鈑金加工工藝不斷地精益求精，尤其是在一些精密不銹鋼折彎、不銹鋼裝飾件折彎、鋁合金折彎、飛機(jī)零件折彎、銅板折彎等應(yīng)用上，進(jìn)一步對(duì)成形工件的表面質(zhì)量提出了更高的要求。傳統(tǒng)的折彎工藝較易對(duì)工件的表面造成損傷，與模具接觸的表面會(huì)形成一條明顯壓痕或刮痕，從而影響最終產(chǎn)品的美觀度，降低了用戶對(duì)產(chǎn)品的價(jià)值判斷。
折彎壓痕出現(xiàn)的原因
本文以折彎一個(gè)V形零件為例進(jìn)行論述。鈑金折彎是金屬板料在折彎?rùn)C(jī)凸?；虬寄５膲毫ο?，首先經(jīng)過(guò)彈性變形，然后進(jìn)入塑性變形的成形過(guò)程。在塑性彎曲的開(kāi)始階段，板料是自由彎曲的。隨著凸?；虬寄?duì)板料的施壓，板料與凹模V形槽內(nèi)表面逐漸靠緊，同時(shí)曲率半徑和彎曲力臂也逐漸變小，繼續(xù)加壓直到行程終止，使凹模與板材三點(diǎn)靠緊全接觸，此時(shí)完成一個(gè)V形彎曲。折彎時(shí)，由于金屬板料會(huì)受到折彎模具的擠壓而產(chǎn)生彈性變形，板料與凹模的接觸點(diǎn)便會(huì)隨著折彎工序的進(jìn)行而滑移。折彎工序中板料會(huì)經(jīng)歷彈性變形和塑性變形兩個(gè)明顯的階段，在折彎工序中又會(huì)有保壓的過(guò)程（模具與板料三點(diǎn)接觸），所以在折彎工序完成后，會(huì)形成三條壓痕線。這些壓痕線一般是板料與凹模V槽肩部擠壓摩擦產(chǎn)生的，故叫做肩部壓痕，如圖1、圖2所示，形成肩部壓痕的主要原因可以簡(jiǎn)單歸類為以下幾種。
圖1 折彎過(guò)程示意圖
圖2 折彎壓痕
折彎方式
既然前面說(shuō)肩部壓痕的產(chǎn)生跟板料與凹模V槽肩部接觸有關(guān)，那么在折彎過(guò)程中，凸模與凹模之間的間隙不同影響板材受到的壓應(yīng)力，產(chǎn)生壓痕的幾率和程度也會(huì)不一樣，如圖3所示。相同V槽的條件下，折彎工件的折彎角度越大，金屬板料被拉伸形變量也越大，金屬板料在V形槽肩部摩擦距離也越長(zhǎng)；再者，折彎角度越大，凸模對(duì)板料施加壓力的保持時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)，綜合這兩個(gè)因素造成的壓痕也就越明顯。
凹模V槽的結(jié)構(gòu)
對(duì)不同厚度的金屬板料進(jìn)行折彎時(shí)，選擇的V槽寬度也不一樣。相同凸模的條件下，凹模V槽的尺寸越大，壓痕寬度的尺寸也越大，相應(yīng)的，金屬板料與凹模V槽肩部產(chǎn)生摩擦力也越小，壓痕深度也自然而然減小了，相反的，板厚越薄，V槽越窄，壓痕也越明顯。
既然說(shuō)到摩擦，我們考慮的另一個(gè)與摩擦相關(guān)的因素便是摩擦系數(shù)。凹模V槽肩部的R角大小不一樣，在板料折彎成形的過(guò)程中對(duì)板材造成的摩擦也不一樣。另一方面，從凹模V槽對(duì)板料施加壓力的角度考慮也一樣，凹模V槽的R角越大，板料與凹模V槽肩部的壓力越小，壓痕便越輕微，反之亦然。
凹模V槽潤(rùn)滑程度
前面說(shuō)到凹模V槽表面會(huì)與板料互相接觸而產(chǎn)生摩擦。當(dāng)模具出現(xiàn)磨損，V槽和板料接觸部分便會(huì)越來(lái)越粗糙，摩擦系數(shù)也越來(lái)越大。當(dāng)板料在V槽表面滑移時(shí)，V槽與板料接觸實(shí)際上是無(wú)數(shù)粗糙的凸點(diǎn)與面的點(diǎn)接觸，這樣作用在板料表面的壓力也會(huì)相應(yīng)增大，壓痕也就越明顯。另一方面，工件折彎前沒(méi)有對(duì)凹模V槽進(jìn)行擦拭清潔，往往會(huì)因?yàn)閂槽上殘留的碎屑對(duì)板料擠壓而產(chǎn)生明顯的壓痕，這種情況通常在設(shè)備折彎鍍鋅板、碳鋼板等工件時(shí)出現(xiàn)。
無(wú)痕折彎技術(shù)應(yīng)用
既然知道折彎壓痕出現(xiàn)的主要原因是板料與凹模V槽肩部產(chǎn)生摩擦，那么便可以從原因?qū)虻乃季S出發(fā)，通過(guò)工藝技術(shù)去減少板料與凹模V槽肩部產(chǎn)生的摩擦力。根據(jù)摩擦力公式f=μ·N可知，影響摩擦力的因素有摩擦系數(shù)μ和壓力N，而且都與摩擦力成正比關(guān)系，相應(yīng)的，可以制定以下幾種工藝方案。
凹模V槽肩部使用非金屬材料
圖3 折彎類型
僅僅通過(guò)增大模具V槽肩部R角的傳統(tǒng)做法改善折彎壓痕效果并不大。從降低摩擦副中壓力的角度出發(fā)，可以考慮在保證原有需要的擠壓效果的前提下，將V槽肩部改成比板料更軟的非金屬材料，如尼龍、優(yōu)力膠（PU彈性體）等材料?？紤]到這些材料容易損耗，需定期更換，目前應(yīng)用這些材料的V槽結(jié)構(gòu)有以下幾種，如圖4所示。
圖4 非金屬槽心V槽結(jié)構(gòu)示意圖
凹模V槽肩部改滾珠、滾筒結(jié)構(gòu)
同樣基于減少板料與凹模V槽之間摩擦副摩擦系數(shù)的原則，可以將板料與凹模V槽肩部的滑動(dòng)摩擦副轉(zhuǎn)變成滾動(dòng)摩擦副，從而大大減少板料受到的摩擦力，有效避免出現(xiàn)折彎壓痕。目前模具行業(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用此種工藝，滾珠無(wú)痕折彎模具（圖5）是比較典型的應(yīng)用實(shí)例。
