萬能鈑金冷成型機成型工藝分析

辛曉葉，羅春紅，王浩宇，喬 杰，張繼平

(內蒙古北方重工業集團有限公司，內蒙古 包頭 014030)

萬能鈑金冷成型機成型工藝分析

辛曉葉，羅春紅，王浩宇，喬 杰，張繼平

(內蒙古北方重工業集團有限公司，內蒙古 包頭 014030)

在實際生產過程中，有很多成型類零件存在三維曲面的成型、彎曲和拉伸等。由于零件外形比較復雜，展開形狀不規則，且成型過程中受材料應力等因素的影響，零件會出現皺褶、拉裂和表面劃傷等缺陷，所以此類零件成型比較困難。若采用模具成型，模具從設計制造到投入使用，不僅周期長，而且模具制造費用高，零件的制造成本會大幅上升。針對上述問題，通過選取典型零件對萬能鈑金冷成型技術進行了工藝研究，發現萬能鈑金冷成型機可對型材、三維曲面直接成型，并具有消除皺痕的功能，若配合多種成型工具，即可完成多種成型類零件的加工。

萬能鈑金冷成型機；成型技術；應力；應變；成型

在各種成型類零件中存在很多三維曲面成型、彎曲和拉伸類零件，它們成型復雜，在成型過程中材料應力、應變大，零件經常出現拉裂、起皺和表面劃傷等缺陷， 零件的廢次品率較高；同時，零件采用模具成型時，模具從設計、制造、試模和修模到投入使用周期長，模具制造費用高，增大了零件的制造成本。對于科研試制產品，由于模具制造費用高，小批量的零件加工完全采用手工成型，造成零件表面錘痕嚴重，外觀形狀極差，同時手工成型無規律，致使每個零件成型后尺寸各異，不能滿足圖樣技術要求，影響零件的使用性能，造成產品樣機的質量低。本文利用萬能鈑金冷成型機的成型特點，對典型零件進行了工藝探索。經過反復試驗，取得了較好的效果，極大地減輕了工人的工作量，提高了零件的一次交驗合格率，解決了存在的工藝及質量問題。

1 萬能鈑金冷成型機的技術原理

1.1 萬能鈑金冷成型機的成型形式

萬能鈑金冷成型機具有成型加工型材、三維曲面以及消除皺痕的功能。配合多種成型工具，可對厚度為0.5～8 mm的原材料進行擠壓、拉伸、拱頂、壓平、整形、修平和伸直等形式(見圖1)的加工。

圖1 萬能鈑金冷成型機成型形式

1.2 萬能鈑金冷成型機的技術原理

萬能鈑金冷成型機的技術原理是通過每分鐘上百次間斷式捶打，一步步得到零件的預期形狀。每次沖擊都是一個工作行程，在這個過程中既不會產生切屑和熱量，也不會產生集中應力，因而零件彎曲成型中的回彈現象很小。

2 工藝研制

2.1 存在的主要問題

各種成型類零件成型過程中存在的主要問題如下。[1]

1)由于零件的外形復雜，零件展開料形狀不規則，在成型過程中，受金屬流動方向、摩擦力和應力應變等因素的影響，零件出現皺褶、拉裂和表面劃傷等缺陷。

2)由于回彈很大，扭曲嚴重，使校正工作量較大，且不對稱零件模具成型困難，使得零件合格率較低。

3)模具數量多，設計、制造周期長，不適于小批量生產。

2.2 技術方案

通過對成型類零件成型過程中存在的主要問題的分析，利用萬能鈑金冷成型機的相關功能對典型零件進行工藝研究。

2.3 典型零件工藝研制

2.3.1 典型零件導管工藝研制

導管零件(見圖2)材料為鋼板B-1.5(GB/T 709—1988)，1Cr18Ni9Ti-Ⅱ(GB/T 4237—1992)。該零件屬于薄壁成型類零件，成型深度大，模具成型后在零件表面圓弧部分存在嚴重的皺褶，且在B區域出現高8～10 mm、寬10～150 mm的凸起，需要鉗工進行手工捶打校平，使得R83.5和R70 mm尺寸出現不均勻，且表面錘痕嚴重，而且校正的工作量很大。針對該零件出現的缺陷，應用萬能鈑金冷成型機具有的修平功能，對該零件進行修平。設計制作應用于萬能鈑金冷成型機的模具[2]如圖3和圖4所示。

