關于解決螺旋分段式葉片沖壓成形問題的創新技術

馬漢勇，朱為倉，張峰

中國兵器工業集團江山重工研究院有限公司 湖北襄陽 441004

1 序言

混凝土攪拌運輸車（以下簡稱攪拌車）的核心部件是攪拌筒，攪拌筒的核心技術是雙螺旋葉片，螺旋分段式葉片前后相連焊接為一體。某公司中段直徑2350mm的攪拌筒葉片材料為板厚4.0mm的Q345B，攪拌筒前錐和中筒葉片包含葉片1～葉片6共6種，每種葉片對應一套沖壓模具。已采購前錐葉片沖壓模具1套，若6種葉片共用1套模具進行沖壓成形，存在葉片成形尺寸不到位的問題，給后道工序葉片裝焊帶來極大的困難。

目前，板厚3.5mm、中段直徑2350mm的攪拌筒葉片材料升級換代為QSTE500TM，由于葉片材質、板厚發生變化，采用原有的1套模具沖壓成形，尺寸偏差更大。攪拌筒前錐葉片裝焊工序周期長，工人勞動強度大，產品質量不穩定，一直是攪拌筒生產線的瓶頸工序，嚴重影響攪拌筒的產量和品質。本文針對只用1套模具成形6種不同尺寸葉片的技術難題，進行了有針對性的技術分析。

2 應用現狀

沖壓模具是沖壓加工的主要工藝裝備，沖壓制件就是靠上下模具的相對運動來完成的。沖壓模具按照工藝性質可以分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模。攪拌車主要構成部件——攪拌筒的葉片加工需要借助成形模來實現葉片成形。

近年來，國內采用切片方法設計制造的成形模在工程類專用汽車攪拌車中得到應用。由于切片成形模設計制造周期短、成本低，已在攪拌車行業廣泛應用，但其設計、制造技術掌握在行業內少數領軍企業手中。

3 創新技術原理與方案

由于要用1套葉片模具成形6種葉片，且這6種葉片成形尺寸各不相同，所以項目組成員經過討論，確定從葉片沖壓成形方法、快速檢測、沖壓成形位置、墊板調整和下料尺寸修正5個方面采取措施，來改善6種葉片的成形尺寸。

（1）沖壓成形方法 葉片沖壓成形選用四柱液壓機，型號：YL32-630T，現有前錐葉片模具（見圖1）1套。采用沖壓成形的零件一般數量多且對零件一致性要求較高，為了提高葉片成形的一致性，需要固化四柱液壓機設備參數，對沖壓成形葉片進行多批次、大批量的檢測。6種葉片分別經過幾十次試沖壓和實際驗證，最終確認：當四柱液壓機設置為定壓單次模式、最大壓力設置為9MPa、保壓時間≥8s時，葉片1～葉片6成形一致性較好，可滿足前錐葉片裝焊工序的要求。

圖1 前錐葉片模具

（2）快速檢測 葉片1～葉片6為復雜三維螺旋曲面結構，一般采用三坐標測量儀或者激光掃描來檢測葉片成形尺寸。某公司無相關設備，缺少檢測手段，葉片成形后只知道不符合產品圖樣要求，葉片裝焊角度不到位，但始終未掌握具體偏差值大小的相關數據。葉片1～葉片6在攪拌筒前錐和中筒上裝焊時，由于葉片成形尺寸偏差，導致各葉片無法按要求預焊、葉片前后無法連接、葉片安裝角度（100°和85°）無法保證。

圖2 、圖3分別為螺旋分段式葉片的二維圖和三維圖，通過摸索得出了一種快速檢測葉片成形尺寸的方法。如圖2所示，葉片左側O點落在平臺上，用墊鐵支撐調高葉片中部至圖樣尺寸，用墊鐵支撐使左右兩個端點至近似水平。利用直尺、高低尺等工具，分別檢測葉片1～葉片6的尺寸，記錄A、B、C、D數值，與產品圖樣要求尺寸進行比對，得出葉片成形尺寸偏差值。采用該方法，可以快速檢測葉片1～葉片6的沖壓成形尺寸。

圖2 葉片二維

圖3 葉片三維

（3）沖壓成形位置 根據實際需要，葉片模具一般會大于其成形的葉片外形尺寸，這就給葉片在模具上的位置移動提供了可能。葉片沖壓成形時，一般以葉片左上角為基準，葉片緊貼模具外側限位裝置，葉片沖壓成形后從模具上取下，再放置下一個葉片進行沖壓成形。

葉片6成形尺寸檢測報告見表1。根據表1可知，將葉片6放置于模具左上角位置，沖壓成形后的尺寸基本符合產品圖樣要求，也滿足葉片裝焊工序的實際需要，說明此套葉片模具適用于葉片6的成形，將此套模具命名為6#模具。

表1 葉片6成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

直接用6#模具沖壓葉片1～葉片5，葉片成形尺寸偏差很大，也無法滿足葉片裝焊工序的需要。移動葉片1～葉片5在6#模具上的放置位置，繼而可發現，將葉片1放置于6#模具的右上角位置（見圖4），以右上角為基準、葉片緊貼模具外側限位裝置，沖壓成形后的尺寸（見表2）與產品圖樣非常接近。至此，葉片6和葉片1使用6#模具沖壓成形后的尺寸均符合產品圖樣要求，也滿足了后道葉片裝焊工序的實際需要，達到了預期效果。

