折彎技術(shù)探究及其在折彎機(jī)上的應(yīng)用

LVD折彎機(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，從全電伺服折彎機(jī)到液壓伺服折彎機(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，可以說折彎影響著生活的方方面面。折彎機(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，通過上模向下將板材壓到下模V槽里來達(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)于折彎來說，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)，壓痕可通過增大下模模肩R角、墊防壓痕膜、采用無壓痕下?；驌碛蠰VD專利的Stone下模來消除或減輕折彎壓痕。對(duì)于折彎機(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）。折彎機(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滿足折彎機(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機(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尺寸示意圖

折彎尺寸扣除值比較復(fù)雜，一般簡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，參見表1。以厚度為4mm的S235JRG2板材為例，用V30開口的下模，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折彎機(jī)數(shù)控系統(tǒng)TOUCH-B和離線編程軟件CADMAN-B數(shù)據(jù)庫里保存了大量的數(shù)據(jù)，板材展開時(shí)利用數(shù)據(jù)庫里這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維工件的展開，那么展開工件的尺寸就會(huì)非常精準(zhǔn)，可以直接通過離線編程軟件CADMAN-B自動(dòng)生成的三維工件平面展開圖進(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角還與下模開口有關(guān)，開口越小內(nèi)R角越小，見表2。折彎下模開口的選擇范圍一般為：厚度不超過4mm的板材，下模開口為6～8倍的板厚；厚度超過4mm的板材，下模開口為8～12倍的板厚。因此，可以根據(jù)材料特性并結(jié)合下模開口的選擇來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是折彎里最復(fù)雜和最難控制的參數(shù)。常見的折彎方式有兩種，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控制折彎下壓力來達(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，也就是通過控制上模進(jìn)入下模的深度來控制折彎的角度。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°，見表3。表3不同下模開口和折彎角度導(dǎo)致角度變化1°對(duì)應(yīng)的下壓深度的變化量

目前折彎機(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

這就是折彎機(jī)和金屬切削類機(jī)床的不同。金屬切削類機(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。但是折彎機(jī)常見的自由折彎就是做不到，這個(gè)完全不是機(jī)床本身的精度問題。那么有沒有辦法解決這類由于板材的厚度或尺寸偏差帶來折彎角度偏差的問題呢？答案是肯定的，LVD的EASY-FORM自適應(yīng)折彎技術(shù)就可以解決這類問題，如圖7所示。LVD自適應(yīng)折彎和傳統(tǒng)自由折彎形式類似但實(shí)質(zhì)完全不同。自由折彎是通過測(cè)量和控制滑塊下行距離，即上模下壓到下模的深度來得到想要的折彎角度。而自適應(yīng)折彎是通過實(shí)時(shí)測(cè)量和控制工件的折彎角度來控制滑塊下行距離，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，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫里板材的反彈量，就會(huì)知道板材在折彎機(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)庫里這個(gè)板材的反彈量是2°，那么通過控制工件在折彎機(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。簡單來說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)庫里已存儲(chǔ)的板材，如果數(shù)據(jù)里沒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°，接著折彎機(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：