摘要:如何減小彎曲件的回彈，以控制制件精度和提高制件質(zhì)量，一直是彎曲件生產(chǎn)中要解決的關(guān)鍵問題。本文分析了塑性彎曲加工中工件發(fā)生彎曲回彈的原因，闡述了影響板料彎曲回彈的因素及常用減小回彈的方法。

　　關(guān)鍵詞:板料；回彈；模具

　　回彈是彎曲加工中最常見的廢次品形式之一，也是彎曲工藝中的技術(shù)難點(diǎn)之一，回彈問題的存在造成零件成形精度差，顯著地增加了試模、修模工作量和成形后的校形工作量。因此，在彎曲加工工藝設(shè)計中，如何消除回彈應(yīng)該是模具設(shè)計人員必須考慮的問題。因此，生產(chǎn)中必須采用一些措施來減小或補(bǔ)償由于回彈所造成的誤差，以提高彎曲件精度，生產(chǎn)合格產(chǎn)品。
 
1 板料回彈的產(chǎn)生
　　在板料彎曲成形過程中，板料內(nèi)外緣表層纖維進(jìn)入塑性狀態(tài)，而板料中心仍處于彈性狀態(tài)，這時當(dāng)凸模上升去除外載后，板料就會產(chǎn)生彈性回復(fù)。
　　金屬塑性成形總是伴有彈性變形，所以板料彎曲時，即使內(nèi)外層纖維全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，在去除外力時，彈性變形消失，也會出現(xiàn)回彈。彎曲時，彎曲變形只發(fā)生在彎曲件的圓角附近，直線部分不產(chǎn)生塑性變形。
　　影響板料彎曲回彈的因素很多，現(xiàn)就其定性影響綜述如下：
　　（1）材料的力學(xué)性能。彎曲件的材料特性對回彈有直接影響，一般來說，回彈量大小大致與材料的屈服強(qiáng)度σs成正比，與材料的楊氏模量E成反比，如圖1所示。板厚各向異性r值和材料強(qiáng)化系數(shù)Ｋ值越小，材料的應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)ｎ值就越大，回彈量也就越小。

圖1 材料的力學(xué)性能對回彈的影響

　　（2）相對彎曲半徑R/t的影響。相對彎曲半徑表示彎曲成形的變形程度，回彈值與相對彎曲半徑成正比，相對彎曲半徑越小，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彎曲半徑的減小而減小；而相對彎曲半徑較大時，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)，所以回彈量較大。
　　（3）彎曲角的影響。在一定的相對彎曲半徑情況下，彎曲角越大，則對應(yīng)的參加變形的區(qū)域越大，彈性變形量的累積量也越大，因此工件的回彈值也越大。
　　（4）彎曲零件形狀的影響。一般來說，彎曲零件形狀越復(fù)雜，同時一次彎成的角度越多，彎曲變形時各個部分變形相互制約作用越大，增加了回彈阻力。因而降低了成形的回彈量。
　　（5）模具幾何參數(shù)影響[1]。當(dāng)凸模半徑一定時，V形彎曲件的回彈量隨凹模開口尺寸的增大而減小，凸模半徑較大而凹模開口尺寸過小時，回彈量很大，U形件的回彈量隨凹模開口深度的增大而減小，凹模開口深度與薄板厚度之比小于4，隨著凹模開口深度的減小，U 形件的回彈量顯著增加。
　　（6）張力的影響。在板料彎曲的同時施加拉力（拉彎工藝），則可使斷面的壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力，使整個斷面都處于拉應(yīng)力的作用，卸載時彈性恢復(fù)變形方向一致，可以明顯減小回彈量，隨張力的增加回彈量減小。
　　（7）工況參數(shù)。彎曲板料表面和模具表面之間的摩擦可改變板料各部分的應(yīng)力狀態(tài)，尤其在多角一次彎曲時，摩擦的影響更為顯著，但情況比較復(fù)雜。一般可以認(rèn)為，摩擦在大多數(shù)情況下可以增大變形區(qū)的拉應(yīng)力，可使零件接近于模具的形狀。
　　（8）模具間隙的影響。U形彎曲模的凸、凹模間隙越小時，摩擦越大。由于模具對板料產(chǎn)生擠薄作用，使材料的貼模程度增加，加大了對彎曲件直邊的徑向約束作用，卸載后回彈減小。
　　（9）彎曲校正力的影響。校正彎曲時，由于材料受凸模和凹模的壓縮作用，不僅使彎曲變形區(qū)板料外側(cè)的拉應(yīng)力有所減小，而且在中性層附近，外側(cè)還出現(xiàn)和內(nèi)側(cè)縱向同號的壓縮應(yīng)力，隨著校正力的增加，縱向壓應(yīng)力向板料外表逐步擴(kuò)展，使得板料的全部或大部分?jǐn)嗝嬖诳v向均出現(xiàn)壓應(yīng)力，于是內(nèi)外層回彈方向取得一致，故其回彈大為減小。
　　（10）彎曲方式的影響。薄板的彎曲成形主要有兩種變形形式：無底凹模的自由彎曲；有底凹模的限制彎曲。兩種方式的變形情況不同，卸載后的零件的彎曲回彈量也不同。
 
