外圆面与齿轮 相连，当调整螺栓转动时齿轮也 同步转动，这样带动与调整螺栓齿轮拟合的齿轮 随之 转动，带动轴 ( 也随之转动，在轴的上端有一数字位置 显示器 #，可以显示出调整了多少，这样就实现了冲头 右移的调整量的数字显示。当需要冲头左移时，操作反 之，数字显示会减小。 需进一步说明的是，齿轮 与齿轮 ) 的传动比关系 要由楔铁 % 的斜度来相关计算出，最后要做到就是调整 螺栓 * 转动 +,，冲头 & 前后位置变动 +,，这样一一 对应起来即可。 %& 结语 通过增加一组齿轮及简单的几个零件后，使得多工 位自动锻压机凸模冲头的前后位置调整方便、快捷、准 确。这样的结构不仅可以应用到此处，对于机床的调整 环节较困难时，均可以试验性地改进设计得以应用。 !（-%+(-） 钣金折弯工艺分析 中国电子科技集团公司第中国电子科技集团公司第 !“!“ 研究所研究所# # （山东青岛山东青岛# $%&# $%&）# # 商洪清商洪清 ! !【摘要】! 本文主要从工艺角度对钣金折弯过程进行了分析，并对折弯过程中常见问题给出了一定的解 决方案。 钣金加工是机械生产中的一个重要组成部分，特别 在航空、家电、电力、消防、通信、仪器仪表和电子测 量等行业，钣金零件的应用非常广泛。各类仪器、配电 柜、设备的机箱、面板及控制柜等都是由钣金零件折弯 而成，形状复杂多样，加工困难，工件之间的互换性要 求较高。折弯工序作为大多数零件成形（除焊接工序 外）的最后一道工序，也是最重要的一道工序，折弯工 艺的好坏直接影响到产品最终成形尺寸和外观。本文主 要从工艺角度对钣金零件的折弯过程进行分析，并对折 弯过程中的一些常见问题给出一定的解决方案。 一、弯曲过程分析 钣金零件通常都需要弯曲成各种各样的形状，以满 足不同的设计需求，这里以板料弯曲 %-.为例来分析板 料的弯曲过程。 如图+ 所示，弯曲前板料断面上三条线相等，即 $- / $0-0 / $1-1。而在弯曲后，板料断面纤维为 $- 2 $0-0 2$1-1。这说明板料弯曲时，在弯曲圆角变形区，板料的 内层纤维受压而缩短，外层纤维受拉而伸长，那么在其 图 +! 板料弯曲过程 !“#$% &()*+, 锻! ! 压! ! ! ! ! ! 热加工 热处理“ 锻压“ 铸造! “#$# 年第 $ 期 !“# # #!“# # # !“ #$%&!()*+,-./01“ 2(# 内外层之间必有一层材料纤维的长度保持不变，这被称 为中性层，计算板料的展开尺寸就是计算中性层的长度。 当材料的种类、厚度、弯曲圆角半径和弯曲方法不同时， 中性层的位置也有所不同，弯曲时中性层一般向受压纤 维的一边移动。在近似计算中可认为中性层在材料厚度 的 #“$ 位置。 另外，对于宽度较窄的板条（宽度 % & 倍板厚时） 在压缩部位宽度将有所增加；对于宽度 & 倍板厚的板 料，其宽度可视为不变。 二、板料展开长度计算 钣金零件加工时，折弯工序通常是除焊接工序外的 最后一道成形工序，工艺上一般都是在冲压工序完成之 后才进行折弯成形。为保证折弯后零件上各种加工孔位、 缺口和外形尺寸符合预期要求，这就需要在折弯工序前 准确计算出零件的展开尺寸及各孔位和缺口的位置。计 算零件板料的展开尺寸，是根据弯曲中性层长度不变的 原理进行计算的。板料展开长度等于直线部分的长度与 弯曲部分中性层的长度之和。板料的展开尺寸与板料的 种类、厚度、弯曲半径，以及折弯时选用的模具槽宽等 因素有关。 具体计算目前尚无统一标准，各公司工艺人员和加 工者都是凭借自己累积的经验进行计算。下面给出了三 种钣金零件展开长度的计算方法。 （#）圆角很小（- % () *!）的弯曲板料展开长度计 算法，如图 $ 所示。 