圖2 導管零件圖

圖3 導管凹模

圖4 導管凸模

經過樣件的試驗，B區域彎曲成型時出現的凸起壓平效果好，消除了零件在模具壓制時的沖壓應力，改善了零件的外觀形狀，達到了產品的設計要求，并確定了成型時萬能冷壓成型機工作沖程速度為150次/min。在樣件試驗時，根據對設備自帶模具材料的分析，校正模具使用材質采用尼龍，在經過30余件零件的校正后，上、下模具刃口打堆，出現變形。經過多次試驗，將模具材料改為45鋼，淬火硬度為43～48 HRC，避免了模具出現變形。

2.3.2 典型零件支架工藝研制

支架(見圖5)是防護板中的重要零件，材料為鋁型材5A06-F-XC40×40×5×900(GB/T 6892—2000)，屬于型材彎曲類零件。該零件外形尺寸較大，彎曲半徑為875 mm，弦長為1 146 mm。原工藝采用型材彎曲機彎曲，在彎制過程中零件表面劃傷和鋁角鋼側邊變薄嚴重。由于型材截面較小，零件產生較大的扭曲變形和回彈變形，使R875 mm尺寸難以保證，而且后續的校正工作量較大。

圖5 支架零件圖

支架工藝參數確定如下：1)展開下料尺寸為1 450 mm；2)成型時萬能冷壓成型機的工作沖程速度為150次/min；3)工作沖程距離為31 mm；4)工件進給量為10～20 mm；5)校正時錘擊區域范圍為每20～30 mm錘擊1次；6)工具選用LFA155T 150×80。

通過上述工藝參數的確定，并利用擠壓模具在萬能鈑金冷成型機進行試驗，完成彎曲和校正工序，很好地避免了型材彎曲機的扭曲現象，解決了零件回彈、料厚變薄和表面劃傷嚴重的問題，滿足了產品圖樣的設計要求，極大地減輕了校正工作量，提高了生產效率。

2.3.3 典型零件半錐形體工藝研制

半錐形體(見圖6)材料為B-1.5(GB/T 708—1988)，30CrMnSiA-Ⅲ(YB/T 5132—1993)。由于零件彎曲半徑與材料厚度之比很大，彎曲成形后回彈大，而且零件為不對稱件，用模具成型受力不均勻，導致零件在壓制時產生移動。通常經過在三輥上反復滾壓之后，進行鉗工校正。

圖6 半錐體零件圖

半錐形體工藝參數確定如下：1)萬能冷壓成型機工作沖程速度為150次/min；2)工作沖程距離為26 mm。

根據零件結構計算零件的展開圖，設計制造了萬能鈑金冷成型機專用模具(見圖7和圖8)。經過整形，實現了零件的逐步成型，克服了零件成型困難、回彈大和鉗工校正工作量大的缺點，并保證了零件的各部分尺寸滿足要求。

圖7 半錐體凹模

圖8 半錐體凸模

通過選取典型零件在萬能鈑金冷成型機的試驗，掌握了萬能鈑金冷成型機的功能，設計了與萬能鈑金冷成型機配套的壓制圓弧為R15～R60 mm的10套模具，以及萬能鈑金冷成型機用支承桿和支承板。模具、支承桿和支承板材料均選用45鋼。

3 萬能鈑金冷成型機的工藝應用

卡箍(見圖9)是某產品中的零件，屬于沖壓成型類零件，生產批量大。該零件采用厚度為2 mm的35優質碳素結構鋼冷軋鋼板。零件在裝配時，為左、右兩對稱件。為了保證裝配質量，零件尺寸φ160和φ188 mm，不允許有橢圓度、凸緣翹曲等缺陷。

圖9 卡箍零件圖

3.1 零件的工藝分析

零件的工藝分析如下：1)零件為薄板成型類；2)零件為典型不對稱類；3)成型過程受力復雜，零件成型時外圓部分拉應力較大，內圓部分壓應力較大，易出現回彈變形、拉裂和皺褶等現象；4)成型后零件內部殘余應力較大，因此應在φ188 mm的圓周上均勻的開縫；5)模具成型需要設計制造復式模、引伸模、翻邊模、切邊模和切斷模等一系列沖壓模具。

