铝合金压弯方法

文章目录：

1、轨道交通和汽车用铝合金型材的弯曲成形制造技术2、弧形板制作工艺，板材弯曲工艺，纪元高频压弯机助你一体成型3、矩形截面铝型材压弯成形工艺研究

轨道交通和汽车用铝合金型材的弯曲成形制造技术

（一）概括：

结构轻量化可以减少能源消耗，使日益严峻的能源危机得以缓解，因此，近年来轨道交通和汽车结构轻量化设计越来越被人们关注。

在轻量化结构设计中，挤压型材的使用越来越广泛。不同于普通民用建材，由于汽车结构设计必须考虑到结构、空气动力学和美观等方面的因素，挤压型材一般在弯曲状态下使用。

在型材弯曲，特别是薄壁空心型材的弯曲过程中会出现截面变形、回弹等各种缺陷，已成为其大规模应用的障碍。

（二）交通用铝合金型材弯曲分类

型材弯曲工艺按照弯形设备和弯形工艺原理的不同可分为：

拉弯成形（两维、三维）、辊弯成形、压弯成形、绕弯成形。

按照工件形状的不同又可分为：

二维弯形工件、空间三维弯形工件。

按照弯形设备和弯形工艺原理对弯形工艺进行归类总结。

2.1、拉弯成形工艺

1）拉弯成形工作原理

（二维）拉弯过程基本分为3个步骤：

第一步：

设备拉伸缸钳口夹住材料并给型材施加预拉伸力，达到材料屈服强度。

第二步：

拉弯机回转缸加载弯曲回转，拉伸缸按照程序设定轴向拉力，使型材围绕拉弯模具做贴合运动而使材料成形。

第三步：

根据材料变形回弹情况增加补拉伸。

拉弯成形过程中，工件在弯曲的同时，拉伸缸始终给工件施加轴向拉力，材料长度伸长部分始终被拉伸缸牵引补偿，这就避免了材料的起皱趋向，能够得到良好的弧度效果。

2）拉弯成形工艺特点

工艺优点：

①能够拉弯成形结构复杂的型材断面。

②可实现多弧段变曲率的型材拉弯成形。

③弯弧精度高，材料回弹稳定，工件尺寸的一致性好。

④可有效消除材料内部的残余应力，产品尺寸稳定性好。

⑤由于金属材料的冷作硬化，材料经拉弯后，可改善材料的力学性能。

工艺缺点：

①拉弯产品断面尺寸大小受设备吨位及钳口尺寸的局限。

②拉弯模具投入成本大，模具通用性差。

③对于不对称的型材截面，拉弯件截面变形控制难度大。

3）拉弯成形工艺关键技术

拉弯工件的弧度设计原则以不超过材料的伸长率为限度，拉弯成形中将出现型材壁厚变薄断裂、起皱、截面畸变等成形缺陷，这些成形缺陷与型材的力学性能、截面形状及拉弯工艺参数等因素密切相关。

4）拉弯型材成形力的计算

在进行项目的技术能力评审中，需要考虑3个因素：设备的钳口距离是否满足材料的拉伸长度、钳口尺寸是否满足断面尺寸夹持要求，另外，拉弯成形最关键的一点要计算材料所需的最大拉伸力大小。

5) 三维拉弯设备结构及设备工作原理：

三维拉弯关键技术主要是模具设计，三维拉弯机不会给出理想的三维拉弯程序，工艺设计人员需要根据材料的性能及弯曲成形进行系统的分析或CAE有限元分析，并通过不断的工件试制，使三维拉弯模具及三维拉弯程序达到最佳匹配，并达到工件的技术要求，需要工艺技术人员具有较高的产品研发能力。

2.2. 辊弯成形工艺

1）辊弯成形工作原理

辊弯机一般分为立式辊弯机和卧式辊弯机。立式辊弯机上料操作方便，对于长大工件则宜采用卧式。辊弯机各轴工艺位置均由伺服电动机精确控制，液压马达系统驱动各轴的联动，通过可编程序控制器（PLC）控制伺服电动机进行动作。