图 $! 折弯圆角 - %() *! . + .#, .$, /! （单角弯曲） . 0- + * 0# .-1 /#! （+ 2 #） （多角弯曲） 其中 . 为展开长度；.#、.$为各直边的内线长 度；+ 为直边数；一般情况下，/#+() /0 1() *（软料取 下限，硬料取上限） 。当双角弯曲时取 /#+() /* 1() /0； 当多角弯曲时取 /#+() / 1() /*。 （$）圆角较大（- () *!）的弯曲零件展开长度计 算法，如图 & 所示。 图&! 折弯圆角 - () *! . + .#, .$, !“ #0(2 （- , 3( !） 其中，.#、.$为平直部分长度；“ +#0(2 3 #（# 为 弯曲角） ；3(为中性层系数，一般 %() *，该系数随料厚 及弯曲半径 - 的改变而改变。 （&）弯曲 4(2（见图 /）的简化计算方法。 图! / 在实际加工中，由于折弯时选用的模具都是相对固 定的，对于不同材料和厚度的板材，折弯半径都是固定 不变的，为计算方便、快捷，工艺或设计对折弯半径没 有特殊要求的情况下通常都是使用简化计算方法，而不 考虑实际折弯半径的大小。 简便计算公式如下： . + 4 , 5 3 $ 式中，. 为展开尺寸，4、5 为单直角弯曲时零件 外形尺寸，$ 为折弯补偿值。这种方法对于钣金加工 常用的各种薄板弯成的零件非常适用，特别是当其弯 曲半径- + () * 1 $55、板厚 ! % $) *55 时，计算非常 方便。 表 # 给出了几种常用材料和不同厚度板材的折弯补 偿经验值。 ! ! ! ! ! !锻! ! 压 !“#$% &()*+, !“# # #!“# # # !“#“ 年第 # 期$热处理“ 锻压“ 铸造 !“ #$%&!()*+,-./01“ 2(# 热加工 表 #$ 常用材料折弯补偿经验值（#） 材料 板厚“ # 槽宽“ # $% &$% (% $(% )(% &)% $)% &*% $*% &+% $ 低碳钢板 ,$% -(% & (% $(% ,)% $)% )% ,&*% +& ()(% ,&)% ()% *)% &*% &$+% +$ (,)% *+)% -)*% ,+% &$&% &$ )&+% ,&% .$,% &.% + 铝板 &$&) ,$% .(% *&(% & $% -)(% +,(% ,)% $)% *&*% ($ ()(% .)% ()% +&*% *% $ (,)% )+)% ,)*% +)+% $+% $&% & )&+% (&+% -)&% ,% + 铝板 /)0) ,$% ,(% (% + $% .,(% )(% &,(% -,)% ).)% -) ()(% ,)% $&)% +(*% $*% .+% +$ (,)% (+)% &$*% (&*% -+% &$&% +) )&+% $&+% ,&% &,% )+ *$+ 不锈钢板 (% $(% ,)% $&)% )% -) ()(% $,(% .$)% ()% *% $)*% ,$ (,)% +*% $*% .)+% ,$&% .) )&+% .),% $,% .% 实际加工中，如果不知道折弯补偿值，通常是通过 “试折弯”的方法来获得折弯系数，而不是采用理论计 算方法来获得。具体如下：利用剪板机在需要加工的金 属板材上剪下两块尺寸为 - 1 - 的板料，用卡尺精确测量 两方向尺寸，并在折弯设备上选用适当的模具分别沿平 行和垂直于轧制方向折弯，测出折弯后两边尺寸 . 和 /， 根据折弯补偿值公式 $ 2 - 3 . 3 /，即可得出各方向的折 弯补偿值。 三、折弯工艺参数 与钣金折弯工艺有关的参数主要有以下几个。 #% 最小弯曲半径 材料弯曲时，其圆角区外层受到拉伸，内层则受到 压缩。当材料厚度一定时，折弯内圆角 ( 越小，材料的 拉伸和压缩比就越大；当外层圆角的拉伸应力超过材料 的极限强度时，就会产生裂缝或折断，因此弯曲零件的 结构设计，应避免过小的弯曲圆角半径。 弯曲件的最小弯曲圆角半径与材料的力学性能、表 面质量、硬化程度及纤维方向等因素有关，具体数据在 各种钣金加工资料上都可查到。最小弯曲圆角半径只有 在产品设计需要时才采用，一般情况下应采用较大的弯 曲半径。如果对弯曲圆角无特殊要求时，建议弯曲内圆 角等于或略小于板料厚度。 如果设计时必须采用较小的弯曲半径，可通过压内 圆角凸肩、提高材料的塑性（如退火、热弯曲） ，以及 在折弯处去除部分材料等方法完成。对厚料也可在折弯 位置预压槽处理后再弯曲或弯曲后铣槽。 !% 弯曲件孔边距离 预先加工好孔的毛坯料，在弯曲时如果孔位于弯曲 变形区内，那么孔的形状在折弯后会拉伸变形。为了避 免孔位分布在折弯变形区内，孔边距离（折弯后外边至 孔边的最近距离）一般应保证 -$* 倍料厚。对于平行于 弯曲线的长腰形孔，为保证折弯精度和防止孔位变形， 孔边距离一般应 -$+ 倍料厚。 如果孔位必须要分布在变形区内时，为保证精度， 一般采用先加工小孔折弯后再扩孔，以达到要求，也可 在折弯位置冲工艺孔或缺口来转移变形区。 !“#$% &()*+, 锻! ! 压! ! ! ! ! ! 热加工 热处理“ 锻压“ 铸造! “#$# 年第 $ 期 !“# # #!“# # # !“ #$%&!()*+,-./01“ 2(# %& 弯曲件直边高度 对于 #$%弯曲，为便于成形，必须使工件直角边高 度 -$&。如果设计需要弯曲件的直边高度 - ( &，则首 先要加大弯边高度，待弯曲成形后再加工到需要尺寸； 或者在弯曲变形区内加工浅槽后再折弯。 对弯曲侧边带有斜角的弯曲件即弯曲变形区域在斜 线上时，由于斜线末端直线高度低，弯曲后工件会变形。 因此弯曲侧边的最小高度应满足 - ) （& *+）#，否则应 增加弯曲件直边高度或改变零件结构。 & 预加工工艺孔、槽、缺口 零件边缘需局部弯曲时，为避免角部畸变与形成裂 纹，一般都需要预先切槽或冲工艺孔，通常槽宽 .$#， 槽深 /$# , ( , .0&。为提高折弯精度，防止多次弯曲过 程中的累积误差，必要时可预加工工艺孔用作折弯定位 基准。 (& 弯曲件的弯曲方向 确定弯曲方向时应尽量使毛坯的冲裁断裂带处于 弯曲件的内侧，避免断裂带内的微裂纹在外侧拉应力 的作用下扩展成裂口。如果受零件结构限制必须两个 方向折弯时，则应尽量加大弯曲半径或采用其他工艺 措施。 板料的各向异性对弯曲变形也有一定影响，特别是 对塑性较差的材料，在许可情况下应尽量使工件的弯曲 线与板料纤维方向垂直，否则当弯曲线与纤维方向平行 时，弯曲件外侧易形成裂纹。如果必须多方向弯曲时， 则应使弯曲线与纤维方向成一定角度或进行退火处理后 再折弯。 )& 弯曲件的回弹 弯曲件的回弹指板料的塑性变形使弯曲件离开模具 后发生形状与尺寸改变的现象。回弹的程度通常用弯曲 后工件的实际弯曲角与模具弯曲角的差值即回弹角的大 小来表示。 影响回弹的因素很多，包括材料的力学性能、相对 弯曲半径 (0 #、工件形状、模具间隙，以及弯曲时的正压 力等有关。由于影响回弹的因素较多，理论分析计算复 杂，一般来讲折弯件的内圆角半径与板厚之比越大，回 弹就越大。 弯曲件的回弹，目前主要是通过模具生产厂家设计 模具时，采取一定的措施来减小回弹或折弯后增加校正 工序来解决。 四、折弯模具及折弯力计算 钣金零件通常采用普通折弯机或数控折弯机来进行 折弯成形，利用机床所配备的通用模具或专用模具，将 金属板材折弯成各种几何截面形状的工件。