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工 业 技 术 l 钣金件弯曲回弹的机理分析及补偿校正措施探讨 赵云跃 a 京大华无线) [摘要] 钣金件以其自身强度高 、 质量轻、 导 电性好 、 成本低廉等优点， 被广泛应用于通信、 汽车制造业 、 电子 电器 、 医疗器械等多个领域当中。 近年来 ， 随着 钣金件的应用越来越广泛， 其设计成为了相关产品开发的重要环节之一， 而在钣金件生产加工的过程中， 往往需要对其进行弯曲处理， 以此来满足不同产品的需求。 在对钣金件进行弯曲的过程中， 弯曲回弹是最为常见的一类缺陷， 同时也是钣金件弯曲加工中的技术难点之一， 一旦钣金件发生弯曲回弹会对其...
工 业 技 术 l 钣金件弯曲回弹的机理分析及补偿校正措施探讨 赵云跃 a 京大华无线) [摘要] 钣金件以其自身强度高 、 质量轻、 导 电性好 、 成本低廉等优点， 被广泛应用于通信、 汽车制造业 、 电子 电器 、 医疗器械等多个领域当中。 近年来 ， 随着 钣金件的应用越来越广泛， 其设计成为了相关产品开发的重要环节之一， 而在钣金件生产加工的过程中， 往往需要对其进行弯曲处理， 以此来满足不同产品的需求。 在对钣金件进行弯曲的过程中， 弯曲回弹是最为常见的一类缺陷， 同时也是钣金件弯曲加工中的技术难点之一， 一旦钣金件发生弯曲回弹会对其成形件的质量造 成严重影响。 以往针对这一 问题基本都是采取多次重复修模和试模等方法予以解决， 但实际效果并不理想， 从而导致了钣金件生产效率较低。 想要进一步提高钣金 件的生产效率就必须采取有效途径解决弯曲回弹问题， 这也是本文研究的重点之所在。 基于此点， 本文首先对钣金件弯曲回弹的机理进行详细分析， 并在此基础上 提 出钣金件弯曲回弹的补偿校正措施 。 [关键词] 钣金件； 弯曲回弹， 补偿校正 中图分类号： TM 32 文献标识码： B 文章编号： 1009 914X (2013)25 0051一 o2 一，钣金件弯曲回弹的机理分析 通常情况下， 当钣金件受到外力作用下发生塑性弯曲时， 一般都会伴随弹 性变形， 而当这部分外力去除之后 ， 钣金件会很快出现弹 陛变形 陕复， 最终导致 的结果就是钣金件的弯曲角度与半径会发生变化， 从而使之与模具的实际形状 不同， 这种现象便被称之为钣金件弯曲回弹 下面对钣金件的弯曲回弹机理进 行详细分析 。 ( 一) 钣金件弯曲变形过程 中的应力及应 变形态 当钣金件受到外加弯曲力矩的作用 时， 会在第一时间 内引发弹性弯曲变 形， 在该阶段内， 相对的弯曲半径一般都 比较大， 而钣金件的弯曲半径与凸模圆 角半径处于不相重合的状态 ， 此时的钣金件整体变形相对较小 。 钣金件在弯曲 变形区内时， 因为会受到压缩作用的影响而使钣金件出现缩短 ， 此时钣金件的 应力状态则为单向受压 ， 而钣金件弯曲外侧 由于受拉应力的作用会有所伸长 ， 它的应力状态则为单向受拉。 钣金件弯曲内、 外表面到中心的伸长与缩短程度 都会逐渐减小 ， 而在这两个变形区之间， 会存在一个长度始终不会发生任何变 化的纤维层 ， 它的应变为零 ， 也被称之为应变中性层 。 