折彎技術(shù)探究及其在折彎?rùn)C(jī)上的應(yīng)用

LVD折彎?rùn)C(jī)的產(chǎn)品線非常豐富，從最小的25噸1.2米到最大的3000噸14米，從全電伺服折彎?rùn)C(jī)到液壓伺服折彎?rùn)C(jī)，從單機(jī)到雙機(jī)聯(lián)動(dòng)，從智能自動(dòng)折彎單元到定制化自動(dòng)折彎，LVD都可以根據(jù)客戶(hù)的不同需求提供相應(yīng)的折彎解決方案。折彎的應(yīng)用非常廣泛，幾乎有金屬板材使用的地方都可以看到折彎的身影，可以說(shuō)折彎影響著生活的方方面面。折彎?rùn)C(jī)的作用就是將平板折成實(shí)際應(yīng)用所需要的各種三維工件。具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？就是將板材水平放置在下模上，由后擋料進(jìn)行板材定位，通過(guò)上模向下將板材壓到下模V槽里來(lái)達(dá)到需要的折彎角度，實(shí)現(xiàn)將平板加工成三維工件的目的，如圖1所示。圖1折彎示意圖

對(duì)于折彎來(lái)說(shuō)，有很多值得關(guān)注的方面：針對(duì)折彎產(chǎn)品，需要注意尺寸精度、折彎R角、角度精度、直線度以及壓痕。折彎產(chǎn)品的直線度與機(jī)架剛性（機(jī)架設(shè)計(jì)、鋼材選用等）有關(guān)，壓痕可通過(guò)增大下模模肩R角、墊防壓痕膜、采用無(wú)壓痕下?；驌碛蠰VD專(zhuān)利的Stone下模來(lái)消除或減輕折彎壓痕。對(duì)于折彎?rùn)C(jī)，需要注意Y軸精度和X軸精度、穩(wěn)定性、安全性（防夾手保護(hù)）以及操作便利性（數(shù)控系統(tǒng)、T軸隨動(dòng)托料、上下模液壓夾緊和模具自動(dòng)更換、自動(dòng)化折彎等）。折彎?rùn)C(jī)的數(shù)控軸精度、穩(wěn)定性、安全性、操作便利性等主要是從機(jī)床硬件方面的選材來(lái)滿(mǎn)足折彎?rùn)C(jī)的需求，這里不做探討。本文主要就折彎產(chǎn)品的尺寸精度、折彎R角和角度精度進(jìn)行分析。折彎尺寸精度折彎工件的尺寸精度與折彎?rùn)C(jī)的后擋指定位精度、板材下料機(jī)床的精度有關(guān)，板材下料、折彎前選擇可靠的機(jī)床都可以解決。折彎工件尺寸精度的一個(gè)重要影響因素就是板材的展開(kāi)精度。一個(gè)折彎工件從平板折成一定角度的工件，測(cè)量折彎工件的尺寸會(huì)發(fā)現(xiàn)它和板料的尺寸并不相等，如圖2所示，這個(gè)差值就是折彎尺寸扣除值。如果折彎尺寸扣除值不準(zhǔn)，工件展開(kāi)尺寸就會(huì)不準(zhǔn)，那么后道工序再精準(zhǔn)，成品工件精度也肯定達(dá)不到要求。圖2板料尺寸與工件展開(kāi)尺寸示意圖

折彎尺寸扣除值比較復(fù)雜，一般簡(jiǎn)單的算法就是直接采用2倍的板厚。但是2倍的板厚作為折彎尺寸扣除值實(shí)在是比較粗糙的算法。適當(dāng)升級(jí)了一下，更精確的方法就是采用歐標(biāo)的中心軸理論DIN6935標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)中心軸理論計(jì)算到一個(gè)k值，再結(jié)合要折彎板材的厚度角度通過(guò)公式可以計(jì)算得到一個(gè)折彎尺寸扣除值。這個(gè)相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)，但是比較準(zhǔn)確。但根據(jù)中心軸理論DIN6935標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的折彎尺寸扣除值還不夠精準(zhǔn)，因?yàn)閷?shí)際折彎尺寸扣除值不僅跟材料特性、厚度和折彎角度有關(guān)系，還跟使用的模具有關(guān)系。不同材料、不同厚度、不同計(jì)算方法所得到的折彎尺寸扣除值不同，參見(jiàn)表1。以厚度為4mm的S235JRG2板材為例，用V30開(kāi)口的下模，不同計(jì)算方法得到的折彎尺寸扣除值不一樣，兩倍板厚為8mm，DIN6935標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算值為7.57mm，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)驗(yàn)值的計(jì)算值為7.26mm。不同計(jì)算方式得到的數(shù)據(jù)有一定的偏差，特別是在工件需要多次折彎時(shí)，累計(jì)偏差會(huì)更大。而數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)驗(yàn)值根據(jù)大量實(shí)際試驗(yàn)測(cè)得，并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)里，是完全精準(zhǔn)的。表1不同材料、不同厚度、不同方法對(duì)應(yīng)的折彎尺寸扣除值

