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1、 冷作冲压弯曲零件工艺分析与质量控制 工 种： 钣 金 申报级别： 高级技师 职 称： 技 师 姓 名： 单位： 冷作冲压弯曲零件工艺分析与质量控制单 位： 姓 名：鉴定等级：高级技师 鉴定工种：钣 金摘要 弯曲是冷作冲压生产中应用很广泛的一种成型工序，了解冲压弯曲工艺，明确影响冲压弯曲零件质量的各种因素，以及如何从工艺角度更好地保证弯曲件的质量，对现生产有实际指导意义。关键词 弯曲 冲压 模具引言冷作冲压是金属塑性成形的基本方法之一,它是利用冲模在压床上对金属(或非金属)板料施加压力使其分离或变形,从而得到一定形状,并且满足一定使用要求零件的加工方法,与其它加工方法比较,在技术上、经济上有许
2、多优点，如：材料利用率高、生产效率高、成本低、操作简单等。保证其加工实现优质、高效、低耗的关键是冲压模具，而冲模不是按照图纸加工完后可直接交付使用，必须经过试冲，发现问题，分析原因，对模具进行适当的调整和修理，冲出合格的零件。尤其是弯曲、拉伸、翻边等使板料变形的冲模，当冷作件形状复杂或精度较高时，很难精确计算出变形前的毛坯尺寸和形状，因为影响这种塑性变形的因素非常多，变形情况也很复杂，理论计算出来的尺寸和形状与实际尺寸和形状是有差别的，在生产中，还会出现毛刺、开裂、起皱等缺陷。正文1.弯曲的工艺过程及原理弯曲是将板料、棒料、管料和型材等弯曲成一定形状及角度的零件的成形方法。弯曲是冲压生产中应用
3、较广泛的一种成型工序。板料的V形和U形弯曲是最基本的弯曲变形。如图1所示，其工作过程是:将平板坯料放到凹模上，凸模在压力机滑块作用下,逐渐下滑并给板料向下压力，此时板料受压而产生弯曲变形，随着弯曲凸模的不断下移,板料弯曲半径逐渐减小直到压力机滑块下降到下止点位置时，板料被紧紧地压在凸凹模之间,其内弯曲半径与凸模圆角半径重合，将板料弯曲成形。图1 V形和U形弯曲在弯曲过程中，板料的各部分材料将发生不同的变形。在弯曲变形区内，靠近凸模一边的纤维层受到压缩而缩短，靠近凹模的一边，受到拉伸而伸长。外表面至毛坯料中心，其缩短与伸长的程度逐渐变小，在缩短与伸长的两个变形区之间，有一纤维层始终不变，称为中性
4、层。由此可见，在弯曲过程中，弯曲材料塑性变形是从上下两面开始，随着弯曲力不断增加，塑性变形区从两表面逐渐向中间扩展，最后重合在一起。同时，对于宽度较窄的坯料，在弯曲过程中，板料宽度方向的形状及尺寸也发生变化，拉伸区宽度方向的横剖面宽度及高度减少，而压缩区横剖面宽度和高度加大，使整个横剖面变形成扇形。由于材料上述的变形，使其平板料，按凸、凹模的形状发生塑性变形后，而弯曲成形。2.弯曲件的质量要求 在冲压生产中，弯曲零件占据很大比例，对于弯曲形状的零件，对其形状及精度大致有如下几方面要求：2.1.弯曲零件孔的中心距及孔与基准面的距离应准确，符合要求。如我公司冲压产品35V66-04021，对弯曲后
5、孔的同心度、孔到面的距离要求应准确，以确保后序焊接生产。图2 35V66-040212.2.弯曲零件各部分尺寸及弯角、直线部位应具有一定的准确性。如我公司冲一的一个产品-C0100，该产品对弯曲角度、孔边距要求较高。图3 -C01002.3.弯曲零件弯曲后应保证有一定的弯曲角，应避免回弹现象。以我公司冲压产品16J05-02315为例，弯曲后开口尺寸因回弹，很容易发生开口尺寸不稳定的问题：图4 16J05-023152.4.弯曲零件弯曲角不能有明显裂纹；弯曲后表面应光洁，无明显划痕现象。2.5.弯曲后的零件不应有翘曲及扭转现象。3.影响弯曲件质量的因素在实际生产中，影响弯曲零件精度的因素很多，
6、其中主要有：3.1材料对弯曲件精度的影响3.1.1.材料的力学性能、成分分布不均，则对于同一板料所弯曲的工件由于应力及回弹值不同，则工件的形状及尺寸也不同,会造成一定的尺寸偏差。3.1.2.材料的厚度不均，即使采用同一弯曲模进行弯曲，所得到的工件尺寸与形状也有差异。厚度大的，弯曲时阻力大、回弹小；厚度小的，回弹就大，形状及尺寸均不准确，影响了工件的精度、并易产生翘曲及扭转现象。3.2.模具对弯曲件精度的影响模具是弯曲工件的主要工具，通常弯曲工件的形状和尺寸取决于模具工作部分的尺寸精度。模具制造的精度越高，装配越准确，获得工件的尺寸精度也越高。此外，模具的结构对弯曲工件有很大影响。一般来说，有导
