V形件彎曲成形過程分析及凹模深度計算

趙志波

(上海飛機制造有限公司,上海 200436)

V形件彎曲成形過程分析及凹模深度計算

趙志波

(上海飛機制造有限公司,上海 200436)

實際生產中的V形鈑金零件的生產存在缺陷,以此入手,分析了V形件成形過程中的變形規律,并建立了計算凹模深度的公式。

V形件彎曲 凹模深度彎曲過程。

彎曲成形是基本的板料成形工藝，在汽車、航空、航天等領域具有極為廣泛的應用。在幾次生產實踐中筆者發現，V形零件上總會留下凹模邊緣的壓痕，多次修銼凹模邊緣后仍然無法消除該壓痕。為此本文分析了V形件彎曲過程入手，深入了解變形區的變形規律，并提出一個凹模深度計算公式來指導模具設計，以消除壓痕做出合格的V形零件。

1 V形件彎曲過程分析

板料彎曲過程分為兩種情況：一是自由彎曲，二是校正彎曲。(圖1，圖2)

自由彎曲時，零件成形部分在變形過程中不受模具的校正影響，卸載后回彈較大，在實際中較少使用。校正彎曲是在板材自由彎曲的終了階段，凸模將零件壓靠在凹模上，對零件的圓角和直邊進行精壓，減少了回彈的影響，在實際中較為常用。

用校正彎曲成型V形零件時，零件變形情況如圖3所示。在凸模剛開始下壓時，凹模與零件的接觸點由凹模圓角處下滑到了凹模直邊區。隨著凹模繼續下壓，凹模支撐點將繼續下滑，支撐點外的板料就開始向反方向彎曲。這時彎曲件的直邊變形區呈S形。凸模繼續下壓，OA段與BC段產生內閉的彎曲，AB段產生外開的彎曲。在沖壓設備上成形V形件時，零件在C點就留下了凹模的壓痕。由于沖壓機床成形速度快，壓力大，且該V形零件是退火鋁合金，凹模為淬火工具鋼，V形件與凹模相比硬度非常小，所以壓痕很容易出現在鋁合金零件表面。

生產中我們也嘗試了增大凹模C處圓角，發現凹模對零件的壓痕仍然無法消除。于是目標便轉移到了凹模尺寸的設計上來。

如果能合理設置凹模直邊的長度，使零件在成形過程中不出現S形區域，那么零件上也就不會留下凹模的壓痕了。

2 凹模深度的確定

設彎曲過程中，變形區恒保持圓弧狀。

則由圖4可知，開始彎曲時，變形區左半部分的長度為W。

其中：W——變形區長度；

r凹——凹模圓角半徑；

r——彎曲件內半徑；

t——板料厚度；

φ——彎曲中心半角。

彎曲過程中，隨著支撐點不斷內移，變形區的長度會不斷變化。到彎曲終止時，變形區長度會變成與工件實際需要的彎曲長度S相等的長度。

其中： S——彎曲區長度。

如果W＜S，說明開始彎曲時的變形區域不夠長，還需要從凹模口外的非變形區補充金屬進來參與變形。這種情況下，凹模可以不設置斜壁。

如果W＞S，說明最終變形區比開始彎曲時小。這種情況經常見到，因為一般零件的r和 φ不會很大，模具的圓角值又不會很小。因此，變形終止時的非變形區分為兩部分：一個是始終沒有進入變形區，一直保持平直狀態的“不變形區”；一個是曾經處在變形區內，參與過變形，但后來由于支撐點內移而被凹模校形，成為非變形區的曾變形區。

為使曾變形區不產生S形變形，就必須設置凹模直邊的長度。但此長度也不能過大或過小。如果過小，則壓不出兩側要求平直的V形零件。如果過大，不僅會在零件上留下壓痕，而且增大了凹模高度和壓力機行程，減小了單位面積上校正彎曲的校正壓力，弱化校正定形效果。

確定凹模直邊長度的原則是：在保證完成整個曾變形區的校正任務的前提下，盡可能取凹模直邊的最小值。由此可令凹模直邊的長度正好等于曾變形區的長度，即：

將(1)、(2)式代入(3)式：

從而得出：

或者寫為：

由(4)、(5)可以看出：

(1)凹模直邊長度值與V形件的彎曲中心角度、彎曲半徑、材料厚度等有關，不可隨意確定。

(2)對于確定的V形鈑金件，零件的彎曲角度、彎曲半徑、材料厚度都是確定值，此時凹模直邊長度與凹模圓角半徑存在簡單的線性關系。

實踐證明，對于凹模直邊長度和圓角半徑的合理設計，有效地改善了零件的合格率。

3 結語

(1)V形件成形凹模的直邊對零件兩側的曾變形區起到了一定的校形作用。

(2)合理設計凹模深度可以使零件的表面質量得到改善，提高零件合格率。

[1]薛啟翔,等.沖壓模具設計制造難點與竅門.機械工業出版社, 2003.7.

[2]中國鍛壓協會編著.沖壓技術基礎.機械工業出版社,2013.8.

趙志波(1986—),男,上海人,上海飛機制造有限公司,工藝裝備設計員,研究方向:飛機鈑金成型模具的設計和優化。