LVD折彎?rùn)C(jī)數(shù)控系統(tǒng)TOUCH-B和離線編程軟件CADMAN-B數(shù)據(jù)庫(kù)里保存了大量的數(shù)據(jù)，板材展開(kāi)時(shí)利用數(shù)據(jù)庫(kù)里這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維工件的展開(kāi)，那么展開(kāi)工件的尺寸就會(huì)非常精準(zhǔn)，可以直接通過(guò)離線編程軟件CADMAN-B自動(dòng)生成的三維工件平面展開(kāi)圖進(jìn)行激光下料。工件內(nèi)R角在討論工件內(nèi)R角前，不妨先簡(jiǎn)單了解下金屬材料的特性。金屬材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示，前面一部分是彈性變形階段，拉力釋放后能回到原來(lái)的位置；繼續(xù)施加拉力到屈服點(diǎn)后就到了塑性硬化階段，在這個(gè)階段施加拉力后產(chǎn)品就會(huì)發(fā)生塑性變形，如果希望產(chǎn)品繼續(xù)發(fā)生更大的塑性變形，則需要施加更大的拉力；達(dá)到應(yīng)力最高點(diǎn)后繼續(xù)施加拉力就會(huì)發(fā)生縮頸直至完全斷裂。折彎過(guò)程中板材的變形基本就處于塑性硬化階段，這一階段的特點(diǎn)是板材隨著應(yīng)變的增加所需應(yīng)力也需變大。圖3金屬材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線

工件內(nèi)R角與材質(zhì)有關(guān)，如圖4所示。低應(yīng)變硬化材料，內(nèi)R角較??；高應(yīng)變硬化材料，內(nèi)R角較大。工件內(nèi)R角還與下模開(kāi)口有關(guān)，開(kāi)口越小內(nèi)R角越小，見(jiàn)表2。折彎下模開(kāi)口的選擇范圍一般為：厚度不超過(guò)4mm的板材，下模開(kāi)口為6～8倍的板厚；厚度超過(guò)4mm的板材，下模開(kāi)口為8～12倍的板厚。因此，可以根據(jù)材料特性并結(jié)合下模開(kāi)口的選擇來(lái)得到想要的折彎工件內(nèi)R角。表2工件內(nèi)R角與下模開(kāi)口的關(guān)系

圖4工件內(nèi)R角與材質(zhì)的關(guān)系

對(duì)于上模的要求：只要上模R角不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)R角，則上模R角對(duì)折彎工件的內(nèi)R角幾乎沒(méi)有影響。若工件要求的內(nèi)R角大于標(biāo)準(zhǔn)R角，上模的模尖R圓弧要加大；若工件要求的內(nèi)R角小于標(biāo)準(zhǔn)R角，可采用板材刨槽或壓底折彎，且上模的模尖R圓弧要減小。有些材料延展性不好，有時(shí)也需要用較大的模尖R圓弧來(lái)折出大的內(nèi)R角，防止材料斷裂。角度精度角度精度可以說(shuō)是折彎里最復(fù)雜和最難控制的參數(shù)。常見(jiàn)的折彎方式有兩種，即壓底折彎和自由折彎。壓底折彎的各種應(yīng)用如圖5所示。圖5壓底折彎的各種應(yīng)用

壓底折彎的控制方式為通過(guò)控制折彎下壓力來(lái)達(dá)到控制折彎成形。其優(yōu)點(diǎn)是折彎角度精度高，可達(dá)±15′，且折彎角度一致性好；缺點(diǎn)是折彎所需壓力較大，是自由折彎壓力的5～8倍，而且柔性化較低，不同的角度或形狀的成形需要不同的模具。更為常見(jiàn)的折彎方式是自由折彎，也叫空氣折彎。自由折彎的控制方式是控制Y軸下壓量，也就是通過(guò)控制上模進(jìn)入下模的深度來(lái)控制折彎的角度。其優(yōu)點(diǎn)是折彎所需壓力較小，柔性化高，同一副模具可折不同角度工件；缺點(diǎn)是工件的折彎角度精度低，一致性較差。為什么自由折彎工件的折彎角度精度較低呢？舉例說(shuō)明：用V10的下模折彎板材，如果上模下壓距離相差0.05mm，角度的偏差就會(huì)達(dá)到1°，見(jiàn)表3。表3不同下模開(kāi)口和折彎角度導(dǎo)致角度變化1°對(duì)應(yīng)的下壓深度的變化量

目前折彎?rùn)C(jī)Y軸精度一般都可以達(dá)到0.01mm，所以角度偏差應(yīng)該不會(huì)太大，但是板材的厚度能保證完全一致嗎？假如厚度為1.5mm的板材其厚度相差10%，那么就會(huì)相差0.15mm，就相當(dāng)于上下模距離相差0.15mm，帶來(lái)的角度偏差約為3°。同樣板材的應(yīng)變硬化特性變化也會(huì)影響折彎角度，相差10%帶來(lái)角度變化約為1.5°。自由折彎時(shí)板材厚度、應(yīng)變硬化對(duì)折彎角度的影響如圖6所示。圖6自由折彎時(shí)板材厚度、應(yīng)變硬化與折彎角度的關(guān)系