圖5 滾珠無(wú)痕折彎模具
滾珠無(wú)痕折彎模具滾筒與V槽之間為了避免剛性摩擦，同時(shí)也是為了讓滾筒更容易轉(zhuǎn)動(dòng)和潤(rùn)滑而添加了滾珠，從而同時(shí)達(dá)到減少壓力和降低摩擦系數(shù)的效果，所以滾珠無(wú)痕折彎模具加工出來(lái)的零件基本可以實(shí)現(xiàn)無(wú)可見(jiàn)壓痕，但對(duì)鋁銅等軟性板材無(wú)痕折彎效果不佳。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，由于滾珠無(wú)痕折彎模具結(jié)構(gòu)較前面所述的幾種模具結(jié)構(gòu)都復(fù)雜，加工成本高，維護(hù)難度大，這也是作為企業(yè)管理人員在選用時(shí)需要考慮的因素。
凹模V槽肩部改翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)
圖6 翻轉(zhuǎn)型V槽結(jié)構(gòu)示意圖
目前行業(yè)中還有一種模具是利用支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)原理通過(guò)凹模肩部翻轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)零件折彎的。這種模具一改傳統(tǒng)定型凹模V槽結(jié)構(gòu)，將V槽兩側(cè)傾斜面設(shè)置成可翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在凸模下壓板料的過(guò)程中，借助凸模的壓力將凹模兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由凸模頂點(diǎn)向內(nèi)翻轉(zhuǎn)，從而使板料折彎成形，如圖6所示。這種工況下的板料與凹模并沒(méi)有產(chǎn)生明顯的局部滑動(dòng)摩擦，而是緊貼著翻轉(zhuǎn)平面向凸模的頂點(diǎn)靠攏，避免零件出現(xiàn)壓痕。這種模具的結(jié)構(gòu)較前面幾種結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，帶有拉簧、翻轉(zhuǎn)板結(jié)構(gòu)，維護(hù)成本和加工成本更大。
表1 無(wú)痕折彎工藝對(duì)比
凹模V槽與板料隔離
前面提到的都是通過(guò)變換折彎模具的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)痕折彎，對(duì)企業(yè)管理者來(lái)說(shuō)，為實(shí)現(xiàn)個(gè)別零件無(wú)痕折彎而開(kāi)發(fā)采購(gòu)一套新模具的做法不可取。從摩擦接觸的角度出發(fā)，只要將模具和板料隔離開(kāi)來(lái)，摩擦便不存在。于是，在不變換折彎模具的前提下，可通過(guò)使用軟質(zhì)薄膜的方式使凹模V槽與板料之間不產(chǎn)生接觸的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)痕折彎。這種軟質(zhì)薄膜也叫折彎無(wú)痕壓膜，材質(zhì)一般有橡膠、PVC（聚氯乙烯）、PE（聚乙烯）、PU（聚氨酯）等。橡膠和PVC的優(yōu)點(diǎn)是原材料成本較低，缺點(diǎn)是不耐壓、保護(hù)性能差、壽命短；PE、PU作為性能優(yōu)良的工程材料，以其為基材生產(chǎn)的無(wú)痕折彎壓膜具有良好的抗撕裂性能，所以壽命較高、保護(hù)性較好。
折彎保護(hù)膜主要是在工件和凹模肩部之間起到緩沖作用，抵消模具與板料之間的壓力，從而防止工件在折彎時(shí)產(chǎn)生壓痕，使用時(shí)只要把折彎膜放在凹模上即可，具有成本低，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。目前市面上的折彎無(wú)痕壓膜一般厚度為0.5mm，尺寸可根據(jù)需要而定制。折彎無(wú)痕壓膜一般可在2t壓力的工況下達(dá)到約200次折彎的使用壽命，并具有耐磨性強(qiáng)、抗撕裂性強(qiáng)、彎曲性能優(yōu)異、抗張強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率高、耐潤(rùn)滑油及脂肪族碳?xì)淙軇┑忍匦浴?/span>
前面介紹了幾種實(shí)現(xiàn)無(wú)痕折彎的工藝方法，下面對(duì)這幾種工藝方法進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。
結(jié)束語(yǔ)
鈑金加工行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，企業(yè)想要在市場(chǎng)占據(jù)一席之地，就需要對(duì)加工工藝技術(shù)不斷精益求精。不僅要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能性，更要考慮產(chǎn)品的工藝性和美觀性，同時(shí)也要考慮加工經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)應(yīng)用更高效、更經(jīng)濟(jì)的工藝方法使產(chǎn)品更易加工、更經(jīng)濟(jì)、更美觀。