螺旋板換熱器?板料折彎回彈量的預防與控制（技術篇上）
[摘 要] 如何減小螺旋板換熱器折彎件的回彈變形問題，以達到控制彎曲件精度并且提高彎曲件產品的質量，始終是彎曲件制造生產中迫切需要解決的重要問題。本文分析了板材彎曲加工中工件發生彎曲回彈的原因，闡述了影響板材彎曲的因素及常用減小回彈量的方法。
[關鍵詞] 塑性變形；退火；板材回彈；折彎；折彎模具；屈服強度
塑性變形是指板料折彎件在圓角區內的彈性變形。回彈是指使折彎件在離開模具后，彈性變形雖然能夠恢復，但所得到的工件的形狀尺寸與模具尺寸不一致，尺寸要求不能滿足設計要求的問題，如圖1所示。回彈是折彎加工中常見的現象，也是折彎工藝制訂中的技術難點，回彈問題的存在造成了零件成型精度低，增加了需反復進行試模、修模、上刀片行程調整等工作量和折彎后的矯正整形工作量。在折彎加工工藝編制過程中，消除回彈量是工藝編制人員和模具設計人員必須考慮的重要問題。因此，生產中一定要采取措施來減小并補償由于回彈造成的尺寸偏差，以提升折彎件的精度，制造出符合圖紙設計要求的產品。
1 板材折彎回彈產生過程
在板材折彎成形過程中，板材內側金屬受力后產生縱向的壓縮，并且從內層材料向寬度的方向逐漸移動，這就使得工件的橫向寬度逐漸增加。外層材料因受到切向拉伸作用力，材料的厚度的不足由寬度、厚度方向來補充，致使寬度變窄，從而產生了彎曲帶橫剖面方向的畸變。如圖2所示，對于板幅較窄的板（b<3t< span="">）彎曲帶橫剖面畸變比較明顯，但在板幅較寬板（b>3t）彎曲時，由于產生的橫向變形阻力較大，故其斷面的形狀變化不很大，由此可知，窄板和寬板彎曲時的應力應變狀態是不一樣的。在板材折彎過程中，塑性變形是在彎曲件的圓角位置附近，而直邊部分除與圓角相近的“過渡段”有小量變形外，其它基本上不會發生塑性變形。在縮短的內側和伸長的外側板料之間存在著一個長度保持不變的中性層，這時中性層仍處于彈性變化狀態，當去除外部載荷后，板材就會產生彈性回復量。金屬塑性變形總是伴有彈性變形的，所以板材折彎時，即使內外層金屬全部進入塑性狀態，當去除外部載荷后，彈性變形量消失，但也會出現回彈量。由于材料在發生塑性變形之前必然有一個彈性變形的過程，這是由材料本身特性決定的，因而折彎件的回彈現象是不可避免的。當材料應力達到屈服強度Rel時，材料開始發生塑性變形，而從開始對材料加力達到屈服強度Rel以前則為彈性變形范圍，不同硬化性能的材料彈性變形區的大小是不同的，因而不同的材料在折彎后的回彈值也是不同的。
2 板材折彎過程中常見的回彈方式
常見的回彈方式有正回彈和負回彈兩種。正回彈是指折彎件從模具取出后曲率半徑增大的回彈；負回彈是指折彎件從模具去除后曲率半徑減小的回彈。在V形模矯正折彎時，其直邊部分有校直作用。折彎后，圓角部分產生的回彈方向M與直邊校直產生的回彈方向N相反，如圖3所示。如果直邊校直的回彈與圓角的回彈相等，則工件不出現回彈。如果M≠N，則出現回彈。工件的折彎角α，模具的刃傾角α1，當α>α1時為正回彈；當α<α< span="">1時為負回彈。相對彎曲半徑r/t較小時，有可能出現負回彈，如果相對彎曲半徑r/t<(0.2~0.3)< span="">的V形工件進行折彎時，回彈角為負或零。
3 影響回彈的主要因素
3.1材料的力學性能
折彎件的材料特性是影響回彈的主要因素。通常，回彈量大小與材料的屈服強度Rel成正比，與材料的彈性模數E成反比。Rel/t越大，回彈越大。材料性能不穩定時，回彈值也不穩定。
3.2板料折彎時相對彎曲半徑r/t的影響