這就是折彎?rùn)C(jī)和金屬切削類(lèi)機(jī)床的不同。金屬切削類(lèi)機(jī)床，不管毛坯件互相之間尺寸差距有多少，只要機(jī)床的精度足夠高，都可以保證成品工件的精度。但是折彎?rùn)C(jī)常見(jiàn)的自由折彎就是做不到，這個(gè)完全不是機(jī)床本身的精度問(wèn)題。那么有沒(méi)有辦法解決這類(lèi)由于板材的厚度或尺寸偏差帶來(lái)折彎角度偏差的問(wèn)題呢？答案是肯定的，LVD的EASY-FORM自適應(yīng)折彎技術(shù)就可以解決這類(lèi)問(wèn)題，如圖7所示。LVD自適應(yīng)折彎和傳統(tǒng)自由折彎形式類(lèi)似但實(shí)質(zhì)完全不同。自由折彎是通過(guò)測(cè)量和控制滑塊下行距離，即上模下壓到下模的深度來(lái)得到想要的折彎角度。而自適應(yīng)折彎是通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量和控制工件的折彎角度來(lái)控制滑塊下行距離，如圖8所示，也就是上模下壓到下模的深度。所以自適應(yīng)折彎表面上看是和自由折彎相同的，但是控制原理是完全相反的。圖7EASY-FORM自適應(yīng)折彎技術(shù)

圖8實(shí)時(shí)測(cè)量和控制工件的折彎角度

自適應(yīng)折彎的優(yōu)勢(shì)：角度精度高，加工的穩(wěn)定性和一致性好；適合小批量多品種加工；板材適應(yīng)性強(qiáng)，材質(zhì)和厚度對(duì)折彎角度影響顯著降低；是批量自動(dòng)化折彎的質(zhì)量保證。那么自適應(yīng)折彎時(shí)是如何測(cè)量和控制角度的呢？這里需要引入一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——反彈量。折彎數(shù)據(jù)庫(kù)里存有各種材料不同厚度、不同角度和不同模具配合的反彈量，通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)里板材的反彈量，就會(huì)知道板材在折彎?rùn)C(jī)上折彎時(shí)需要折的角度值。例如要折一個(gè)90°的某材質(zhì)、某厚度的工件，數(shù)據(jù)庫(kù)里這個(gè)板材的反彈量是2°，那么通過(guò)控制工件在折彎?rùn)C(jī)上受壓折到88°，釋放后工件就會(huì)反彈到90°。板材厚度和應(yīng)變硬化特性變化對(duì)角度反彈量影響非常小，板材厚度相差10%，板材反彈量的變化只有0.2°，材料應(yīng)變硬化特性相差10%，材料的反彈變化也僅為0.3°。板材厚度、應(yīng)變硬化對(duì)角度反彈量的影響如圖9所示。由于角度反彈量相對(duì)板材厚度和材料應(yīng)變硬化特性變化非常小，因此，自適應(yīng)折彎時(shí)，通過(guò)控制板材折彎受壓時(shí)的成形角度就能達(dá)到控制壓力釋放后的最終成品的角度。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是即使材料厚度或應(yīng)變硬化特性有10%的偏差，工件仍可以保證非常高的精度。以304不銹鋼為例，如果板材厚度變厚10%，自由折彎時(shí)折彎角度會(huì)變小3°，而自適應(yīng)折彎時(shí)折彎角度僅僅會(huì)變大0.2°，可見(jiàn)折彎角度精度提高非常明顯。圖9板材厚度、應(yīng)變硬化與角度反彈量的關(guān)系

前面介紹的是一些數(shù)據(jù)庫(kù)里已存儲(chǔ)的板材，如果數(shù)據(jù)里沒(méi)有的材料或者不知道要折彎的材質(zhì)，可以采用自適應(yīng)折彎的另一種工作模式進(jìn)行折彎。工件先折到90°，壓力釋放后測(cè)量這時(shí)的角度，比如此時(shí)的測(cè)量角度是93°，那么即可計(jì)算出板材的反彈量為3°，接著折彎?rùn)C(jī)會(huì)再下壓一次到87°，那么反彈后成品工件就是90°。該批次同種材質(zhì)板材的折彎就可以借用這個(gè)反彈量，而不需要每次折彎都下壓兩次。EASY-FORM自適應(yīng)折彎的主要技術(shù)指標(biāo)如下。⑴雙面角度測(cè)量系統(tǒng)：精度±20＇；角度測(cè)量范圍45°～150°。⑵光學(xué)系統(tǒng)：II級(jí)激光；無(wú)需和工件進(jìn)行物理接觸；快速（每秒測(cè)量200次），不影響折彎效率。⑶快速啟動(dòng)：自動(dòng)校準(zhǔn)；任意的編程位置，并配有停放區(qū)。⑷不受以下變量的影響：