2）辊弯成形工艺特点

辊弯机一般多数用来单圆弧工件的制作，模具制作周期短，投入成本低，操作简单。

3）辊弯成形工艺关键技术

辊弯工艺难易程度取决于弯形材料的截面形状，辊轮模具设计是工件成形技术的关键，一般模具材料选用45调质钢或模具钢经车床车削而成，通过热处理及表面镀铬等工艺获得模具硬度和表面粗糙度要求。

4）辊弯成形能力的计算

辊弯设备是否满足辊弯工件的工艺要求，需满足以下几个条件：

①辊轴长度是否满足材料的宽度尺寸。

②设备辊弯最小弯弧半径是否大于工件的最小弧度。

③设备压力是否大于材料辊弯成形力。

2.3. 压弯成形工艺

1）压弯成形工作原理

压弯成形是利用液压压力机对材料施加压力，通过压弯模具对材料产生弯矩，使材料发生弯曲形成一定的角度和曲率

2）压弯成形工艺特点及关键技术

铝合金型材折弯件L形及S形均可以采用压弯工艺，由于型材断面及形状各异，各种压弯件压弯模具反弹量设计不一而同，需要经过不断的压弯工艺试验摸索反弹量并经几次修模得到合理的模具压弯形面。

压弯工艺几个关键技术要点：

①压弯模具的设计要充分考虑材料的变形趋势和反弹量。

②由于铝合金型材具有型腔空心结构，合理的填料选用是压弯成形的关键。

③对于断面形状不对称型材，压弯时要充分考虑防止侧弯的有效措施。

还有很多百益能小编就不一一举例了，总之工业铝型材用途非常多，可能还有很多领域没有发现它的好处，希望可以给到大家一些参考，更多相关内容，敬请关注公众号：百益能铝业！！！

弧形板制作工艺，板材弯曲工艺，纪元高频压弯机助你一体成型

近年来全屋定制浪潮高涨，在市场需求的带动下，各大高端定制企业也在不断地“卷”出新高度。“门墙柜一体化”、“转角的流畅弧形”等等都对板材提出了更多造型上的要求，弧形板光滑流畅的弯曲线条不仅在视觉上给人大气的观感，而且能够体现更好的空间利用率和柔和过渡，因此在全屋定制中被广泛应用。

然而弧形板在生产时具有一定的技术难度，传统工艺生产不仅效率低而且造型容易反弹，因此要实现批量生产弧形板需要依赖工厂强大的工艺实力。鲁班园在最近的走访过程中发现了一种弧形板的一体成型技术，具有高效率生产的同时板材弧度造型也十分稳定，是当下认可度较高的弧形板生产技术。

01 传统弯板工艺问题多

传统弯曲木材的工艺主要有三种：蒸汽箱弯曲木材、层压法弯曲木材、切口法弯曲木材。蒸汽法是采用蒸煮的方式将木材软化之后再加压弯曲；层压法需要将薄板层层涂胶叠放成板坯，再进入模具加压弯曲；切口弯曲法则是在板材的一面铣出多道槽口以达到使其弯曲的目的。

蒸汽箱弯曲木材

层压法弯曲木材

切口法弯曲木材

毫无疑问，上述的传统弯板工艺效率普遍都比较低下，生产周期都较长。整个生产流程都需要人工进行操作，不仅劳动强度大，而且成品质量非常受木工师傅手艺高低的影响，用人成本较高，并且难以批量化生产。

此外，如果是加工达到一定高度的弧形板，传统的工艺还容易出现弧度误差大、爆板、反弹和变形等情况，不但费时费力还给客户带来糟糕的体验。

02 高频技术与弯板工艺

高频技术具有加热速度快、加热均匀、有效节约能耗、过程控制精准、有助于产品质量提高等多项优异性能，常被应用于木材干燥、集成材拼板、木框粘接、曲板成型、木门压合等需要快速、均匀的加热加压工艺中。

利用高频技术进行弯板生产，其原理是利用高频电场方向的快速改变，从而使弯板材料的介质粒子之间发生摩擦和碰撞产生热量，进而达到加热的目的。弯板生产时将涂胶后的多层木皮或密度板置于高频电场中，针对性的均匀且快速的加热板材间胶水的同时利用压机进行柔性压合，能够保证木材不出现开裂、胶粘剂固化强度高的优点。

