精密钼杆零件大角度弯曲成型控制的分析

第３９卷第２期　２０１５年４月　中国钼业　ＣＨＩＮＡ　ＭＯＬＹＢＤＥＮＵＭ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．２　Ａｐｒｉｌ　２０１５　

精密钼杆零件大角度弯曲成型控制的分析　

张铁军，冯鹏发，刘仁智，刘俊怀　（金堆城钼业股份有限公司技术中心，陕西西安７１００７７）　

摘要：本文分析了普通直径　１．５　ｍｌｑ＇ｌ钼杆物理特性，对弯曲成型的要求，折弯过程工件因弹性塑性变形导致发生　弯曲回弹的原因，弯曲回弹的表现形式，影响弯曲回弹的因素，回弹值理论计算和试验模具测试，通过材质，钼杆成　型工艺，模具校正补偿等方法，控制减小回弹值。结论需根据零件批量大小，零件精度要求，模具设计条件选择相　应的成型控制方法。　关键词：钼杆；弯曲回弹；模具设计　ＤＯＩ：１０．１３３８４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｍｉ．１００６—２６０２．２０１５．０２．０１３　中图分类号：ＴＨ１２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—２６０２（２０１５）０２—００５７—０４　

ＴＨＥ　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＡＮＤ　ＣＯＮＴＲＯＬ　ＯＦ　ｏＢＴＵＳＥ　ＡＮＧＬＥ　ＢＥＮＤＩＮＧ　ＭｏＬＹＢＤＥＮＵＭ　ＲｏＤ　ＺＨＡＮＧ　Ｔｉｅ－ｊｕｎ，ＦＥＮＧ　Ｐｅｎｇ—ｆａ，ＬＩＵ　Ｒｅｎ．ｚｈｉ，ＬＩＵ　Ｊｕｎ．ｈｕａｉ　（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｊｉｎｄｕｉｃｈｅｎｇ　Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ　７　１００７７，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ　ｒｏｄ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ，ｒｅａｓｏｎ　ｏｆ　ｓｐｆｉｎｇｂａｃｋ　ｗｉｔｈ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｌｄ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ　ｖａｌｕｅ．　ｒｈｅ　ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ　ｖａｌｕｅ　ｗａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｔｅｃｈ—　ｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｍｏｌｄ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂａｔｃｈ　ｓｉｚｅ，ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｎ－　ｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｆｉｇｈｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｃｈｏｏｓｅｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ　ｒｏｄ；ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ；ｍｏｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　

０　引　言　

精密钼杆零件弯曲成型过程如何控制减小弯曲　

回弹现象，保证制品的精度和质量，是影响弯曲精密　

零件精度和质量的关键因素之一。它的存在造成零　件的成型精度差，显著地增加了试、修模工作量和成　型后的校正工作量，故在钼杆弯曲成型中，钼杆钼丝　

大角度弯曲其回弹值较大而且较难控制回弹角度，　

因此掌握回弹规律非常重要，下述内容简要分析了　钼杆大角度弯曲工艺及发生弯曲回弹的原因、影响　

因素及控制减小回弹的一些常用方法。　

１　钼杆弯曲成型　

钼杆（钼丝）的力学特性　：抗拉强度：普通钼　杆（与直径有关，延伸率２％一５％）：１　３７２～１　５６８　

ＭＰａ；退火态钼杆（延伸率２０％～２５％）：７８４～１１７６　ＭＰａ；弹性模量（线径　．５～１．０　ｍｍ）：２．７９×１０　

～２．９４　ｘ　１０　ＭＰａ；屈服强度（退火态，　１．５　ｍｍ）：　

收稿日期：２０１４一ｌ１—１９；修改稿返回日期：２０１５—０３—０６　作者简介：张铁军（１９６９一），男，工程师，从事钼产品工艺装备工作。　Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｔｊ　ｗｏｒｋ＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｎ　６００—８００　ＭＰａ。　弯曲是将钼杆、钼丝等按设计要求弯曲成一定　

