用開(kāi)槽彎曲成形方法加工金屬異型材

劉民祥 ，余松敏 ，侯玉龍 ，慕顯峰

（1.天水鍛壓機(jī)床有限公司，甘肅 天水 741020；2.甘肅省制管裝備自動(dòng)化及信息化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 天水 741020）

用開(kāi)槽彎曲成形方法加工金屬異型材

劉民祥1，2，余松敏1，2，侯玉龍1，2，慕顯峰1，2

（1.天水鍛壓機(jī)床有限公司，甘肅 天水 741020；2.甘肅省制管裝備自動(dòng)化及信息化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 天水 741020）

小批量多品種的金屬異型材成形，可以采用開(kāi)槽彎曲方法進(jìn)行，即開(kāi)槽彎曲成形方法。這種開(kāi)槽彎曲成形金屬異型材的加工方法步驟簡(jiǎn)便，工藝直觀，不需制作復(fù)雜的模具，使用現(xiàn)有的通用板材加工設(shè)備和模具（如板料開(kāi)槽機(jī)、板料折彎?rùn)C(jī)）即可制作加工復(fù)雜的金屬異形型材，具有在多種行業(yè)使用推廣的價(jià)值。

金屬異型材；開(kāi)槽彎曲成形；板料開(kāi)槽機(jī)；板料折彎?rùn)C(jī)

目前國(guó)內(nèi)外新興中高檔裝飾行業(yè)以及商廈、酒店、銀行、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所的豪華裝潢中，大量用到金屬異型材，例如金屬欄桿、金屬?gòu)V告燈箱架、金屬柜臺(tái)、金屬家具、金屬造型、金屬景觀等。所用的金屬材料主要為普鋼、不銹鋼、銅、鋁合金或其他金屬型材。

現(xiàn)有技術(shù)對(duì)金屬異型材的加工方法工藝復(fù)雜，小批量生產(chǎn)時(shí)成本高，在加工復(fù)雜金屬型材時(shí)受模具限制有時(shí)根本無(wú)法成形。

采用開(kāi)槽彎曲成形方法加工金屬異型材，步驟簡(jiǎn)便，工藝直觀，不需制作復(fù)雜模具，使用現(xiàn)有的通用板材加工機(jī)械設(shè)備，如板料開(kāi)槽機(jī)和板料折彎?rùn)C(jī)，即可制作加工金屬異型材。該方法加工金屬異型材效率高，成本低，值得大規(guī)模推廣。

1 常用加工方法

（1）鑄造工藝方法。該加工方法主要是用高溫融化的金屬澆注入預(yù)制模具中成形金屬異型材。工藝復(fù)雜，加工周期長(zhǎng)，容易污染環(huán)境。

（2）軋制工藝方法。該加工方法主要是用軋鋼機(jī)在高溫條件下將鋼錠軋制成形金屬異型材。小批量生產(chǎn)時(shí)成本高，特殊型材無(wú)法加工。

（3）輥軋工藝方法。該加工方法主要是用輥軋機(jī)通過(guò)多道滾軋輪將金屬板材滾軋成形金屬異型材。模具加工復(fù)雜，有最少批量限制，特殊型材無(wú)法加工。

（4）折彎工藝方法。該加工方法主要是用板料折彎?rùn)C(jī)通過(guò)多道折彎工序?qū)⒔饘侔宀恼蹚澇尚谓饘佼愋筒?。加工精度不高，且加工?fù)雜型材時(shí)模具復(fù)雜，或受模具限制無(wú)法成形。

（5）焊接工藝方法。該加工方法主要是用預(yù)制成形的板料通過(guò)拼裝、組對(duì)、焊接成形金屬異型材。加工工序多，焊接容易變形，費(fèi)工費(fèi)時(shí)費(fèi)料。

2 開(kāi)槽彎曲成形方法

用開(kāi)槽彎曲成形方法加工金屬異型材，主要包括兩道工序：一是開(kāi)槽，二是彎曲。

2.1 開(kāi)槽

開(kāi)槽就是用板料開(kāi)槽機(jī)在金屬異型材的展開(kāi)板材上的特定位置，加工V型、U型或Y型等形狀的槽，并控制開(kāi)槽角度、開(kāi)槽深度以及槽間的寬度。

以V型開(kāi)槽為例，當(dāng)金屬異型材外觀為陽(yáng)角彎曲時(shí)，V型角度主要有兩種：一種V型開(kāi)槽角度為100°，用于彎制角度為 90°～179°的彎；另一種 V 型開(kāi)槽角度為140°，用于彎制角度為45°～90°的彎。

