鈑金加工折彎開裂原因分析及工藝優(yōu)化

馬門強 張思凡 張付葉 鄭利 馬啟明

摘 ?要：鈑金折彎加工是機械生產(chǎn)中的一個重要組成部分。折彎工序大多是零件成型的最后一步，如果質(zhì)量不合格，前道所有工序也將前功盡棄。折彎開裂是金屬板料冷加工過程中常見的一種現(xiàn)象，不僅造成零件報廢、返工，影響產(chǎn)品質(zhì)量，也給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟損失。本文結(jié)合實際生產(chǎn)過程，總結(jié)梳理折彎開裂的原因，并提出一些控制優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：折彎開裂;工藝優(yōu)化;凸凹模匹配;最小彎曲半徑;彎曲線方向

金屬板料在折彎機凸模的壓力下，首先經(jīng)過彈性變形，然后進入塑性變形，在塑性彎曲的開始階段，板料是自由彎曲的，隨著凸模對板料的施壓，板料與凹模V型表面逐漸靠緊，同時曲率半徑和彎曲力臂也逐漸變小，繼續(xù)加壓直到行程終止，使上下模對彎曲件進行校正，使其直邊、圓角與凸模全部接觸，此時完成一個板料在V型模內(nèi)的校正彎曲過程。

1 ? 折彎開裂工藝分析及優(yōu)化措施

不產(chǎn)生折彎開裂的前提條件是折彎圓弧塑性變形量小于材料的塑性變形能力。金屬板料在加工過程中發(fā)生開裂，主要有兩方面原因：一方面是材料自身的內(nèi)部缺陷，如硫磷元素偏高或超標(biāo)、內(nèi)部裂紋、夾雜物等缺陷以及材料自身的塑性，塑性越好，塑性變形的穩(wěn)定性越強，反之塑性變形的穩(wěn)定性較差，易開裂;另外一方面是加工過程工藝控制不合理，如模具的選擇、彎曲半徑的設(shè)計、板料表面和側(cè)面的質(zhì)量、彎曲線的方向等都會影響到折彎開裂的質(zhì)量。下面主要針對生產(chǎn)加工工藝過程控制進行分析、優(yōu)化。

1.1 凸凹模的匹配性

折彎過程中模具的選擇至關(guān)重要，首先要根據(jù)折彎件的材質(zhì)、厚度、折彎尺寸來選擇凸模和凹模，避免折彎件與刀具干涉引起變形或槽口選用不當(dāng)損壞凹模及機器。折彎所需的最小凸模半徑、凹模開口尺寸選擇匹配不當(dāng)，將造成金屬板料變形協(xié)調(diào)不一致，致使局部存在較大塑性變形內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力大于抗拉強度時金屬板料開裂。

對于V型槽三點折彎，一般所選用“V”形槽開口尺寸為板材厚度的6-10倍（0.5～2.6mm為6t、3～8mm為8t、9～10mm為10t、12mm 以上為12t）。在不標(biāo)準(zhǔn)的折彎情況下，可選擇不同的凸模形狀，可折彎板材不同的角度和形狀。

1.2 最小彎曲半徑過小

在金屬板料不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內(nèi)表面的最小圓角半徑，稱最小彎曲半徑。板料彎曲時，其圓角區(qū)上，外層收到拉伸，內(nèi)層則受到壓縮。當(dāng)材料厚度一定時，內(nèi)圓角越小，材料的拉伸和壓縮就越嚴(yán)重;當(dāng)外層圓角的拉伸應(yīng)力超過材料的極限強度時，就會產(chǎn)生裂縫或折斷。在不影響設(shè)計要求的前提下，將折彎半徑適當(dāng)增大，降低折彎對材料塑性和韌性的要求，但折彎半徑太大又使折彎易回彈，應(yīng)適當(dāng)選擇。

彎曲件的最小折彎半徑與材料的力學(xué)性能、表面質(zhì)量、硬化程度及纖維方向以及彎曲凸凹模等因素有關(guān)，由于折彎各種因素的綜合影響十分復(fù)雜，所以最小彎曲半徑的數(shù)值一般用試驗方法確定。

