鈑金加工工藝不斷地精益求精,尤其是在一些精密不銹鋼折彎、不銹鋼裝飾件折彎、鋁合金折彎、飛機零件折彎、銅板折彎等應(yīng)用上,進一步對成形工件的表面質(zhì)量提出了更高的要求。
傳統(tǒng)的折彎工藝較易對工件的表面造成損傷,與模具接觸的表面會形成一條明顯壓痕或刮痕,從而影響***終產(chǎn)品的美觀度,降低了用戶對產(chǎn)品的價值判斷。
一、折彎壓痕出現(xiàn)的原因
本文以折彎一個V形零件為例進行論述。鈑金折彎是金屬板料在折彎機凸?;虬寄5膲毫ο?,首先經(jīng)過彈性變形,然后進入塑性變形的成形過程。在塑性彎曲的開始階段,板料是自由彎曲的。隨著凸?;虬寄Π辶系氖?,板料與凹模V形槽內(nèi)表面逐漸靠緊,同時曲率半徑和彎曲力臂也逐漸變小,繼續(xù)加壓直到行程終止,使凹模與板材三點靠緊全接觸,此時完成一個V形彎曲。
折彎時,由于金屬板料會受到折彎模具的擠壓而產(chǎn)生彈性變形,板料與凹模的接觸點便會隨著折彎工序的進行而滑移。折彎工序中板料會經(jīng)歷彈性變形和塑性變形兩個明顯的階段,在折彎工序中又會有保壓的過程(模具與板料三點接觸),所以在折彎工序完成后,會形成三條壓痕線。
這些壓痕線一般是板料與凹模V槽肩部擠壓摩擦產(chǎn)生的,故叫做肩部壓痕,如圖1、圖2所示,形成肩部壓痕的主要原因可以簡單歸類為以下幾種。
圖1 折彎過程示意圖
圖2 折彎壓痕
1. 折彎方式
既然前面說肩部壓痕的產(chǎn)生跟板料與凹模V槽肩部接觸有關(guān),那么在折彎過程中,凸模與凹模之間的間隙不同影響板材受到的壓應(yīng)力,產(chǎn)生壓痕的幾率和程度也會不一樣,如圖3所示。
相同V槽的條件下,折彎工件的折彎角度越大,金屬板料被拉伸形變量也越大,金屬板料在V形槽肩部摩擦距離也越長;再者,折彎角度越大,凸模對板料施加壓力的保持時間也會越長,綜合這兩個因素造成的壓痕也就越明顯。
2. 凹模V槽的結(jié)構(gòu)
對不同厚度的金屬板料進行折彎時,選擇的V槽寬度也不一樣。相同凸模的條件下,凹模V槽的尺寸越大,壓痕寬度的尺寸也越大,相應(yīng)的,金屬板料與凹模V槽肩部產(chǎn)生摩擦力也越小,壓痕深度也自然而然減小了,相反的,板厚越薄,V槽越窄,壓痕也越明顯。
既然說到摩擦,我們考慮的另一個與摩擦相關(guān)的因素便是摩擦系數(shù)。凹模V槽肩部的R角大小不一樣,在板料折彎成形的過程中對板材造成的摩擦也不一樣。另一方面,從凹模V槽對板料施加壓力的角度考慮也一樣,凹模V槽的R角越大,板料與凹模V槽肩部的壓力越小,壓痕便越輕微,反之亦然。
3. 凹模V槽潤滑程度
前面說到凹模V槽表面會與板料互相接觸而產(chǎn)生摩擦。當模具出現(xiàn)磨損,V槽和板料接觸部分便會越來越粗糙,摩擦系數(shù)也越來越大。當板料在V槽表面滑移時,V槽與板料接觸實際上是無數(shù)粗糙的凸點與面的點接觸,這樣作用在板料表面的壓力也會相應(yīng)增大,壓痕也就越明顯。
另一方面,工件折彎前沒有對凹模V槽進行擦拭清潔,往往會因為V槽上殘留的碎屑對板料擠壓而產(chǎn)生明顯的壓痕,這種情況通常在設(shè)備折彎鍍鋅板、碳鋼板等工件時出現(xiàn)。
二、無痕折彎技術(shù)應(yīng)用
既然知道折彎壓痕出現(xiàn)的主要原因是板料與凹模V槽肩部產(chǎn)生摩擦,那么便可以從原因?qū)虻乃季S出發(fā),通過工藝技術(shù)去減少板料與凹模V槽肩部產(chǎn)生的摩擦力。
根據(jù)摩擦力公式f=μ·N可知,影響摩擦力的因素有摩擦系數(shù)μ和壓力N,而且都與摩擦力成正比關(guān)系,相應(yīng)的,可以制定以下幾種工藝方案。
1. 凹模V槽肩部使用非金屬材料
圖3 折彎類型
僅僅通過增大模具V槽肩部R角的傳統(tǒng)做法改善折彎壓痕效果并不大。從降低摩擦副中壓力的角度出發(fā),可以考慮在保證原有需要的擠壓效果的前提下,將V槽肩部改成比板料更軟的非金屬材料,如尼龍、優(yōu)力膠(PU彈性體)等材料??紤]到這些材料容易損耗,需定期更換,目前應(yīng)用這些材料的V槽結(jié)構(gòu)有以下幾種,如圖4所示。
圖4 非金屬槽心V槽結(jié)構(gòu)示意圖
2. 凹模V槽肩部改滾珠、滾筒結(jié)構(gòu)
