厚板料折弯开裂影响因素分析

板材的弯曲工艺是钣金柔性加工工艺的重要组成部分，弯曲后R 角质量直接影响产品的使用寿命，因此该部件往往是质量控制的重要重点。由于弯曲机生产不同材料厚度的产品，只能通过购买不同的产品R 角弯刀实现公司产品的全覆盖，导致产品实际弯曲R 角常与产品图不一致，直接影响弯曲后R 角质量。

以我司为例，折弯用R 刀仅有R1、R3 两种规格在生产厚板零件时经常发生R 角处小裂纹和变形的质量缺陷直接影响产品的使用寿命和交付。同时，毛坯截面的质量也对弯曲后的质量有影响R 角质量影响很大。

过程探讨

断面质量

我公司有两种弯曲毛坯的生产方式：切割和激光切割。其中，它对应于不同的毛坯类型。以下是毛坯准备的最低成本。

(1) 切割下料。主要用于规则毛坯的下料，如矩形毛坯、方形毛坯、直角梯形毛坯等，如图1 所示。

(a) (b) 梯形毛坯

图1 规则毛坯料

(2) 激光下料。主要用于下料不能剪切的异形毛坯，如图2 所示。

图2 异形毛坯料

不同的下料方式，毛坯截面质量不同，激光下料截面质量相对较好。正常情况下，不会出现影响弯曲的质量缺陷，如毛刺。但剪切下料受工艺本身限制，截面在不同时间段受力方式不同。与激光下料相比，最终截面质量较差。剪切下料钢板的变形工艺如图3 所示。

图3 断面变形过程

图4 为受力分析图。当上刀板下行与板接触时，材料受到上下刀板端面的影响Fp 和Fd 的压力作用使作用力点之间的材料剪切变形。由于上下刀板之间存在间隙，Fp 和Fd 不在同一直线上，所以材料有弯矩M，然后材料翘曲（圆形弯曲）。材料靠近上刀板的侧面，上刀板端面下的材料被迫压入刀板间隙，材料受到刀板横向侧的压力F1 和F2 的作用，加上刀板端面和侧面的摩擦μF1 和μF2 作用产生横向挤压变形。这一系列力的相互作用最终导致切割后材料截面质量下降，如图5和图6 所示。

图4 剪切时钢板受力分析

图5

图6

从两种下料方式准备的毛坯料中选择一种进行弯曲，以比较不同截面质量弯曲后的效果，如图7、图8所示。

图7 激光下料毛坯弯曲状态

图8 切割下料毛坯弯曲状态

从图中可以看出，激光切割后的毛坯料弯曲后，R 角变形光滑，无明显质量缺陷；但相反，切割毛坯弯曲后，一侧R 角质量好，另一侧有小裂缝。两种下料方法弯曲后质量差异较大。因此，分析了剪切下料弯曲后开裂的原因。

受剪切工艺本身的限制，剪切后，不仅截面质量相对较差，而且每个毛坯两端的毛刺方向也不一致。从图4 可以看出，毛坯剪切后，下刀板上留下的材料的截面毛刺方向为向下；上刀板对应的毛坯截面毛刺方向为向上。毛坯两端不同的毛刺方向导致弯曲过程中的毛刺R 一侧质量较好；毛刺在外面R 一侧出现小裂缝的概率较大。

从以上分析可以看出，毛坯截面质量对折弯后R 角质量影响很大。如果采用切割材料，应尽可能降低切割后毛坯的毛刺高度。如有必要，在弯曲前打磨一侧毛刺，以减少弯曲后开裂的产生。

最小弯曲半径

从图7和图8 可以看出，弯曲时的变形区域主要发生在圆角，直线部分可视为无塑性变形。在变形区域，内金属纤维被压缩缩短，外金属纤维被拉伸伸长。

可以看出，弯曲半径越小，变形区域外表面纤维的拉伸变形程度越大。如果超过材料的最大许可变形程度，则容易产生裂纹和废物。因此，变形区域的拉伸变形必须控制，拉伸变形的大小主要取决于相对弯曲半径r/t。通过计算相对弯曲半径，可以得到材料的最小弯曲半径，即保证弯曲后外层不开裂的最小内部R。

主要有两个因素影响最小弯曲半径：材料的力学性能和纤维方向。

(1) 材料的力学性能。

材料塑性好，屈强比高，延伸率高，外纤维允许变形大，允许最小弯曲半径小；相反，塑性差的材料最小弯曲半径相对较大。

(2) 纤维方向。

根据现场生产经验，同一批板材沿纤维方向的塑性指标高于垂直于纤维方向的塑性指标。因此，如果弯曲线垂直于纤维方向，则外纤维允许的变形程度较大，允许的最小弯曲半径较小。相反，如果弯曲线与纤维方向平行，则外纤维允许的变形程度将相对降低，允许的最小弯曲半径将增加。

因此，在制定弯曲工艺时，弯曲线应尽可能垂直于毛坯的纤维方向。对于多向弯曲的工件，弯曲线和毛坯的纤维方向可以成为一定的角度，以提高变形程度，避免外纤维开裂。常用材料的最小弯曲半径如表1 所示。

 常用材料的最小弯曲半径

结束语

本文从截面质量和最小弯曲半径两个方面和最小弯曲半径两个方面进行了分析和解释。分析后得出结论，厚板弯曲不仅要保证截面的质量，而且要减少弯曲时的外部R 毛刺，同时确保弯曲R 大于毛坯的最小弯曲半径。