液壓支架板料彎曲工裝的制作

白向軍

0 引言

同煤集團力泰裝備公司是綜采液壓支架專業大修廠家，在日常生產中常會遇到相當數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品無法形成批量，造成85%以上的零件為單件，小批量生產。勞動生產率低，勞動強度大。因此研究設計制作了板料彎曲的工裝設備。

1 工裝工藝設計原則

通常彎曲工藝在沖床上用彎曲模進行彎凸，但在生產批量不大的情況下，模具的設計制造需要沖壓設備且費用較大。在沒有現成設備的情況下，鉗工使用夾具，利用沖壓模具在壓力機上使板料彎曲，從而獲得所需的外形尺寸和性能要求的機械零件。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量，減少廢品率，降低材料消耗，制定合理的工藝和模具結構是很必要的。

（2）由于工件用途差異較大，因此板料的厚度、材質也相應不同。彎曲加工前，要綜合考慮板材的機械性能，使用的工藝方式、工藝參數及工裝、設備等因素，以避免板材塑性彎曲時產生裂紋，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，同時還應考慮板材的熱處理情況（一般在冷作硬化狀態下應比在退火或正火狀態下彎曲選擇彎曲半徑大1 倍）。

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

2 工裝的結構說明和關鍵部件尺寸的確定

圖1 為一膠帶輸送機橫梁接頭的結構簡圖，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彎曲模具，為按質按量完成這一道工序任務，我們設計了板料彎曲夾具工裝，應用后效果滿意。

圖1 膠帶輸送機橫梁接頭結構

圖2（見18 頁）所示即為板料彎曲夾具的結構簡圖。彎曲滾柱體與夾具平板焊接為一體，框式支架和固定軸、夾壓滾柱體構成的組件可以繞固定軸相對于夾具平板自由旋轉。夾壓滾柱體和彎曲滾柱體是該工裝提供折彎力的主要結構件，夾具平臺與壓緊塊構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調一致，最終，將板材加工成如圖1 所示的形狀及尺寸。

圖2 板料彎曲夾具結構

2.1 關鍵部件尺寸的確定

夾壓滾柱和彎曲滾柱是該工裝提供折彎力的主要結構件，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，實際應用中相當于彎曲模的凹模。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，不會達到滿意的效果。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，與板料的力學性能和厚度δ 相關，通常根據公式C=（1.05～1.15）δ，當板料厚度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來調節兩滾柱外表面之間間隙C 的大小，以滿足設計要求。

2.3 回彈問題的解決

回彈是彎曲加工工藝過程中的技術難點之一，零件成型精度差，控制制件精度，提高制件質量。為了防止工件彎曲后發生回彈，以保證彎曲質量，工裝設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

采用位置標記法進行定位。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，可用適當的力矩扳手)，使板料按要求彎曲成形。

對于不同零件的彎曲，只需要根據不同的彎曲半徑更換夾壓滾柱套管和彎曲滾柱套管即可，不需要重復設計制作沖壓模具。由于工裝結構及人工施力等原因，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 應用效果

該工裝操作方便，具有足夠的強度和剛度，特別適應于厚度δ6-20 mm 材質Q460 以下板材的壓制成形。對于單件或小批量生產可大大提高生產效率，節約了材料和生產的工時。經過1 年多的生產實踐，陸續加工了液壓支架的頂梁、座箱及前、后連桿等結構件的弧板2 000 余件，加工膠帶輸送機橫梁接頭1 300 余件，產品合格率達97%以上。為彎曲件的加工，提供了一個新的途徑。

4 結語

由于板材彎曲變形過程較為復雜，國內外相關參考的文獻資料不是很多，在進行分析探討時對研究對象只能進行假設與簡化，可能造成理論分析結果與實際情況存在一些偏差。同時由于工作現場和設備、經費等問題，只對個別幾種規格和材質的板材進行了分析，下一步將從以下兩個方面進行下一步的研究：

（1）理論方面

進一步深入研究板材彎曲過程中彈、塑性變形規律，建立精確的力學模型，獲得準確的計算方法和數據，從而得到合理的設計方案。

（2）實踐方面

以理論研究為基礎，得出不同材質和厚度的金屬板材的理論折彎方案，通過軟件仿真或者現場試驗，對理論計算數值進行修正和補償，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效率。