2 彎曲回彈的控制方法
　　前面分析了回彈的原因和影響因素，根據(jù)零件形狀和彎曲工藝的不同可選用不同的方法來控制回彈，回彈控制方法有多種。
2.1 選用合適的材料及改進(jìn)零件的局部結(jié)構(gòu)
　　采用彈性模量大、屈服點(diǎn)小的材料，可以有效減小回彈量；在變形區(qū)壓制合適的加強(qiáng)筋或壓成形邊翼以改變變形區(qū)的材料應(yīng)力及應(yīng)變分布，增加零件的剛度，減小回彈。如圖 2 所示，在凹模 4 上開個圓槽，在凹模 1 上安裝與之配合的銷子，則在板料 3 上形成圓窩，可阻止彎曲回彈，對長件可以壓幾個圓窩[2]。

1 凹模  2 銷子  3 板料  4 凸模  5 圓窩

圖2 改進(jìn)零件的局部結(jié)構(gòu)

2.2 從工藝上采取措施
　　對冷作硬化的硬材料需先退火，降低其屈服點(diǎn)，以減小回彈，彎曲后再淬硬；采用加熱彎曲，根據(jù)板料種類的不同，選擇合適的溫度，由于材料有足夠的時間軟化，可以減小回彈量。改變彎曲時的應(yīng)力狀態(tài)，降低或克服彎曲的回彈，如用校正彎曲代替自由彎曲、用拉彎法代替一般彎曲方法、采用多點(diǎn)反復(fù)成形法。
2.2.1 校正彎曲
　　就是用有底凹模限制彎曲，當(dāng)零件與模具貼合后，以附加壓力校正彎曲變形曲，使壓力沿切向產(chǎn)生拉伸變形，卸載后拉壓兩區(qū)的回彈趨勢相抵以減小回彈，此法主要用于變形區(qū)較小的小圓角場合，否則無法提供足夠大的校正彎曲力。一般材料，若材料厚度在0.8mm以上，彎曲半徑又不大時，可將凸模做成如圖3（a）所示的形狀，使壓力集中于角部，以加大彎曲的變形程度來克服回彈。如圖3（b）所示是在凸模和凹模之間利用頂件塊施加局部壓應(yīng)力，來減小回彈。如圖3（c）所示是利用滾軸結(jié)構(gòu)設(shè)計不破裂和無回彈的彎板方法，凸模1將板料2在兩個滾軸3間彎曲的同時，在下面用頂件塊4加反力，可避免小彎曲半徑導(dǎo)致的破裂。對大彎曲半徑，用圖3（c）中4′所示頂件塊，可避免回彈。但反力要適中，既不能太小，也不能太大，可以試驗確定。距離d要小，最好為板料厚度的6倍。

