CN106295055A - 一种对上模进深进行折弯回弹补偿的折弯机折弯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对上模进深进行折弯回弹补偿的折弯机折弯方法，折弯过程中上模载荷去除后板料会产生回弹，根据板料变形区的材料特性，和上模、下模几何特征计算出上模进深；根据实际折弯结果对理论计算结果进行校正的过程。使用本发明方法的折弯机，不需要对模具、板材进行特殊处理。本发明方法通过有效预测折弯回弹补偿，消除了折弯回弹，提高了加工精度。不需要客户自己手动修改补偿数据，提高了工作效率，减少了维护成本。

Description

一种对上模进深进行折弯回弹补偿的折弯机折弯方法

技术领域

本发明涉及一种折弯机钣金折弯加工方法。具体说是一种对上模进深进行折弯回弹补偿的折弯机折弯方法，用于折弯机V型槽口折弯加工。可应用于扭轴式折弯机、电液型折弯机或者电伺服折弯机等多种折弯机型。

背景技术

折弯成形是通过机械力或液压力的作用，驱动滑块下行，强制上模、下模对板料进行加载，使得板料发生形变，从而得到需要折弯角度的加工工件。折弯回弹是在上模离开板料，释放压力的同时，板料会产生弹性形变，从而使板料的最终形状与预期的形状不符，影响板料的加工精度。

产生回弹的原因主要有两个：一是因为当板料内外缘表层进入塑性变形状态，而板料中心仍处在弹性状态，此时当板料去除施加的外力载荷以后，回弹现象随之产生；二是金属塑性变形时总是伴随弹性变形，所以板料弯曲时，即使内外层全部进入塑性状态，在外力载荷去除以后，仍会产生回弹现象。

为消除弹性形变影响，保证加工件折弯成形角度精度，业内对回弹补偿技术一直有研究，如：申请号为200910042686.X，发明名称“一种基于有限元方法的确定薄板冲压件测量点云在回弹前位置的方法”的中国发明专利，以及申请号为201510045973.1，发明名称“一种考虑回弹补偿的复杂曲面薄板成型模面设计方法”的中国发明专利，这两个专利文件所公开的两种方法，均是通过有限元软件模型，分别从板材或者模型上进行分析，应用于冲压件等复杂工艺加工，不适用于折弯成形工艺。对于折弯机折弯成形应用领域，相关回弹补偿技术的预计方法鲜有涉及，一般客户凭借经验，通过手动修改补偿数据，以保证加工精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种对上模进深进行折弯回弹补偿的折弯机折弯方法，用于折弯机V型槽口折弯加工。可有效补偿折弯回弹产生的折弯误差，提高板料折弯成形的精度。

为解决技术问题本发明提出的技术方案的理论基础：

折弯机V型槽口加工在板料弯曲过程中，压力卸载后会产生回弹，导致折弯角度发生变化，板料在折弯加载后的中性层半径为ρ₀，折弯角为α₀，折弯内半径为R；回弹后中性层半径变为ρ₁，折弯角为α₁，折弯内半径为R₁。板料在弹性弯曲时：

$M=\frac{EI}{\mathrm{\ρ}}$

式中：M是折弯力矩M，E是板料的弹性模量，I是板料的截面惯性矩。

卸载时的应力变化为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\σ}=E\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}=E(-\frac{Y}{{\mathrm{\ρ}}_0})=-\frac{My}{I}$

其中：Δσ是应力的变化，Δε是应变，Y是屈服应力，M是折弯力矩，E是板料的弹性模量；

I是板料的截面惯性矩。

根据弯曲前后中性层长度不变的原则，有：

ρ₀(180-α₀)＝ρ₁(180-α₁)

可得回弹后，角度的变化量为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\α}=(180-{\mathrm{\α}}_0)(1-\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_1})$

板料在折弯过程中，变形区的材料处于高度的塑性变形状态，并围绕中心线弯转一个角度。弯曲区外侧表面，在一些情况下还会出现微小裂纹，变形区截面上除中心层附近外，其余各点的应力接近材料的抗拉强度σ_b。在中性层上部受压，下部受拉。

