白向軍

0 引言

同煤集團(tuán)力泰裝備公司是綜采液壓支架專業(yè)大修廠家，在日常生產(chǎn)中常會遇到相當(dāng)數(shù)量的板料需要折彎成一定角度、曲率和形狀的零件。但由于該公司各種產(chǎn)品無法形成批量，造成85%以上的零件為單件，小批量生產(chǎn)。勞動生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度大。因此研究設(shè)計制作了板料彎曲的工裝設(shè)備。

1 工裝工藝設(shè)計原則

通常彎曲工藝在沖床上用彎曲模進(jìn)行彎凸，但在生產(chǎn)批量不大的情況下，模具的設(shè)計制造需要沖壓設(shè)備且費用較大。在沒有現(xiàn)成設(shè)備的情況下，鉗工使用夾具，利用沖壓模具在壓力機(jī)上使板料彎曲，從而獲得所需的外形尺寸和性能要求的機(jī)械零件。具體要求如下：

（1）彎曲工件的工藝性是指彎曲件的材料性能、形狀、尺寸、精度要求及技術(shù)條件等是否滿足彎曲加工的工藝要求，是否具有良好的彎曲成形條件。要想提高彎曲工件的質(zhì)量，減少廢品率，降低材料消耗，制定合理的工藝和模具結(jié)構(gòu)是很必要的。

（2）由于工件用途差異較大，因此板料的厚度、材質(zhì)也相應(yīng)不同。彎曲加工前，要綜合考慮板材的機(jī)械性能，使用的工藝方式、工藝參數(shù)及工裝、設(shè)備等因素，以避免板材塑性彎曲時產(chǎn)生裂紋，使零件失效，造成損失。通常情況下，板料塑性好的有利于彎曲成形，板料的表面、彎曲模具表面越光滑越有利于彎曲成形，產(chǎn)生裂紋的可能性越小。板料彎曲時，為減少彎曲力和彎曲變形，采用較大的彎曲半徑，同時還應(yīng)考慮板材的熱處理情況（一般在冷作硬化狀態(tài)下應(yīng)比在退火或正火狀態(tài)下彎曲選擇彎曲半徑大1 倍）。

（3）確定彎曲件彎曲方向時，應(yīng)使毛坯的沖裁端裂帶處于彎曲件內(nèi)側(cè)，避免端裂帶的微裂紋在外側(cè)拉應(yīng)力的作用下，擴(kuò)展為裂口，同時應(yīng)使工件彎曲線垂直于纖維方向。

2 工裝的結(jié)構(gòu)說明和關(guān)鍵部件尺寸的確定

圖1 為一膠帶輸送機(jī)橫梁接頭的結(jié)構(gòu)簡圖，在制造過程中要采用彎曲工藝。由于該零件加工批量小，工廠不可能投入足夠資金生產(chǎn)彎曲模具，為按質(zhì)按量完成這一道工序任務(wù)，我們設(shè)計了板料彎曲夾具工裝，應(yīng)用后效果滿意。

圖1 膠帶輸送機(jī)橫梁接頭結(jié)構(gòu)

圖2（見18 頁）所示即為板料彎曲夾具的結(jié)構(gòu)簡圖。彎曲滾柱體與夾具平板焊接為一體，框式支架和固定軸、夾壓滾柱體構(gòu)成的組件可以繞固定軸相對于夾具平板自由旋轉(zhuǎn)。夾壓滾柱體和彎曲滾柱體是該工裝提供折彎力的主要結(jié)構(gòu)件，夾具平臺與壓緊塊構(gòu)成該工裝提供夾緊力的部件，夾緊力和折彎力在工作過程中的協(xié)調(diào)一致，最終，將板材加工成如圖1 所示的形狀及尺寸。

圖2 板料彎曲夾具結(jié)構(gòu)

2.1 關(guān)鍵部件尺寸的確定

夾壓滾柱和彎曲滾柱是該工裝提供折彎力的主要結(jié)構(gòu)件，通過夾壓滾柱可以將手柄上的力均勻地施加于工件，使工件與彎曲滾柱表面緊貼，實際應(yīng)用中相當(dāng)于彎曲模的凹模。彎曲滾柱的直徑取決于彎曲件的彎曲圓弧半徑。圖1 中膠帶輸送機(jī)橫梁接頭的彎曲圓弧半徑為20 mm，故彎曲滾柱直徑D1=2R=40 mm。夾壓滾柱的半徑通常取板料厚度的3 倍左右，該橫梁接頭板材厚度為6 mm，故夾壓滾柱直徑D2圓整設(shè)計為40 mm。