7、向机构的弯曲模比无导向机构的弯曲模在弯曲工件时形状与尺寸有准确精确得多。并且模具的压料装置和定位装置的可靠及稳定形，对工件尺寸的精度都有较大关系。3.3.弯曲工艺顺序对精度的影响弯曲工件的工序较多时，由于个工序的偏差所引起的累积误差会增大，此外，工序前后安排顺序不同，也会对精度有很大影响。例如：对于有孔的弯曲件，先弯曲后冲孔的精度比先冲孔后弯曲时孔的位置精度要高的多。3.4.工艺操作对弯曲件精度的影响 冲模的安装、调试及熟练程度对工件精度高低是有影响的。如果安装的不准确，不仅会使工件质量降低，而且会造成很多废品。另外，操作时的送料准确性及坯料定位的准确程度，都会对工件形状及尺寸精度产生影响。3
8、.5.工件形状及尺寸对精度的影响 形状不对称和外形尺寸较大的弯曲件弯曲的偏差会明显增大。3.6.压力机对工件精度的影响 在弯曲时，由于压力机吨位大小、工作速度等不同，都会使弯曲尺寸发生变化。此外，压力机本身精度不佳或压力机中心与模具压力中心不一致时，也会造成形状和尺寸的偏差。4.弯曲件工艺分析与质量保证在生产中，弯曲件常常会出现一些质量缺陷,达不到其精度要求，常见的质量缺陷有以下几个方面，现就其产生的原因及防止措施进行分析。4.1.弯曲件的形状与尺寸不准确其产生的原因及防止措施主要有：4.1.1.弯曲件形状不对称，弯曲时弯曲力不平衡，工件在压弯过程中产生偏移，应尽量采用对称弯曲成形，比如把不对
9、称形状的两件连在一起使之对称弯曲，弯曲成形后再切开成为两个零件。4.1.2.定位不稳定，可改变定位形式，或者增加定位销、定位板或导正销。4.1.3.压料不牢，应在弯曲模上增加弹性压料装置，以便在弯曲时能压住坯料，防止坯料移动偏移。4.2.冲压件底面不平由于弯曲模底部没有采用弹顶器，或虽有弹顶器但顶料力不足，压弯时工件与凸模底面没有靠紧。这时可以增加弹顶器或增加顶料力。4.3.冲压件产生回弹弯曲件回弹的主要原因是由于材料弹性变形引起的。板料弯曲时，在塑性变形的同时，必然伴随有弹性变形的成分，因此成形完卸载后总变形中必然有一部分变形得到恢复，即发生回弹。回弹的结果，使弯曲件的弯曲半径和弯曲角度与模
10、具不一致，从而损害弯曲件的质量，影响零件的尺寸精度。影响回弹的因素很多，主要有以下几个方面：4.3.1.材料力学性能弯曲零件的回弹值与材料屈服点s成正比，而和弹性模量E成反比。板料的表面质量、厚度尺寸精度和平面度，对回弹都有较大影响。因此，为了减少回弹，应选择力学性能分布较均匀、表面质量好的板料。4.3.2.对于弯曲半径r/t越大，变形程度越小，材料断面中心部分会出现很大的弹性区，所以回弹值就越大。为了减小回弹，一般选择小的相对弯曲半径。4.3.3.模具工作部分尺寸在弯曲过程中， V性弯曲和U形弯曲所发生的回弹情况不同。影响V形件回弹的因素主要有：凸模圆角半径r凸和凹模肩部槽口宽度L。 r凸越
11、大，回弹越大，对于同一种材料的相同厚度的弯曲，适当选择r凸，有可能使回弹为零；凹模槽口宽度窄时，回弹大，但槽口也不能过宽，一般推荐：L=8t（t为板料厚度）。影响U形件回弹的因素主要有：凸模圆角半径r凸、凹模肩部的圆角半径R凹、凸凹模间隙和凹模槽口深度等。r凸越大，回弹越大；R凹大时，易产生正回弹，若较小，会出现负回弹，故一般应使R凹选择得较合适：R凹=（2-3）t（t为板料厚度）。当凸、凹模间隙大于料厚时，弯曲过程中板料与凸模不能很好贴合，产生正回弹，当间隙小于料厚时，回弹减小，有时会出现负回弹，为了减小回弹，凸模与凹模之间的间隙，应比板厚小0.03mm为宜。凹模槽口浅，回弹大，槽口深，回弹
