钣金弯曲回弹及控制

［摘要］本文分析了弯曲回弹的影响因素，且着重介绍了控制弯曲回弹的具体措施。正如起皱影响拉深件质量一样，回弹则主要影响弯曲件质量，故弯曲回弹及其控制是模具工作者一直所关心的问题。可以说任何板科塑性变形，卸载后都不可避免地要产生回弹，只不过弯曲表现得更为突出一些。究其原因是还可以有这么几点：其一是弯曲变形时内、外层应力性质相反，卸载后弹复方向一致，故而弯曲件形状、尺寸变化大；其二是弯曲加工不像拉深、翻边等工序那样为封闭形冲压，而呈非封闭状态，故而相互牵拉少，易于造成大的弹复；其三是弯曲加工中变形区小，不变形区大，大面积的不变形区对小面积变形区的牵连影响，使得小面积的变形区很难达到纯塑性弯曲状态。现有理论认为即使材料在加工中内外纤维全部进入塑性状态，弹性变形消失了，也会出现回弹现象。a弹性弯曲b弹塑性弯曲c纯塑性弯曲弯曲过程中毛坏变形区内切向应力分布情况。图la为弯曲初始阶段相对弯曲半径r/t较大，板料内部仅发生弹性弯曲；随着弯曲力加大、r/t值小、弯曲变形程度逐步增大，表层的切向应力达到屈服点，进而向板料中心扩展，则板料内部处于弹塑性变形状态；当r/t值继续减少到一定程度时，板料内、外层和中心的切向应力全部超过屈服点进入全塑性状态。塑性弯曲时总是伴有弹性变形的现象。2a所示为纯塑性弯曲应力状态，2b为其卸载应力，2c为卸载后弯曲件在自由状态下的断面内残余应力；3为弹一塑性弯曲卸载过程中毛坏断面内切向应力变化情况。3a为卸载时应力，3c为卸载后弯曲件在自由状态下的断面内残余应力。由此可见，塑性弯曲卸载后弹复是不可避免的。毛坯断面切向应力变化由上所述可见干坯料回弹是客观存在的，无法改变的，只有因势利导，掌握好材料的回弹规律，尽可能准确地计称好回弹值的大小，才能有效地减少和控制好坯料的弯曲回弹。此乃是研究回弹、制订弯曲工艺、设计模具所要考虑的主要问题。1弯曲回弹的影响因素回弹包括角度回弹及曲率回弹两个方面，此是弯曲变形区与不变形区两部分回弹综合效应的结果。影响回弹的因素很多，主要有：①坏料的机械性能OS、Eoos愈高、E值愈小，弯曲回弹愈大；②变形程度r/t。在其相同的条件下，角度回弹量随r/t值增大而增大；曲率回弹量则随r/t值增大而减少;③弯曲中心角ao弯曲中心角。大，回弹角大；④模具间隙Z。凸、凹模间隙大，回弹量大；⑤弯曲方式。自由弯曲回弹量大，较正弯曲回弹量小，全形镦校弯曲回弹量最小：⑥工件形状及材料组织状态。形状复杂，相互牵扯多回弹量小，冷作硬化后回弹量大；⑦模具结构及压边力大小。压边力大，工件弯后回弹量小。回弹值的确定确定工件的回弹值是为了采取应的措施来克服回弹以使弯曲工件达到图纸要求的精度。确定回弹值的方法有查图法、查表法和计算法一般来说都是近似的。目前不论国内还是国外对回弹的研究仍在继续。由于回弹涉及的因素多较为复杂目前还没有一个精确的计算公式。故对于回弹值的控制一般均是用不同结构的模具来修正主要是在试模中予以修正的。控制回弹的措施3.1选择弯曲性能好的材料用屈服极小、弹性模量大的材料作为弯曲件可获得较高的弯曲质量。此外坯料的厚度公差大小表面质量的优劣和平面度的好坏都对弯曲回弹有较大的影。对弯曲精度要求高的工件也要对坯料此方面的质量加以筛选。3.2选择较小的对弯曲半径r/t值小表明变形程度大。