折彎件缺陷原因分析及解決方案

王保保， 霍婧怡

（1.山西北方機械制造有限責任公司， 山西 太原 030024； 2.晉西鐵路車輛有限責任公司鐵貨分公司，山西 太原 030024）

引言

金屬折彎件在機械產品中應用較廣，彎曲零件有V 形、U 形、Z 形及其他較復雜的彎曲形狀。其比焊接結構件具有外形美觀，強度高，加工方便快捷等特點，但也存在角度不好控制，易產生裂紋等質量問題。為滿足產品質量和生產需要，折彎的質量標準也逐漸提高。折彎工藝的合理性直接影響到產品最終成形的尺寸和外觀。通過從理論方面對折彎件的缺陷產生原因進行分析，從結構設計、工藝設計、實際操作等方面著手確定解決方案并在生產過程予以控制和預防，采取相應有效的工藝方法來提高工件質量，實現快速判斷故障，及時解決問題的目的。

在產品的加工過程中，折彎件的制造缺陷有多種，本文對較為典型的四種缺陷現象進行分析，提出解決方案。

1 折彎件缺陷現象的案例

1）某產品板材材料為20CrMnSi，板厚δ=10 mm的護板折彎R8 mm 后，在折外表面出現裂紋缺陷；

2）某產品零件，在折彎后發生回彈現象，直接影響工件的尺寸精度。

3）某產品板材材料為35，板厚δ=10 mm，寬度400 mm 的擋板，在與板材軋制方向平行的方向折彎R12 mm 后，在折彎線內表面出現裂紋缺陷；

4）某產品板材材料為20，板厚δ=14 mm，材料經剪切或沖裁后，在邊緣常出現毛刺或細小裂紋，彎曲時出現折裂缺陷，工件折裂時剪切面（帶毛刺面）向外，開裂位置發生在工件的剪裂帶和揉壓帶。

2 折彎件缺陷問題分析

折彎是冷沖壓的成形工序，是坯料受力后，應力超過了材料的屈服點，經過塑性變形后，成為一定形狀的加工工序。彎曲是將平板坯料放在專用彎曲模中，借助壓力機壓力作用，或通過專用設備利用沖模壓成一定角度形狀的制品零件的過程。材料在彎曲時，其彎曲圓角處，發生了劇烈的塑性變形，即外表層被拉長，內表層被壓縮。彎曲半徑過小，容易被拉裂；彎曲半徑過大，又會產生彈性回跳。因此，過大或過小的彎曲半徑值是影響彎曲件質量的不利因素。案例1 的彎曲半徑較小，是造成彎曲裂紋缺陷的主要原因。

彎曲件除了發生塑性變形外，還同時伴隨有彈性變形，去掉外力時彈性變形部分立即恢復而產生彈性會跳（回彈）或者在壓彎處發生破裂，因而引起彎曲，出現廢品。

材料的彈性是指材料在受外力作用下產生變形，而在外力去掉之后，仍能恢復原來形狀的一種金屬特性。材料的彈性是用保持彈性變形的最大應力（單位面積上的抵抗力）σe來表示，俗稱材料的彈性極限，即：

式中：σe為材料的彈性極限，MPa；Pe為彈性極限負荷，N；F0為試件原來的截面積，mm2。

材料的彈性對零件本身是一種很有價值的特性。但在彎曲金屬板料時，由于材料的彈性存在，彎曲后的成形工件會有向原來狀態方向彈回現象，致使工件達不到預想的形狀和精度，這就不得不通過一次又一次的反復試模，來確定彎曲模的工作部分尺寸，直至修整到合適為止，增加了工作量的給工作帶來一定的困難及很大的工作量。所以，對于折彎的零件都要求塑性較好的金屬材料。案例2 出現的折彎后不滿足產品精度要求的問題，就是因回彈引起的，與材料的性能、模具結構、彎曲件本身的形狀、工藝性以及設備壓力大小等有關。

由于板料在軋制過程中形成纖維組織，它在各個方向的力學性能及物理性能并不均勻一致，即在不同方向上有所差異性，材料的這種性能即被稱為板平面的方向性。板料的方向性對彎曲性能影響較大，使彎曲件易被彎裂，影響產品的成形。因此，在彎曲件的通常折彎工藝中要規定，折彎應按與板料壓延方向垂直。但如果必須在兩個方向上同時進行彎曲的工件，應采取斜排料，使其成45°夾角，可預防翹曲及扭曲，彎曲線與軋制方向最好應保持不小于30°的夾角。案例3 發生裂紋的原因主要就是工件彎曲線與軋制方向平行引起的。

工件在彎曲前，坯料的準備工作對于彎曲件的質量有著很重要的影響。彎曲是利用金屬發生塑性變形后，能保持一定的永久變形的特性。彎曲時，內層受壓應力，而外層受拉應力，這兩種應力都超過屈服點。與此同時，其他因素也會促使材料發生破裂，造成廢品的產生。其中很大一部分原因是由于坯料的質量低劣引起的。所以板料的表面在彎曲前應保持光滑。整個板面應避免有凸起及凹陷存在。板面毛刺不易清除時，在毛刺的周圍易產生應力集中現象，促使材料破裂。案例4 在彎曲時出現折裂缺陷的主要原因就是毛刺的應力集中造成的。

