板料V型彎曲回彈影響因素分析及實驗研究

劉靖

摘要：以不同材質(zhì)及不同厚度板料為研究對象，針對本科生必修課“固態(tài)成形工藝學(xué)”中板料成形內(nèi)容，研究了影響V型件彎曲回彈的主要因素。針對實驗中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象從板料性能及模具設(shè)計兩方面進行了分析，并提出了模具改進方案。

關(guān)鍵詞：V型件彎曲；模具；彎曲回彈

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）28-0260-02

彎曲件在彎曲過程中外層受拉應(yīng)力內(nèi)層受壓應(yīng)力，工件在卸載后外層纖維因彈性恢復(fù)而縮短，內(nèi)層纖維因彈性恢復(fù)而伸長，使彎曲件發(fā)生彈性回彈[1]。彎曲回彈是影響彎曲件質(zhì)量的主要因素之一，也是彎曲模設(shè)計技術(shù)的難點之一。對于自由彎曲，影響彎曲件回彈的主要因素有材料特性、相對彎曲半徑、彎曲角等。

“固態(tài)成形工藝學(xué)”課程是為材料成形與控制工程專業(yè)本科生設(shè)置的專業(yè)必修課，該課程以固態(tài)材料成形工藝理論基礎(chǔ)為核心，涉及了軋制、鍛造、沖壓、擠壓和拉拔等成形工藝中的理論知識及質(zhì)量問題。V型件彎曲回彈實驗課是針對教學(xué)中板料成形部分而安排的，目的是將課堂學(xué)習(xí)與實驗相結(jié)合，通過實驗加深學(xué)生對理論知識的理解與掌握，同時針對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象進行分析。

一、實驗材料及實驗過程

（一）實驗材料

實驗所用材料為Q235鋼板及純鋁板，化學(xué)成分及尺寸規(guī)格如表1、表2所示。

（二）實驗設(shè)備及實驗?zāi)＞?/p>

實驗所用設(shè)備為200噸四柱液壓機，如圖1所示。彎曲用凸、凹模結(jié)構(gòu)如圖2所示。凸模角度為60°，圓角半徑R2=1mm，寬度為25mm；凹模為兩塊可在凹模底座上滑動的滑塊，通過移動滑塊可以改變凹模開口度。

（三）實驗方案的制訂及實驗過程

根據(jù)來料厚度及凸模尺寸計算出凹模開口度及凸模向下行程，觀察材料特性、相對彎曲半徑及開口度對彎曲件回彈的影響。

實驗開始時，首先對凸模進行零點定位，即將凸模向下移動，使凸模頂點剛好和實驗板料接觸（見圖3），根據(jù)來料厚度及凹模開口度進行模具調(diào)整及凸模向下行程的控制。當(dāng)凸模運動到規(guī)定行程后對彎曲后的試樣進行拍照，之后取出試樣，將試樣拓到一張白紙上，用量角器分別測量彎曲件在模具中（拍照照片）以及從模具中取出后的角度，將測量結(jié)果填入相應(yīng)表格中。

二、實驗結(jié)果及分析

（一）實驗結(jié)果

不同材料、不同相對彎曲半徑及凹模開口度下V型件彎曲實驗結(jié)果如表3所示。

（二）分析及討論

1.相對彎曲半徑對回彈的影響。從表3中可以看出，隨著板料厚度的增加，即隨著相對彎曲半徑r/t的減小，無論是Q235鋼板還是鋁板都表現(xiàn)出回彈量減小，這與教科書中給出的結(jié)果一致。

2.材料特性對回彈的影響。從厚度相同或接近的Q235鋼板和鋁板彎曲后回彈量可以看出，鋁板的回彈量都大于Q235鋼板。實驗測定鋁板的屈服強度σs和彈性模量E分別為129MPa、71GPa，σs/E值為0.001817；Q235鋼板的屈服強度σs和彈性模量E分別為235MPa、200GPa，σs/E值為0.001175。σs/E值愈大，回彈量也愈大，所以，鋁板雖然在本實驗中卸載前的彎曲角較合理，但卸載后的回彈量較大。

3.凹模開口度對回彈的影響。Q235鋼板在相同厚度（1.5mm）下隨凹模開口度的增大，回彈值也增大。根據(jù)彎曲力公式Fmax=bt2/b凹·σS（b：板料寬度；t：板料厚度；b凹：凹模開口度）可知[2]，隨著凹模開口度的增大，板料所受彎曲力減小，因此，凸模對彎曲件的彎曲作用減小，使其彎曲角度增大，所以回彈量增大。

4.實驗中出現(xiàn)的問題。此次實驗中發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，即彎曲Q235鋼板時卸載前的彎曲角全部小于凸模角度60°，而彎曲鋁板時的彎曲角度幾乎與凸模角度相同，根據(jù)這一現(xiàn)象從材料性能及模具設(shè)計兩方面進行了分析。由于本次實驗凹模底部設(shè)計成了開放式的，當(dāng)凸模按照設(shè)定行程完成彎曲后，凹模無法對彎曲件的外側(cè)施加校正壓力作用，板料兩彎曲邊在凹模兩支點及凸模頂點的作用下向內(nèi)彎曲，材料越硬，向內(nèi)彎曲越嚴重，結(jié)果造成板料與模具的接觸只是點接觸或部分線接觸。而Q235鋼板的屈服強度為235MPa，鋁板經(jīng)測試其屈服強度為129MPa，Q235鋼板明顯比鋁板硬，因此，Q235鋼板（見圖4（a））像鋁板那樣可以較好地包住凸模（圖4（b））。如果從圖4（a）彎曲角兩條邊的內(nèi)側(cè)各畫兩條線相交后測量其角度，必然此角度小于凸模的60°角。

針對實驗中出現(xiàn)的問題，需要對凹模進行改進，以便在彎曲過程中凹模能對板料施加一定的壓力。改進后的凹模如圖5所示，將凹模內(nèi)側(cè)做成具有一定斜度的斜邊，兩斜邊夾角為60°，此斜邊在鋼板彎曲過程中可以起到約束鋼板自由彎曲的作用，使鋼板在彎曲過程中逐漸和凸、凹模貼近，最終達到和凸模相同的角度。

三、結(jié)論

針對本科生必修課“固態(tài)成形工藝學(xué)”中板料成形的內(nèi)容，設(shè)計了V型件彎曲實驗用凸凹模，通過實驗，學(xué)生加深了對專業(yè)知識的理解，掌握了V型件彎曲時影響彎曲件回彈量的主要因素。

從模具設(shè)計和材料性能兩方面對實驗中出現(xiàn)的問題進行了分析。造成卸載前Q235彎曲件彎曲角度小于凸模角度的主要原因是凹模設(shè)計存在一定的缺陷。由于本實驗設(shè)計的凹模底部是開放的，板料有很大的空間進行自由變形，強度較大的鋼板在彎曲過程中板料與模具的接觸只是點接觸或部分線接觸，使板料端部在凹模兩支點及凸模頂點的作用下向內(nèi)彎曲，結(jié)果彎曲角度小于凸模角度，并針對這一問題提出了模具改進方案。

參考文獻：

[1]吳詩悙.沖壓工藝及模具設(shè)計[M].西安：西北工藝大學(xué)出版社，2002.

[2]肖景容.沖壓工藝學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版，1996.