U形冲压件弯曲回弹:U形弯曲件

第26卷 第8期

2010年4月

甘肃科技

Vol . 26 N o . 8Ap r . 2010

U 形冲压件弯曲回弹的控制与消除

蒋 浙, 成红忠, 徐恺东

(兰州石化维达公司, 甘肃兰州730060)

摘 要:U 形冲压件弯曲的回弹是弯曲工艺研究重要内容, 金属板材在弯曲成型过程中, 获得塑性变形的同时总是伴随着弹性变形。当弯曲成型加工结束后, 卸掉冲压载荷时, 取出弯曲件会发现产生弹性恢复, 其弯曲角度和外形尺寸都发生与施加载荷时变形方向相反的变化, 使弯曲件的几何精度受到损害, 形成U 形弯曲件生产中较难解决的问题。本文通过分析金属板材弯曲回弹的表现形式、影响因素, 总结了控制弯曲回弹的具体措施。关键词:弯曲回弹; 模具结构; 表现形式; 影响因素; 成型工艺中图分类号:TG302

在弯曲成形中, 要得到安全符合要求的零件较为困难, 因为弯曲同任何塑性变形一样有弹性变形,

外载荷去除后板料产生弹性恢复, 其形状和尺寸都发生与外加载时变形方向相反的变化, 使弯曲件的几何精度受到损害, 成为弯曲件生产中不易解决的问题。

弯曲件的回弹量是变形区和非变形区两部分回弹的综合效应, 它与弯曲方式和模具结构有关, 难以通过分析计算用精确数学公式进行明确表达。一般在设计模具时, 回弹值的取得是按表格查出经验数值, 或者按计算方法求得回弹值后, 再在试模中修正。但目前各类冷冲压设计手册、资料基本上都介绍平直钢板的弯曲规律, 对于/U 0形件在长度方向上弯曲时回弹量的取值却很少涉及, 而/U 0形制件在生产中又经常遇到。现将分析总结的/U 0形件在长度方向上再弯曲的规律、经验公式以及它在实践中的应用情况介绍如下。

的高度。r /t 值愈小, 则圆角区变形程度愈大。其他条件相同时, 回弹角随r /t 值的增大而增大。1. 1. 3 校整程度一般来说, 校整力愈大, 回弹角愈小1. 2 /U 0形制件再弯曲的回弹经验公式

金属板材在塑性弯曲时总是伴随着弹性变形, 因此当工件弯曲以后就会产生弹复, 工件不仅角度有回弹, 弯曲半径也有较大的变化。

对于平直钢板解决回弹的方法是采用一回弹经验公式设计弯曲凸模, 用此模具压出的制件可以达到图纸要求, 如图1所示。经验公式为:

rt =r 0/(1+3R s r 0/E t)

(1)

式中:r 0为工件的圆角半径; rt 为凸模的圆角半径; E 为材料的弹性模数; R s 为材料的屈服点; t 为工件材料厚度。

1 /U 0形件制作的规律及经验公式

1. 1 /U 0形制件再弯曲的规律

由于平板已折弯成/U 0形件, 因此它与相同料厚的平板相比, 回弹角减少, 凸模的圆角半径增大。那么凸模的圆角半径增大多少呢? 为此, 笔者进行了多次工艺实验, 对各种数据进行整理分析后, 发现其弯曲的规律与下列因素有直接关系。1. 1. 1 材料的机械性能

回弹角与材料的屈服点R s 成正比, 和弹性模数E 成反比。

1. 1. 2 相对弯曲半径r /t

r 为工件沿长度方向的弯曲半径, t 为/U 0形件

图1 /U 0形制件弯曲凸模

但如果是在/U 0形制件再弯曲的情况下, 凸模半径再按此公式计算设计, 压出的制件将会报废。通过多次工艺试验和分析总结发现, 形制件再/U 0弯曲时, 弯曲凸模半径的计算要参考使用平直钢板在弯曲时回弹公式时, 必须对公式中的t 参数重新定义。

若按t=材料料厚或t =(1/2)@/U 0形制件高度(h), 计算出的弯曲凸模压出的制件将严重超差, t

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有好处的。2. 1. 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, 各部分间相互牵扯多, 回弹困难。所以V 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。

2. 2 利用热处理的方法解决板料弯曲时的回弹值

如果弯曲件允许用热处理的方法降低其硬度和屈服强度, 可在弯曲工艺前增加退火热处理, 能有效的减少回弹, 同时也能降低弯曲力。

弯曲模的最终热处理是在试模以后进行的, 如果对于形状复杂而板料的回弹值又受到多种因素影响的, 一般难于估计和计算, 故在制造弯曲模时, 不予先淬火凸模或者凹模, 待通过试验求得合格制件后进行修整, 才确定凹凸模的尺寸, 再进行淬火, 这是一种减少回弹的最可行的一种办法。

在拉伸过程中, 工件由于冷塑性变形, 产生冷作硬化, 使其塑性降低, 变形抗力和硬度增大, 再加上模具设计不合理, 就需要进行中间退火, 以软化金属, 恢复塑性。

退火一般采用低温退火, 即再结晶退火。退火时要注意的事项有两点:脱炭和氧化。其中工件氧化后有氧化皮, 害处有二:使工件有效厚度变薄, 增加模具磨损。在工艺条件不具备时, 一般采用普通退火, 为减少氧化皮产生, 退火时要尽可能将炉膛装满; 工艺条件具备时, 可采用氮炉退火, 即光亮退火。不细看, 几乎和没退火前颜色一样。2. 3 采用校正弯曲方式

校正弯曲回弹角明显小于自由弯曲, 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相反, 回弹量将减小, 从而达到克服或减少回弹的目的。