表2 葉片1成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

圖4 葉片1放置位置

（4）墊板調整 當完成葉片1和葉片6的沖壓成形后，還需要使用6#模具沖壓成形葉片2～葉片5。為了改善葉片2～葉片5的成形尺寸，決定采用墊板調整的方法來實現葉片成形。沖壓成形時，葉片上表面與上模接觸、下表面與下模直接接觸，為了增加葉片的螺旋變形量，我們仍以右上角為基準，分別在葉片下方、右側靠近葉片小圓弧的位置增加墊板，在葉片上方、左側靠近小圓弧的位置增加墊板（見圖5），沖壓成形葉片2～葉片5，成形后再進行尺寸檢測。

圖5 葉片2～葉片5墊板調整

經過多次修正驗證，選定板厚t＝4mm的弧形多層墊板來調整葉片2～葉片5的成形尺寸。當葉片左右側各添加1塊弧形墊板時，葉片2的尺寸發生改變，且向著好的趨勢變化。當左右側墊板厚度不同時，葉片成形過程中葉片上模下降時發生傾斜，且模具發出異常噪聲，增減墊板數量使左右側墊板數量相同，則上模傾斜和模具噪聲現象消失。繼續增加墊板數量，當葉片2左側和右側調整墊板數量均為7塊時，其成形后的尺寸與產品圖樣接近；當葉片4的左側和右側調整墊板數量均為9塊時，其成形后的尺寸與產品圖樣接近；當葉片3和葉片5的左側和右側調整墊板數量均為10塊時，其成形后的尺寸與產品圖樣接近。

為了方便操作者使用多層墊板，將墊板按從小到大的順序預焊，組成一個小部件并進行編號，葉片成形時直接將相應編號的墊板墊上，完成6#模具對葉片2～葉片5的沖壓成形，檢測報告見表3～表6。檢測報告顯示：葉片成形最大偏差值為11mm，最小偏差值為0，經后道葉片裝焊工序的驗證，均滿足需要。

表3 葉片2成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

表4 葉片3成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

表5 葉片4成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

表6 葉片5成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

（5）下料尺寸修正 葉片1～葉片6在前錐葉片裝焊工序進行驗證時，部分葉片的大圓弧與前錐筒壁存在一定的拉縫和間隙，影響焊接質量。經現場查看，根據葉片裝焊時的實際拉縫情況，在排版下料時對下料尺寸進行相應的補充或修割，以減少葉片與筒壁的裝焊縫隙。經過幾個批次的持續完善，葉片1～葉片6滿足了葉片裝焊工序的焊接需要。

葉片1～葉片6沖壓成形尺寸得到改善，滿足了公司1臺/班的產能需求。若班產達到2臺以上，建議再增加一套模具來提高前錐和中筒葉片沖壓成形的效率，以滿足均衡化生產的要求。

4 應用和推廣情況

經過工藝人員和技能人員的密切配合和共同努力，中段直徑2350mm攪拌筒的葉片1～葉片6沖壓成形后的尺寸符合產品圖樣要求，也滿足了后道葉片裝焊工序的實際需要。針對葉片1～葉片6大圓弧與前錐筒壁之間的拉縫，經下料修正，實現了葉片1～葉片6直接堆碼預焊（改善前后的對比照片見圖6和圖7），不再需要開體花蘭輔助矯形，前錐葉片的裝焊工序時間大幅縮短，工人勞動強度大幅降低，也避免了開體花蘭預焊點在筒壁上留下凹坑，解決了攪拌筒表面凸凹不平的質量問題，使攪拌筒質量得到提升，最終達到了預期目標，解決了螺旋分段式葉片成形的技術難題。

圖6 葉片裝焊工序改善前

圖7 葉片裝焊工序改善后

下一步，隨著市場需求的不斷增加，可以將葉片沖壓成形技術進一步推廣應用到中段直徑2200mm和中段直徑2100mm的中小方量攪拌筒中，為公司進一步拓展4m3～15m3全系列攪拌車提供技術保障。

5 技術創新點

為了提高葉片1～葉片6沖壓尺寸的一致性，固化四柱壓力機參數為定壓單次模式，最大壓力為9MPa，保壓時間≥8s，葉片沖壓成形的尺寸一致性較好。

針對葉片1～葉片6沖壓成形尺寸檢測難題，摸索出一種快速檢測方法，可快速檢測葉片成形尺寸，分析葉片成形數據，為只用1套模具成形6種不同尺寸的葉片提供理論支撐。

創新性地在6#模具上變換葉片1和葉片6的放置位置，解決了葉片1和葉片6的沖壓成形難題；巧妙地采用墊板調整的方法，通過在6#模具上增加墊板解決了葉片2～葉片5的沖壓成形難題。改善后的葉片1～葉片6成形尺寸接近產品圖樣要求，也能滿足后道葉片裝焊工序的實際需要。

針對復雜三維曲面螺旋分段式葉片沖壓成形偏差大的問題，總結提煉出固化沖壓成形方法、快速檢測方法、移動沖壓成形位置、墊板調整和修正下料尺寸的一套系統性葉片沖壓反彈變形控制技術，解決了中段直徑2350mm攪拌筒前錐和中筒螺旋分段式葉片的沖壓成形難題，實現了只使用1套模具沖壓成形6種不同尺寸葉片的預定目標。

6 結束語

葉片1～葉片6成形尺寸的改善，大幅度縮短了葉片裝焊工序時間，降低了工人勞動強度。只使用1套模具，避免了換模，可大幅提高攪拌筒產能。攪拌筒品質的持續提升，使某公司攪拌車產品達到國內一流水平，為開拓攪拌車市場打下了基礎，也為公司持續提升營利能力提供了可靠保障。