钣金成形工艺性研究及应用

根据弯曲工件的要求与成形特点，优化成形工艺过程，提高产品质量。本文主要从实际生产中钣金件存在的问题出发，通过对成形过程进行分析，探讨对不同类型问题进行工艺补偿的方式，以实现预防或者消除生产中存在的问题。

钣金成形作为一种主要的金属成形方法，其模具具有通用性、工艺简单、成形范围广，在工程机械行业得到广泛应用。钢材开平成形工序是大多数零件成形（除焊接工序外）的最后一道工序，成形工艺的好坏直接影响产品的尺寸标准和外观。在工程机械行业中钣金件种类多，板材厚度从1.5mm到130mm不等，材质种类多，并且形状各不相同。

数控折弯机在冷态下利用所配备的通用模具（或专用模具），将金属板材折弯成各种几何截面形状的工件，折弯工艺的合理性直接影响产品最终成形的尺寸和外观。通过对折弯缺陷过程的控制和预防，采取相应有效的工艺方法来提高工件质量。

成形基本原理及上下模简介

折弯成形工艺的基本原理是利用折弯机的上模（折弯刀）和下模把金属板材折弯到满足一定折弯半径和角度的工艺方法，如图1所示。

折弯刀（上模）

折弯刀的形式见表1，加工时主要是根据工件的形状需要选用，一般加工厂家的折弯刀形状较多，特别是专业化程度很高的厂家，为了加工各种复杂的折弯件，定做很多形状、规格的折弯刀。钢材开平

下模

影响折弯加工的因素有许多，主要有上模圆角半径、材质、料厚、下模强度、下模的模口尺寸等因素。常见的折弯刀分为直刀和鹅头刀；下模包括V形下模和U形下模，对于成形半径较小的工件一般采取折弯机折弯成形。

成形过程中存在的问题及预防措施

成形过程中存在的主要问题包括：折弯断裂或者产生裂纹、折弯回弹、折弯滑料、折弯压痕或者划伤、折弯变形、折弯干涉及抗刀等几大类。

折弯断裂或者产生裂纹

⑴剪切件断裂。剪切或冲裁的材料，在边缘常出现毛刺或细小裂纹，成形时易发生应力集中而被折裂或者折断，通过图2可见工件折裂时剪切面（带毛刺面），开裂位置发生在工件的剪裂带和揉压带。

对此采取的工艺措施为：剪切或冲裁的工件，钢材开平剪切面向内进行折弯，使其处于受压状态，成形效果较好。在折弯成形过程中可以选用较大成形刀具，采用较大下模开口。

⑵非剪切件的折裂。切割工件在折弯时可能会发生折弯部位折裂或者产生裂纹的情况，如图3所示。

产生此种情况排除钢板本身存在问题的情况下主要有几种原因：

①钢板在轧制过程中形成的纤维组织，由于其方向性，使材料力学性能产生各向异性。在车间实际操作过程中，当轧制方向与折弯线方向平行时，材料的抗拉强度变差，从而造成圆角处折裂。

②折弯时采用折弯刀具及下模开口较小，使得折弯时钢板应力集中比较严重，容易产生裂纹或者断裂。

③对于高强板发生断裂除以上原因外还主要与材料硬度大，韧性不够有关系。

对此采取的工艺措施为：

①若受材料整体外形限制时，使得轧制方向与折弯线方向平行，普通钢板需要增加折弯圆角半径，至少为板材最小弯曲半径的2倍。高强板折弯刀具最小应选用4倍板厚，下模开口在保证设计前提下，尽量选用较大开口。钢材开平

②当轧制方向与折弯线垂直时，材料具有较大抗拉强度，折弯圆角半径可为最小弯曲半径。

③钢板折弯方向必须与钢板的轧制方向垂直或者成一定角度，避免与轧制方向相同。

折弯回弹

金属材料在弯曲过程中，塑性变形和弹性变形同时存在。在弯曲结束时，因弹性变形的恢复而产生回弹，如图4所示。回弹现象直接影响工件的尺寸精度，须加以控制。

图5 滑料示意图

对此采取的工艺措施为：

①角度补偿法。比如工件折弯成形角度为90°，折弯机下模（V形）开口角度可选择78°。

②增加加压时间校正法。在弯曲时进行加压校正，增加折弯机上模、工件、下槽的接触时间，以增加下槽圆角处的塑性变形，使回弹趋势互相抵制，从而减少回弹。

折弯滑料

情形1：折弯工件出现折弯线和工件边缘线不平行的情况，即一端在折弯机下模上有支点，另一端无支点，工件实物如图5所示，其中L为割缝长度。情形2：折弯工件折弯线和工件边缘线平行，但两端在折弯机下槽上均无支点。

对此采取的工艺措施为：

针对情形1：工艺人员按下料图沿工件折弯线方向增加割缝，其长度为工件折弯线向外偏移，偏移宽度为选择折弯机下槽宽度的一半。

针对情形2：工艺人员对下料图增大尺寸，以使边缘在折弯机下槽上有支点，满足折弯。钢材开平待折弯工序完成后，对其按照产品图进行切割余量处理，修磨割口，满足产品质量要求。

折弯压痕或划伤

工件在压弯时，受折弯机上模和下模的挤压，出现不同程度压痕或划伤。一般碳钢件表面粗糙度要求不高，轻微的伤痕对其没有影响。但是对于一些特殊材质或者产品要求外观质量，需采取一定工艺措施予以保护。

对此采取的工艺措施为：

①对于碳素钢材质，增大折弯下槽宽度，使其成形圆角半径增大，减小下槽对工件的挤压。②对于特殊不锈钢材质，压弯前做准备工作，在折弯机下模增加防压痕垫。

折弯变形

当折弯工件带有圆孔或者长圆孔，如图6、图7所示，其中L为孔边缘线到弯曲区域边缘距离，t为板厚，若采取压弯前孔已成形，且在弯曲变形内，则压弯后会出现拉料情况，导致折弯件外形尺寸达不到设计要求，同时孔也会发生变形，需采取工艺措施预防。

对此采取的工艺措施为：

①对于圆孔，板厚t≤2mm，当s≥t+r，孔可在工件压弯前冲出，若出现轻微孔变形，需钻床重新钻孔；若s＜t+r，需要工件压形前增加余料或者成形完成后再钻孔。板厚t ＞ 2mm时，同样按照表中进行判定是否需要增加余料或者后钻孔。

②对于长圆孔，按照上述圆孔情形处理，一般情况下，对于不同板厚，按照表2中所给方式进行判定成形时是否变形，进行工艺处理。

成形干涉和抗刀

其中H为折弯工件高度，B为其宽度，当H≥B时，折弯工件可能因工件高度过高，接触数控折弯机面板，发生干涉现象；若工件较小，折弯直边也可能会接触折弯机上刀，发生抗刀现象。

折弯工件发生干涉或者抗刀现象时，强制施加外力会导致工件折弯角度达不到要求或者损坏设备。对此采取的工艺措施为：①对于干涉现象，采用折弯反变形法，第一刀先在工件中间折钝角，第二、三刀进行两边折弯，第四刀反压中间（第一刀反面）至平；②对于抗刀现象，可更换直板上刀，使用弯刀进行折弯，其中H为折弯工件高度，B为其宽度。

结束语

根据车间生产过程，结合工作经验，对折弯工件常见缺陷及工艺性问题预防提出合理的解决措施，这些工艺措施经生产验证，能满足质量要求并提高工件质量。

——节选自《钣金与制作》2018年第10期