螺旋板換熱器?板料折彎回彈量的預(yù)防與控制（技術(shù)篇上）

[摘  要] 如何減小螺旋板換熱器折彎件的回彈變形問題，以達(dá)到控制彎曲件精度并且提高彎曲件產(chǎn)品的質(zhì)量，始終是彎曲件制造生產(chǎn)中迫切需要解決的重要問題。本文分析了板材彎曲加工中工件發(fā)生彎曲回彈的原因，闡述了影響板材彎曲的因素及常用減小回彈量的方法。

[關(guān)鍵詞] 塑性變形；退火；板材回彈；折彎；折彎模具；屈服強(qiáng)度

塑性變形是指板料折彎件在圓角區(qū)內(nèi)的彈性變形。回彈是指使折彎件在離開模具后，彈性變形雖然能夠恢復(fù)，但所得到的工件的形狀尺寸與模具尺寸不一致，尺寸要求不能滿足設(shè)計(jì)要求的問題，如圖1所示。回彈是折彎加工中常見的現(xiàn)象，也是折彎工藝制訂中的技術(shù)難點(diǎn)，回彈問題的存在造成了零件成型精度低，增加了需反復(fù)進(jìn)行試模、修模、上刀片行程調(diào)整等工作量和折彎后的矯正整形工作量。在折彎加工工藝編制過(guò)程中，消除回彈量是工藝編制人員和模具設(shè)計(jì)人員必須考慮的重要問題。因此，生產(chǎn)中一定要采取措施來(lái)減小并補(bǔ)償由于回彈造成的尺寸偏差，以提升折彎件的精度，制造出符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品。

1 板材折彎回彈產(chǎn)生過(guò)程

在板材折彎成形過(guò)程中，板材內(nèi)側(cè)金屬受力后產(chǎn)生縱向的壓縮，并且從內(nèi)層材料向?qū)挾鹊姆较蛑饾u移動(dòng)，這就使得工件的橫向?qū)挾戎饾u增加。外層材料因受到切向拉伸作用力，材料的厚度的不足由寬度、厚度方向來(lái)補(bǔ)充，致使寬度變窄，從而產(chǎn)生了彎曲帶橫剖面方向的畸變。如圖2所示，對(duì)于板幅較窄的板（b<3t< span="">）彎曲帶橫剖面畸變比較明顯，但在板幅較寬板（b>3t）彎曲時(shí)，由于產(chǎn)生的橫向變形阻力較大，故其斷面的形狀變化不很大，由此可知，窄板和寬板彎曲時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)是不一樣的。在板材折彎過(guò)程中，塑性變形是在彎曲件的圓角位置附近，而直邊部分除與圓角相近的“過(guò)渡段”有小量變形外，其它基本上不會(huì)發(fā)生塑性變形。在縮短的內(nèi)側(cè)和伸長(zhǎng)的外側(cè)板料之間存在著一個(gè)長(zhǎng)度保持不變的中性層，這時(shí)中性層仍處于彈性變化狀態(tài)，當(dāng)去除外部載荷后，板材就會(huì)產(chǎn)生彈性回復(fù)量。金屬塑性變形總是伴有彈性變形的，所以板材折彎時(shí)，即使內(nèi)外層金屬全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，當(dāng)去除外部載荷后，彈性變形量消失，但也會(huì)出現(xiàn)回彈量。由于材料在發(fā)生塑性變形之前必然有一個(gè)彈性變形的過(guò)程，這是由材料本身特性決定的，因而折彎件的回彈現(xiàn)象是不可避免的。當(dāng)材料應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度Rel時(shí)，材料開始發(fā)生塑性變形，而從開始對(duì)材料加力達(dá)到屈服強(qiáng)度Rel以前則為彈性變形范圍，不同硬化性能的材料彈性變形區(qū)的大小是不同的，因而不同的材料在折彎后的回彈值也是不同的。

2 板材折彎過(guò)程中常見的回彈方式

常見的回彈方式有正回彈和負(fù)回彈兩種。正回彈是指折彎件從模具取出后曲率半徑增大的回彈；負(fù)回彈是指折彎件從模具去除后曲率半徑減小的回彈。在V形模矯正折彎時(shí)，其直邊部分有校直作用。折彎后，圓角部分產(chǎn)生的回彈方向M與直邊校直產(chǎn)生的回彈方向N相反，如圖3所示。如果直邊校直的回彈與圓角的回彈相等，則工件不出現(xiàn)回彈。如果M≠N，則出現(xiàn)回彈。工件的折彎角α，模具的刃傾角α1，當(dāng)α>α1時(shí)為正回彈；當(dāng)α<α< span="">1時(shí)為負(fù)回彈。相對(duì)彎曲半徑r/t較小時(shí)，有可能出現(xiàn)負(fù)回彈，如果相對(duì)彎曲半徑r/t<(0.2~0.3)< span="">的V形工件進(jìn)行折彎時(shí)，回彈角為負(fù)或零。

3 影響回彈的主要因素

3.1材料的力學(xué)性能

折彎件的材料特性是影響回彈的主要因素。通常，回彈量大小與材料的屈服強(qiáng)度Rel成正比，與材料的彈性模數(shù)E成反比。Rel/t越大，回彈越大。材料性能不穩(wěn)定時(shí)，回彈值也不穩(wěn)定。