普通折弯机 每次只能对滑块行程（凸模进入凹模深度）和后挡料位 置进行单工步控制。数控折弯机可通过机床的数控系统 对滑块行程（凸模进入凹模深度）和后挡料位置进行多 工步自动控制，实现对工件的不同角度和折弯尺寸的折 弯成形。 $& 折弯模具 折弯过程中如何选用恰当的模具是折弯工艺必须要 考虑的问题。折弯模具分为折弯上模和折弯下模两种。 折弯上模主要分直刀形、鹅颈形和其他特殊形状，折弯 下模则有不同宽度和不同角度的 - 形槽。由于折弯存 在回弹现象，通常进行 #$%折弯时，- 形槽口应 ( #$%。 标准模具都是设计成 %进行直角折弯的。下模 - 形槽 的开口尺寸是重要的折弯参数，它与折弯板厚和折弯力 有关。在相同的板厚情况下，开口尺寸越大，所需折弯 力越小，板厚越厚，所需开口尺寸越大。折弯时 - 形 槽的宽度一般以板料厚的 / * . 倍为最佳。假如凹模开 口距过小，则由于弯曲半径减小，可能会使折弯层断 裂。折弯加工时应根据实际情况合理选用模具的种类及 模具长度，并采用合理的加工顺序，防止折弯成形时发 生干涉。 “& 折弯半径（内半径）和最小折弯尺寸 折弯半径（内半径）和最小折弯尺寸也是折弯工 艺中需要考虑的问题。在自由弯曲时，不管板料厚度如 何，最适宜的折弯半径约等于弯曲下模 - 形槽开口距 的 0“/。折弯半径小于或等于板料厚度时，弯曲层很容 易断裂。对于 #$%折弯常使用标准的 %下模，- 形槽 开口分为 .11、0&11、0/11 宽等多种规格，其 - 形 槽对应深度分别为 23 211、43 211、#3 211，其最小可 折弯尺寸分别为 /11、.11、0$11，详见图 2、表 & 中的相关数据。 表 & 给出了不同厚度钢板折弯时每米长度所需的折 弯力与折弯圆角、下模 - 形槽宽度、最小折弯尺寸对应 值。计算出的压力是根据普通钢板的抗张力 !5)+2$678 为计算依据的，铝板折弯时取 . )$3 .，不锈钢折弯时取 ! ! ! ! ! !锻! ! 压 !“#$% &()*+, !“# # #!“# # # !“#“ 年第 # 期$热处理“ 锻压“ 铸造 !“ #$%&!()*+,-./01“ 2(# 热加工 - #$% &。折弯时严禁超出模具的耐压值。 图! & 表 !$ 不同厚度钢板折弯压力、下模 ! 形槽宽度对应 .“ ()*+$, $- $( $)$+-,-& .- (, &, ). +, /“ -% + ( &% ,&% & * +% & $, $ $.% & $( $*% &- -+ .( ( &. *(“ ,% * $ $% $% .$% ) - -% .-% )% .(&)(&) #“ 折弯压力 &“ / ,% &(. ,% )(. ,% +*)&( $% ,$ $,+*) $% -$( $- $,+*) $% &$+ $& $- $,0+ $% +-$ $+ $& $.$-$ -% ,- $0 $)$&$.$ -% &-0 -&-.-,$) .% ,.,-. $0 $& .% &(,.- -& -, $) (% ,(- -) -$ $* (% &($ -) -$ &% ,&$ ($ -) -$ 注：$/ #0+,1。 %& 折弯工艺力的计算 折弯加工需要计算折弯工艺力参数，其计算公式如 下： 0 #)&,-1-2 ! . 式中! 0 折弯工艺力，21； 1 板料厚度，； 2 板料长度，； . 下模 3 形槽尺寸，； - 折弯压力系数，钢板时取 - #$。 五、折弯常见问题及解决措施 （$）折弯尺寸不符合图样要求! !原因：展开尺寸 不准确；定位尺寸不准确