板料V型弯曲回弹影响因素分析及实验研究

摘要：以不同材质及不同厚度板料为研究对象，针对本科生必修课“固态成形工艺学”中板料成形内容，研究了影响V型件弯曲回弹的主要因素。针对实验中出现的一些现象从板料性能及模具设计两方面进行了分析，并提出了模具改进方案。

关键词：V型件弯曲；模具；弯曲回弹

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）28-0260-02

弯曲件在弯曲过程中外层受拉应力内层受压应力，工件在卸载后外层纤维因弹性恢复而缩短，内层纤维因弹性恢复而伸长，使弯曲件发生弹性回弹[1]。弯曲回弹是影响弯曲件质量的主要因素之一，也是弯曲模设计技术的难点之一。对于自由弯曲，影响弯曲件回弹的主要因素有材料特性、相对弯曲半径、弯曲角等。

“固态成形工艺学”课程是为材料成形与控制工程专业本科生设置的专业必修课，该课程以固态材料成形工艺理论基础为核心，涉及了轧制、锻造、冲压、挤压和拉拔等成形工艺中的理论知识及质量问题。V型件弯曲回弹实验课是针对教学中板料成形部分而安排的，目的是将课堂学习与实验相结合，通过实验加深学生对理论知识的理解与掌握，同时针对实验中出现的现象进行分析。

一、实验材料及实验过程

（一）实验材料

实验所用材料为Q235钢板及纯铝板，化学成分及尺寸规格如表1、表2所示。

（二）实验设备及实验模具

实验所用设备为200吨四柱液压机，如图1所示。弯曲用凸、凹模结构如图2所示。凸模角度为60°，圆角半径R2=1mm，宽度为25mm；凹模为两块可在凹模底座上滑动的滑块，通过移动滑块可以改变凹模开口度。

（三）实验方案的制订及实验过程

根据来料厚度及凸模尺寸计算出凹模开口度及凸模向下行程，观察材料特性、相对弯曲半径及开口度对弯曲件回弹的影响。

实验开始时，首先对凸模进行零点定位，即将凸模向下移动，使凸模顶点刚好和实验板料接触（见图3），根据来料厚度及凹模开口度进行模具调整及凸模向下行程的控制。当凸模运动到规定行程后对弯曲后的试样进行拍照，之后取出试样，将试样拓到一张白纸上，用量角器分别测量弯曲件在模具中（拍照照片）以及从模具中取出后的角度，将测量结果填入相应表格中。

二、实验结果及分析

（一）实验结果

不同材料、不同相对弯曲半径及凹模开口度下V型件弯曲实验结果如表3所示。

（二）分析及讨论

1.相对弯曲半径对回弹的影响。从表3中可以看出，随着板料厚度的增加，即随着相对弯曲半径r/t的减小，无论是Q235钢板还是铝板都表现出回弹量减小，这与教科书中给出的结果一致。

2.材料特性对回弹的影响。从厚度相同或接近的Q235钢板和铝板弯曲后回弹量可以看出，铝板的回弹量都大于Q235钢板。实验测定铝板的屈服强度σs和弹性模量E分别为129MPa、71GPa，σs/E值为0.001817；Q235钢板的屈服强度σs和弹性模量E分别为235MPa、200GPa，σs/E值为0.001175。σs/E值愈大，回弹量也愈大，所以，铝板虽然在本实验中卸载前的弯曲角较合理，但卸载后的回弹量较大。

3.凹模开口度对回弹的影响。Q235钢板在相同厚度（1.5mm）下随凹模开口度的增大，回弹值也增大。根据弯曲力公式Fmax=bt2/b凹・σS（b：板料宽度；t：板料厚度；b凹：凹模开口度）可知[2]，随着凹模开口度的增大，板料所受弯曲力减小，因此，凸模对弯曲件的弯曲作用减小，使其弯曲角度增大，所以回弹量增大。

4.实验中出现的问题。此次实验中发现一个现象，即弯曲Q235钢板时卸载前的弯曲角全部小于凸模角度60°，而弯曲铝板时的弯曲角度几乎与凸模角度相同，根据这一现象从材料性能及模具设计两方面进行了分析。由于本次实验凹模底部设计成了开放式的，当凸模按照设定行程完成弯曲后，凹模无法对弯曲件的外侧施加校正压力作用，板料两弯曲边在凹模两支点及凸模顶点的作用下向内弯曲，材料越硬，向内弯曲越严重，结果造成板料与模具的接触只是点接触或部分线接触。而Q235钢板的屈服强度为235MPa，铝板经测试其屈服强度为129MPa，Q235钢板明显比铝板硬，因此，Q235钢板（见图4（a））像铝板那样可以较好地包住凸模（图4（b））。如果从图4（a）弯曲角两条边的内侧各画两条线相交后测量其角度，必然此角度小于凸模的60°角。

针对实验中出现的问题，需要对凹模进行改进，以便在弯曲过程中凹模能对板料施加一定的压力。改进后的凹模如图5所示，将凹模内侧做成具有一定斜度的斜边，两斜边夹角为60°，此斜边在钢板弯曲过程中可以起到约束钢板自由弯曲的作用，使钢板在弯曲过程中逐渐和凸、凹模贴近，最终达到和凸模相同的角度。

三、结论

针对本科生必修课“固态成形工艺学”中板料成形的内容，设计了V型件弯曲实验用凸凹模，通过实验，学生加深了对专业知识的理解，掌握了V型件弯曲时影响弯曲件回弹量的主要因素。

从模具设计和材料性能两方面对实验中出现的问题进行了分析。造成卸载前Q235弯曲件弯曲角度小于凸模角度的主要原因是凹模设计存在一定的缺陷。由于本实验设计的凹模底部是开放的，板料有很大的空间进行自由变形，强度较大的钢板在弯曲过程中板料与模具的接触只是点接触或部分线接触，使板料端部在凹模两支点及凸模顶点的作用下向内弯曲，结果弯曲角度小于凸模角度，并针对这一问题提出了模具改进方案。

参考文献：

[1]吴诗.冲压工艺及模具设计[M].西安：西北工艺大学出版社，2002.

[2]肖景容.冲压工艺学[M].北京：机械工业出版，1996.