?折彎?rùn)C(jī)在機(jī)車(chē)制造中的應(yīng)用

由于鈑金折彎成形零件具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕巧、承載能力大、加工簡(jiǎn)單和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，其在機(jī)車(chē)車(chē)體、轉(zhuǎn)向架等骨架上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。數(shù)控折彎工藝采用間隙成形，且具有各種不同開(kāi)口角度模具，可以得到精度很高的各種復(fù)雜壓型零件，具有傳統(tǒng)的壓力成形工藝無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。采用該工藝不再需要針對(duì)不同規(guī)格的壓型件設(shè)計(jì)專(zhuān)用的配套模具，能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品種類(lèi)多、更新快、新產(chǎn)品試制周期短的要求。因此，擁有一套成熟的數(shù)控折彎成形工藝，可以為新項(xiàng)目的快速投產(chǎn)、新車(chē)型的開(kāi)發(fā)、新設(shè)計(jì)思想的貫徹提供充分的保障。工藝參數(shù)的選擇與確定對(duì)于鈑金件的數(shù)控成形，工藝參數(shù)一般需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。展開(kāi)尺寸的計(jì)算中性層的位置不僅與彎曲半徑、板厚、中性層內(nèi)移系數(shù)等有關(guān)，而且還與彎曲方法、模具結(jié)構(gòu)、彎曲件形狀及其尺寸標(biāo)注等多種因素有關(guān)。因此，壓型件中性層的位置是無(wú)法精確確定的。實(shí)際應(yīng)用中一般采取近似值計(jì)算。傳統(tǒng)展開(kāi)尺寸L的計(jì)算公式為L(zhǎng)＝a＋b＋l(見(jiàn)圖1)。式中，a，b為直線段；r為彎板內(nèi)弧半徑；l為圓弧段長(zhǎng)，l＝π(180°－β）(r＋tk)／180°，式中，t為鋼板厚度，β為張角，k為中性層系數(shù)，其具體取值參照表1。圖1角形件傳統(tǒng)標(biāo)注表1中性層位置系數(shù)k的值圖2角形件尖角標(biāo)注設(shè)計(jì)圖紙常采用尖角標(biāo)注(圖2)，為了便于計(jì)算，我們推出了以下展開(kāi)計(jì)算公式：L＝c＋d＋v，式中，v為補(bǔ)償值，β=0°～90°時(shí)，v＝π(180°-β/180°)(r＋2tk)－2(r＋t)；β=90°～165°時(shí)，v＝π(180°－β/180°）(r＋tk)－2(r＋t)tan[(180°－β)/2]；當(dāng)β=90°時(shí)，v＝(1.57k－2)t－0.43r；當(dāng)165°＜β＜180°時(shí)，v＝0，L＝c＋d。從近幾年的反復(fù)驗(yàn)證來(lái)看，一般情況采用該公式計(jì)算的展開(kāi)料精度能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。折彎模具的選用數(shù)控折彎采用間隙折彎工藝，不管板料的厚度如何，其內(nèi)弧半徑約等于模具開(kāi)口距的0.156倍，這是數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床的固有折彎半徑。只有當(dāng)上模半徑大于機(jī)床固有半徑時(shí)，所得折彎件的內(nèi)弧半徑才近似于上模半徑。當(dāng)然，無(wú)論是取固有半徑還是上模半徑，產(chǎn)品的最終成形半徑還要考慮與材質(zhì)、板厚、下模開(kāi)口等因素有關(guān)的回彈量問(wèn)題。通常情況下，成形件的最后成形半徑會(huì)比理論值偏大。⑴下模的選用。數(shù)控折彎?rùn)C(jī)折彎的工作壓力一般可以根據(jù)板材厚度、模具開(kāi)口寬度、材料抗拉強(qiáng)度估算，當(dāng)開(kāi)口距越大，所需工作壓力則越??