2.2 彎曲間隙的確定

要折彎出合格的工件，須合理選取彎曲間隙。若間隙確定不當(dāng)，不會達(dá)到滿意的效果。間隙過大，則回彈大，彎曲件尺寸及形狀不易保證；間隙過小，彎曲力增加，模具磨損大、壽命短。

兩滾柱外表面之間的間隙用C 表示，與板料的力學(xué)性能和厚度δ 相關(guān)，通常根據(jù)公式C=（1.05～1.15）δ，當(dāng)板料厚度6 mm 時，間隙C=6.5 mm，則兩滾柱軸心線之間的距離為46.5 mm。當(dāng)板料厚度為20 mm（最大加工板厚）時，間隙C 取值22 mm，兩滾柱軸心線之間的距離為62 mm。

另外各部件間的配合間隙的選擇也很重要。特別是固定軸與彎曲滾柱、夾壓滾柱間的配合間隙，會影響到兩滾柱軸心線之間的距離，設(shè)計取Ф20H7/f6 基孔制間隙配合。

對于不同的板厚，可以通過改變夾壓滾柱的直徑D2來調(diào)節(jié)兩滾柱外表面之間間隙C 的大小，以滿足設(shè)計要求。

2.3 回彈問題的解決

回彈是彎曲加工工藝過程中的技術(shù)難點之一，零件成型精度差，控制制件精度，提高制件質(zhì)量。為了防止工件彎曲后發(fā)生回彈，以保證彎曲質(zhì)量，工裝設(shè)計時將彎曲滾柱與在夾具平臺焊接為一體，工件完全貼合或接觸。工作時，可使工件過彎2°～4°。

2.4 板料的定位方法

采用位置標(biāo)記法進(jìn)行定位。取工件的中心劃刻線，并鉆工藝孔。在夾具平臺上從彎曲滾柱的中心線向左40 mm 處劃一刻線，工作時兩刻線對齊即可。

2.5 工裝操作方法

對工件進(jìn)行折彎操作時，必須有一壓緊力先壓住工件。將夾具平臺固定于臺鉗之上，需折彎的板料置于兩滾柱之間，定位后，通過工件上定位工藝孔，用螺釘和壓塊將板料壓緊。扳動手柄(視彎曲力大小，可用適當(dāng)?shù)牧匕馐?，使板料按要求彎曲成形。

對于不同零件的彎曲，只需要根據(jù)不同的彎曲半徑更換夾壓滾柱套管和彎曲滾柱套管即可，不需要重復(fù)設(shè)計制作沖壓模具。由于工裝結(jié)構(gòu)及人工施力等原因，此工裝適用于彎曲δ6-20 mm 鋼板，寬度小于工裝寬度，長度不宜太長（展開長小于500 mm 為宜）。

3 應(yīng)用效果

該工裝操作方便，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別適應(yīng)于厚度δ6-20 mm 材質(zhì)Q460 以下板材的壓制成形。對于單件或小批量生產(chǎn)可大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約了材料和生產(chǎn)的工時。經(jīng)過1 年多的生產(chǎn)實踐，陸續(xù)加工了液壓支架的頂梁、座箱及前、后連桿等結(jié)構(gòu)件的弧板2 000 余件，加工膠帶輸送機(jī)橫梁接頭1 300 余件，產(chǎn)品合格率達(dá)97%以上。為彎曲件的加工，提供了一個新的途徑。

4 結(jié)語

由于板材彎曲變形過程較為復(fù)雜，國內(nèi)外相關(guān)參考的文獻(xiàn)資料不是很多，在進(jìn)行分析探討時對研究對象只能進(jìn)行假設(shè)與簡化，可能造成理論分析結(jié)果與實際情況存在一些偏差。同時由于工作現(xiàn)場和設(shè)備、經(jīng)費等問題，只對個別幾種規(guī)格和材質(zhì)的板材進(jìn)行了分析，下一步將從以下兩個方面進(jìn)行下一步的研究：

（1）理論方面

進(jìn)一步深入研究板材彎曲過程中彈、塑性變形規(guī)律，建立精確的力學(xué)模型，獲得準(zhǔn)確的計算方法和數(shù)據(jù)，從而得到合理的設(shè)計方案。

（2）實踐方面

以理論研究為基礎(chǔ)，得出不同材質(zhì)和厚度的金屬板材的理論折彎方案，通過軟件仿真或者現(xiàn)場試驗，對理論計算數(shù)值進(jìn)行修正和補(bǔ)償，以期得到更加合理的彎曲工裝方案，提高工件的加工精度和生產(chǎn)效率。