同樣基于減少板料與凹模V槽之間摩擦系數(shù)的原則,可以將板料與凹模V槽肩部的滑動摩擦轉(zhuǎn)變成滾動摩擦,從而大大減少板料受到的摩擦力,有效避免出現(xiàn)折彎壓痕。目前模具行業(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用此種工藝,滾珠無痕折彎模具(圖5)是比較典型的應(yīng)用實例。
圖5 滾珠無痕折彎模具
滾珠無痕折彎模具滾筒與V槽之間為了避免剛性摩擦,同時也是為了讓滾筒更容易轉(zhuǎn)動和潤滑而添加了滾珠,從而同時達到減少壓力和降低摩擦系數(shù)的效果,所以滾珠無痕折彎模具加工出來的零件基本可以實現(xiàn)無可見壓痕,但對鋁銅等軟性板材無痕折彎效果不佳。
從經(jīng)濟性角度考慮,由于滾珠無痕折彎模具結(jié)構(gòu)較前面所述的幾種模具結(jié)構(gòu)都復(fù)雜,加工成本高,維護難度大,這也是作為企業(yè)管理人員在選用時需要考慮的因素。
3. 凹模V槽肩部改翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)
圖6 翻轉(zhuǎn)型V槽結(jié)構(gòu)示意圖
目前行業(yè)中還有一種模具是利用支點轉(zhuǎn)動原理通過凹模肩部翻轉(zhuǎn)來實現(xiàn)零件折彎的。這種模具一改傳統(tǒng)定型凹模V槽結(jié)構(gòu),將V槽兩側(cè)傾斜面設(shè)置成可翻轉(zhuǎn)機構(gòu),在凸模下壓板料的過程中,借助凸模的壓力將凹模兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由凸模頂點向內(nèi)翻轉(zhuǎn),從而使板料折彎成形,如圖6所示。
這種工況下的板料與凹模并沒有產(chǎn)生明顯的局部滑動摩擦,而是緊貼著翻轉(zhuǎn)平面向凸模的頂點靠攏,避免零件出現(xiàn)壓痕。這種模具的結(jié)構(gòu)較前面幾種結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,帶有拉簧、翻轉(zhuǎn)板結(jié)構(gòu),維護成本和加工成本更大。
前面介紹了幾種實現(xiàn)無痕折彎的工藝方法,下面對這幾種工藝方法進行對比,如表1所示。
表1 無痕折彎工藝對比
4. 凹模V槽與板料隔離(推薦使用該方法)
前面提到的都是通過變換折彎模具的方式實現(xiàn)無痕折彎,對企業(yè)管理者來說,為實現(xiàn)個別零件無痕折彎而開發(fā)采購一套新模具的做法不可取。從摩擦接觸的角度出發(fā),只要將模具和板料隔離開來,摩擦便不存在。
于是,在不變換折彎模具的前提下,可通過使用軟質(zhì)薄膜的方式使凹模V槽與板料之間不產(chǎn)生接觸的方式來實現(xiàn)無痕折彎。這種軟質(zhì)薄膜也叫折彎無痕壓膜,材質(zhì)一般有橡膠、PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、PU(聚氨酯)等。
橡膠和PVC的優(yōu)點是原材料成本較低,缺點是不耐壓、保護性能差、壽命短;PE、PU作為性能優(yōu)良的工程材料,以其為基材生產(chǎn)的無痕折彎壓膜具有良好的抗撕裂性能,所以壽命較高、保護性較好。
折彎保護膜主要是在工件和凹模肩部之間起到緩沖作用,抵消模具與板料之間的壓力,從而防止工件在折彎時產(chǎn)生壓痕,使用時只要把折彎膜放在凹模上即可,具有成本低,使用方便的優(yōu)點。
目前市面上的折彎無痕壓膜一般厚度為0.5mm,尺寸可根據(jù)需要而定制。折彎無痕壓膜一般可在2t壓力的工況下達到約200次折彎的使用壽命,并具有耐磨性強、抗撕裂性強、彎曲性能優(yōu)異、抗張強度及斷裂伸長率高、耐潤滑油及脂肪族碳氫溶劑等特性。
結(jié)束語:
鈑金加工行業(yè)市場競爭十分激烈,企業(yè)想要在市場占據(jù)一席之地,就需要對加工工藝技術(shù)不斷精益求精。不僅要實現(xiàn)產(chǎn)品的功能性,更要考慮產(chǎn)品的工藝性和美觀性,同時也要考慮加工經(jīng)濟性,通過應(yīng)用更高效、經(jīng)濟的工藝使產(chǎn)品更易加工、更經(jīng)濟、更美觀。(選自《鈑金與制作》2018年第7期,作者:陳沖南)
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