此外, 合理地设计模具也是减小回弹的有效方法。在补偿回弹变形时, 以往一般仍采用/试错法0(trial-and-errox ) 。这种方法需要操作者有很高的技能和丰富的经验, 并且成功与否伴有一定的偶然性。近些年随着计算机硬件和软件技术的提高, 使有限元数值模拟技术成功地应用到薄板成形领域, 已经能够比较准确地预测冲压件成形中的各种缺陷, 目前都是采用数值迭代方法。

能压出合格的制件。即/U 0形制件再弯曲的回弹公式为:

rt =r 0/(1+3R s r 0/Eh) 式中:h 为/U 0形制件高度。

(2)

2 减少或者消除弯曲件的回弹措施

弯曲件的回弹降低了制件的尺寸精度并产生形状误差。因此, 在设计和制造模具时, 必须考虑制件的回弹值, 并应采取必要的措施, 减少或者消除回弹值。

2. 1 选用合适的材料及设计合理的工件形状2. 1. 1 选择弯曲性能好的材料

在满足要求的前提下, 尽可能选用屈服极限小、弹性模量E 大, 屈服极限R s 小的材料, 减少或者消除回弹值, 从而获得较高的弯曲质量。拉伸用冷轧薄钢板主要有08A l 、08、08F 、10、15、20号钢, 其中用量最大的是08号钢, 分为沸腾钢和镇静钢, 沸腾钢价格低, 表面质量好, 但偏析较严重, 有/应变时效0倾向, 不适用于对冲压性能要求高外观要求较严格的零件, 镇静钢较好, 性能均匀但价格较高, 代表牌号为铝镇静钢08A l 。国外钢材用过日本SPCC-SD 深冲压钢, 其拉伸性能优于08A l 。

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响。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。2. 1. 2 选择较小的相对弯曲半径

r /t值小, 表明变形程度大。一般在r /t[3~5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。2. 1. 3 选择需要的模具间隙

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向均处于拉应力状态, 卸载后内外侧纤维回弹相互抵消, 可减小回弹。所以,

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灯照射, 发亮蓝色荧光者为其直接找矿标志。另外, 利用化探异常进行追踪找矿是区内一种快速而有效的找矿方法。4. 2 找矿方向探讨

通过对矿区地质、化探资料的研究, 认为应从以下两方面加大找矿力度:

第一, 在矿区南侧与下部, 与英云闪长岩的内外接触带附近, 寻找斑岩型白钨矿床; 第二, 在矿区西侧, 配合1B 5万化探, 继续寻找矽卡岩型与石英脉型矿床, 扩大找矿远景。

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计区内达肯大坂岩群及燕山期英云闪长岩时发现,

-6

钨元素的丰度值较高, 地层中一般为12@10~30@10, 最高可达300@10; 岩体中钨元素的含量为120@10

-6

-6

-6

~600@10。因此, 可以认为, 随着

-6

达肯大坂岩群被英云闪长岩岩浆的重熔, 在岩浆房的热驱动下, 钨从地层中被逐渐分馏或淋滤, 达到富集运移沉淀成矿。

侏罗纪时, 印度板块进一步向青藏板块挤压, 在青藏高原北部深处, 软流圈上涌, 致使下地壳发生重熔作用, 形成岩浆, 在岩体上侵定位过程中, 成矿流体首先聚集在岩体隆起部位, 通过与含钨岩石发生交代作用, 先形成透闪片岩, 之后由于更多流体加入而出现退化变质作用和部分矿化元素的卸载成矿。随着气流的不断聚集, 压力不断增大时, 产生放射状的破裂网络, 形成了脉状钨矿体。

一步沟钨矿产于龙尾沟铜矿附近, 构造上与多罗尔什旋扭褶皱带有关, 赋矿的岩性主要透闪石片岩、绿泥石英片岩, 北西西向断层发育, 该断层在走向上延伸较远, 具分枝合并的特征, 同时控制着华力西期斜长花岗岩的侵入分布, 钨矿体物源主要来源于斜长花岗岩, 但赋矿岩石却不是和斜长花岗岩直接接触并且化学性质活泼的大理岩, 而是距接触带有一定距离的石英片岩中, 主要原因是大理岩与斜长花岗岩接触交代产生大量的二氧化碳使得接触带附近的压力增高矿液难以运移至该处沉淀。

4 找矿标志与找矿方向探讨

4. 1 找矿标志

区内找矿标志不太明显, 仅在地貌上表现为透闪石片岩软弱带, 略呈负地形。主要通过夜间紫光(上接第58页) 该方法在完成补偿过程的时间明显少于以往生产中采用的/试错法0, 并能大量节约模具开发资金和缩短新产品研发周期。

要尽可能的一次弯曲成型。

形状复杂的弯曲件, 一般需要两次或者多次弯曲成型, 在实现多次弯曲成型时, 应先弯曲外角再弯曲内角, 并使后一次弯曲不影响前一次弯曲部分, 并且使前一次弯曲必须使得后一次弯曲有一定的定位基准。

非对称的弯曲件, 应先采用成对弯曲成型, 再切除多余部分。

工件形状一般而言, 弯曲件越复杂, 一次弯曲成型的次数越多, 则弯曲时各部分的互相牵制作用越大, 弯曲拉伸的变形程度越大, 故回弹量越小, 所以, 弯曲成型次数多的制件必须合理安排加工工序。

3 结语

回弹实质上是一个弹性卸载过程, 由于弯曲件形状的复杂性, 可能伴有局部加载过程, 零件的最后回弹形状是其整个成形过程的累积效应。而板料弯曲成形的回弹问题非常复杂。在实际生产中要根据产品批量大小、弯曲件精度要求、模具设计制造条件来选择相应的方法, 以便保证质量, 提高产品精度。

形状简单的弯曲件如/V 、U 、Z 0三中类型的,