整理后即可得到如下公式：

${\mathrm{\α}}_0=180+\frac{180-{\mathrm{\α}}_1}{3(R+t/2){\mathrm{\σ}}_b/Et-1}$

其中：σ_b是抗拉强度，t是板料厚度。

根据大量实验数据和有关资料表明，在自由折弯方式下，当下模V型槽开口宽度V＝8～12t时，折弯内半径的计算公式为：

R＝K_rV₁

式中：K_r为折弯圆弧半径系数，国内外的标准不统一，通常取0.15～0.17之间，K_r是经验数据，根据模具参数计算得出。V是V型槽名义开口宽度。

进深的计算通过折弯角与机构的几何关系可以得到，板料折弯时的几何关系如图3所示。

通过分析可以得到如下计算公式：

$a_1=r_1\[cos\frac{{\mathrm{\α}}_0}{2}-tg(45-\mathrm{\β}/4)\]$

a₂＝r₁[tg(45-β/4)-tg(45-α₀/4)]

V₁＝V-2a₁

R＝K_rV₁

H＝(V/2+a₂)/tg(α₀/2)

$H_1=\frac{R+t}{\sin \frac{{\mathrm{\α}}_0}{2}}-R$

$\begin{array}{c}h=H-H_1\\ =\frac{V}{2tg({\mathrm{\α}}_0/2)}+R-\frac{R+t}{\sin \frac{{\mathrm{\α}}_0}{2}}\\ +\frac{r_1}{tg({\mathrm{\α}}_0/2)}\[tg(45-\mathrm{\β}/4)-tg(45-{\mathrm{\α}}_0/4)\]\end{array}$

式中：a1,a2,V1,H,H1均为中间变量，没有实际物理意义，具体几何关系参见图3。

h——上模给进深度(进深)，即下模表面到折弯内径的距离；t——板料厚度；

r₁——下模圆角半径；α₀——回弹前的折弯角；β——下模V型槽的V型角；

V——V型槽名义开口宽度；r——工件折弯内半径。

通过以上α₀和h的计算公式，只要指定需要折弯的回弹后角度α₁(即用户最终要得到的板料折弯角度，也就是板料实际折弯角度)即可得到进深h。

经过多次尝试，发现只有对折弯内径进行调整才是合理的，折弯内半径R的确定带有相当大的偶然性。通过对不同折弯角度时K_r的数值求取，确定了K_r不是一个固定的常数，K_r的值随着折弯角度的变化而变化；而后又对不同的下模圆角半径与名义开口的比值r₁/V进行研究，发现K_r的取值与r₁/V的比值有明显的规律可循。

为了能够使在实际折弯与理论计算结果偏差较大的情况下快速的调整机床的折弯参数以折出比较满意的结果，给出了在这种情况下的折弯参数的修正方法。引用《折弯机自由折弯时滑块进深的计算和实用公式》(余松敏)，建立自由折弯的工艺数学模型，推导出滑块进深计算公式和滑块进深校正公式。

已知滑块进深为h,由于进深校正值与进深值相比很微小,所以可设进深校正值为Δh。再设工件实测角与设定角之差为Δα₁,则由微分关系式可得：

$\mathrm{\Δ}h\≈dh=\frac{\mathrm{\π}}{180}*\frac{dh}{{\mathrm{d\α}}_1}*{\mathrm{\Δ\α}}_1$

dh是h的导数，则进深校验后为：

h'＝h+Δh

式中Δh为进深的校正值。

基于上述理论推导和技术构思，本发明提出的一种对上模进深进行折弯回弹补偿的折弯机折弯方法，包括以下步骤：

步骤一、给定下列参数值：

板料厚度t，板料的弹性模量E，抗拉强度σ_b，板料实际折弯角度α₁；折弯圆弧半径系数K_r，V型槽名义开口宽度V，下模V型槽的V型角β，下模圆角半径r₁。

步骤二、确定板料在折弯加载后的中性层折弯内半径R：

R＝K_rV

步骤三、确定板料在折弯加载后的中性层折弯角α₀：

${\mathrm{\α}}_0=180+\frac{180-{\mathrm{\α}}_1}{3(R+t/2){\mathrm{\σ}}_b/Et-1}$

步骤四、确定上模给进深度h

$h=\frac{V}{2tg({\mathrm{\α}}_0/2)}+R-\frac{R+t}{\sin \frac{{\mathrm{\α}}_0}{2}}+\frac{r_1}{tg({\mathrm{\α}}_0/2)}\[tg(45-\mathrm{\β}/4)-tg(45-{\mathrm{\α}}_0/4)\]$