在不断增大弯矩的同时 ， 钣金件的弯曲变形也会随之相应增大， 此时， 钣金件内、 外表层的金属会先达到 屈服极限， 这样一来便会促使钣金件由弹性变形逐步过渡到弹塑性变形阶段 ， 在这一过程 中， 塑性变形区也会由表层进一步向内扩展 ， 而位于钣金件中心位 置处的弹性变形区则会随之逐渐变小， 最终整个断面都会进入到塑性状态 。 当相对弯曲半径逐步减小的时且弯曲变形增大至一定程度， 钣金件便会进 入到一种立体纯塑性弯曲阶段 ， 在该阶段中， 钣金件的宽窄会对应力及应变造 成一定程度的影响， 具体而言 ， 宽度相对较窄的钣金件弯曲时， 其横向能够自由 变形， 此时的横向应力无限接近于零； 而宽的钣金件弯曲时， 它的断面横向会受 到一定程度的阻碍， 并由此产生出横向拉应力， 此时它的横 向变形也无限接近 于零。 因为钣金件弯曲外侧在受到拉伸作用时会出现向内侧靠拢的倾向， 而钣 金件内侧受压力的作用则会出现向外侧退让的倾向， 故此 ， 钣金件在发生弯曲 时， 不但会产生出弯 曲的轴向应力 ， 同时钣金件内部还会产生出板厚方向的附 加压 应力， 受到该压应力的作用， 钣金件的中性层就会随着弯曲程度的不断加 剧从板厚的中心向内表面逐渐移动 ， 此时板的整体厚度也就会随之变得越来越 薄。 由此可知， 钣金件的相对弯曲半径越小 ， 其弯曲的程度就严重 ， 板厚也就会 变得越薄， 导致 的最终结果就是在长度方向伸长的越多。 ( 二 )钣 金件 弯曲回弹的 主要原 因 概括而言 ， 引起钣金件弯曲回弹的主要原因是材料本身的弹性变形。 当钣 金件发生弯曲时， 其内层会受到一定的压应力 ， 同时外层也会受到相应的拉应 力。 而弹塑l生弯曲时 ， 压应力和拉应力虽然已经超过了屈服应力 ， 但实质上从拉 应力向压应力过渡时， 在其中间总是会存在一小段应力小于屈服应力的弹性变 形区， 正是因为弹性变形区的存在 ， 使得弯曲卸载后的钣金件势必会出现回弹， 这是无可避免的。 相对弯曲半径越大， 弹性变形区所占的比重就会越大， 在这样 的条件下， 钣金件的弯曲回弹就会越显著。 通常情况下， 当钣金件发生弯曲时 ， 在塑性变形当中基本都会存在弹性变 形的成分， 而钣金件弯曲卸载的过程中， 弹性变形的成分仍然符合虎克定律。 由 此便可得出如下结论： 钣金件卸载后的总变形当中势必会有一部分变形获得恢 复， 这就是所谓的回弹。 从特定的角度上讲， 回弹实际上就是由于在板厚上的应 力或是应变分布不够均匀而导致的， 这也是弯曲的基本特性之一。 就仅施加弯 矩的弯曲方式而言， 想要进一步减少回弹是非常 困难的 ， 为了使回弹能够尽量 减小 ， 就只有让板厚断面内的应力以及应变分布尽可能均匀， 因此 ， 可以采用在 纵向纤维方向对钣金件进行拉伸或是压缩的方法或是在板厚方向施加强压的 方法 。 ( 三 )影 响钣金件 弯曲回弹 的具体 因素 影响钣金件弯曲回弹的因素大致可归纳为以下几个方面： 1． 相对弯曲半径。 所谓的相对弯曲半径具体是指凸模圆角半径与板厚的比 值 ， 随着相对弯 曲半径的减小， 弯曲的钣金件外表面的总切向变形会随之相应 增大， 而此时钣金件中性层两侧的纯弹性变形则会越来越小 ， 也就是说其在总 变形当中弹性变形所占的比例也会相对变小 ， 这样一来会使 回弹角变小； 相反 的， 在相对弯曲半径比较大时， 因弹} 生 变形在总变形当中所占的比例不断增大， 从而使得 回弹会随之变小。 