的角度和或曲率，形成所需形状零件的工序。弯曲　方法可分为在压机上利用模具进行的压弯以及在专　

用弯曲设备上进行的折弯、滚弯、拉弯等，本文主要　讨论钼杆大角度压弯工艺，使用的模具是简易金属　

线杆弯曲压模。Ｖ、Ｌ、ｕ形弯曲是钼杆基本的弯曲　变形。变形程度及其表示方法：相对弯曲半径（ｒ／　

ｔ）：表示钼杆弯曲变形程度的大小，弯曲中心角为　

，见图１。　

图１金属线材弯曲变形图　

２钼杆弯曲回弹现象　

钼杆弯曲加工过程发生塑性变形时伴有弹性变　

形，常温下的塑性弯曲和其他塑性变形一样，

在外力　・５８・　中国钼业　２０１５年４月　

作用下产生的总变形由塑性变形和弹性变形两部分　组成。当弯曲结束，载荷去除以后，塑性变形留存下　

来，而弹性变形则完全消失。弯曲变形区外侧因弹　性恢复而缩短，内侧因弹性恢复而伸长，产生了弯曲　

件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致。　这种现象称为弯曲件的弹性回弹ｈ３　Ｊ。回弹是弯曲　

成型时常见的现象，钼杆弯曲成型时，即使内外层金　属全部进入塑性状态，当去除外载后，弹性变形消　

失，也会出现回弹，这是因为钼杆在发生塑性变形前　必然有一个弹性变形的过程，这是由材料本身特性　

决定的，当材料应力达到屈服点盯　时，材料开始发　生塑性变形，而从开始对材料加力达到屈服点ｏｒ　以　

前则为弹性变形范围，因而弯曲件的回弹是不可避　免的。回弹是更是钼杆大角度弯曲零件生产中不易　解决的一个棘手的问题。零件与模具在形状和尺寸　上的差值叫回弹值。　

３　钼杆弯曲回弹的表现形式　

３．１弯曲半径增加　

卸载前钼杆料的内半径为ｒ（与凸模的半径吻　合），卸载后增加到ｒ　，半径的增加量Ａｒ：ｒ　一ｒ，表　

现为弯曲曲率增加。　３．２弯曲件角度增加　卸料前钼杆的弯曲角度为仅（与凸模顶角吻　合），卸载后增大到０ｔ．　，弯曲角的增大量△仅＝０ｔ．　一　０ｔ，即弯曲中心角度增大（见图２）。　

图２金属线材回弹示意图　

４　影响钼杆成型回弹的因素　

４．１材料的力学性能　材料的屈服点ｏｒ　越大，弹性摸量越小，弯曲回　

弹越大。即ｏｒ　／Ｅ的比值越大，材料的回弹值也越　大。本文讨论的退火的　１．５钼杆约在６００～８００　ＭＰａ范围。　４．２相对弯曲半径ｒ／ｔ　ｒ／ｔ越小，弯曲的变形程度越大，塑性变形在总　

变形中所占比重越大，因此卸载后回弹随相对弯曲　半径的减小而减小，因而回弹越小。ｒ／ｔ越大，弯曲　

的变形程度越小，但材料断面中心部分会出现很大　的弹性区，因而回弹越大。其他条件相同时，回弹值　是随ｒ／ｔ成正比（见图３）。　

Ｌ一　．　Ｉ一生－　

ｏ￣２　

图３　金属线材力学性能对回弹影响　４．３弯曲件角度　

在一定的相对弯曲半径情况下，弯曲角越小，则　对应的参加变形的区域越大，弹性变形量的积累量　

也越大，因此工件的回弹值也越大，本文主要探讨大　角度弯曲的情形。　

４．４弯曲方式　在无底凹模内作自由弯曲时，反弹最大，在有底　凹模内作校正弯曲时可以增加圆角处的塑性变形程　

度，因此有较小的回弹。　４．５模具间隙　弯曲模的凸、凹模间隙越小时，摩擦越大。由于　模具对钼杆产生挤薄作用，使材料的贴模程度增加，　

加大了对弯曲件直边的径向约束作用，卸载后回弹　减小。　４．６模具几何参数影响　

当凸模半径一定时，ｕ形件的回弹量随凹模开　口深度的增大而减小。　４．７工件形状　

钼杆弯曲形状复杂，一次弯曲成型的角数量越　多，弯曲变形时各个部分变形相互制约作用越大，增　加了回弹阻力，因而降低了成型的回弹量。　４．８应力的影响　钼杆弯曲的同时施加拉力。则可使断面的压应　力转为拉应力，使整个断面都处于拉应力的作用，卸　