金屬異型材外觀為陰角彎曲時(shí)，V型開(kāi)槽的V型角度只有一種，一般為 100°，用于彎制 30°～179°之間任意角度的彎，且V型開(kāi)槽在彎曲陰角的背面。

彎制裝飾性金屬異型材時(shí)，V型開(kāi)槽的深度主要有兩種：一種是開(kāi)槽的深度為板厚的二分之一左右，另一種是開(kāi)槽的深度為板厚的三分之二左右。由于金屬板料開(kāi)槽后剩余的被彎曲材料厚度不同，在彎曲時(shí)所需的彎曲力也不同，當(dāng)被彎曲的彎角處V型槽的深度為板厚的三分之二時(shí)，僅剩三分之一的板厚，由于所需彎曲力小于剩余二分之一板厚的彎曲力，所以在彎制此彎角時(shí)不會(huì)影響到其他已成形的彎角。

彎制結(jié)構(gòu)性金屬異型材時(shí)，V型開(kāi)槽的深度也有兩種：一種是開(kāi)槽的深度為板厚的三分之一左右，另一種是開(kāi)槽的深度為板厚的二分之一左右。

在金屬異型材展開(kāi)的板料上，控制V型槽之間的寬度形式主要也有兩種：一種為等距離寬度，即槽與槽之間的間隔寬度距離是相同的，這樣可以彎制兩端等截面形狀的金屬異型材；另一種為不等距離寬度，即槽與槽之間的間隔寬度距離是不相同的，這樣可以彎制兩端不等截面形狀的金屬異型材，即大小頭截面形狀的金屬異型材。

2.2 彎曲

用開(kāi)槽彎曲成形方法加工金屬異型材的彎曲工序，主要是按照金屬異型材的內(nèi)在彎制規(guī)律，編制排列彎曲順序，然后在板料折彎?rùn)C(jī)上按照彎曲順序進(jìn)行彎曲，也可以在壓力機(jī)或其他機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行彎曲。

彎曲用上模常用88°或58°的直模和鵝頸模，以及平頭模；彎曲用下模常用88°單槽V型模和58°單槽V型模。

開(kāi)槽后進(jìn)行彎制時(shí)，一般常用88°單槽V型模彎制90°的彎；58°單槽V型模則可以用來(lái)彎制60°～90°的彎。按照金屬異型材的彎制規(guī)律和彎曲順序，一道彎一道彎地彎制成金屬異型材。

3 金屬異型材加工實(shí)例

如圖1所示金屬異型材，展開(kāi)后成為圖2中彎曲前的金屬平板料。在金屬平板料上按圖1所示形狀尺寸先加工等距離的V型槽，如圖2所示的槽1、槽2、槽3、槽4、槽6、槽7，槽與槽之間的距離對(duì)應(yīng)金屬異型材的等距離的寬邊和窄邊；由于圖1所示的金屬異型材屬于裝飾性金屬異型材，所以槽1、槽2、槽3、槽4、槽6的開(kāi)槽深度控制為板厚的二分之一。槽7的開(kāi)槽深度控制為板厚的三分之二。

然后在金屬平板料上按金屬異型材的所需尺寸加工不等距離的V型槽，如圖2所示的槽5。槽5與槽7之間的大小不等間距對(duì)應(yīng)金屬異型材上平面的大端截面和小端截面，槽5的開(kāi)槽深度控制為板厚的二分之一。

圖1 金屬異型材

圖2 型材展開(kāi)平面及開(kāi)槽示意圖

在圖1中，由于所示金屬異型材的外觀陽(yáng)角都是90°，所以陽(yáng)角的V型開(kāi)槽的V型角度都加工成100°，即槽2、槽4、槽5、槽6、槽7的V型角度均加工成100°。

在圖1中，雖然所示金屬異型材的外觀陰角一個(gè)大于90°，一個(gè)小于90°，但是因?yàn)閂型開(kāi)槽都在彎曲陰角的背面，所以陰角的V型開(kāi)槽的V型角度也統(tǒng)一加工成100°，即槽1、槽3的V型角度都加工成100°。

開(kāi)槽工作完成后，開(kāi)始進(jìn)行彎曲加工。

如圖3～圖11所示，上模1為58°直模，上模2為88°鵝頸模，上模3為平頭模。下模1為88°單槽V型模，下模2為58°單槽V型槽模。

圖3是槽1不到位的90°彎曲。此處彎角為外觀小于90°陰角，由模擬彎曲可知，此處彎角如一步彎制到位，后續(xù)的彎曲會(huì)因模具干涉的緣故而無(wú)法實(shí)施彎曲。所以槽1處的彎曲只能先彎制成90°，以后再補(bǔ)彎到位。

