鈑金加工工藝不斷地精益求精，尤其是在一些精密不鏽鋼折彎、不鏽鋼裝飾件折彎、鋁合金折彎、飛機零件折彎、銅板折彎等應用上，進一步對成形工件的表面質量提出了更高的要求。傳統的折彎工藝較易對工件的表面造成損傷，與模具接觸的表面會形成一條明顯壓痕或刮痕，從而影響最終產品的美觀度，降低了用戶對產品的價值判斷。
折彎壓痕出現的原因
本文以折彎一個V形零件為例進行論述。鈑金折彎是金屬板料在折彎機凸模或凹模的壓力下，首先經過彈性變形，然後進入塑性變形的成形過程。在塑性彎曲的開始階段，板料是自由彎曲的。隨著凸模或凹模對板料的施壓，板料與凹模V形槽內表面逐漸靠緊，同時曲率半徑和彎曲力臂也逐漸變小，繼續加壓直到行程終止，使凹模與板材三點靠緊全接觸，此時完成一個V形彎曲。折彎時，由於金屬板料會受到折彎模具的擠壓而產生彈性變形，板料與凹模的接觸點便會隨著折彎工序的進行而滑移。折彎工序中板料會經歷彈性變形和塑性變形兩個明顯的階段，在折彎工序中又會有保壓的過程（模具與板料三點接觸），所以在折彎工序完成後，會形成三條壓痕線。這些壓痕線一般是板料與凹模V槽肩部擠壓摩擦產生的，故叫做肩部壓痕，如圖1、圖2所示，形成肩部壓痕的主要原因可以簡單歸類為以下幾種。
圖1 折彎過程示意圖
圖2 折彎壓痕
折彎方式
既然前面說肩部壓痕的產生跟板料與凹模V槽肩部接觸有關，那麼在折彎過程中，凸模與凹模之間的間隙不同影響板材受到的壓應力，產生壓痕的幾率和程度也會不一樣，如圖3所示。相同V槽的條件下，折彎工件的折彎角度越大，金屬板料被拉伸形變量也越大，金屬板料在V形槽肩部摩擦距離也越長；再者，折彎角度越大，凸模對板料施加壓力的保持時間也會越長，綜合這兩個因素造成的壓痕也就越明顯。
凹模V槽的結構
對不同厚度的金屬板料進行折彎時，選擇的V槽寬度也不一樣。相同凸模的條件下，凹模V槽的尺寸越大，壓痕寬度的尺寸也越大，相應的，金屬板料與凹模V槽肩部產生摩擦力也越小，壓痕深度也自然而然減小了，相反的，板厚越薄，V槽越窄，壓痕也越明顯。
既然說到摩擦，我們考慮的另一個與摩擦相關的因素便是摩擦係數。凹模V槽肩部的R角大小不一樣，在板料折彎成形的過程中對板材造成的摩擦也不一樣。另一方面，從凹模V槽對板料施加壓力的角度考慮也一樣，凹模V槽的R角越大，板料與凹模V槽肩部的壓力越小，壓痕便越輕微，反之亦然。
凹模V槽潤滑程度
前面說到凹模V槽表面會與板料互相接觸而產生摩擦。當模具出現磨損，V槽和板料接觸部分便會越來越粗糙，摩擦係數也越來越大。當板料在V槽表面滑移時，V槽與板料接觸實際上是無數粗糙的凸點與面的點接觸，這樣作用在板料表面的壓力也會相應增大，壓痕也就越明顯。另一方面，工件折彎前沒有對凹模V槽進行擦拭清潔，往往會因為V槽上殘留的碎屑對板料擠壓而產生明顯的壓痕，這種情況通常在設備折彎鍍鋅板、碳鋼板等工件時出現。
無痕折彎技術應用
既然知道折彎壓痕出現的主要原因是板料與凹模V槽肩部產生摩擦，那麼便可以從原因導向的思維出發，通過工藝技術去減少板料與凹模V槽肩部產生的摩擦力。根據摩擦力公式f=μ·N可知，影響摩擦力的因素有摩擦係數μ和壓力N，而且都與摩擦力成正比關係，相應的，可以制定以下幾種工藝方案。
凹模V槽肩部使用非金屬材料
圖3 折彎類型