03 弧形板一体化成型设备

（1）高频弯曲木压机

高频弯曲木压机采用高频低温热压技术，是当下认知度和认同度比较高的弧形板生产技术。针对旋切实木单板、木皮、密度板等胶合定型弯曲，可用于弧形板、办公桌椅、沙发扶手、龙骨床、板式家具床头、橱柜、乐器等曲件的加工。

高频弯曲木压机

加工产品案例

（2）“一体化成型”优势

高频弯曲木压机采用“一体化成型”的方式，在美观度、稳定性上更有优势。就算是高度超过2.44米的护墙板，都可以采用高频弯木机一体化压制成型，无须再进行高度上的拼接，降低了木板之间错位拼接的可能。

一体化成型可以将板材的内应力达到较为均衡的状态，不容易发生变形，同时减少拼接面，避免环境温湿度变化导致的弧形板变形情况，外形上更美观。

（3）高效加工，环保稳定

传统的冷压工艺至少需要5-6个小时的养生定型环节，而高频低温热压快速的加热方式只需要几分钟的养生时间就可以进入下一道工序；并且整套高频压机设备采用一带二的最优组合，一台热压工作的时候可以为另一台进行备料，而且整个过程仅依靠1-2名工人的参与加工，劳动强度低，生产效率高。

一带二最优组合

此外，高频弯木机柔性压合，能够有效防止爆板、褶皱等问题，热压过程环保无污染。另一方面，高频弯木工艺采用木质模具，不仅更换方便成本低，而且热损耗小，并且木模具为板材的弯曲定型提供缓冲力，有效确保弧形板的高成品率，实现内弧不褶皱，外弧不开裂的效果。

04 总结

工业技术的发展补足了人工生产的质量不可控问题，带来更快速的生产方式。高频技术的出现能够让家居企业实现高稳定性、批量化的生产弧形板家居产品，节约人工的同时效率还极大地提高了，是定制家居企业实现降本增效的一大助力。如果您对高频弯曲木压机想进一步了解，可以填写下方表单，将会有专业人员与您取得联系。

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本文编辑 / 也里

智造关键词 / 弧形板、板材弯曲、高频压弯机

矩形截面铝型材压弯成形工艺研究

轨道客车车体常用的材料有碳素钢、不锈钢和铝合金材料3种，其中铝合金材料因密度低、比强度高、易于成形等优点，能够在减少型材质量的同时保障型材的强度，有利于轨道客车轻量化，因此在实际应用中的占比不断提高。弯曲件在铝合金型材中占有较大比重，而弯曲工艺的选择对型材的成形较重要。型材的弯曲工艺有压弯、拉弯、辊弯等，其中拉弯法在工业中的应用最为广泛，优点是工序简单且回弹较小，由于弯曲过程中始终存在拉伸力，使型材外层发生内凹，对型材的弯曲质量有一定影响。与之相比，辊弯法虽然能够通过调节辊与辊之间的高度和距离来节约生产时间和成本，但无法对靠近型材两端的部分进行弯曲。对于某些长度较短、不宜于在拉弯机或滚弯机上成形的零件可以使用压弯成形，并且压弯成形能够实现一次性弯曲稍微复杂形状的零件，压弯成形与上述弯曲工艺相比工序更为简单。

为研究铝型材弯曲成形中材料的流动规律及微观组织演变，现选取横截面为封闭四边形的6005A铝合金闭口型材，将型材通过压弯工艺成形为闭口弯梁零件，并比较分析了不同热处理状态下材料的性能特点。为了得到更好的压弯效果，研究采用聚氨酯块填充闭口型材内部，聚氨酯块具有优良的弹性、伸长率和压缩强度，属于性能优良的缓冲材料。通过向薄壁梁结构内部填充聚氨酯块，可以使薄壁梁横截面的承载能力和吸能性能得到提升，并提高梁结构截面在受压状态下的稳定性，因而改善填充后的型材起皱等成形缺陷，使零件成形精度和成形质量均有提高。

