廣西百色美聯(lián)煤礦裝備制造有限責(zé)任公司 （田東新州 531501） 梁玉星

我公司作為專門為南方軟巖喀斯特地貌礦井設(shè)計制造煤礦機械化裝備的生產(chǎn)廠家，經(jīng)常接到各種急、難、繁重的機械加工任務(wù)。最近，φ114mm鋼管彎拱的制作加工，便是其中的任務(wù)之一。

1.主要難點

該鋼管為普通鋼管，材質(zhì)為Q235A，壁厚5mm，直徑114mm，彎拱要求彎曲部分成形后，受擠壓變形不得超過20%，且外形尺寸必須符合用戶圖樣要求，加工數(shù)量400條。

為能夠完成用戶的加工要求，筆者翻閱了大量有關(guān)沖壓模具的設(shè)計資料，通過對鋼管制件進行工藝及受力分析，最終設(shè)計出了較為理想的彎曲模具，圓滿地完成了加工任務(wù)，贏得了用戶的信賴。下面就此壓彎模具作一簡要介紹。

2.鋼管制件彎曲工藝分析

如圖1所示，鋼管壓彎受力后，主要變形區(qū)域集中在受壓和受彎部分，因此對這一部分的受力分析及防止變形措施是整個模具設(shè)計的關(guān)鍵點之一，而滾壓成形工藝不單是模具的滾制工序，主要還是由模具的設(shè)計成功率起決定作用。

圖1

鋼管制件彎曲后受擠壓處的應(yīng)變狀態(tài)可參照應(yīng)力分析過程，通過在變形區(qū)某點處取單元體，然后研究該單元體的變形，在其變形過程中，各質(zhì)點都離開初始位置產(chǎn)生位移。一點的應(yīng)變狀態(tài)可通過微元體的變形來表示，當(dāng)采用主軸坐標(biāo)系時，單元體就只有3個主應(yīng)變分量ε1、ε2、ε3，而沒有切應(yīng)變分量（見圖2），一種應(yīng)變狀態(tài)只有一組主應(yīng)變。

一點的應(yīng)變狀態(tài)也可分解成兩部分，如圖3所示。第一部分以平均應(yīng)變εm為各向應(yīng)變的三向等應(yīng)變狀態(tài)εm=（ε1＋ε2＋ε3）/3，表示了單元體體積的變化。第二部分是以各向主變應(yīng)與εm的差值為變應(yīng)值構(gòu)成的應(yīng)變狀態(tài)，表示了單元體形狀的變化。

圖2

圖3

經(jīng)過以上受力分析及結(jié)合屈雷斯卡塑性屈服條件，表達式為

特制訂鋼管壓彎采用冷滾壓成形法較好，設(shè)備選用三輥式卷板機。

3.滾壓成形模具設(shè)計

（1）模具材料的基本要求 根據(jù)工作部分對模具硬度的要求，硬度要達到58～64HRC，具有高耐磨性和足夠韌度，以及良好的使用性能和工藝性能，故該彎管壓模選用ZG310－570材質(zhì)。

（2）鋼管壓模彎曲力計算 彎曲力計算是設(shè)計彎曲模和選擇壓力設(shè)備噸位的重要依據(jù)。根據(jù)彎曲力計算公式

式中 F自——沖壓行程結(jié)束的自由彎曲力（N）；

k——安全系數(shù)，一般取1.3；

b——彎曲件寬度（mm）；

t——彎曲材料厚度（mm）；

R——彎曲件內(nèi)彎曲半徑（mm）；

σb——材料抗拉強度（MPa）。

將k=1.3，b=114mm，t=5mm，R=343mm，σb=460MPa代入上式，計算得F自=3428N，現(xiàn)車間選用功率為40kW的三輥卷板機進行滾壓生產(chǎn)，完全能滿足所需彎曲力的要求。

（3）彎管滾壓模工作部分尺寸設(shè)計 內(nèi)孔尺寸設(shè)計，如圖4所示，為方便安裝，把滾壓模具設(shè)計成上下兩半邊對開式，兩半邊用4—M16螺栓聯(lián)接。內(nèi)孔尺寸與三輥卷板機的輥軸配合，經(jīng)測量輥軸直徑為290mm，公差配合選用間隙配合。加工內(nèi)孔時，必須將上下兩半邊模合起來整體加工，以保證兩半邊的同軸度。同時，還需在兩半邊模的結(jié)合面處墊上一塊5mm厚的鋼板，以便組裝時，滾壓模能很好地上緊貼在卷板機的輥軸之上，防止模具打滑。

圖4

工作部分圓角半徑及其深度設(shè)計。為使鋼管彎曲件在滾壓時不致?lián)p傷變形，工作部分設(shè)計成下凹圓弧狀，凹模圓角半徑R不能過小，現(xiàn)取稍大于鋼管外形尺寸為57.5mm。凹模深度需等于下凹圓角半徑，否則易使鋼管沿凹?；M時阻力增大，從而增加彎曲力，并使鋼管表面損傷。另外，上下兩半邊滾壓模的凹槽圓角半徑必須一致，以防止?jié)L壓時鋼管產(chǎn)生偏移變形。

壓模最小壁厚及寬度設(shè)計。通過對鋼管壁厚及受力分析計算，并考慮滾壓模的經(jīng)濟性，最終確定彎管壓模壁厚取10mm，寬度取280mm。

4.滾壓工藝規(guī)范

如圖5所示，鋼管在三輥卷板機上滾壓彎曲，應(yīng)逐步加壓，多次來回滾動，否則會造成變形區(qū)外層材料破裂，影響使用性能。

圖5

與此同時，運用靠模進行檢驗，當(dāng)鋼管的圓弧度與靠模的圓弧基本吻合時，再相應(yīng)加壓，以防止拆模后鋼管回彈，確保彎好的鋼管制件達到用戶要求的30°彎曲角。

鋼管滾壓成形后，還需進行整形和校平工序，清除滾壓彎曲后制件外表面產(chǎn)生劃傷而留下的痕跡，提高彎曲件的精度和表面質(zhì)量，現(xiàn)場實物如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場鋼管滾壓

5.結(jié)語

模具設(shè)計制造完成后，一次試滾壓制件合格。該彎管滾壓模適用于滾壓外徑20～200mm、壁厚5～8mm的鋼管，滾壓后鋼管彎曲變形小，尺寸精度高，完全符合用戶要求，達到了預(yù)期效果，取得了較好的經(jīng)濟效益與社會效益。

滾壓模具設(shè)計成功表明，滾壓成形具有設(shè)備投入簡單，以及節(jié)材、節(jié)能、高效等特點，是一種便捷的金屬成形新工藝、新技術(shù)，值得大力推廣和應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。

（20130108）