翻邊回彈凍結(jié)技術(shù)在廚電沖壓件上的應(yīng)用

文/曹永祥，張華林，鄭海華·杭州老板電器股份有限公司

翻邊回彈是指板材在沖壓成形過程中，當(dāng)外載荷卸除之后，塑性變形區(qū)的材料因殘余應(yīng)力而使零件變形的現(xiàn)象，即由于彈性變形區(qū)的彈性恢復(fù)以及塑性變形區(qū)中材料彈性變形部分的彈性恢復(fù)，使其形狀、尺寸都發(fā)生與加載時變形方向相反變化的現(xiàn)象。在拉深后成形時，翻邊回彈現(xiàn)象更嚴(yán)重，在廚電產(chǎn)品沖壓零件成形領(lǐng)域，翻邊回彈已成為工藝設(shè)計和模具開發(fā)中要考慮的重點問題，由于回彈的存在，卸載后零件的形狀尺寸與模具表面的形狀尺寸不能完全符合，零件的尺寸精度達(dá)不到設(shè)計要求，對生產(chǎn)效率造成極大的影響，所以有必要對其進(jìn)行深入的分析研究和有效的控制。

長期以來，公司對回彈問題一直在探索更好的解決方案，這一直也是沖壓件精密成形的難點之一。在實際沖壓生產(chǎn)中，精準(zhǔn)掌握翻邊回彈規(guī)律和翻邊回彈值大小，分析影響翻邊回彈的因素，并結(jié)合創(chuàng)新的工藝技術(shù)和模具結(jié)構(gòu)，可有效控制和凍結(jié)翻邊回彈，提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)。

影響翻邊回彈的因素

翻邊回彈是不可避免的，而且翻邊回彈的過程并不只是簡單的彈性卸載過程，對于一個工件，所有的結(jié)點不可能同時處于卸載狀態(tài)，卸載過程可能還伴有局部加載過程，所以必須對翻邊回彈影響的重要因素進(jìn)行分析。

材料的力學(xué)性能對翻邊回彈的影響

金屬材料的翻邊回彈變形特點：卸載時彈性恢復(fù)的應(yīng)變量與材料的屈服強(qiáng)度成正比，與材料的彈性模量成反比，即屈服強(qiáng)度越大，卸載時彈性回彈越大。這是因為材料屈服強(qiáng)度越高，材料在一定的變形程度下，其變形區(qū)斷面內(nèi)的應(yīng)力也越大，因而引起更大的彈性變形，所以回彈值也越大；而彈性模量越大，則抵抗彈性變形的能力越強(qiáng)，所以回彈值越小。

圖1(a）所示的兩種材料，屈服強(qiáng)度基本相同，但彈性模量不同(E1＞E2），在翻邊變形程度相同的條件下，退火鋼材在卸載時的彈性恢復(fù)變形小于冷作板材，即ε1＜ε2。又如圖1(b）所示的兩種材料，彈性模量基本相同，但屈服強(qiáng)度不同(ReL4＞ReL3），在翻邊變形程度相同的條件下，經(jīng)冷作硬化而屈服強(qiáng)度較高的鋼材在卸載時回彈變形大于屈服強(qiáng)度較低的退火鋼材，即ε4＞ε3。需要注意的是，所有鋼材的彈性模量相差不大，但屈服強(qiáng)度和硬化指數(shù)卻有較大差別，因此為減小回彈，在模具設(shè)計時應(yīng)重點考慮材料的屈服強(qiáng)度和硬化指數(shù)。

圖1 材料力學(xué)性能對回彈的影響

翻邊角度對翻邊回彈的影響

翻邊角度越大表示變形區(qū)越大，則工件的角度回彈值也越大，且翻邊角度與翻邊半徑的回彈值有關(guān)。

相對翻邊半徑對翻邊回彈的影響

相對翻邊半徑表示翻邊成形的變形程度。回彈值與相對翻邊半徑成正比，相對翻邊半徑越小，斷面中塑性變形區(qū)越大，切向總應(yīng)變中彈性應(yīng)變分量所占的比例越小，因此，卸載時彈性回彈隨相對翻邊半徑的減小而減小，而相對翻邊半徑值較大時，雖然變形程度很小，但材料斷面中心部分會出現(xiàn)很大的彈性區(qū)，所以回彈值越大，為了減小回彈，盡量選擇較小的相對翻邊半徑。

翻邊工件形狀及模具工作部分尺寸對翻邊回彈的影響

翻邊工件形狀及模具工作部分尺寸對回彈值有較大的影響，一般說來，U形工件的回彈比V形工件的回彈要小，這是因為U形工件的底部在翻邊中存在有拉伸變形的成分，所以回彈要小。

翻邊校正力對翻邊回彈的影響

一般情況下，翻邊校正力小時，則回彈角就大，增加校正力可減少回彈量。對翻邊半徑小的工件進(jìn)行校正翻邊，可使角度回彈減小或成為負(fù)回彈。

材料的表面質(zhì)量對翻邊回彈的影響

板材厚度的精度、表面質(zhì)量和平面度對回彈有較大的影響，若板材厚度公差范圍大，其回彈值的波動就越大，板材厚度越薄，受這方面的影響就越大。另外，若材料表面不平，如有凸起或雜質(zhì)，則在翻邊時將會產(chǎn)生應(yīng)力集中，因而對回彈有較大的影響，甚至還會產(chǎn)生翹曲、扭曲或開裂等缺陷。