1型材压弯有限元分析

1.1 有限元模型

经压弯成形后的闭口弯梁零件几何造型及轮廓尺寸如图1所示，铝合金闭口型材的材料牌号为6005A，T4热处理状态，壁厚为3.5 mm，将压弯成形过程简化成图2所示的有限元模型。

图1 铝合金车顶连接梁构件

图2 压弯成形的有限元模型

1.2 材料对应力分布的影响

6005A铝合金的T4热处理状态为固溶处理后自然时效至性能基本稳定，硬度较低，变形性较好。而T6热处理状态为固溶处理后进行人工时效，能获得更高的硬度。在试验中选用的6005A铝合金出厂状态为T4态，将原T4态试样自然时效12 h后重新人工时效处理8 h，得到符合标准的T6态铝合金。

6005A铝合金的T4和T6两种热处理工艺的应力应变曲线如图3所示，表1所示为T4与T6态的力学性能。由表1可知，T6态铝合金的抗拉强度、屈服强度、硬度均高于T4态，但T4态的伸长率高于T6态，说明T4态的韧性更好，相比之下T6态由于变形抗力较大而不适宜压弯成形，使用T4态能减少压弯过程中缺陷的产生。现分别对使用2种热处理状态铝合金的型材进行有限元模拟压弯成形，应力分布如图3所示。经对比发现弯曲段T6态铝合金型材经压弯后应力集中现象更严重，上、下表面承受的应力更大，较T4态更易产生起皱缺陷，以下将T4态铝合金作为研究对象。

图3 T4态与T6态材料应力分布

表1 T4与T6态力学性能

1.3 填充物对成形质量的影响

对铝合金型材无填充条件下的压弯成形模拟研究发现，成形后型材弯曲段截面畸变较大，且有明显起皱，成形质量较差。为解决铝合金型材弯曲段截面畸变及失稳起皱的问题，选择在型材内部填充聚氨酯块后再进行压弯，并对比研究了添加填充物前后型材的材料流动特点，图4所示为填充后的有限元模型。

图4 填充后的有限元模型

1.3.1 无填充条件下型材压弯结果分析

图5（a）所示为型材压弯成形厚度分布，由图5（a）可知，型材的厚度变化主要发生在圆弧段，且变形区域的中性层以上部分壁厚减薄，中性层以下部分壁厚增厚。这是由于在压弯过程中，型材上表面受拉伸变长而宽度方向变形受限，根据体积不变原则，型材上表面厚度方向上尺寸减薄。而型材下表面长度尺寸减小且宽度方向变形受限，所以型材下表面厚度方向上尺寸增厚。此现象可能会导致中性层以上部分因拉应力作用而开裂，中性层以下部分因压应力作用而起皱。弯曲段截面变形最严重处如图5（b）所示，由图5（b）可知，矩形型材的截面存在明显的截面畸变，表现为型材上、下表面内凹，左、右侧面外凸，且下表面变形程度最严重。这是由于型材上、下表面承受的应力高于左、右侧面，且上、下表面宽度较窄，能承受变形的部分较左、右侧面更少。

图5 闭口型材压弯成形材料流动模拟结果

1.3.2 有无填充条件下型材截面畸变对比分析

为直观地表示型材压弯成形的截面畸变情况，在型材截面上选取3个点，如图5（b）所示，利用A、B、C点的位移Δ1、Δ2、Δ3表示截面畸变程度。由于型材为对称结构，仅选取一边侧壁表示型材侧壁的变形情况，无填充时的截面畸变情况如图6（a）所示。图6（a）中Δ3明显大于Δ1和Δ2，说明型材侧壁的截面畸变情况较上、下表面更严重，这是因为型材的侧壁更长，更容易发生弯曲变形。经填充后的A、B、C点位移分别表示为Δ1'、Δ2'和Δ3'。Δ1、Δ2、Δ3与Δ1'、Δ2'、Δ3'的对比如图6（b）~（d）所示。经对比发现型材经填充后的截面畸变均有所减小，说明使用聚氨酯块填充后铝合金型材的弯曲段截面上、下表面内凹，左、右侧面外凸的程度有所改善，截面变形更小、壁厚分布更均匀，这是由于在型材压弯过程中，型材上表面弯曲变形区域沿纵向受拉应力作用，下表面弯曲变形区域沿纵向受压应力作用，迫使材料在厚度方向产生流动，而有填充状态下材料流动受填充物限制，导致截面变形更轻微。

