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淺談鈑金件彎曲質量控制

發布時間:2022-01-05

本文首先分析了鈑金件彎曲中回彈和裂紋問題的質量控制,其次針對實際加工中常用的不銹鋼和鋁板兩種材料彎曲時的質量控制進行了闡述。
彎曲是指把板材、棒材、管材或型材加工成具有一定角度和形狀的零件的成形方法,是鈑金沖壓加工中的常見工序。一般說來,彎曲工序需要保證鈑金件彎曲部位的圓角半徑、零件的結構、形狀、尺寸等幾大方面。實際加工中,鈑金件彎曲的質量問題最常見的為回彈,其次是裂紋,其他還包括翹曲、扭曲、尺寸偏移、孔偏移等問題,本文主要針對加工產生最多的回彈和裂紋問題進行分析,并給出質量控制措施。
鈑金零件彎曲質量控制分析
鈑金件彎曲回彈質量控制
彎曲成形過程中,毛坯在外載荷的作用下會產生塑性和彈性兩種形式的變形。一旦外部載荷撤除,產生的彈性變形會即刻消失,而塑性變形還能繼續保持。零件由于彈性變形的存在,形位尺寸會產生與加載方向相反的變形,這個變形就是回彈?;貜椓康拇笮∮绊懸蛩剌^為復雜,要確?;貜椷^程中的質量控制,就要分析其影響因素。
⑴影響回彈的因素及控制對策
1)材料選擇
材料選擇取決于材料的力學性能,也就是說,材料的屈服極限越高,彈性模量越小,則彎曲后回彈越大,加工硬化現象越嚴重,回彈量也越大。因此為防止材料對回彈的影響,工藝設計人員應盡量選擇屈服點小、彈性模量大、硬化指數小的材料。
2)鈑金件的結構
鈑金件彎曲時,相對彎曲半徑r/t,當此數值較小時,零件內、外表面切向變形的總應變值較大,產生的彈性應變就相應減小,回彈量較小,反之則大。因此鈑金件彎曲時,相對半徑必須超出比例系數,但應盡量選擇較小的系數值。此外,在確保鈑金件使用的前提下,可以在彎曲區域壓制加強筋,從而增加零件界面慣性力矩,從而抑制回彈的產生。
3)零件工藝性原因
鈑金件彎曲時,彎曲角度越大,變形區長度越大,回彈角也越大;此外,實際生產中,施加的彎曲力越大,變形越大,則回彈量越??;最后,采用無底凹模進行自由彎曲時,回彈量較大,反之采用校正彎曲時,模具采用V形件進行校正,則回彈量較小。
針對以上因素,工藝可以利用回彈角的規律,在模具設計時計算好補償,在調試修模后,使彎曲件回彈得到補償。此外,模具在結構設計時可以采用以下措施:其一,針對彎曲模凸模的根腳部位,可以設計成凸起的結構,這個部位可以讓彎曲結束后,凸模的作用力更好地集中在彎曲部位,受到擠壓的零件內部會產生切向的變形,緩解回彈的問題;其二,針對彎曲模的凹模部分,可使用柔軟的橡膠材料或聚氨酯材料代替原有材料,其后調節凸模的壓入深度來保證回彈。
4)其他因素
彎曲件的回彈還受到零件形狀、板材厚度偏差、板材性能波動、模具間隙和模具圓角半徑等多種因素的影響。
彎曲裂紋問題及對策
鈑金件彎曲過程中,如果板材厚度較厚、彎曲半徑較小,且板材中毛刺較大的一面位于彎曲面的外側,如果板材本身的塑性不高,下料過程中毛坯會產生過多的冷作硬化層,這些都會導致零件彎曲部位產生裂紋。針對此問題,彎曲過程中可以在模具方面進行改進,適當地增加凸模的圓角半徑值。如果對彎曲尺寸沒有影響,彎曲內側應盡量使用毛刺的一面,對材料進行熱處理增加塑性。此外,對于材料的纖維方向應做好標注,折彎的方向應與纖維方向呈直角。
兩種常見材料鈑金件彎曲質量控制措施
不銹鋼板彎曲質量控制
不銹鋼材料是一種屈服點和硬度都較高的材料,很容易產生冷作硬化的效果,因此彎曲時有如下特征:第一,由于不銹鋼屬于高碳鋼,其導熱性能和延展率都比較低,因此彎曲變形的過程需要更大的外力,且回彈也更大;第二,較低的延展率讓不銹鋼材料零件的彎曲半徑R必須大于普通的碳鋼材料,否則彎曲處很容易產生裂紋;第三,由于不銹鋼材料本身容易產生冷作硬化,因此折彎時應使用硬度較高的刀具,刀具材料一般選擇工具鋼、使用前進行淬火熱處理,保證刀具硬度在60HRC以上,且表面粗糙度要保證在Ra3.2μm以內。
因此,不銹鋼板材彎曲質量控制要點如下:其一,單位尺寸下,不銹鋼板材厚度尺寸越大,彎曲角也應盡量增加,所需的折彎力也越大,單邊的折彎余量也要增加,如此才能防止彎曲中產生裂紋等質量問題;其二,根據圖紙給出的材料厚度及彎曲半徑、彎曲角度,精確計算不銹鋼板材的展開尺寸,特別要注意材料的厚度公差范圍,保證折彎后的產品能夠滿足最終的彎曲精度要求,提高折彎的一次成形率;其三,由于不銹鋼材料的屈服強度大,回彈也較大。不銹鋼的回彈問題確實是生產中的難題,跟很多原因有關。針對這個現象,彎曲過程中若要保證角度到位,折彎時使用的刀具角度就應小于實際彎曲角度。其次是材料的硬度,硬度越大,回彈越大。此外還和彎曲半徑與材料厚度比值有關,比值越大,回彈越大。不同牌號的不銹鋼的回彈也有差異,其中301比304回彈大,相同前提下,304回彈比301小2度。最后,還有成形方式的差異也會導致回彈的不同,一步成形的回彈比多次成形的回彈要大?;貜椫悼稍谠嚹:笮拚?,注意每次回彈有角度回彈和半徑回彈,實際生產中要保證彎曲質量,應具體情況具體分析。
鋁板彎曲質量控制
鋁板彎曲后的回彈問題不再贅述,但如果彎曲過程中開裂問題比較明顯,或者彎曲后通過陽極氧化的表面處理就爆裂,首先與鋁板的硬度有關,如果鋁板硬度太高,就很容易開裂,比如我們公司常用到的T狀態鋁板。那么就要預先熱處理到O狀態,熱處理的方式有退火和淬火,其區別在于淬火后的零件需要在四小時內完成彎曲,否則空氣中的時效會使得材料恢復成硬狀態;而退火后的材料一直為軟狀態。此外,在加工工藝上,淬火的難度大于退火。其次,是鋁板的厚度影響,材料厚度越厚,彎曲的加工難度越大,應盡量運用薄一點的鋁板。此外,彎曲R的大小也受到其影響,R角越大,加工難度越小。因此,在符合裝配要求的前提下,可適當加大R數值。最后,鋁板的紋理方向,也就是我們平時所說的纖維方向,彎曲方向要與纖維方向一致,不能平行。需要拉絲的鋁零件,在工序允許的前提下,最好是彎曲后再拉形,否則會添加彎曲開裂的概率。
結束語
總而言之,在鈑金件彎曲的質量控制方面,還有很多需要注意的地方,實際加工中,應根據實際情況,參照標準,合理分析,從而做出質量合格的零件。
——摘自《鈑金與制作》 2021年第12期
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