V型件自由弯曲实验课程探讨

刘靖+刘德民+李杏娥

摘要：针对本科生必修课“固态成形工艺学”中板料成形内容，设计了V型件弯曲实验用凸凹模，并对不同厚度的Q235钢板和纯铝板进行了弯曲。通过实验，学生掌握了板料性能及相对弯曲半径对弯曲回弹的影响，加深了学生对弯曲回弹现象知识的理解及巩固。针对实验中出现的弯曲角度小于凸模角度这一问题，从板料性能及模具设计两方面进行了分析，并提出了模具改进方案。

关键词：V型件弯曲、模具、弯曲回弹

· 【中图分类号】TG301

V型弯曲是弯曲工艺中最简单、最常用的冲压成型方式，一般都采用自由弯曲的工艺方法[1-3]。板料常温下弯曲总是伴有弹性变形，所以卸载后总变形中的弹性变形部分立即消失，引起工件的回弹[1-3]。为了使学生加深对V型件弯曲卸载后产生的回弹现象以及影响回弹因素的理解，结合本科生必修课“固态成形工艺学”的学习[4]，安排了V型件弯曲回弹实验课。实验中使用200吨四柱液压机，自行设计的凸凹模，对不同厚度的Q235钢板及铝板进行了V型件弯曲实验，对实验过程中产生的问题进行了分析，并提出后续模具的改进方案。

1 实验材料及实验过程

1.1 实验材料及实验模具

实验所用材料为Q235钢板及纯铝板，化学成分及尺寸规格如表1、表2所示。

实验所用凸、凹模结构如图1所示。凸模角度为60，圆角半径R2=1mm，宽度为25mm；凹模为两块可在凹模底座上滑动的滑块，通过移动滑块可以改变凹模开口度。实验中对于不同厚度板料，通过调整不同的凹模开口度，使凸模行程距离相同，这样可以让学生了解不同厚度板料对弯曲回弹的影响。

1.2 实验过程

根据来料厚度及凸模尺寸计算出凹模开口度及凸模向下行程，计算结果如表3所示。实验开始时，首先让学生对凸模进行零点定位，即将凸模向下移动，使凸模顶点刚好和实验板料接触（见图2），然后根据表3结果进行模具调整及凸模向下行程的控制。

当凸模运动到规定行程后对弯曲试样进行拍照，然后取出试样，将试样拓到一张白纸上，用量角器分别测量弯曲件在模具中（拍照照片）以及从模具中取出后的角度，将测量结果填入相应表格中。弯曲试样在模具中的情况如图3所示。

2 实验结果及分析

2.2.1 实验结果

不同材料及相对弯曲半径下V型件弯曲实验结果如表4所示。

2.2 分析及讨论

从表4可以看出，随着板料厚度的增加，即随着相对弯曲半径r/t的减小，无论是Q235钢板还是铝板都表现出回弹量减小，这与教科书中给出的结果一致。

从厚度相同或接近的Q235钢板和铝板弯曲后回弹量可以看出，铝板的回弹量都大于Q235钢板。铝板的屈服强度s和弹性模量E分别为129MPa，71GPa，s/E值为0.001817；Q235钢板的屈服强度s和弹性模量E分别为235MPa，200GPa，s/E值为0.001175。s/E值愈大，回弹量也愈大，所以，铝板虽然在本实验中卸载前的弯曲角较合理，但卸载后的回弹量较大。

但从表中也看出，弯曲Q235钢板时回弹前的弯曲角全部小于凸模角度60，而弯曲铝板时的弯曲角度几乎与凸模角度相同。造成这一现象的原因是，当凸模按照设定行程完成彎曲后由于凹模底部是开放的，无法施加对弯曲板料的校正压力作用，板料就有很大的空间进行自由变形，Q235钢板的屈服强度为235MPa，铝板经测试其屈服强度为129MPa，Q235钢板明显比铝板硬，因此，Q235钢板弯曲时板料两边在凹模两支点及凸模顶点的作用下向内弯曲，造成板料与模具的接触只是点接触或部分线接触（见图3（a）），而不像铝板那样可以较好地包住凸模（图3（b））。如果从图3（a）弯曲角两条边的内侧各画两条线相交后测量其角度，必然此角度小于凸模的60角。

针对实验中出现的问题，今后的实验需要对凹模进行改进，使凹模即能调整开口度又能对板料施加一定的压力，改进后的凹模如图4所示，将凹模内侧做成具有一定斜度的斜边，两斜边夹角为60，此斜边在钢板弯曲过程中可以起到约束钢板自由弯曲的作用，使钢板在弯曲过程中逐渐和凸、凹模贴近，最终达到和凸模相同的角度。

3 结论

针对本科生必修课“固态成形工艺学”中板料成形内容，设计了V型件弯曲实验用凸凹模，并对不同厚度的Q235钢板和纯铝板进行了弯曲实验。实验中学生掌握了板料性能及相对弯曲半径对弯曲回弹的影响，加深了学生对弯曲回弹现象知识的理解及巩固。

由于本实验设计的凹模底部是开放的，板料有很大的空间进行自由变形，而Q235钢板的屈服强度又比较高，造成板料与模具的接触只是点接触或部分线接触，使板料端部在凹模两支点及凸模顶点的作用下向内弯曲，结果弯曲角度小于凸模角度。针对这一问题提出了模具改进方案。

参考文献

[1] 吴诗悙. 冲压工艺及模具设计[M]. 西安：西北工艺大学出版社，2002

[2] 刘 斌 王敏杰柳瑞清.V形件弯曲回弹的影响因素及其实验研究[J].锻压机械，2002，（5）：22-25

[3] 谢俊 锋.弯 曲 回 弹 影 响 因 素 及 控 制 措 施[J].机械研究与应用，2013，26（127）：46-51

[4] 康永林，韩静涛.固态成形工艺原理与控制[M]. 北京：国防工业出版社，2008endprint