3.2 原工藝步驟

原工藝步驟為：下料(剪板機)→去毛刺→彎曲成L型(彎板機)→鉗工彎曲成型→劃線去余長→鉗工校正→交驗。

3.3 原工藝存在的缺陷

鉗工彎曲φ188和φ160 mm尺寸時，由于不在同一個平面內，在彎曲過程中它們相互制約，嚴重影響了零件的尺寸。在反復校正過程中，零件表面的捶痕嚴重，且尺寸φ160和φ188 mm橢圓度大，達不到產品圖樣的設計要求。

3.4 萬能鈑金成型機工藝參數確定

根據零件的工藝分析，先用彎板機將板料彎曲成L型，然后用萬能鈑金冷成型機成型。

工藝參數確定如下：1)展開下料尺寸為280 mm；2)成型時萬能冷壓成型機的工作沖程速度為150次/min；3)工作沖程距離為28 mm；4)工件進給量為10～20 mm；5)校正時錘擊區域范圍為每20～30 mm錘擊1次；6)工具選用FWR603Sφ60 mm。

通過工藝參數的合理選定，在萬能鈑金冷成型機用拉伸模成型后，卡箍零件可以很好地滿足產品圖樣的設計要求，消除了由于模具成型時應力集中，造成零件出現的拉裂、皺褶和變形等缺陷，節約了大量的模具設計和加工費用。

3.5 現工藝步驟

現工藝步驟為：下料(剪板機)→去毛刺→彎曲成L型(彎板機)→彎曲并校正(萬能鈑金成型機)→交驗。

4 主要技術創新點

配合多種成型工具，可對厚度為0.5～8 mm的原材料進行L型、槽型以及角鋼類零件圓弧彎曲、拱頂、壓平、整形、修平和伸直。

在不連續應力應變的作用下，采用小位移實現型材彎曲加工的大變形，能夠消除模具成型時應力集中產生的回彈變形。

5 結語

通過選取典型零件導管、支架和半錐型體等在萬能鈑金冷成型機進行工藝研制，解決了用傳統手工加工零件時成型產生外觀質量差的問題。經過萬能鈑金冷成型機成型后，零件滿足了產品圖樣設計的各項要求。并且經過一年多的使用，現已有多種零件在萬能鈑金冷成型機上應用擠壓、拉伸、壓平、整形、修平和伸直等功能，突破了沖壓模具成型限制，是一種先進的沖壓成型工藝技術。而對于三維曲面，其成型較復雜，精度不高，若是與多點柔性成型機配合使用，將會提高三維曲面零件的成型精度，消除成型時材料的內部殘余應力，曲面成型實現無模具加工，從而降低零件的制造成本。

[1] 翟建軍.板料和型材的沖壓與成形技術[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2] 羅益旋.最新沖壓新工藝新技術及模具設計實用手冊[M].長春：銀聲音像出版社，2004.

責任編輯鄭練

TheAnalysisofShapingTechniqueofUniversalSheetFormingMachine

XIN Xiaoye, LUO Chunhong, WANG Haoyu, QIAO Jie, ZHANG Jiping

(Inner Mongolia North Heavy Industries Group Corp. Ltd., Baotou 104030, China)

In the actual production, process of shaping, bending and stretching of metal parts with three dimensional surface is existed, it is found that the defect presence of fold, crack and scratch is due to the more complex shape of parts and irregularity of the work. The aforesaid forming process can be achieved by means of molding, but it shall led to increase production cost and delivery schedule. Based on the investigation of universal sheet metal forming technology, it is found this technique is affectire, and in collaboration with multi shaping tools, it can be used for the forming process of metal parts with three dimension surface. Hence, the fabrication of complex metal parts can be realized from any defect, like folding, crack and so on.

universal metal cold forming machine, molding technology, stress, strain, molding

TH 162

:B

辛曉葉(1979-)，女，工程師，主要從事機械工藝技術等方面的研究。

2015-07-06