；開(kāi)口距越小，則折彎力矩也越小，因而所需的壓力越大。折彎半徑與下模開(kāi)口也有著密切的關(guān)系，下模開(kāi)口寬度改變，則折彎半徑隨之改變。小開(kāi)口距產(chǎn)生的半徑較小，大開(kāi)口距產(chǎn)生的半徑較大，回彈量隨之增大。另外，板料折彎是彈性變形與塑性變形共存的過(guò)程，在折彎過(guò)程中，會(huì)存在一定的彈性變形，外力去除后，工件會(huì)有一定程度的回彈，對(duì)于大開(kāi)口下模來(lái)說(shuō)這種現(xiàn)象更為明顯。因此折彎下模的選擇原則是：確保板料壓形時(shí)最短邊的折彎位置大于下模開(kāi)口的一半且折彎時(shí)不開(kāi)裂，工作壓力符合機(jī)床要求的情況下，盡量選用小開(kāi)口的折彎下模。但對(duì)于很薄板材，而零件內(nèi)弧半徑又很大的配件來(lái)說(shuō)，需要大開(kāi)口的壓型下模才能避免壓型時(shí)材料被擠傷。對(duì)于抗拉強(qiáng)度較高的板料，則模具開(kāi)口至少應(yīng)10倍于板厚，這樣不僅能確保折彎力，更能增大彎曲半徑以減少折彎層斷裂的可能性。⑵上模的選用。對(duì)于數(shù)控折彎?rùn)C(jī)來(lái)說(shuō)，確定了下模后上模的選用就顯得容易了。上模的大小并不對(duì)工作壓力起作用，而且對(duì)于間隙折彎來(lái)說(shuō)，上模的角度并不會(huì)影響零件成形后的角度。只有上模半徑大于下模的固有半徑時(shí)，上模的半徑才會(huì)起作用。因此可根據(jù)下模估算的固有半徑及零件的內(nèi)弧半徑選用上模。若所選下模的固有半徑小于零件的內(nèi)弧半徑，需盡量選擇比零件內(nèi)弧半徑小1～2mm，或等于零件內(nèi)弧半徑的上模。零件折彎工藝性分析及工藝問(wèn)題處理槽形件的折彎工藝性分析及問(wèn)題處理⑴工藝性分析。實(shí)際生產(chǎn)中，因機(jī)床本身和模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，常會(huì)碰到一些，如圖3所示的槽形件(其中c≥b)，不能判斷折彎時(shí)是否會(huì)與上?；驒C(jī)床產(chǎn)生干涉的問(wèn)題。為了能夠?qū)Υ祟?lèi)槽形件工藝性進(jìn)行快速判斷，結(jié)合壓型上模和機(jī)床的外形，我們進(jìn)行了一系列的分析與計(jì)算。例如：圖4為鵝頸形上模第一段的截面示意圖，a的最大值為a1max。同理，可得出所有壓型上模和機(jī)床各段(圖5)對(duì)槽形件尺寸a、b的要求及a、b關(guān)系式。通過(guò)這些，不僅可以成功解決以往只能依靠現(xiàn)場(chǎng)模擬判斷槽形件工藝性的問(wèn)題，而且可以讓技術(shù)人員隨時(shí)、隨地進(jìn)行槽形件工藝性的快速分析。此外，它也為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷工藝性提供了理論依據(jù)。圖3槽形件圖4鵝頸形上模截面示意圖圖5壓型上模和機(jī)床截面分段圖⑵特殊槽形件的處理。不滿(mǎn)足a，b關(guān)系式的槽形件，不能采取正常工藝成形。當(dāng)零件受載荷強(qiáng)度要求不高時(shí)，可采取預(yù)彎成形工藝。預(yù)彎的角度ψ如圖6a所示，通過(guò)分析零件截面外形和上模截面形狀獲得，且越大越好。采用這種成形工藝可避免制作新模具，大大降低生產(chǎn)成本。如圖6c所示配件，實(shí)際生產(chǎn)中與機(jī)床發(fā)生了干涉，經(jīng)用戶(hù)單位同意，采用預(yù)彎成形工藝，該配件才得以順利制作，其成形過(guò)程如圖6a、圖6b、圖6c所示。圖6槽形件預(yù)彎成形示意圖長(zhǎng)、大、厚零件的折彎工藝性分析及問(wèn)題處理根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，長(zhǎng)、大、厚成形件常常會(huì)出現(xiàn)壓形開(kāi)裂、船形、鼓肚子等問(wèn)題。