3 折彎件缺陷解決方案

3.1 選擇合理的彎曲半徑

設計彎曲件時，選擇彎曲件的彎曲半徑不應過大或過小。取值一般不應小于材料許可的最小彎曲半徑值。如對于退火或正火的中碳鋼，垂直碾壓紋方向，彎曲件最小彎曲半徑為0.8t（t 是板料厚度），如工件要求有很小的內側彎曲半徑或要求做成直角時，應事先進行工藝控制，在兩邊開槽，或彎曲后再銑槽，以便于成形。彎曲鋼件及硬鋁時應經熱處理退火，使其塑性增強后進行彎曲。

3.2 降低回彈對產品質量的影響

1）應選擇力學性能較好的沖壓原材料。在產品設計時，應選擇屈服點σb較小、彈性模量E 較大、硬化指數n 較小的材料，可以減小彎曲件的回彈，確保彎曲件的質量和精度。

2）設計合理的彎曲件結構。在設計彎曲件時，相對彎曲半徑在大于最小相對彎曲半徑的前提下應盡量小。同時，在不影響彎曲件使用性能的前提下，為減小回彈，可在彎曲件的轉角處，壓出加強肋。

3）改進模具設計。消除或減小回彈對此采取的工藝措施為角度補償法。若工件折彎角度為90°，折彎機下槽（V 形）開口角度可選擇78°；加壓時長增加校正法。在彎曲終了時進行加壓校正，延長折彎機上模、工件、下槽的接觸時間，以增加下槽圓角處的塑性變形程度，使拉壓區纖維的回彈趨勢互相抵制，從而減少回彈。

4）選用噸位大的壓力機，加大壓力減少回彈。為了減少回彈，在彎曲過程中可采用遠比實際所需彎曲力大的力來進行強力彎曲。利用這樣大的力，即具有校形性質，是一種比較簡單的能消除回彈的方法。

3.3 保持彎曲前的板料彎曲方向與板料軋制方向的垂直

鋼板在軋制過程中形成的纖維組織，由于其方向性，使材料力學性能產生各向異性。在車間實際操作過程中，當纖維方向與折彎線方向平行時，材料的抗拉強度較差，容易造成圓角處折裂。對此采取的工藝措施為：若受材料整體外形限制時，使得組織纖維方向與折彎線方向平行，需增加折彎圓角半徑，至少為板材最小彎曲半徑的2 倍；當組織纖維方向與折彎線垂直時，材料具有較大抗拉強度，折彎圓角半徑可為最小彎曲半徑；壓彎雙向工件時，須使組織纖維方向與折彎線方向成一定的夾角。

3.4 保持板料表面在彎曲前光滑

在實際應用中，許多彎曲件是作為外觀件使用的，如面板、儀器外殼等。這類零件就需要有較高的表面質量，防止擦傷、斷裂等缺陷的產生。為此在彎曲時，要保障彎曲件的表面質量，應注意以下幾個方面：材料的選擇及使用要合理；增設工藝切口，凸凹模要拋光合理；選用凹模圓角及凸凹模間隙。采取的工藝措施為：經剪切或沖裁后的工件，折彎時保證剪切面向里，即處于受壓狀態，成形效果較好；折彎前對工件進行去毛刺處理，折彎后可對折裂處使用手工砂輪機修磨。

4 折彎工件工藝性問題的預防

4.1 帶孔折彎工件

當折彎工件帶有圓孔或者長圓孔，若采取壓彎前孔已成形，且在彎曲變形內，則壓彎后會出現拉料情況，導致折彎件外形尺寸達不到設計圖樣要求，同時孔也會發生變形，需采取工藝措施預防。

對此采取的工藝措施為：對于圓孔，若圓孔長度L≥2t（t 是板料厚度），孔可在工件壓彎前成形，若出現輕微孔變形，需鉆床重新穿孔；若L＜2t，需要工件壓型完成后再鉆孔。對于長圓孔，按照上述圓孔情形處理，一般情況下，保證圓孔長度（La）不大于板件寬度（沿折彎線方向Lb）的20%，即La≤0.2Lb，但特殊情況下需根據工件實際形狀加以具體分析。

4.2 折彎工件增加工藝孔

工件折彎線沿其某一邊緣線，若直接在折彎機上進行壓彎處理，會出現帶料撕裂情況，須增加工藝孔進行預防，同時規范工藝孔直徑。對此采取的工藝措施為：在折彎工件上拐角處沿折彎線方向增加工藝孔，其工藝孔直徑約為板厚的1.5～2.0 倍。

4.3 異形件折彎線定位

部分折彎件因外形尺寸復雜，出現非直邊、與折彎線相交等情況，會導致工件下料折彎時邊緣難以觸碰數控折彎機擋尺及手工劃折彎線困難。對此采取的工藝措施為：中薄板下料時標記割縫。中薄板件可選擇激光切割機或者精細等離子切割機下料，下料時直接在工件上割出折彎標記割縫，此割縫對薄板影響較小，能后期修復；厚板下料后割V 形口。切割一件和原異形件相同的工件作為劃線工裝樣板，厚度要求一般為2～4 mm，在折彎線處割出V 形口，方便定位劃線。

5 結論

根據公司折彎件的生產過程，結合工作經驗，對折彎工件典型缺陷及工藝性問題預防提出合理的解決措施，這些工藝措施經生產驗證，能滿足質量要求并提高工件質量。