劉靖+劉德民+李杏娥

摘要：針對(duì)本科生必修課“固態(tài)成形工藝學(xué)”中板料成形內(nèi)容，設(shè)計(jì)了V型件彎曲實(shí)驗(yàn)用凸凹模，并對(duì)不同厚度的Q235鋼板和純鋁板進(jìn)行了彎曲。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生掌握了板料性能及相對(duì)彎曲半徑對(duì)彎曲回彈的影響，加深了學(xué)生對(duì)彎曲回彈現(xiàn)象知識(shí)的理解及鞏固。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的彎曲角度小于凸模角度這一問(wèn)題，從板料性能及模具設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行了分析，并提出了模具改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：V型件彎曲、模具、彎曲回彈

· 【中圖分類(lèi)號(hào)】TG301

V型彎曲是彎曲工藝中最簡(jiǎn)單、最常用的沖壓成型方式，一般都采用自由彎曲的工藝方法[1-3]。板料常溫下彎曲總是伴有彈性變形，所以卸載后總變形中的彈性變形部分立即消失，引起工件的回彈[1-3]。為了使學(xué)生加深對(duì)V型件彎曲卸載后產(chǎn)生的回彈現(xiàn)象以及影響回彈因素的理解，結(jié)合本科生必修課“固態(tài)成形工藝學(xué)”的學(xué)習(xí)[4]，安排了V型件彎曲回彈實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)中使用200噸四柱液壓機(jī)，自行設(shè)計(jì)的凸凹模，對(duì)不同厚度的Q235鋼板及鋁板進(jìn)行了V型件彎曲實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出后續(xù)模具的改進(jìn)方案。

1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)?zāi)＞?/p>

實(shí)驗(yàn)所用材料為Q235鋼板及純鋁板，化學(xué)成分及尺寸規(guī)格如表1、表2所示。

實(shí)驗(yàn)所用凸、凹模結(jié)構(gòu)如圖1所示。凸模角度為60，圓角半徑R2=1mm，寬度為25mm；凹模為兩塊可在凹模底座上滑動(dòng)的滑塊，通過(guò)移動(dòng)滑塊可以改變凹模開(kāi)口度。實(shí)驗(yàn)中對(duì)于不同厚度板料，通過(guò)調(diào)整不同的凹模開(kāi)口度，使凸模行程距離相同，這樣可以讓學(xué)生了解不同厚度板料對(duì)彎曲回彈的影響。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)來(lái)料厚度及凸模尺寸計(jì)算出凹模開(kāi)口度及凸模向下行程，計(jì)算結(jié)果如表3所示。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，首先讓學(xué)生對(duì)凸模進(jìn)行零點(diǎn)定位，即將凸模向下移動(dòng)，使凸模頂點(diǎn)剛好和實(shí)驗(yàn)板料接觸（見(jiàn)圖2），然后根據(jù)表3結(jié)果進(jìn)行模具調(diào)整及凸模向下行程的控制。

當(dāng)凸模運(yùn)動(dòng)到規(guī)定行程后對(duì)彎曲試樣進(jìn)行拍照，然后取出試樣，將試樣拓到一張白紙上，用量角器分別測(cè)量彎曲件在模具中（拍照照片）以及從模具中取出后的角度，將測(cè)量結(jié)果填入相應(yīng)表格中。彎曲試樣在模具中的情況如圖3所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同材料及相對(duì)彎曲半徑下V型件彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

2.2 分析及討論

從表4可以看出，隨著板料厚度的增加，即隨著相對(duì)彎曲半徑r/t的減小，無(wú)論是Q235鋼板還是鋁板都表現(xiàn)出回彈量減小，這與教科書(shū)中給出的結(jié)果一致。

從厚度相同或接近的Q235鋼板和鋁板彎曲后回彈量可以看出，鋁板的回彈量都大于Q235鋼板。鋁板的屈服強(qiáng)度s和彈性模量E分別為129MPa，71GPa，s/E值為0.001817；Q235鋼板的屈服強(qiáng)度s和彈性模量E分別為235MPa，200GPa，s/E值為0.001175。s/E值愈大，回彈量也愈大，所以，鋁板雖然在本實(shí)驗(yàn)中卸載前的彎曲角較合理，但卸載后的回彈量較大。

但從表中也看出，彎曲Q235鋼板時(shí)回彈前的彎曲角全部小于凸模角度60，而彎曲鋁板時(shí)的彎曲角度幾乎與凸模角度相同。造成這一現(xiàn)象的原因是，當(dāng)凸模按照設(shè)定行程完成彎曲后由于凹模底部是開(kāi)放的，無(wú)法施加對(duì)彎曲板料的校正壓力作用，板料就有很大的空間進(jìn)行自由變形，Q235鋼板的屈服強(qiáng)度為235MPa，鋁板經(jīng)測(cè)試其屈服強(qiáng)度為129MPa，Q235鋼板明顯比鋁板硬，因此，Q235鋼板彎曲時(shí)板料兩邊在凹模兩支點(diǎn)及凸模頂點(diǎn)的作用下向內(nèi)彎曲，造成板料與模具的接觸只是點(diǎn)接觸或部分線接觸（見(jiàn)圖3（a）），而不像鋁板那樣可以較好地包住凸模（圖3（b））。如果從圖3（a）彎曲角兩條邊的內(nèi)側(cè)各畫(huà)兩條線相交后測(cè)量其角度，必然此角度小于凸模的60角。

針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，今后的實(shí)驗(yàn)需要對(duì)凹模進(jìn)行改進(jìn)，使凹模即能調(diào)整開(kāi)口度又能對(duì)板料施加一定的壓力，改進(jìn)后的凹模如圖4所示，將凹模內(nèi)側(cè)做成具有一定斜度的斜邊，兩斜邊夾角為60，此斜邊在鋼板彎曲過(guò)程中可以起到約束鋼板自由彎曲的作用，使鋼板在彎曲過(guò)程中逐漸和凸、凹模貼近，最終達(dá)到和凸模相同的角度。

3 結(jié)論

針對(duì)本科生必修課“固態(tài)成形工藝學(xué)”中板料成形內(nèi)容，設(shè)計(jì)了V型件彎曲實(shí)驗(yàn)用凸凹模，并對(duì)不同厚度的Q235鋼板和純鋁板進(jìn)行了彎曲實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生掌握了板料性能及相對(duì)彎曲半徑對(duì)彎曲回彈的影響，加深了學(xué)生對(duì)彎曲回彈現(xiàn)象知識(shí)的理解及鞏固。

由于本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的凹模底部是開(kāi)放的，板料有很大的空間進(jìn)行自由變形，而Q235鋼板的屈服強(qiáng)度又比較高，造成板料與模具的接觸只是點(diǎn)接觸或部分線接觸，使板料端部在凹模兩支點(diǎn)及凸模頂點(diǎn)的作用下向內(nèi)彎曲，結(jié)果彎曲角度小于凸模角度。針對(duì)這一問(wèn)題提出了模具改進(jìn)方案。

參考文獻(xiàn)

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[3] 謝俊 鋒.彎 曲 回 彈 影 響 因 素 及 控 制 措 施[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2013，26（127）：46-51

[4] 康永林，韓靜濤.固態(tài)成形工藝原理與控制[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008endprint