折弯件缺陷原因分析及解决方案

王保保， 霍婧怡

（1.山西北方机械制造有限责任公司， 山西 太原 030024； 2.晋西铁路车辆有限责任公司铁货分公司，山西 太原 030024）

引言

金属折弯件在机械产品中应用较广，弯曲零件有V 形、U 形、Z 形及其他较复杂的弯曲形状。其比焊接结构件具有外形美观，强度高，加工方便快捷等特点，但也存在角度不好控制，易产生裂纹等质量问题。为满足产品质量和生产需要，折弯的质量标准也逐渐提高。折弯工艺的合理性直接影响到产品最终成形的尺寸和外观。通过从理论方面对折弯件的缺陷产生原因进行分析，从结构设计、工艺设计、实际操作等方面着手确定解决方案并在生产过程予以控制和预防，采取相应有效的工艺方法来提高工件质量，实现快速判断故障，及时解决问题的目的。

在产品的加工过程中，折弯件的制造缺陷有多种，本文对较为典型的四种缺陷现象进行分析，提出解决方案。

1 折弯件缺陷现象的案例

1）某产品板材材料为20CrMnSi，板厚δ=10 mm的护板折弯R8 mm 后，在折外表面出现裂纹缺陷；

2）某产品零件，在折弯后发生回弹现象，直接影响工件的尺寸精度。

3）某产品板材材料为35，板厚δ=10 mm，宽度400 mm 的挡板，在与板材轧制方向平行的方向折弯R12 mm 后，在折弯线内表面出现裂纹缺陷；

4）某产品板材材料为20，板厚δ=14 mm，材料经剪切或冲裁后，在边缘常出现毛刺或细小裂纹，弯曲时出现折裂缺陷，工件折裂时剪切面（带毛刺面）向外，开裂位置发生在工件的剪裂带和揉压带。

2 折弯件缺陷问题分析

折弯是冷冲压的成形工序，是坯料受力后，应力超过了材料的屈服点，经过塑性变形后，成为一定形状的加工工序。弯曲是将平板坯料放在专用弯曲模中，借助压力机压力作用，或通过专用设备利用冲模压成一定角度形状的制品零件的过程。材料在弯曲时，其弯曲圆角处，发生了剧烈的塑性变形，即外表层被拉长，内表层被压缩。弯曲半径过小，容易被拉裂；弯曲半径过大，又会产生弹性回跳。因此，过大或过小的弯曲半径值是影响弯曲件质量的不利因素。案例1 的弯曲半径较小，是造成弯曲裂纹缺陷的主要原因。

弯曲件除了发生塑性变形外，还同时伴随有弹性变形，去掉外力时弹性变形部分立即恢复而产生弹性会跳（回弹）或者在压弯处发生破裂，因而引起弯曲，出现废品。

材料的弹性是指材料在受外力作用下产生变形，而在外力去掉之后，仍能恢复原来形状的一种金属特性。材料的弹性是用保持弹性变形的最大应力（单位面积上的抵抗力）σe来表示，俗称材料的弹性极限，即：

式中：σe为材料的弹性极限，MPa；Pe为弹性极限负荷，N；F0为试件原来的截面积，mm2。

材料的弹性对零件本身是一种很有价值的特性。但在弯曲金属板料时，由于材料的弹性存在，弯曲后的成形工件会有向原来状态方向弹回现象，致使工件达不到预想的形状和精度，这就不得不通过一次又一次的反复试模，来确定弯曲模的工作部分尺寸，直至修整到合适为止，增加了工作量的给工作带来一定的困难及很大的工作量。所以，对于折弯的零件都要求塑性较好的金属材料。案例2 出现的折弯后不满足产品精度要求的问题，就是因回弹引起的，与材料的性能、模具结构、弯曲件本身的形状、工艺性以及设备压力大小等有关。

由于板料在轧制过程中形成纤维组织，它在各个方向的力学性能及物理性能并不均匀一致，即在不同方向上有所差异性，材料的这种性能即被称为板平面的方向性。板料的方向性对弯曲性能影响较大，使弯曲件易被弯裂，影响产品的成形。因此，在弯曲件的通常折弯工艺中要规定，折弯应按与板料压延方向垂直。但如果必须在两个方向上同时进行弯曲的工件，应采取斜排料，使其成45°夹角，可预防翘曲及扭曲，弯曲线与轧制方向最好应保持不小于30°的夹角。案例3 发生裂纹的原因主要就是工件弯曲线与轧制方向平行引起的。

工件在弯曲前，坯料的准备工作对于弯曲件的质量有着很重要的影响。弯曲是利用金属发生塑性变形后，能保持一定的永久变形的特性。弯曲时，内层受压应力，而外层受拉应力，这两种应力都超过屈服点。与此同时，其他因素也会促使材料发生破裂，造成废品的产生。其中很大一部分原因是由于坯料的质量低劣引起的。所以板料的表面在弯曲前应保持光滑。整个板面应避免有凸起及凹陷存在。板面毛刺不易清除时，在毛刺的周围易产生应力集中现象，促使材料破裂。案例4 在弯曲时出现折裂缺陷的主要原因就是毛刺的应力集中造成的。

