數控折彎機滑塊變形問題與處理方案

熊文炳，孫守澤

（中車株洲電力機車有限公司，湖南株洲 412001）

0 引言

備料車間640T 數控折彎機是公司于2006 年引進，主要用于碳鋼、不銹鋼產品的成型與矯正，使用頻次高，是車間的主要生產設備。該設備由床身、滑塊、立柱、撓度補償機構、工作臺、后擋料裝置、安全防護裝置、液壓系統和電氣系統等部分組成，設備本體只有一個最基本的運動—滑塊上下往復運動（由兩側液壓油缸驅動），生產現場為其配備各種不同形狀的模具即可把板料折彎成各種形狀和角度。

1 滑塊變形現象

在長時間使用以后，滑塊本體的底端出現一定程度的塑性變形，導致上模夾具與滑塊、上模模具之間產生不同程度的間隙。用塞尺可以測量出各個位置的間隙并不相同，其中滑塊中間的間隙最大，造成滑塊底端的夾具貼合面平面度、直線度無法滿足夾具安裝要求。夾具無法有效夾緊模具，最終導致在壓型過程中模具發生輕微位移，板材加工出來成形誤差大，不僅造成后工序無法裝配，形成的返工、返修極大的浪費人力與物力資源。作業人員通常在間隙較大的位置填補不同厚度的薄銅片，在一定程度上消除活動間隙以臨時使用。但是這樣將形成一定的設備隱患，不僅可能加劇滑塊的磨損，也將影響夾具、模具的性能。數控折彎機滑塊接口如圖1 所示。

圖1 數控折彎機滑塊接口

2 變形原理分析

折彎機滑塊是折彎機中受力與結構最復雜的大型部件，通常采用Q235 鋼焊接而成，在折彎時兩側油缸對滑塊施加一個向下的折彎力，滑塊通過球面塊和活塞桿連接。在滑塊背面，有壓塊與導向塊對滑塊的上下運動提供平面約束。折彎機的工作臺與油缸是主要的承載部分，工作臺的中心和油缸的中心處于同一平面內，根據作用力與反作用力原理，作用力施加在滑塊與油缸的貼合面處，垂直向下且均勻分布，滑塊在工作時，板材對滑塊的反作用力作用在滑塊底面，垂直向上且均勻分布。使用ANSYS 有限元分析軟件對折彎機整體進行模擬，建立起相應的有限元模型，滑塊變形形成對稱分布，并且滑塊底端最中間的位置變形量最大，變形量由中間向兩側逐漸減小[1]。揚州大學的周歡等人[2]，通過使用位移傳感器對滑塊進行變形測量，驗證滑塊在主要承受豎直方向折彎力的同時，還受到板料對滑塊的水平推力，且呈現中間大、兩端小的趨勢，此結果展現出來的變形趨勢符合現場的實際情況，與滑塊變形現象吻合。

3 滑塊變形的處理方案及其優劣勢

由于滑塊整體更換的成本較高，動輒高達數十萬元，并且加工周期較長，難以及時滿足生產現場的需求。為了應對滑塊變形問題，且結合降低成本、提高穩定性等多種因素，可以考慮對滑塊的夾具安裝面進行加工處理，經過多次實踐及考量，共提出3 種優化改造方案。

3.1 修磨夾具安裝接口

該方案是把整個滑塊拆卸下來后，采用精度較高的龍門鏜銑床對原夾具安裝接口進行精加工。加工時需選定好基準面，首先用千分表測量滑塊安裝接口各個接觸面的實際變形程度，再根據變形情況對滑塊進行加工，在加工完成后，需靜置一段時間保證應力釋放，保證平面的平面度可以控制在0.1 mm 以內，即可滿足要求，若對粗糙度有更高要求則需在磨床上進行磨削加工。此外，加工時需保證夾具安裝槽的深度以及模具安裝槽的寬度，避免因加工不均衡造成夾具無法安裝或施加壓力時無法夾緊模具。雖然該方案的維修成本較低，且加工周期短，短期內可以保證使用，但夾具安裝接口整體厚度變薄，此處強度隨之下降，并且在折彎過程中工作中心沿X 軸向喉口內側發生偏移，形成的轉矩將加速滑塊接口的變形，使用壽命無法與原尺寸接口相比擬。此方案適用于短時間內便要求將設備恢復生產的情況，同時也保留進一步改造的可能。加工示意如圖2 所示。

圖2 加工示意

3.2 切除原接口，重新加工

該方案是將原夾具安裝接口整體切除，按設備出廠的標準尺寸在滑塊上加工出新的夾具安裝接口，此方案維修成本相對較低，無需其他材料成本。但是由于安裝接口切除后，接口位置需要整體向上移動將近120 mm。而經過現場核算，該型號折彎機滑塊沿垂直方向只能繼續下降90 mm油缸便達到下極限位置，油缸工作行程無法滿足要求。此外，若考慮將折彎機下工作臺整體抬高（包括但不限于增加工作臺厚度）以應對油缸行程不足的問題，又衍生出來需將后靠模升降軸同步抬高才能對工件進行定位，在此情況下升降軸絲杠行程同樣有限，該改造方案在此型號折彎機上并不適用。

3.3 切除原接口，新裝過渡塊

該方案是在切除原夾具安裝接口以后，按設備出廠的標準尺寸新制一套過渡塊用于連接夾具與滑塊。過渡塊與原滑塊采用高強度螺栓連接，并且每間隔500 mm 在過渡塊上設置安裝孔位置形成均勻分布，同時橫向中心線位置設有平鍵用于縱向定位，保證高標準的定位精度（在此工況下無需鍵傳遞轉矩與較大的載荷，因此鍵難以發生磨損與失效）。在承載能力要求不小于142 t/m 的基礎上，為提高滑塊接口處的強度與耐磨性，對制作材料進行重新選型，經過對比研究，發現超高強度鋼材料42CrMo 適用于折彎機過渡塊的制作。原滑塊材料與過渡塊材料力學性能對比情況見表1，材料在力學性能上有很大提升。

表1 滑塊材料力學性能對比

這套方案的優點是保留原有的結構設計，可靠性高，過渡塊可直接根據圖紙進行加工制作，加工精度檢測方便，控制精準，制作出來的過渡塊精度高，同時由該材料加工而成的過渡塊難以發生塑性變形，大大延長使用壽命，但缺點是加工時需過渡塊與滑塊配合以鉆孔、銑鍵槽等，所需周期相對在原滑塊上直接加工的方式較長，成本相對較高。過渡塊安裝效果如圖3 所示。

圖3 過渡塊安裝效果

4 結語

通過對640T 折彎機滑塊變形問題的研究，不僅對后續滑塊變形問題的處理具備一定的指導意義，針對不同類型的數控折彎機或不同需求下即可選取不同的處理方案，同時處理后的滑塊直線度及平面度均可達到精度要求，加工出來的產品滿足工藝要求，同時也有利于提高設備的安全性以及可靠性。