一般在r/tW3-5时认为板料的弯曲区已全部进入塑料状态。较小的弯曲半径对减烛回弹有利但过小的弯曲半径会使弯曲区破裂。目前资料上给出的材料最小弯曲半径主要是绝对经验数据可作为板金设计者设计工件弯曲半径的参考依据。3.3选择需要的模具间隙V型弯曲其间隙值是靠高速机床来实的与模具本身无关。而对U型弯曲来说其回弹随凹模开口深度增大而减少随模具间隙减小而回弹量减小。若弯曲精度高的工作可以取弯曲单边间隙值为Z=t若需要更高的弯曲精度采用带有稍许变薄的弯曲对减少回弹会更有用。因为零间隙或负间隙弯曲可以改变板料的应力状态使其由普通的弯曲转化为具有拉弯性质的弯曲使坏料的中性层内侧压应力状态从而坯料整个截面在切均处于拉应力状态卸载后内外侧纤维回弹互抵可减小回弹。所以采用拉弯工艺及可调间隙的模具对控制回弹是很有好处的。3.4设计合理的工件形状U型弯曲件比V型件回弹量小。工件形状复杂各部分间互牵扯多回弹困难。所以型回弹量比U型小。若在弯曲处压制出适宜的加强筋则回弹量更小。因此对弯曲件进行翻边或叠边处理既可以提高刚度又能减小回弹。3.5采用合适的组织状态冷作硬化后的材料弯曲回弹量大。对精度要求高的弯曲件其坯料有冷作硬化应对其进行退火处理再弯曲。在需要且又允许的情况下应对较厚坯料的工件采用加热弯曲除回弹。3.6采用校正弯曲正式校正弯曲回弹角明小于自由弯曲且校正力愈大回弹愈小。这是因为校正弯曲力将使冲压力集中在弯曲变形区迫使金属内层金属受挤压则板材被校正后内外层纤维都被伸长卸载后都要缩短。由于内外层的回弹趋势反回弹量将减小从而达到克服或减少回弹的目的。故校正弯曲是与拉弯性质似的一种弯曲方式其应用范围得更大一些。一般校正弯曲凸模多采用图5的形状。弯曲回弹及其控制3.7在模具上采取措施3.7.1补偿法控制回弹补偿法控制回弹是根据弯曲件回弹方向和回弹量的大小，控制模具工作部分的几何形状与尺寸，使工件弯曲后回弹得到补偿。例如对弯曲较大的U形件，可将凸模端面或顶板表面制成圆孤状、或将凸、凹模制成一定角度的倾斜面，从而卸载时被弯曲成的圆孤处或倾斜处产生的变形，可以补偿两个圆角的回弹变形。由此扩展，利用弯曲补偿法可以弯曲常规方法难以弯曲的工件。对8所示的形状，两边紧贴，没有成形空间。利用变形回弹及校正补偿的方法，可以变曲。a两侧回弹b底部回弹药整形工序1.整形凸模2.凹模3.零件第一步将凸、凹模底部制成弧形，其弧长展平应等于工件底边直线长。第二步再用平底凸、凹模校平即可。校正补偿可以通过斜楔式或铰链或模具结构，使补偿作用更易于实现。例如对6a所示的凸、凹模均制成一定倾斜面，工件脱模困难，当制成一定倾斜面，工件脱模困难，当制成图9所示的铰链式弯曲模，则不存在上述困难。3.7.2采用聚氨酯橡胶弯曲模对坯料较薄的工件，可以用聚氨酯橡胶模进行弯曲，其控制回弹量效果好。因为聚氯酯橡胶弯曲模不但可以获得无间隙弯曲，甚至可以达到类似拉深状态的弯曲，因而弯曲质量高。聚氯酯橡胶弯曲模。毛坯在模具中受到由上而下的冲压力P作用，而在两侧分别受到压力F与摩擦力FU的作用。FU是毛坯与聚氯酯橡胶相互摩擦而引起的。弯曲过程中压力『随工件压入深入增大而增大，FU当然也随之增大。正是由于FU存在，改变了毛坯内部应力状态下的分布。11a为钢模塑性弯曲时毛坯内部切向应力分析，摩擦力FU引起的摩擦拉应为OF的分布，而在聚氨酯橡胶弯曲中，毛坯内部应力分布为上述两种应力迭加。