翻邊方式對翻邊回彈的影響

翻邊方式直接影響到翻邊工件的回彈值，如材料在無底凹模內(nèi)作自由翻邊時的回彈量比有底凹模限制翻邊的回彈量要大。翻邊過程中，板料因受到模具的阻礙可能產(chǎn)生很復(fù)雜的變形，將影響翻邊工件脫離模具后的回彈結(jié)果，為了掌握回彈規(guī)律，提高翻邊工件的尺寸精度，需要進(jìn)一步分析各種翻邊方式對回彈的影響。

翻邊零件的工藝分析

廚電產(chǎn)品的沖壓件中，大部分產(chǎn)品對翻邊回彈的控制尤為重要，直接影響后續(xù)焊接、裝配和外觀質(zhì)量。集煙腔（圖2）是吸油煙機(jī)的重要零件之一，零件外形尺寸大，空間曲面復(fù)雜，外表面質(zhì)量要求高，不允許有壓痕、起皺、塌陷等影響外觀的缺陷產(chǎn)生。除保證零件的外觀質(zhì)量外，還要充分考慮零件自動激光焊接與裝配關(guān)系，保證整機(jī)的裝配質(zhì)量。以此零件為例，它的沖壓工藝是：剪料→拉深→切邊→沖預(yù)孔→中孔整形→沖燈孔→燈孔成形→沖中孔→翻邊1→翻邊2→翻邊3→翻邊4→整邊。在沖壓生產(chǎn)過程中，先采用液壓機(jī)進(jìn)行深拉深，由于拉深時材料的流動造成型腔外平面不平整，切邊后需要對外平面進(jìn)行翻邊，回彈更大，更不規(guī)則，常規(guī)翻邊成形技術(shù)的模具結(jié)構(gòu)已無法滿足工藝品質(zhì)要求，影響后道自動激光焊接和外觀質(zhì)量。所以，亟需深入研究適合集煙腔零件的回彈凍結(jié)技術(shù)，積極開發(fā)吸油煙機(jī)的先進(jìn)制造工藝。

圖2 集煙腔

圖3 翻邊模具結(jié)構(gòu)示意

翻邊回彈凍結(jié)技術(shù)

影響翻邊成形回彈的因素很多，如材質(zhì)、翻邊角度、圓角半徑、凸凹模間隙、凹模圓角、沖壓速度和壓料力等，為了有效地控制回彈，需要對這些工藝參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的研究分析，充分利用沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)來凍結(jié)回彈。

凍結(jié)技術(shù)之應(yīng)力預(yù)釋放法

在翻邊過程中，凹模設(shè)計成斜角后再倒圓弧過渡，凹模刃口斜角先將工件折彎成斜角，可以釋放塑性變形區(qū)的殘余應(yīng)力，再折彎成90°角時，因釋放部分應(yīng)力而使回彈有效變小，能夠有效的凍結(jié)回彈。

凍結(jié)技術(shù)之翻邊阻力控制法

在翻邊過程中，增大翻邊阻力可有效地減小回彈。翻邊阻力的增加主要通過壓料筋和壓料力的方式來實現(xiàn)。使用壓料筋可有效阻礙材料向凹模方向流動，通過凸模和壓料板的作用力過盈加壓，使在容易產(chǎn)生回彈的翻邊角部的應(yīng)力產(chǎn)生變化，從而減少回彈。壓邊力的作用與壓料筋相似，合理的壓料力能對回彈有較好的抵制作用，對改善材料的翻邊性能，提高翻邊尺寸精度有積極的作用。

凍結(jié)技術(shù)之預(yù)彎成形法

在翻邊工藝中，前工序先翻邊成45°～60°角，后道再翻邊成90°，且在后道翻邊中，凸模尺寸比預(yù)彎時大0.2mm，使之在前道變形集中區(qū)域進(jìn)行再翻邊成形，因前道變形集中區(qū)應(yīng)力已釋放，故后道翻邊成形時回彈顯著降低。

翻邊回彈的模具結(jié)構(gòu)應(yīng)用

模具結(jié)構(gòu)是以翻邊形狀為基礎(chǔ)來設(shè)計模具形狀的，結(jié)合工藝技術(shù)以凍結(jié)回彈對零件形狀的影響，實現(xiàn)翻邊尺寸滿足設(shè)計要求。

翻邊模具結(jié)構(gòu)如圖3所示，凹模成45°角斜度后再倒圓角R，可使其先折彎成45°角，沖壓行程繼續(xù)向下時，再折彎成90°角；凸模頂部設(shè)計壓料筋，阻礙材料向凹模方向流動且釋放應(yīng)力；向內(nèi)傾斜α角，補(bǔ)償翻邊回彈；采用氮?dú)鈴椈蓧毫希_保翻邊前有足夠的預(yù)壓力壓住工件，翻邊過程中有效阻礙材料向凹模方向流動；凸凹模間隙等于料厚或大于材料厚度且控制在0.05mm以內(nèi)，以保證板材的保護(hù)膜在成形過程中不會破裂而劃傷工件。多種技術(shù)相結(jié)合，有效的凍結(jié)了工件的回彈，實現(xiàn)翻邊成形沖壓。

結(jié)束語

翻邊回彈的影響因素很多，也很復(fù)雜。雖然是不可避免的，但我們可以通過綜合分析影響翻邊回彈的主要因素，根據(jù)翻邊時的各種條件和翻邊回彈趨勢，盡量凍結(jié)和控制工件的回彈。零件的最后形狀是其整個成形過程累積效應(yīng)的體現(xiàn)，合理將多種凍結(jié)和控制回彈的沖壓工藝和創(chuàng)新的模具結(jié)構(gòu)相結(jié)合，能夠?qū)Ψ叧尚蔚牧慵貜椷M(jìn)行有效的凍結(jié)，對提高沖壓件的質(zhì)量及生產(chǎn)效率具有重要意義。