圖3 校正彎曲

2.2.2 拉彎法
　　該方法就是在薄板彎曲的同時施加切向拉力，改變薄板內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)和分布情況，所施加的拉應(yīng)力的大小應(yīng)使彎曲變形區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的合成應(yīng)力稍大于材料的屈服應(yīng)力，讓整個斷面處于塑性拉伸變形范圍內(nèi)，這樣內(nèi)、外區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變方向取得了一致，卸載后，內(nèi)外層纖維的回彈趨勢相互抵消，減小了回彈，如圖 4 所示。這種方法主要用于相對彎曲半徑很大的零件成形。

圖4 拉彎工藝

2.2.3 多點(diǎn)反復(fù)成形[3]
其原理是將傳統(tǒng)的整體模具離散成一系列規(guī)則排列、高度可調(diào)的基本體，通過對各基本體運(yùn)動的實(shí)時控制，自由地構(gòu)造出成形面，從而實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。可采用反復(fù)成形，消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并實(shí)現(xiàn)少無回彈成形，保證工件的成形精度，可用于回彈量大的各種小曲率平滑制件。但需要復(fù)雜的多點(diǎn)成形特殊設(shè)備。
2.2.4 采用橡膠彎曲模具[4]
　　采用橡膠凸模(或凹模)時，由于橡膠放在密閉的容框內(nèi)，能均勻地向各個方面?zhèn)鬟f壓力，使彎曲工件緊密地與凸模面貼合，使工件處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，致使回彈減少。
2.3 回彈的自適應(yīng)控制
　　在加工中，實(shí)行在線控制，達(dá)到最優(yōu)的成形條件。將一般的理論預(yù)測和工藝試驗方法二者有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自由彎曲中回彈的自適應(yīng)控制[5]。
　　該方法的關(guān)鍵點(diǎn)在于零件開始彎曲的一段過程中實(shí)時測量彎曲力凸模位移曲線，這一過程實(shí)質(zhì)上是把工藝試驗嵌入到了生產(chǎn)過程之中，由此基本消除了由材料特性的離散性而引起的回彈預(yù)測誤差。在測得實(shí)時力位移曲線后，可有多種方法實(shí)現(xiàn)后續(xù)彎曲過程的實(shí)時控制。Yang[6]通過將實(shí)測曲線與試驗數(shù)據(jù)庫所存曲線相比較，應(yīng)用模糊推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)彎曲的實(shí)時控制。Stelson[7]和Kwok[8]則將實(shí)時力位移曲線交由計算機(jī)處理得到曲率彎矩方程，進(jìn)而計算得到凸模下行的過彎曲位置。在Stelson的工作中假設(shè)彎矩沿弧長線性分布，由此得到的彎曲形狀是近似的，只適用于小轉(zhuǎn)角問題；而Kwok的工作中由于增加了實(shí)時圖象處理系統(tǒng)，可準(zhǔn)確得到彎曲形狀，適用面較廣。以上自適應(yīng)彎曲控制的最大優(yōu)勢在于，不必進(jìn)行專門的工藝試驗，對不同特性和不同厚度的板料均可一次彎曲成形，具有良好的應(yīng)用前景。另外，對于曲率非常小的彎曲件，由于其塑性變形不充分，回彈較大，單純模具補(bǔ)償難以實(shí)施，一般要采用拉彎法和模具補(bǔ)償法聯(lián)合作用來控制回彈。對于局部曲率很大的彎曲件，理論預(yù)測精度較差，實(shí)際生產(chǎn)中一般采用局部加壓矯正的方法控制回彈。除此之外，有學(xué)者提出了一些新的控制方法，限于生產(chǎn)條件及成本問題，沒有得到普及。

3 結(jié)束語
　　回彈實(shí)質(zhì)上是一個彈性卸載過程，由于彎曲件形狀的復(fù)雜性，可能伴有局部加載過程，零件的最后回彈形狀是其整個成形歷史的累積效應(yīng)，而板料成形過程與模具幾何形狀、材料特性、摩擦接觸等眾多因素密切相關(guān)，所以板料成形的回彈問題非常復(fù)雜。在實(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)產(chǎn)品批量大小、彎曲件精度要求以及模具設(shè)計制造條件選擇相應(yīng)的方法，以便保證質(zhì)量，提高產(chǎn)品精度。

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