2． 模具间隙。 所谓的模具间隙具体是指冲压成形过程中， 冲头完成预先设 定好的冲压行程后凸、 凹模的间隙。 通常情况下， 模具间隙能够有效控制板材在 凸凹模间的流动情况， 而板材的流动恰恰是成形的关键因素之一， 为此 ， 模具间 隙既不能过大， 也不能太小。 在钣金件弯曲成型的过程中， 若是模具的凹凸模间 隙较大， 便会造成板材的贴膜程度降低， 从而会减少对成形板材的约束， 致使板 材的塑性变形成分变小 ， 当卸载后钣金件的回弹 自然会比较大， 若是在其它条 件均不发生改变的前提下， 模具间隙增大， 钣金件的塑性变形成分就会相应变 小， 回弹量也就会随之变大。 3． 凹模圆角半径。 在钣金件冲压过程中凹模圆角半径是一个非常重要的参 数， 该半径不可过小， 不然会造成弯曲的力臂减少 ， 这样一来会导致毛坯件沿凹 模圆角滑进时的阻力有所增大 ， 弯曲力也会随之相应增大， 容易造成钣金件表 面被擦伤 ； 若是圆角过小则有可能产生出钣金件应力集 中的情况， 从而出现拉 裂。 凹模圆角越大则越有助于板材的流动， 换言之 ， 通过进一步增大凹模圆角半 径有利于板材成形 ， 但是过大的凹模圆角却会导致板材成形过程中的流动阻力 不足， 从而造成塑性变形不够充分 ， 其最终结果会使回弹量增大。 4． 摩擦系数。 弯曲钣金件的表面与模具表面之间的摩擦会对钣金件的回弹 以及精度造成一定程度的影响， 同时摩擦也会使弯曲毛坯件各个部分的应力状 态发生改变 ， 特别是在一次性弯曲多个部位时， 摩擦的影响将会更为明显。 通常 情况下， 摩擦能够使变形区的拉应力增大， 进而能够使钣金件的形状无限接近 于模具形状， 以达到减小冲压回弹量的目的， 然而 ， 在拉弯时摩擦的影响却是十 分不利的。 5． 压边力。 在对钣金件进行冲压时， 由于压边力的存在能够产生出一定的 流动阻力 ， 这样便可以使板材流动得更为合理 ， 与之相应的塑性变形也就会更 加充分。 若是压边力过小 ， 则其对板材的流动阻力就会相对变小 ， 从而容易使板 材流入到凹模当中 而压力力过大 ， 则会造成板材的流动困难， 有可能导致拉裂 的情况发生。 在一定条件下， 通过适当增大压边力能够使钣金件的回弹量有所 减小 ， 但是必须建立在没有其它成形缺陷的基础上。 6． 材料性能 正常情况下， 钣金件原材料的弹性模量与回弹程度成反 比， 而 屈服极限则与回弹程度成本比。 此外， 钣金件加工硬化程度的增大也会导致回 弹情况加重。 、 = 钣金件弯曲回弹的补偿校正措施研 究 ( 一 ) 优 化模具 设计 可以针对钣金件的弯曲形状对模具进行相应的改进 ， 具体措施如下： I． 在对厚度较大的钣金进行弯曲加工时， 可以将凸模制作成局部位置凸起 的形状 ， 借此来使凸模的作用力全部集中到钣金料的回弹变形区上， 这样便能 够达到减小变形回弹的目的。 2． 针对于V形和L 形的钣金件弯曲加工， 可在 凸凹模工作零件上同时减少 个回弹角 ， 以此来使钣金件在折弯回弹之后能够符合产品的设计尺寸要求。 该方法仅适用于钣金料相对较厚或是弯曲半径比较大的材料 。 此外， 也可通过 对凹凸模工作零件形状的改变来达到控制钣金件 回弹量的目的。 一科技 博 览 }5 I