相對彎曲半徑r/t表示折彎成形的變形程度，回彈值與相對彎曲半徑成正比，r/t越小，折彎的變形程度越大，塑性變形在總變形中所占比重越大，因此卸載后回彈隨相對彎曲半徑的減小而減小，因而回彈越小。r/t越大，折彎的變形程度越小，但材料斷面中心部分會出現很大的彈性區，因而回彈越大。當其它條件相同時，回彈值為隨著相對彎曲半徑r/t的增大而增大。
3.3板料折彎角的影響
在彎曲半徑不變的條件下，當折彎角越大，則增加變形的區域越大，彈性變形量也越大，因此工件的回彈量越大。
3.4折彎零件形狀的影響
通常折彎零件的形狀越復雜，一次折彎的角度越多，則折彎變形時，各個部分變形互相制約的作用力越大，而且增加了回彈阻力，降低了成形的回彈量。
3.5板料折彎模具尺寸的影響
如圖4所示，當上模半徑R一定時，折彎件的回彈值隨著下模V開口尺寸2L的增大而減小，上模半徑R較大而下模開口尺寸過小時，回彈量很大。
3.6板料折彎力的影響
如圖5所示，折彎時，由于材料受上、下模的壓縮作用，不僅使折彎變形區板材的拉應力相對減小，而且在折彎變形區中性層還易出現外側的拉應力和內側縱向的壓縮應力，然后隨著折彎力的增加，縱向壓應力向材料外表面逐步擴展，使板材的全部或大部分斷面在縱向均出現壓應力，于是內外層回彈方向取得了一致，其回彈值大大減小。
3.7折彎方式對反彈量大小的影響
常見的板材折彎形式有兩種：U形下模的自由折彎與V形下模的限制折彎。由于它們的形狀不同，卸載后的零件的彎曲回彈值的大小也不相同。
4 板料折彎回彈角度的確定方法
影響回彈角數值的因素較多，而且各種因素間互相影響，因此理論分析比較復雜且不精確。一般采取按表查出經驗數據或按計算方法求得回彈值后，再在試模中進行修正的方法。
4.1對于Q345等材料進行90°單角校正折彎時，其角度回彈量可按下列經驗公式計算：
△α=0.43r/t-0.61°式中：△α -角度回彈量；r -彎曲圓角半徑，mm；t -材料厚度，mm
當相對于折彎半徑（r/t<5< span="">）時，折彎半徑的數值變化不大，僅需考慮角度的回彈。當相對于折彎半徑（r/t>5）時，上模圓角半徑和折彎中心角可按純塑性折彎條件進行計算。
4.2相對折彎半徑（r/t≥10）較大的工件，如圖7所示，回彈也大，此時不僅角度有回彈，折彎半徑也有較大變化，上模圓角半徑和折彎中心角按純塑性折彎計算。
r1=r/(1+3σs/E·r/t)
式中：r -工件圓角半徑，mm；r1-上模圓角半徑，mm；Rel -材料的屈服強度，MPa；α -工件圓角弧長中心角；α1 -上模圓角弧長中心角；t -材料厚度；E -材料的彈性模量，MPa
4.3 90°單角自由折彎時的角度回彈值可直接查表用經驗數據設計折彎上下模。
5 減小回彈量的具體措施
完全消除折彎件的回彈量是困難的，在實際生產中可適當采取以下措施來減小工件的回彈量。
5.1產品設計中采取的措施
(1)優化并改進零件的設計結構，以增強工件的剛度和彎曲變形程度，達到減小回彈量的目的，如圖8所示，在折彎件上橫跨折彎線用加強筋支撐。
(2)在設計許可的條件下，產品選材時選用彈性模量大、屈服強度小、力學性能相對穩定的材料。
5.2采取工藝措施制訂減少變形的工藝
(1)經過冷作硬化的硬材料，在折彎前應進行退火處理，以降低其硬度，并且可減小回彈量，折彎后再進行淬火處理，達到原材料的性能，此法不適于熱處理無法強化的材料。
(2)適當增加附加拉伸力，用以減小彈性變形區的大小。此類方法僅適用于材料彈性比較大、折彎半徑r≥(10~15)t的產品，比如像拉彎工藝類的產品。
(3)合理增加校正、整形工序。
5.3在模具結構設計方面采取一些控制措施
由于文章比較長，下接螺旋板換熱器板料折彎回彈量的預防與控制（技術篇下）。