1.3 板料表面和側(cè)面的質(zhì)量

金屬板料表面和側(cè)面（剪切斷面）的質(zhì)量差時，如表面存在毛刺、劃傷、挫傷、夾雜等，容易造成應(yīng)力集中并降低塑性變形的穩(wěn)定性，使材料過早的破壞。

折彎過程中，材料在彎曲載荷的作用下，外表面缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過屈服強度，材料發(fā)生塑性變形。隨著變形量的不斷增大，微裂紋源不斷擴展，當(dāng)裂紋源擴展到一定程度，就會造成材料的宏觀開裂。

毛刺大是造成端部開裂的主要原因之一，一般端部開裂多因沖裁、剪切、切割毛刺造成的。通過增加銑邊、修磨工序清除下料過程中產(chǎn)生的毛刺，當(dāng)毛刺較小時也可以使毛刺的一側(cè)處于彎曲受壓的內(nèi)側(cè)（即有毛刺的一面朝向彎曲凸模），以免應(yīng)力集中而開裂。如圖1激光切割后板料正反面折彎，左側(cè)為切割背面毛刺面在外側(cè)折彎，發(fā)生折裂現(xiàn)象;右圖為切割背面毛刺面在內(nèi)側(cè)折彎，未發(fā)生折裂現(xiàn)象。

1.4 彎曲線的方向

軋制鋼板具有纖維組織，當(dāng)工件的彎曲線與板料纖維方向垂直時，可具有較小的最小彎曲半徑;當(dāng)工件的彎曲線與板料纖維方向平行時，其最小彎曲半徑則大。

在彎制相對彎曲半徑r/t較小的工件時，其排樣應(yīng)使彎曲線盡可能垂直于板料的纖維方向，若工件有兩個相互垂直的折彎線，應(yīng)在排樣時使兩個彎曲線與板料的纖維方向成45°的夾角。在相對彎曲半徑r/t較大時，可不考慮纖維方向。

1.5 其他

1）對于較厚板材的彎曲，如果結(jié)構(gòu)允許，可以采取先在彎角內(nèi)側(cè)開槽后，再進行折彎。一般開槽深度約為板材厚度的1/4～1/3;

2）經(jīng)冷變形硬化的材料，可采用熱處理的方法恢復(fù)其塑性。對于剪切、沖裁斷面的硬化層，可以先去除硬化層再折彎;

3）對于低塑性的材料或較厚板料，可采用加熱折彎的的方法;

4）止裂槽的設(shè)計，為避免彎曲根部折裂，應(yīng)在彎曲部分與不彎曲部分之間切工藝孔（止裂槽）。矩形工藝孔一般寬度大于等于板厚，長度為彎曲半徑加上寬度的一半，圓形工藝孔一般直徑大于等于板厚。如圖2 工藝槽或工藝孔。

2 ?結(jié)束語

通過對折彎工藝過程、開裂原因分析，結(jié)合工作實際，對比驗證加工工藝過程控制因素，從凸凹模的匹配性、最小彎曲半徑、板料表面和側(cè)面的質(zhì)量、彎曲線的方向等提出一些過程控制的改進優(yōu)化措施。能有效減少折彎開裂，提高折彎加工合格率，減少企業(yè)經(jīng)濟損失。

參考文獻：

[1] 翁其金.冷沖壓技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2] 王小彬.沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3] 劉建超，張寶忠.沖壓模具設(shè)計與制造[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

[4] 劉廣超，張大，江劉鵬.高強度大梁鋼700L折彎開裂原因分析[J].河南冶金，2020，28（02）：8-10.

[5] 朱奇，周志紅，唐琴.高強度鋼板折彎開裂分析及折彎工藝優(yōu)化[J].建筑機械化，2021，42（07）：91-93.

作者簡介：馬門強（1986—），男，安徽阜陽人，學(xué)士，工程師，研究方向為專用車制造。