显然OF改变了毛坯内部应力分布规律，使应力中性层的位置向内层移动，显然增大了外层拉应力分布区域，减小了内层压应力分布区域，因此比钢模回弹量要小。3.7.3采用斜楔弯曲模斜楔弯曲模采用挤压校正弯曲的方法，一般来说是可以获得较高质量弯曲件的。内斜楔弯曲模。从中可以看出在两活动凸模弯曲即将结束时，由内斜楔作用，再对U形弯曲件角部进行挤压校正，因而精度较高。类似结构的弯曲模还有很多，比如说还可以利用外斜楔对弯曲角进行挤压校正。带有U形弯曲补偿的斜楔弯曲模具结构。开启状态时凹模2、5在弹簧4的作用下张开，且凸模1与凹模间的间隙Z等于板料厚度。凸模1下行将毛坯在凹模2、5间变曲成形。这里值得注意的是：①凹模与模座间的斜度以20。左右为好；②弹簧4的反力要大于工件所需要的弯曲力。当凸模的两肩台与凹模上平面相接时，便近使凹模沿模座的斜面下滑并向中间收拢，进而对工件进行挤压校正。由于凸、凹模作了回弹补偿，工件成形回弹后可得到直角的弯曲件。弯曲回弹及其控制3.7.4几种较新的弯曲模具结构对U形弯曲，最近夏华等人认为采用图14所示的大圆角凹模、与小圆角的凸模，对弯曲件角部进行变薄弯曲，使之成为全塑性弯曲。此外，凸模、凹模圆角半径是顺流线的，且凹模上部采用锥形。所有这些措施，可使弯曲件回弹量减小，表面质量也很高。1.固定凸模2.浮动凸模3.凹模4凹模镶块李文栋等人最近设计出一次成形？形弯曲模，如图15所示该模具弯出的零件挺直，形状与尺寸精度也较高。成功的关键是减少了弯曲阻力，亦即图示中的a角要小，同时凹模圆角半径要大。如图所示，凸模是由固定凸模1和浮动凸模4组成。浮动凸模浮动一个距离SoS愈大，a角愈小，对弯曲愈有利。但还有一点须注意，在初始弯曲瞬间要保证零件翻转后略超出固定凸模E点。对板料较厚的常见的V型、U型、Z型及？型弯曲件，采用全形镦校弯曲模具较好。其应力是否可以看作是一个纯塑性弯曲叠加一个较大的较正应力，可以认为全形镦校后的弯曲应力是由全部的单一应力构成，因而几乎不出现回弹现象，可获得高质量的弯曲工件。3.8级进模中克服弯曲回弹的措施级进模，尤其是很多工位的级进模，一般均是高效、精密的模具，造价高。若一个环节出现问题，就会导致整个模具报废。因而级进模中对弯曲工步处理也是相当慎重的。例如对90。弯曲为求得弯曲精度和防止回弹，所以分成两步：第一步弯45。，第二步弯成90。。形弯曲，先将两端弯成V型，再弯曲成形。对复杂形状弯曲，甚至要预留工位以便有机会进行补救。采用角部镦剁校正法来克服或减小回弹是级进模中常用方法。此法是在弯曲行程终了，对工件弯曲角处施加一定的挤压力，近使弯曲处内层的金属产生切向拉深应变，使之内外层应变相同、回弹相抵消等。此外尚有用拉压方法进行弯曲、侧向加压等方法来校正、克服回弹，以达到高精度的弯曲件。3.9管材弯曲中克服回弹的措施常用的弯管方法有四种：压弯、滚弯和挤弯。在弯管中，除了需要解决外缘裂、内圆皱、管径扁的问题外，还有一个非常重要的问题，那就是克服管子弯曲中的回弹问题。为了保证弯管质量，在变管模设计中必须预先估算出回弹值的大小，然后经以适合的预回弹量，以保证卸载后弯曲件的弯曲半径和弯曲角度符合设计的要求，以免除人工整形的麻烦。因此弯管中克服回弹的方法同板料弯曲是相同的。第一步想办法