3 折弯件缺陷解决方案

3.1 选择合理的弯曲半径

设计弯曲件时，选择弯曲件的弯曲半径不应过大或过小。取值一般不应小于材料许可的最小弯曲半径值。如对于退火或正火的中碳钢，垂直碾压纹方向，弯曲件最小弯曲半径为0.8t（t 是板料厚度），如工件要求有很小的内侧弯曲半径或要求做成直角时，应事先进行工艺控制，在两边开槽，或弯曲后再铣槽，以便于成形。弯曲钢件及硬铝时应经热处理退火，使其塑性增强后进行弯曲。

3.2 降低回弹对产品质量的影响

1）应选择力学性能较好的冲压原材料。在产品设计时，应选择屈服点σb较小、弹性模量E 较大、硬化指数n 较小的材料，可以减小弯曲件的回弹，确保弯曲件的质量和精度。

2）设计合理的弯曲件结构。在设计弯曲件时，相对弯曲半径在大于最小相对弯曲半径的前提下应尽量小。同时，在不影响弯曲件使用性能的前提下，为减小回弹，可在弯曲件的转角处，压出加强肋。

3）改进模具设计。消除或减小回弹对此采取的工艺措施为角度补偿法。若工件折弯角度为90°，折弯机下槽（V 形）开口角度可选择78°；加压时长增加校正法。在弯曲终了时进行加压校正，延长折弯机上模、工件、下槽的接触时间，以增加下槽圆角处的塑性变形程度，使拉压区纤维的回弹趋势互相抵制，从而减少回弹。

4）选用吨位大的压力机，加大压力减少回弹。为了减少回弹，在弯曲过程中可采用远比实际所需弯曲力大的力来进行强力弯曲。利用这样大的力，即具有校形性质，是一种比较简单的能消除回弹的方法。

3.3 保持弯曲前的板料弯曲方向与板料轧制方向的垂直

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，当纤维方向与折弯线方向平行时，材料的抗拉强度较差，容易造成圆角处折裂。对此采取的工艺措施为：若受材料整体外形限制时，使得组织纤维方向与折弯线方向平行，需增加折弯圆角半径，至少为板材最小弯曲半径的2 倍；当组织纤维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；压弯双向工件时，须使组织纤维方向与折弯线方向成一定的夹角。

3.4 保持板料表面在弯曲前光滑

在实际应用中，许多弯曲件是作为外观件使用的，如面板、仪器外壳等。这类零件就需要有较高的表面质量，防止擦伤、断裂等缺陷的产生。为此在弯曲时，要保障弯曲件的表面质量，应注意以下几个方面：材料的选择及使用要合理；增设工艺切口，凸凹模要抛光合理；选用凹模圆角及凸凹模间隙。采取的工艺措施为：经剪切或冲裁后的工件，折弯时保证剪切面向里，即处于受压状态，成形效果较好；折弯前对工件进行去毛刺处理，折弯后可对折裂处使用手工砂轮机修磨。

4 折弯工件工艺性问题的预防

4.1 带孔折弯工件

当折弯工件带有圆孔或者长圆孔，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图样要求，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：对于圆孔，若圆孔长度L≥2t（t 是板料厚度），孔可在工件压弯前成形，若出现轻微孔变形，需钻床重新穿孔；若L＜2t，需要工件压型完成后再钻孔。对于长圆孔，按照上述圆孔情形处理，一般情况下，保证圆孔长度（La）不大于板件宽度（沿折弯线方向Lb）的20%，即La≤0.2Lb，但特殊情况下需根据工件实际形状加以具体分析。

4.2 折弯工件增加工艺孔

工件折弯线沿其某一边缘线，若直接在折弯机上进行压弯处理，会出现带料撕裂情况，须增加工艺孔进行预防，同时规范工艺孔直径。对此采取的工艺措施为：在折弯工件上拐角处沿折弯线方向增加工艺孔，其工艺孔直径约为板厚的1.5～2.0 倍。

4.3 异形件折弯线定位

部分折弯件因外形尺寸复杂，出现非直边、与折弯线相交等情况，会导致工件下料折弯时边缘难以触碰数控折弯机挡尺及手工划折弯线困难。对此采取的工艺措施为：中薄板下料时标记割缝。中薄板件可选择激光切割机或者精细等离子切割机下料，下料时直接在工件上割出折弯标记割缝，此割缝对薄板影响较小，能后期修复；厚板下料后割V 形口。切割一件和原异形件相同的工件作为划线工装样板，厚度要求一般为2～4 mm，在折弯线处割出V 形口，方便定位划线。

5 结论

根据公司折弯件的生产过程，结合工作经验，对折弯工件典型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。