步骤五、通过对h进行微分处理，得到进深调整值Δh

$\mathrm{\Δ}h\≈dh=\frac{\mathrm{\π}}{180}*\frac{dh}{{\mathrm{d\α}}_1}*{\mathrm{\Δ\α}}_1$

步骤六、确定校验后的上模给进深度h'：

h'＝h+Δh

步骤七、按照校验后的上模给进深度h'，控制折弯机上模给进量，实现板料高精度准确折弯。

本发明方法通过折弯回弹补偿，有效调整上模进深，抵消了折弯回弹，提高了加工精度。不需要客户自己手动修改补偿数据，提高了工作效率，减少了维护成本。

附图说明

图1是折弯机V型槽口折弯加工示意图。其中：a是折弯加工前，b是折弯加工后。

图2是板料折弯后的卸载回弹过程示意图。

图3是板料折弯时的几何关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施列，对本发明作进一步详细说明。

本发明的计算方法适用于折弯机的滑块行程的计算，实施过程中将计算方法通过软件编码实现。经过大量数据验证(包括各种型材，规格)，经过本发明的计算方法进行优化，测量到角度偏差数据如下：

表中的角度差是取上限，角度差为1就表示误差不超过1°。可以看到计算数据只有极少数与参考值相比超过了2°(主要集中在折弯角度较小和模具较为特殊的情况下)，绝大多数都在2°以内。

通过以上数据对比，可以知道，本发明方法在各种材料(钢，铝，锌，不锈钢)、各种板厚(V＝8～12*t)和各种模具下(推荐r₁<V/20)都能够满足计算要求。

使用本发明方法的折弯机，不需要对模具、板材进行特殊处理。本发明方法通过理论计算结合实际加工的数据进行校验，通过大量实验数据证实，实测加工精度得到改善。与现有技术相比，本发明方法通过有效预测折弯回弹补偿，消除了折弯回弹，提高了加工精度。不需要客户自己手动修改补偿数据，提高了工作效率，减少了维护成本。

Claims (1)

1.一种对上模进深进行折弯回弹补偿的折弯机折弯方法，包括以下步骤：

步骤一、给定下列参数值：

板料厚度t，板料的弹性模量E，抗拉强度σ_b，板料实际折弯角度α₁；折弯圆弧半径系数K_r，V型槽名义开口宽度V，下模V型槽的V型角β，下模圆角半径r₁；

步骤二、确定板料在折弯加载后的中性层折弯内半径R：

R＝K_rV

步骤三、确定板料在折弯加载后的中性层折弯角α₀：

${\mathrm{\&alpha;}}_0=180+\frac{180-{\mathrm{\&alpha;}}_1}{3(R+t/2){\mathrm{\&sigma;}}_b/Et-1}$

步骤四、确定上模给进深度h

$h=\frac{V}{2tg({\mathrm{\&alpha;}}_0/2)}+R-\frac{R+t}{\sin \frac{{\mathrm{\&alpha;}}_0}{2}}+\frac{r_1}{tg({\mathrm{\&alpha;}}_0/2)}\&lsqb;tg(45-\mathrm{\&beta;}/4)-tg(45-{\mathrm{\&alpha;}}_0/4)\&rsqb;$

步骤五、通过对h进行微分处理，得到进深调整值Δh

$\mathrm{\&Delta;}h\&ap;dh=\frac{\mathrm{\&pi;}}{180}*\frac{dh}{{\mathrm{d\&alpha;}}_1}*{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_1$

步骤六、确定校验后的上模给进深度h'：

h'＝h+Δh

步骤七、按照校验后的上模给进深度h'，控制折弯机上模给进量，完成板料折弯。