探讨自由折弯中下模开口尺寸的选用对成形尺寸的影响

折弯是一种将金属坯料通过压弯、拉弯等手段加工成具有一定角度和形状的工艺方法，具有灵活度高、适用性广、成本较低等特点，应用十分广泛，在钣金加工行业中占比较大。在现代电力机车车体钢结构生产中，重要结构件多采用中厚板、大R 角设计，此类工件的折弯加工一般采用数控折弯机完成，通过其滑块的简单上下运动，同折弯模具配合，完成较复杂工件的成形过程。生产中发现，在相同加工设备、材料、上模具的情况下，使用自由折弯方式成形的工件，往往尺寸由于产品批次的不同略有差异，在排除由于炉号不同导致的材料厚度、内应力释放等差别后，发现此问题可能是由于设备操作者选用不同开口尺寸下模进行折弯加工导致，本文将对中厚板折弯中下模开口尺寸的选用对成形尺寸的影响进行简单探讨，以达到指导生产的目的。

两种常见的折弯方式及比较

自由折弯

自由折弯亦称间隙折弯、空气折弯等。在折弯过程中，上模与下模并不压紧，通过调整上模进入下模开口的深度获得所需的折弯角度，上模进入下模越深，折弯得到的角度越小，反之越大，并且由于折弯回弹的影响，折弯时还需要进行过折来保证回弹后的折弯角度同设计角度相同，折弯状态可见图1。

图1 自由折弯示意图（简化下模圆角）

目前广泛使用的数控折弯机可通过其数控系统自动计算压深，并由其反馈校正系统控制设备液压单元，实现折弯角度自动化控制，操作者不许过多参与，但在实际生产中，由于计算模型偏差、板料厚度误差、材料类型差异、材料内应力释放等因素，很难通过一次折弯就达到编程角度，故在批量生产前仍需要试折弯，本文探讨的工艺方法即为自由折弯。

压底折弯

采用压底折弯时，板材被压紧在上下模之间，开始阶段材料自由弯曲，随着上模的下压，材料与下模表面逐渐靠紧，材料弯曲区不断减小，直到行程最低点时，材料与上模完全贴紧，通过压紧力获得所需要的折弯角度和折弯半径，折弯过程见图2。

图2 压底折弯过程（简化下模圆角）

自由折弯和压底折弯的比较

自由折弯由于其灵活度高、适用性广、成本较低等特点，逐渐超过压底折弯方式，成为钣金加工企业首选的工艺方法，与压底折弯相比，自由折弯的折弯压力一般只需压底折弯的三分之一大小，对折弯机吨位要求大幅降低，在成本控制方面成效显著。另一方面，压底折弯的下模角度决定了最终成形产品的折弯角度，对目前追求个性定制、柔性生产的钣金市场适应度不够，较适用于中、大批量生产，而且由于其过大的折弯压力，一般只能用于加工薄板。自由折弯虽然在产品精度方面有一定缺陷，但随着折弯设备的不断发展，差距已逐渐缩小至大多数产品都可接受的偏差范围内。

自由折弯下模开口尺寸对成形尺寸影响

为比较下模开口尺寸的选用对折弯成形尺寸的影响，设计了一个简单的验证实验，对此实验的基本情况介绍如下。

实验条件

为确保验证实验有一定可靠性，尽量避免预期外变量对实验结果的影响，结合实验场地设施的实际情况，对实验采用的材料类型、排料方向、模具种类等进行了较为全面的考虑，实验条件见表1。

实验过程

验证实验的目标测量值为工件的折弯后尺寸L1与L2，取其和L（L=L1+L2）作为实验比较值，设置实验变量为下模开口尺寸值，同时采用可调开口尺寸下模，避免由于模具其他结构因素影响实验结果，试件结构见图3。

图3 试件结构

实验时，首先对机械加工后的试件使用500mm游标卡尺进行测量，实测其端部两加工面线性尺寸为557.50mm，随后逐渐增大下模开口尺寸，进行多次试折，从每种开口尺寸下折弯成形的试件中，使用宽座角尺比对挑选折弯角度最佳试件，随后对挑选后的试件尺寸L1、L2 值进行测量，并计算得到实验比较值L。

实验结果

使用从160mm~400mm 的6 种不同大小下模开口尺寸，从折制的样件中挑选得到6 个最佳试件，测量其尺寸L1 与L2，并按照L=L1+L2，得到计算值L，以160mm 下模开口尺寸折制的工件尺寸L（开口尺寸160mm）作为基准尺寸，与其他试件L 值进行偏差比较，结果见表2。

从实验结果可以看出，折弯成形尺寸与下模开口尺寸呈现正相关趋势，通过计算可知，此试件折弯后的理论L 值应当为596mm，以下模开口160mm模具折制后工件测得的596.12mm 为基准，当开口尺寸在10~12.5 倍板料厚度时，尺寸在一般钣金件允许公差范围内，当下模开口尺寸达300mm 时，偏差值已超出一般工件公差要求，当下模开口尺寸选用400mm 时，偏差值达到10.02mm，明显已严重偏离工件尺寸要求。

可见，在中厚板自由折弯中，下模开口尺寸的选用对工件成形尺寸有重要影响，综合考虑选用下模开口尺寸值，应当为10 倍板厚左右，折弯成形尺寸易保证，当然，下模开口尺寸的选用还应兼顾折弯内R 角，否则若使用过小开口的下模，机床上滑块无法下移到足够深度，会导致折弯无法完成，甚至有损坏模具的风险。

中厚板自由折弯下模开口尺寸对成形尺寸影响成因分析

由实验验证结果可知，折弯成形尺寸与下模开口尺寸呈正相关，在此实验中，L 形试件长度为557.50mm，所有试件尺寸相同，可得出由于开口尺寸的改变，中厚板采用自由折弯成形工件时，尺寸L1 及L2 有增大趋势，显然，发生此变化是由于实际成形后的内R 角变化导致的，由于无相应的准确测量手段对实际成形后的内R 角进行测量，但可推断出成形后的工件内R 角尺寸与下模开口尺寸亦为正相关关系，为保证工件成形尺寸的准确性，应当尽量选取较小的下模开口尺寸进行折弯。

结束语

本文主要探讨了中厚板选用自由折弯时，选用下模开口尺寸对成形工件的尺寸影响，通过简单的验证实验，说明在自由折弯的其他工艺条件相同时，下模开口尺寸同折弯成形尺寸呈现正相关趋势，因此，当工件的尺寸要求高，尤其是对内R 角成形尺寸要求严格时，应当选用压底折弯方式和相应模具进行成形，能够起到事半功倍的效果。此外，由于设备、人员、测量工具等多种因素的限制，本文涉及的验证实验有不严谨、不准确之处，但从实验结果看，可以起到说明问题，指导生产的良好作用，有一定现实意义。

——摘自《钣金与制作》 2020年第7期