3.2板料折彎時(shí)相對(duì)彎曲半徑r/t的影響

相對(duì)彎曲半徑r/t表示折彎成形的變形程度，回彈值與相對(duì)彎曲半徑成正比，r/t越小，折彎的變形程度越大，塑性變形在總變形中所占比重越大，因此卸載后回彈隨相對(duì)彎曲半徑的減小而減小，因而回彈越小。r/t越大，折彎的變形程度越小，但材料斷面中心部分會(huì)出現(xiàn)很大的彈性區(qū)，因而回彈越大。當(dāng)其它條件相同時(shí)，回彈值為隨著相對(duì)彎曲半徑r/t的增大而增大。

3.3板料折彎角的影響

在彎曲半徑不變的條件下，當(dāng)折彎角越大，則增加變形的區(qū)域越大，彈性變形量也越大，因此工件的回彈量越大。

3.4折彎零件形狀的影響

通常折彎零件的形狀越復(fù)雜，一次折彎的角度越多，則折彎變形時(shí)，各個(gè)部分變形互相制約的作用力越大，而且增加了回彈阻力，降低了成形的回彈量。

3.5板料折彎模具尺寸的影響

如圖4所示，當(dāng)上模半徑R一定時(shí)，折彎件的回彈值隨著下模V開口尺寸2L的增大而減小，上模半徑R較大而下模開口尺寸過(guò)小時(shí)，回彈量很大。

3.6板料折彎力的影響

如圖5所示，折彎時(shí)，由于材料受上、下模的壓縮作用，不僅使折彎變形區(qū)板材的拉應(yīng)力相對(duì)減小，而且在折彎變形區(qū)中性層還易出現(xiàn)外側(cè)的拉應(yīng)力和內(nèi)側(cè)縱向的壓縮應(yīng)力，然后隨著折彎力的增加，縱向壓應(yīng)力向材料外表面逐步擴(kuò)展，使板材的全部或大部分?jǐn)嗝嬖诳v向均出現(xiàn)壓應(yīng)力，于是內(nèi)外層回彈方向取得了一致，其回彈值大大減小。

3.7折彎方式對(duì)反彈量大小的影響

常見的板材折彎形式有兩種：U形下模的自由折彎與V形下模的限制折彎。由于它們的形狀不同，卸載后的零件的彎曲回彈值的大小也不相同。

4 板料折彎回彈角度的確定方法

影響回彈角數(shù)值的因素較多，而且各種因素間互相影響，因此理論分析比較復(fù)雜且不精確。一般采取按表查出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或按計(jì)算方法求得回彈值后，再在試模中進(jìn)行修正的方法。

4.1對(duì)于Q345等材料進(jìn)行90°單角校正折彎時(shí)，其角度回彈量可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

△α=0.43r/t-0.61°式中：△α -角度回彈量；r -彎曲圓角半徑，mm；t -材料厚度，mm

當(dāng)相對(duì)于折彎半徑（r/t<5< span="">）時(shí)，折彎半徑的數(shù)值變化不大，僅需考慮角度的回彈。當(dāng)相對(duì)于折彎半徑（r/t>5）時(shí)，上模圓角半徑和折彎中心角可按純塑性折彎條件進(jìn)行計(jì)算。

4.2相對(duì)折彎半徑（r/t≥10）較大的工件，如圖7所示，回彈也大，此時(shí)不僅角度有回彈，折彎半徑也有較大變化，上模圓角半徑和折彎中心角按純塑性折彎計(jì)算。

r1=r/(1+3σs/E·r/t)

式中：r -工件圓角半徑，mm；r1-上模圓角半徑，mm；Rel -材料的屈服強(qiáng)度，MPa；α -工件圓角弧長(zhǎng)中心角；α1 -上模圓角弧長(zhǎng)中心角；t -材料厚度；E -材料的彈性模量，MPa

4.3 90°單角自由折彎時(shí)的角度回彈值可直接查表用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)折彎上下模。

5 減小回彈量的具體措施

完全消除折彎件的回彈量是困難的，在實(shí)際生產(chǎn)中可適當(dāng)采取以下措施來(lái)減小工件的回彈量。

5.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采取的措施

(1)優(yōu)化并改進(jìn)零件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)工件的剛度和彎曲變形程度，達(dá)到減小回彈量的目的，如圖8所示，在折彎件上橫跨折彎線用加強(qiáng)筋支撐。

(2)在設(shè)計(jì)許可的條件下，產(chǎn)品選材時(shí)選用彈性模量大、屈服強(qiáng)度小、力學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定的材料。

5.2采取工藝措施制訂減少變形的工藝

(1)經(jīng)過(guò)冷作硬化的硬材料，在折彎前應(yīng)進(jìn)行退火處理，以降低其硬度，并且可減小回彈量，折彎后再進(jìn)行淬火處理，達(dá)到原材料的性能，此法不適于熱處理無(wú)法強(qiáng)化的材料。

(2)適當(dāng)增加附加拉伸力，用以減小彈性變形區(qū)的大小。此類方法僅適用于材料彈性比較大、折彎半徑r≥(10~15)t的產(chǎn)品，比如像拉彎工藝類的產(chǎn)品。

(3)合理增加校正、整形工序。

5.3在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采取一些控制措施

由于文章比較長(zhǎng)，下接螺旋板換熱器板料折彎回彈量的預(yù)防與控制（技術(shù)篇下）。