僅僅通過增大模具V槽肩部R角的傳統做法改善折彎壓痕效果並不大。從降低摩擦副中壓力的角度出發，可以考慮在保證原有需要的擠壓效果的前提下，將V槽肩部改成比板料更軟的非金屬材料，如尼龍、優力膠（PU彈性體）等材料。考慮到這些材料容易損耗，需定期更換，目前應用這些材料的V槽結構有以下幾種，如圖4所示。
圖4 非金屬槽心V槽結構示意圖
凹模V槽肩部改滾珠、滾筒結構
同樣基於減少板料與凹模V槽之間摩擦副摩擦係數的原則，可以將板料與凹模V槽肩部的滑動摩擦副轉變成滾動摩擦副，從而大大減少板料受到的摩擦力，有效避免出現折彎壓痕。目前模具行業中已經廣泛應用此種工藝，滾珠無痕折彎模具（圖5）是比較典型的應用實例。
圖5 滾珠無痕折彎模具
滾珠無痕折彎模具滾筒與V槽之間為了避免剛性摩擦，同時也是為了讓滾筒更容易轉動和潤滑而添加了滾珠，從而同時達到減少壓力和降低摩擦係數的效果，所以滾珠無痕折彎模具加工出來的零件基本可以實現無可見壓痕，但對鋁銅等軟性板材無痕折彎效果不佳。從經濟性角度考慮，由於滾珠無痕折彎模具結構較前面所述的幾種模具結構都複雜，加工成本高，維護難度大，這也是作為企業管理人員在選用時需要考慮的因素。
凹模V槽肩部改翻轉結構
圖6 翻轉型V槽結構示意圖
目前行業中還有一種模具是利用支點轉動原理通過凹模肩部翻轉來實現零件折彎的。這種模具一改傳統定型凹模V槽結構，將V槽兩側傾斜面設置成可翻轉機構，在凸模下壓板料的過程中，藉助凸模的壓力將凹模兩側的翻轉機構由凸模頂點向內翻轉，從而使板料折彎成形，如圖6所示。這種工況下的板料與凹模並沒有產生明顯的局部滑動摩擦，而是緊貼著翻轉平面向凸模的頂點靠攏，避免零件出現壓痕。這種模具的結構較前面幾種結構更為複雜，帶有拉簧、翻轉板結構，維護成本和加工成本更大。
表1 無痕折彎工藝對比
凹模V槽與板料隔離
前面提到的都是通過變換折彎模具的方式實現無痕折彎，對企業管理者來說，為實現個別零件無痕折彎而開發採購一套新模具的做法不可取。從摩擦接觸的角度出發，只要將模具和板料隔離開來，摩擦便不存在。於是，在不變換折彎模具的前提下，可通過使用軟質薄膜的方式使凹模V槽與板料之間不產生接觸的方式來實現無痕折彎。這種軟質薄膜也叫折彎無痕壓膜，材質一般有橡膠、PVC（聚氯乙烯）、PE（聚乙烯）、PU（聚氨酯）等。橡膠和PVC的優點是原材料成本較低，缺點是不耐壓、保護性能差、壽命短；PE、PU作為性能優良的工程材料，以其為基材生產的無痕折彎壓膜具有良好的抗撕裂性能，所以壽命較高、保護性較好。
折彎保護膜主要是在工件和凹模肩部之間起到緩衝作用，抵消模具與板料之間的壓力，從而防止工件在折彎時產生壓痕，使用時只要把折彎膜放在凹模上即可，具有成本低，使用方便的優點。目前市面上的折彎無痕壓膜一般厚度為0.5mm，尺寸可根據需要而定製。折彎無痕壓膜一般可在2t壓力的工況下達到約200次折彎的使用壽命，並具有耐磨性強、抗撕裂性強、彎曲性能優異、抗張強度及斷裂伸長率高、耐潤滑油及脂肪族碳氫溶劑等特性。
前面介紹了幾種實現無痕折彎的工藝方法，下面對這幾種工藝方法進行對比，如表1所示。
結束語
鈑金加工行業市場競爭十分激烈，企業想要在市場佔據一席之地，就需要對加工工藝技術不斷精益求精。不僅要實現產品的功能性，更要考慮產品的工藝性和美觀性，同時也要考慮加工經濟性，通過應用更高效、更經濟的工藝方法使產品更易加工、更經濟、更美觀。
——節選自《鈑金與製作》2018年第7期
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