圖3 槽1彎曲（未到位）

圖4、圖5、圖6分別是槽2、槽3、槽4的彎曲。由于彎曲前加工了V型槽，在彎曲力的作用下，彎曲位置不會(huì)偏離V型槽的中心，因此容易定位準(zhǔn)確，可以保證金屬異型材的外形尺寸。

圖4 槽2彎曲

圖5 槽3彎曲

圖6 槽4彎曲

圖7是槽1的補(bǔ)到位彎曲，換用58°單槽V型模，即下模2進(jìn)行小于90°角的彎曲。

圖7 槽1補(bǔ)到位彎曲

圖8是槽5的彎曲。圖9是槽6的彎曲，從圖中右圖可知，受金屬異型材的形狀和尺寸的限制，上模1無(wú)法完成槽6的彎曲，需要換用88°鵝頸模，即上模2才能進(jìn)行槽6的90°角彎曲。

圖8 槽5彎曲

圖9 槽6彎曲

在圖1中可以看到：槽7是金屬異型材的最后一道彎制工序，也是最難的封閉型彎曲。受模具限制，此處彎曲必須分兩步進(jìn)行。如圖10所示為槽7的大于90°的不到位彎曲；如圖11所示為槽7的補(bǔ)到位彎曲，在圖11中，需要換用平頭上模，即上模3對(duì)槽7進(jìn)行90°角的補(bǔ)到位彎曲。由于槽7的開(kāi)槽深度控制為板厚的三分之二，大于其他所有彎角的開(kāi)槽深度，所以槽7的抗彎力最小，在平頭上模的壓力下，其他彎角可以維持原形狀，只有槽7處的彎角繼續(xù)變形，直到彎曲成90°角。因?yàn)椴?處在開(kāi)槽后的剩余板厚僅為原板厚的三分之一，所以槽7處的彎角在彎制后的回彈角也很小，不會(huì)產(chǎn)生大的回彈變形，容易形成封閉的彎角，從而達(dá)到完成加工成金屬異型材的目的。

圖10 槽7彎曲（未到位）

圖11 槽7補(bǔ)到位彎曲

4 應(yīng)用前景

用開(kāi)槽彎曲成形方法加工金屬異型材，就是在傳統(tǒng)彎曲加工工藝的基礎(chǔ)上，不改變以往的折彎方式和折彎設(shè)備，僅需添置板料開(kāi)槽機(jī)，增加開(kāi)槽工藝即可實(shí)現(xiàn)。在加工復(fù)雜的金屬異形型材時(shí)，只需多增加幾個(gè)工序即可。因其具有工藝簡(jiǎn)單、加工效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，日益受到金屬裝飾行業(yè)、醫(yī)療器械制造業(yè)、酒店設(shè)備和廚房設(shè)備制造業(yè)等行業(yè)用戶(hù)的青睞，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更加廣闊。

[1]李碩本.沖壓工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2]余松敏，蔡禮泉.自由折彎時(shí)折彎角內(nèi)圓弧半徑的確定[A].中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍛壓學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].北京,1995：367-370.

[3]余松敏，蔡禮泉.自由折彎時(shí)制件缺陷原因分析與對(duì)策[J].鍛壓技術(shù)，1995，（3）：29-33.

[4]余松敏.金屬薄板開(kāi)槽彎曲成形技術(shù)與設(shè)備[A].中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C].2002.

Metal profile bars processed by grooving and bending forming method

LIU Minxiang1，2,YU Songmin1，2,HOU Yulong1，2,MU Xianfeng1，2
（1.Tianshui Metalforming Machine Tool Co.,Ltd.,Tianshui 741020,Gansu China;2.Key Lab of Automation and Information Technology of Pipe Making Equipment of GANSU Province,Tianshui 741020,Gansu China）

The small batch multi-kind metal profile bars have been processed by grooving and bending forming method.This method is simple in step and visual in technology without complicated tool.The current universal sheet metal processing machinery equipment and tool (such as sheet metal grooving machine and sheet metal press brake)can be used to fabricate the complex metal profile bar.It has promoting value in many kinds of industry.

Metal profile bars;Grooving&forming;Sheet metal grooving machine;Sheet metal press brake

TG386.4

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.04.024

1672-0121（2017）04-0083-03

2017-03-25；

2017-05-13

劉民祥（1967-），男，高工，從事板材加工機(jī)電一體化設(shè)計(jì)研究。E-mail：liuminxiang1@163.com