V形件弯曲成形过程分析及凹模深度计算

赵志波

(上海飞机制造有限公司,上海 200436)

V形件弯曲成形过程分析及凹模深度计算

赵志波

(上海飞机制造有限公司,上海 200436)

实际生产中的V形钣金零件的生产存在缺陷,以此入手,分析了V形件成形过程中的变形规律,并建立了计算凹模深度的公式。

V形件弯曲 凹模深度弯曲过程。

弯曲成形是基本的板料成形工艺，在汽车、航空、航天等领域具有极为广泛的应用。在几次生产实践中笔者发现，V形零件上总会留下凹模边缘的压痕，多次修锉凹模边缘后仍然无法消除该压痕。为此本文分析了V形件弯曲过程入手，深入了解变形区的变形规律，并提出一个凹模深度计算公式来指导模具设计，以消除压痕做出合格的V形零件。

1 V形件弯曲过程分析

板料弯曲过程分为两种情况：一是自由弯曲，二是校正弯曲。(图1，图2)

自由弯曲时，零件成形部分在变形过程中不受模具的校正影响，卸载后回弹较大，在实际中较少使用。校正弯曲是在板材自由弯曲的终了阶段，凸模将零件压靠在凹模上，对零件的圆角和直边进行精压，减少了回弹的影响，在实际中较为常用。

用校正弯曲成型V形零件时，零件变形情况如图3所示。在凸模刚开始下压时，凹模与零件的接触点由凹模圆角处下滑到了凹模直边区。随着凹模继续下压，凹模支撑点将继续下滑，支撑点外的板料就开始向反方向弯曲。这时弯曲件的直边变形区呈S形。凸模继续下压，OA段与BC段产生内闭的弯曲，AB段产生外开的弯曲。在冲压设备上成形V形件时，零件在C点就留下了凹模的压痕。由于冲压机床成形速度快，压力大，且该V形零件是退火铝合金，凹模为淬火工具钢，V形件与凹模相比硬度非常小，所以压痕很容易出现在铝合金零件表面。

生产中我们也尝试了增大凹模C处圆角，发现凹模对零件的压痕仍然无法消除。于是目标便转移到了凹模尺寸的设计上来。

如果能合理设置凹模直边的长度，使零件在成形过程中不出现S形区域，那么零件上也就不会留下凹模的压痕了。

2 凹模深度的确定

设弯曲过程中，变形区恒保持圆弧状。

则由图4可知，开始弯曲时，变形区左半部分的长度为W。

其中：W——变形区长度；

r凹——凹模圆角半径；

r——弯曲件内半径；

t——板料厚度；

φ——弯曲中心半角。

弯曲过程中，随着支撑点不断内移，变形区的长度会不断变化。到弯曲终止时，变形区长度会变成与工件实际需要的弯曲长度S相等的长度。

其中： S——弯曲区长度。

如果W＜S，说明开始弯曲时的变形区域不够长，还需要从凹模口外的非变形区补充金属进来参与变形。这种情况下，凹模可以不设置斜壁。

如果W＞S，说明最终变形区比开始弯曲时小。这种情况经常见到，因为一般零件的r和 φ不会很大，模具的圆角值又不会很小。因此，变形终止时的非变形区分为两部分：一个是始终没有进入变形区，一直保持平直状态的“不变形区”；一个是曾经处在变形区内，参与过变形，但后来由于支撑点内移而被凹模校形，成为非变形区的曾变形区。

为使曾变形区不产生S形变形，就必须设置凹模直边的长度。但此长度也不能过大或过小。如果过小，则压不出两侧要求平直的V形零件。如果过大，不仅会在零件上留下压痕，而且增大了凹模高度和压力机行程，减小了单位面积上校正弯曲的校正压力，弱化校正定形效果。

确定凹模直边长度的原则是：在保证完成整个曾变形区的校正任务的前提下，尽可能取凹模直边的最小值。由此可令凹模直边的长度正好等于曾变形区的长度，即：

将(1)、(2)式代入(3)式：

从而得出：

或者写为：

由(4)、(5)可以看出：

(1)凹模直边长度值与V形件的弯曲中心角度、弯曲半径、材料厚度等有关，不可随意确定。

(2)对于确定的V形钣金件，零件的弯曲角度、弯曲半径、材料厚度都是确定值，此时凹模直边长度与凹模圆角半径存在简单的线性关系。

实践证明，对于凹模直边长度和圆角半径的合理设计，有效地改善了零件的合格率。

3 结语

(1)V形件成形凹模的直边对零件两侧的曾变形区起到了一定的校形作用。

(2)合理设计凹模深度可以使零件的表面质量得到改善，提高零件合格率。

[1]薛啟翔,等.冲压模具设计制造难点与窍门.机械工业出版社, 2003.7.

[2]中国锻压协会编著.冲压技术基础.机械工业出版社,2013.8.

赵志波(1986—),男,上海人,上海飞机制造有限公司,工艺装备设计员,研究方向:飞机钣金成型模具的设计和优化。