12、小，通常凹模槽口深度取H=4t。此外，可以改变凸模的角度或形状，将凸模角度减少一个回弹角，以补偿回弹获得所要求的形状和尺寸。4.3.4.弯曲作用力的影响一般情况下，弯曲作用力小时，回弹大，增加作用力或使校正力集中在变形部分，能减小回弹。4.4.冲压件弯曲部位产生裂纹，即在弯曲部位外侧产生裂纹。产生裂纹的原因及防止措施主要有。 4.4.1.凸模弯曲半径过小，应增大凸模弯曲半径。在弯曲过程中，材料的外层纤维受拉应力，当材料的厚度一定时，弯曲半径r越小，则拉应力越大。当弯曲半径r小到一定限度时，材料外层纤维应力过大，而使弯曲件外层出现裂纹及破裂，通常把不致使材料弯曲时发生破坏与折断时的最小弯曲半径的
13、极限值，称为材料的最小弯曲半径。在模具设计中，一般r凸=（13）t,t为材料厚度。若弯曲件的弯曲半径为r，则凸模圆角半径r凸=r。4.4.2零件有毛刺的一面处于弯曲外侧，应把有毛刺的一面处于弯曲内侧。因为冲裁件的冲裁断面都由光亮的切割部分（光面）和断裂的毛刺部分（毛面）组成，弯曲时，应把毛刺部分那面处于弯曲内侧，光面处于弯曲外侧。我公司生产的/32-C0100灯罩，是一套落料模具，压弯时分左右件，的毛刺部分处于弯曲外侧，的毛刺部分处于弯曲的内侧，两个零件成型后局部开裂明显不一样。4.4.3材料塑性差，可选用塑性较好的材料。对于变形工序，在一定的强度下，塑性越好的材料，则允许材料变形的程度越大，
14、其冲压工艺性也越好。一般来说，钢的含碳量越低，杂质含量越少，则其塑性越好，并且硬度也越低，故冲压材料一般选用低碳钢和低合金钢等拉延系数好的材料。4.4.4折弯线与板料的纤维方向平行，应改变落料排样，使弯曲线与板料的纤维方向垂直或成一定角度。冲压用金属板料多为冷轧板，板料呈纤维状组织。板料在横向、纵向及厚度方向上都存在机械性能的异向性。一般钢板在纵向（轧制方向）的塑性比在横向（宽度方向）要高，所以弯曲线垂直于轧制方向，材料具有较大的抗拉强度，不易破裂，可采用较小的弯曲半径。如我公司冲二的冲压产品10DH39-01011/2，在剪切过程中要认准纤维方向进行剪切，在压弯成型过程中，还要使产品的弯曲线
15、垂直于轧制的方向。因为该件在前期的生产准备试生产中，曾经出现过同一批次的材料，同样的加工工艺不同的成型质量。 图5 10DH39-010114.5在弯曲变形过程中，冲压件表面容易划伤，其原因及防止措施主要有：4.5.1凸凹模间隙过小，应保证合理间隙。在实际生产中，凸、凹模间隙可等于板料厚度，但板料本身存在厚度公差。当t1.5时，单面间隙z=t；当t1.5时，z=t+（是板料厚度的上偏差尺寸）。弯曲凸、凹模间隙值，对零件的形状与尺寸精度影响很大。间隙大，回弹大，弯曲零件尺寸精度很难保证，但过小的间隙值，容易划伤零件表面，同时还降低模具的寿命。一般需要反复试验，才能取得合理的间隙值。4.5.2凹模
16、圆角半径过小，适当增大凹模圆角半径。弯曲凹模R凹对弯曲力和弯曲质量有很大影响，R凹过小，零件在冲压过程中因挤压容易产生局部变形和变薄，R凹一般取R凹=（2-6）t。4.5.3凹模圆角及内壁的粗糙度低，提高凹模圆角及内壁的粗糙度。弯曲凹模的表面粗糙度要求较高，一般要Ra0.8,应将加工时留下的刀痕去除，在淬火后仔细精修及抛光，尤其是圆角与内壁相切部分要很好地过渡。4.5.4材料表面质量不好，或工作表面附着硬质微粒。这时，一般会选择表面质量好的材料，清除工作部分表面脏物。4.5.5弯曲零件出现翘曲。这个问题主要是由于材料在弯曲变形时，中性层内外变化不一致及拉伸与收缩量不一致引起的。一般会采取将事先算好的弹性变形量设计在与翘曲方向相反的弯曲模上，或者干脆对弯曲后的零件进行校正。结论冲压产品在实际弯曲变形过程中，材料的塑性变形比较复杂，影响弯曲件精度的因素很多，而且影响弯曲零件质量的一些因素还互相干扰，需要综合考虑多方因素，在生产过程中还需要不断实践和论证，才能最终确保产品零件的质量。参考文献1 王孝培.实用冲压技术手册.机械工业出版社.2002 高锦张 塑性成形工艺与模具设计 机械工业出版社 20023 翁其金、徐新成 冲压工艺及冲模设计 机械工业出版社 20084 钣金冲压工艺手册 国防工业出版社