其中，開(kāi)裂和船形是最為常見(jiàn)的兩種問(wèn)題。下料前充分考慮零件的工藝性往往能從根本上控制這些問(wèn)題。⑴壓型開(kāi)裂。壓型開(kāi)裂常常發(fā)生在壓型區(qū)域的兩端，特別是壓型線靠近缺口、板又較厚時(shí)這種現(xiàn)象極為常見(jiàn)。對(duì)于5A06-0鋁材的壓型，此類(lèi)問(wèn)題更是突出。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，有以下幾種途徑可以較為成功地控制這類(lèi)問(wèn)題：1)下料時(shí)按壓型線垂直于材料紋理方向進(jìn)行下料，特別是對(duì)于5A06-0鋁材的壓型，尤其要注意。2)將壓型部位兩端打磨成圓弧，并精整以降低直角所帶來(lái)的應(yīng)力集中。3)普通鋼材可在壓型兩端采用火焰加熱，溫度控制在750℃左右，即鋼板顏色變成“櫻紅色”時(shí)再進(jìn)行折彎。4)16Mn低合金結(jié)構(gòu)鋼對(duì)缺口較敏感，拉伸時(shí)極易開(kāi)裂，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量將缺口偏離折彎線。5)當(dāng)零件的折彎線處于寬窄交界處時(shí)，為了使彎曲時(shí)易于變形，防止交界處開(kāi)裂，通常在彎曲寬窄處增添止裂孔。當(dāng)折彎相對(duì)半徑很小時(shí)，為防止彎曲端部開(kāi)裂，在彎曲端部增添止裂孔。6)5A06-0類(lèi)的鋁材設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量取較大的半徑。⑵船形。長(zhǎng)、大、厚零件在下料后會(huì)存在較大的內(nèi)應(yīng)力。特別是火焰下料的配件，還會(huì)存在一個(gè)熱影響區(qū)。此時(shí)在熱影響區(qū)板料的纖維收縮變短，而在板料的中間纖維伸長(zhǎng)。壓型受力打破了原有的平衡，內(nèi)應(yīng)力很快便釋放出來(lái)，成形出來(lái)的零件也就出現(xiàn)了船形。因此在成形前對(duì)板料進(jìn)行應(yīng)力釋放是控制船形問(wèn)題的關(guān)鍵。采用工藝放量，下料后使用平板機(jī)進(jìn)行反復(fù)平板，一方面消除切割帶來(lái)的變形，另一方面可消除內(nèi)應(yīng)力；然后再將工藝放量進(jìn)行刨邊去除。生產(chǎn)中可能還會(huì)在加工后出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力不平衡的情況，如SS9型機(jī)車(chē)底架梁體在進(jìn)行平板、刨邊、刨坡口進(jìn)行壓型后便出現(xiàn)了這類(lèi)問(wèn)題，而且尺寸偏差較大，經(jīng)分析確定是加工后產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力，采用加工后再增加一道平板的工序后，問(wèn)題解決了。另外對(duì)于這種情況在成形時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)丶哟髩毫Γ瑴p少回彈，延長(zhǎng)壓型時(shí)間、保壓以減少應(yīng)力的釋放進(jìn)行控制。彎曲力矩偏小的工藝處理在進(jìn)行折彎工藝分析時(shí)，必須考慮零件的彎曲力矩。為保證足夠的彎曲力矩，根據(jù)板厚對(duì)壓型邊高≤5t的邊需進(jìn)行放量折彎(板越厚需要的壓型邊高越長(zhǎng))后再去除放長(zhǎng)量。數(shù)控折彎?rùn)C(jī)成形工藝存在的不足盡管數(shù)控機(jī)床通過(guò)程序控制來(lái)折彎板料，但是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床本身的精度和加工材料的誤差，并不能保證得到滿(mǎn)意的折彎角度。在折彎過(guò)程中通過(guò)各種操作速度使板料得到所需的折彎角度，或調(diào)整上模伸入下模的開(kāi)口深度得到所需的折彎角度時(shí)，都應(yīng)盡可