葉俊勇

杭州東華鏈條集團有限公司 浙江杭州 311100

1 序言

制造業(yè)中，板料彎曲工藝占比大。模具設(shè)計人員與工藝師主要是依賴經(jīng)驗與技巧來制定工藝與模具結(jié)構(gòu)，在實際制造過程中會出現(xiàn)一些缺陷，只能靠反復(fù)試模給予修正。有些特殊的產(chǎn)品成形，設(shè)計師與工藝師如果缺少這方面的經(jīng)驗，投入生產(chǎn)前的驗證工作量與試錯成本就會增大。如果預(yù)先了解該類產(chǎn)品的成形特性與加工方法，就能制定合理的模具結(jié)構(gòu)與制造工藝，提高產(chǎn)品的一次成功率?，F(xiàn)通過對以下產(chǎn)品的分析，結(jié)合實踐中的經(jīng)驗，為此類產(chǎn)品的工藝與模具結(jié)構(gòu)的確定提供理論依據(jù)。

2 零件工藝分析

圖1所示為某造紙廠自動化輸送生產(chǎn)線上的裝載工具——紙卷托板，其外形尺寸為350mm×180mm×61mm，材料采用Q345。從使用要求來看，它具有以下特點。

圖1 紙卷托板

1）板件裝配示意如圖2所示，要求配合精度高，壓彎尺寸達到圖樣要求，托板的壓彎凹槽部位與輸送線上的配件配合度好，以保證輸送線順暢、靈活地轉(zhuǎn)動。

圖2 板件裝配示意

2）要求表面粗糙度好，表面不應(yīng)有壓彎裂痕。

3）由于鏈板厚度厚，壓彎力大，所以需要的壓力機噸位高。由公式可計算出鋼板原材料彎曲力，計算過程如下。

式中，F(xiàn)1為彎曲力（N）；K為安全系數(shù)；b為板件寬度（mm）；t為板件厚度（mm）；r為板件內(nèi)彎曲半徑（mm）；σb為板件的強度極限（MPa）。

經(jīng)過計算可知彎曲力為2135.466kN，因此，該彎曲件需選用噸位＞218t的壓力機，使所需的彎曲力小于所選用的壓力機噸位，從而滿足零件成形的壓力要求。

在車間現(xiàn)有的設(shè)備情況下，無法滿足此零件的加工。要想在現(xiàn)有條件下生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，就必須采取措施降低彎曲力或改用其他加工方法。降低彎曲力的方法最常用的有兩種——退火和加熱。針對板厚大的工件彎曲，根據(jù)生產(chǎn)實踐中的經(jīng)驗可知，材料退火加工后存在兩大缺陷：一是在彎曲變形過程中，工件容易開裂，彎曲質(zhì)量不夠理想，會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；二是不能形成快速反應(yīng)，退火工件需到熱處理車間裝爐等待3天時間。經(jīng)分析和多次試驗，決定采用加熱壓彎來完成，加工1000片工件時加熱壓彎與退火壓彎的對比見表1。加熱壓彎可以彌補退火壓彎的不足，既可以得到穩(wěn)定的工件質(zhì)量，又無需到熱處理車間等待較長時間，工人可隨時把工件燒紅進行壓彎。而退火壓彎會導(dǎo)致產(chǎn)品因內(nèi)應(yīng)力過大而發(fā)生斷裂，且部分產(chǎn)品的尺寸達不到要求，產(chǎn)生很多次品。其工序為：零件燒紅→壓彎成形。

表1 加熱壓彎與退火壓彎對比（加工1000片工件）

3 零件材料分析

（1）熱壓彎的加熱溫度 鋼材的塑性不是一成不變的，而是隨著溫度的變化而變化，在一個合適的溫度下進行彎曲變形，所需的彎曲力較小，加工相對容易。但也不是所有的加熱溫度都可以選用，需要對加熱溫度進行合理的選擇。在100～400℃的溫度范圍內(nèi)，鋼的塑性不好，在理論上屬于藍脆溫度，并不利于加工造型，因為在塑性差的情況下，任何加工都容易產(chǎn)生加工缺陷。在該零件的加工現(xiàn)場，選擇將鏈板加熱到1000℃左右進行壓彎。在良好的塑性條件下，零件不僅可以一次壓彎成形，而且表面光滑，沒有裂紋產(chǎn)生。

（2）壓彎力分析 表2為不同材料在加熱狀態(tài)下的抗剪強度，由表2可知，隨著加熱溫度的增加，鋼的抗剪強度隨之大幅度減小，所需的壓彎力也隨之減小。

表2 不同材料在加熱狀態(tài)下的抗剪強度 （單位：MPa）

在加熱狀態(tài)下壓彎，查表可知，Q235的抗剪強度可取60MPa，帶入公式計算彎曲力F2。

彎曲力為232.96kN，板料比較容易成形，噸位為24t的壓力機即可滿足要求。經(jīng)現(xiàn)場實踐，車間現(xiàn)有的160t壓力機完全滿足板料壓彎成形需求，模具現(xiàn)場裝配情況如圖3所示。

圖3 模具現(xiàn)場裝配情況

4 加熱壓彎過程中的注意事項

（1）加熱過程控制 零件是在燒紅后進行壓彎加工的，由于三個壓彎處一起成形加工，材料變形比較嚴(yán)重，因此必須要使三個壓彎處均勻受熱，冷卻時也要均勻冷卻，才能減少尺寸變形。所以在加熱工件時，不能一次性加熱所有零件，可在壓力機邊上安裝好加熱感應(yīng)設(shè)備，工人將一片工件加熱到規(guī)定溫度后，立馬在壓力機上壓彎成形，再自然冷卻，接著循環(huán)往復(fù)地進行下一片加工。

（2）模具尺寸的控制 合模如圖4所示，在壓彎過程中，凸起的頂端部分最先接觸到板料，頂端的變形是彎曲變形與拉伸變形的復(fù)合過程，加熱后的材料有熱脹冷縮的特性，這一特性對零件彎曲成形的尺寸控制有很大影響，模具尺寸需要考慮這部分變形。這就需要知道材料在不同的溫度下的線脹系數(shù)，但是該線脹系數(shù)沒有固定數(shù)值，一般隨著溫度的升高而變大。鋼的線脹系數(shù)值在（10～20）×10-6。壓彎上模與壓彎下模的具體尺寸如圖5和圖6所示。

圖4 合模示意

圖5 壓彎上模

1）壓彎上模?？紤]到材料的熱脹冷縮問題，深度尺寸設(shè)定為48.5mm，比產(chǎn)品要求尺寸增加了3mm。在實際生產(chǎn)中，通常采用試模與經(jīng)驗積累的方式預(yù)留余量，3mm剛好是材料的回彈量。水平方向設(shè)置了一個0.5°的回彈角，保證零件壓彎后的平面度。

2）壓彎下模。由圖6可以看出，R16mm與深度55mm處的尺寸與產(chǎn)品成形要求的尺寸不符，這是因為產(chǎn)品凸起的深度與頂尖圓弧的尺寸取決于壓彎上模的尺寸，所以在壓彎凹模的尺寸處理上可以讓出一定的成形空間。

圖6 壓彎下模

5 結(jié)束語

厚板彎曲成形若采用退火工藝，在彎曲變形時容易產(chǎn)生裂紋，從而生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品。通過把鏈板加熱至840℃左右進行壓彎，提高板料的塑性，零件可以一次壓彎成形，得到優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，不僅合格率高，而且所需的彎曲力會大幅下降，減緩工廠的設(shè)備壓力。該產(chǎn)品已投入批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，對于類似的厚板料彎曲成形有一定的參考價值。