载时明显减小回弹量，随张力的增加回弹量减小。　

５　钼杆弯曲回弹值的确定　

目前的弯曲回弹的理论及经验探讨主要针对的　

是金属板材及管件类零部件，但钼杆弯曲回弹值同　第３９卷第２期　张铁军等：精密钼杆零件大角度弯曲成型控制的分析　・５９・　

样可参考金属板材及管件类的理论基础及经验，即　

一般采用先根据经验数值和简单的计算来初步确定　

模具关键尺寸的方法，然后在试模时进行修正。　回弹值的确定方法有理论公式计算和经验值查　

表法　。　对于小半径弯曲（大变形程度，钼杆异型弯曲　件多数属于此类）的回弹值的确定：　（１）当弯曲件的相对弯曲半径ｒ／ｔ＜（５～８）　

时，弯曲半径的变化一般很小，可以不予考虑。而仅　考虑弯曲角度的回弹变化。可以运用查表法，查取　

９Ｏ。回弹角的经验修正数值。当弯曲角大于９０。时，　其回弹角（实验取值＝１６５。）则可用以下经验公式　

计算（实验室采用ＪＡＴＥＮ　ＪＴＶＭＳ．１５１０影像测量仪　测量　１．５钼杆９０。回弹角度简易冲压模具实验数　

据约为１。一３。）　

△　＝　。　

式中：△　一弯曲件的弯曲中心角为０【时的回弹　角（度）；　一弯曲件的弯曲中心角（度）；△　一弯　

曲中心角为９０。时的回弹角（度）　试样弯曲１６５。，带人公式△仅＝１６５／９０　Ｘ（１。一　３。）＝１．８。～５．５。，即钼杆１６５。弯曲理论回弹角度约　为１．８。一５．５。的范围。　

（２）当相对弯曲半径ｒ／ｔ≥（５～８）时（小变　

形），卸载后弯曲件的弯曲圆角半径和弯曲角度都　发生了较大的变化，公式如下：　

１　＋３　

嘶　

式中：ｒ一回弹后的圆角半径（ｍｍ）；ｒ　一回弹前　

圆角半径（ｍｍ）；ｏｒ　一弯曲材料的屈服点（ＭＰａ）；Ｅ　

一材料的弹性模量（ＭＰａ）；ｔ一弯曲材料的厚度　（ｍｍ）；仅　一回弹前的圆角半径ｒ所对弧长的中心　

角（度）；仅一回弹后的圆角半径ｒ所对弧长的中　

心角（度）。因钼杆弯曲ｒ／ｔ值基本不在此范围，　本文未讨论。　由于弯曲件的回弹值受诸多因素的综合影响，　

如钼杆材料性能的差异　（甚至同型号不同批次性　能的差异）、弯曲件形状、毛坯非变形区的变形弹复、　

弯曲方式、模具结构等等，上述公式的计算值只能是近　似的，还需在生产实践中进一步试模修正，同时可采用　

一些行之有效的工艺措施来减少、遏制回弹。　６　减小弯曲回弹的措施　

钼杆弯曲件产生回弹造成形状和尺寸误差，很　难获得合格的制件。因此，生产中要采取措施来控　

制和减小回弹。常用控制弯曲件的回弹的措施有：　

６．１改进钼杆弯曲件的材料特性　

选用弹性模量大、屈服极限小的钼杆材料，使坯　料容易弯曲到位。这需要前端钼杆的生产工艺参数　的改善来实现　Ｊ，但同时也必须考虑零件机械性能　

及用途。　

６．２从工艺上采取措施　（１）采用校正弯曲代替自由弯曲。对冷作硬化　

的材料先退火，降低其屈服点ｏｒ　，以减小回弹，对回　

弹较大的材料，必要时可以对钼杆采用加热弯曲。　

（２）采用拉弯代替一般弯曲方法所示。工件在　拉弯变形的过程中受到了切向拉伸力的作用。施加　

的拉伸力应使变形区内的合成应力大于材料的屈服　

极限，中性层内侧压应变转化为拉应变，从而材料的　

整个横断面都处于塑性拉伸变形的范围（变形区　内、外侧都处于拉应变范围），卸载后内外两侧的回　

弹趋势相互抵消，因此可减少弯曲件的回弹。　６．３从模具结构上采取措施　剖　（１）补偿及校正。按查表及公式预先估算或试　

验所得的回弹量，修正凸模和凹模工作部分的尺寸　和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹　

量，这是目前控制钼杆弯曲件质量最简易的方法。