通过对比图6（b）~（d）可以发现，型材左右侧面的截面畸变减小幅度较上、下表面更大，图6（d）所示的型材侧壁截面畸变变化最大处从填充前的0.568 mm减小到0.174 mm，减小幅度达到了326%。填充聚氨酯块型芯后左右侧面的截面畸变值减小至与上下表面畸变情况一致，Δ1'、Δ2'和Δ3'的最大值分别为0.242、0.22、0.189 mm，说明填充后型材截面畸变分布变得均匀，填充物消除了型材侧壁的截面畸变情况较上下表面更加严重的现象。

图6 有无填充条件下截面畸变对比

1.3.3 有无填充条件下型材塑性应变分析

图7所示为闭口型材纵向截面弯曲成形的塑性应变分布，由于塑性应变越大表示材料流动距离越长，越有可能出现起皱现象，塑性应变差值可用于表示零件弯曲段下表面起皱的程度。由图7可知，在无填充条件下，型材下表面弯曲变形区域存在明显的塑性应变分布不均匀现象，而有聚氨酯块填充的型材，其塑性应变最大差异值由原来无填充条件下的0.015 1降低到有填充条件下的0.004 9，应变差明显减小，说明弯曲成形过程中，填充物对型材内部表面产生了垂直于内部表面的约束载荷，限制了材料的厚度方向流动，起到改善起皱的作用。同时根据能量理论，型材压弯过程中的能量消耗是与周向位移、轴向应变和型材表面相关的应变能之和[13]。填充物在施加载荷的同时由于其具有易变形的特点，在变形过程中消耗了部分本应属于型材的应变能，导致型材变形程度降低。

图7 闭口型材纵向截面压弯成形塑性应变分布

1.3.4 有无填充条件下型材应力情况分析

有填充型材截面平均应力为182.50 MPa，无填充型材截面平均应力为271.28 MPa，说明在弯曲段截面畸变较大处由于内部填充料与型材相互作用，减小了型材的应力分布，抑制了型材的截面畸变。由于型材侧壁的截面变形大于上下表面，为了直观地显示型材压弯过程中的应力变化情况，根据图6（d）选取弯曲段截面畸变最大的侧壁作为研究对象，将应力分解为径向应力σr、轴向应力σz和环向应力σθ。由于压弯过程中的轴向应力σz接近0，小于径向应力σr和环向应力σθ，认为型材压弯过程中主要受径向应力σr和环向应力σθ的作用。图8所示为有无填充条件下的型材侧壁应力分布情况，σr和σr'分别表示无填充和有填充条件下的径向应力，σθ和σθ'分别表示无填充和有填充条件下的环向应力。环向应力在接近型材上表面时表现为正值，是拉应力；在接近型材下表面时表现为负值，是压应力。填充型芯后侧壁的径向应力和环向应力最大值分别比填充前减小了58.91%和27.92%，且无填充时型材侧壁接近下表面部分应力水平偏高，经填充后恢复至与侧壁接近上表面部分应力水平一致。根据Levy-Mises流动法则，减小的环向应力会导致塑性应变增量的减小，因此填充聚氨酯块后侧壁厚度分布更均匀。

图8 侧壁方向应力分布

2试验验证

为了验证以上模拟，分别对有填充和无填充的情况进行压弯试验，成形样件如图9所示。由于压弯过程中，弯曲圆弧段下表面受压，当型材内部未填充时，下表面受压过大导致失稳，出现波浪状起皱，如图9（a）所示，影响最终零件的尺寸精度及外观质量。填充后成形情况如图9（b）所示，弯曲段下表面起皱现象明显改善，零件成形精度高，成形质量较好。

图9 有无填充成形样件对比

▍原文作者:方斌 1曲明佳 2衣玲玲 2陈洪儒 2

▍作者单位：1. 中车长春轨道客车股份有限公司； 2. 吉林大学 材料科学与工程学院

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