折彎機滑塊結構對工件折彎精度的影響分析

井溢濤

（濟南鑄鍛所檢驗檢測科技有限公司，山東 濟南 250399）

0 引言

折彎機主要適用于板料彎曲成形設備，廣泛應用于汽車、機械制造、造船、家用電器等行業。隨著現代科技的快速發展，對折彎機的折彎精度要求也越來越高。然而，滑塊作為折彎機的主要受力部件，在加工過程中會產生一定的彈性變形，嚴重影響工件的折彎精度，甚至無法滿足工件的工藝要求。因此，利用分析軟件模擬滑塊受力，找出滑塊的薄弱環節，進而合理設計滑塊結構，對于提高工件的折彎精度，降低工件加工成本有著重要意義。

1 滑塊結構分析

本文以某公司生產的WDB100-3100 折彎機為研究對象，對該型號的折彎機滑塊進行有限元分析，分析了滑塊全長受力及中間受力兩種載荷下的應力變形圖。發現油缸與滑塊接觸部位、滑塊圓角部位、工作臺與墻板焊接部位、工作臺與工件接觸部位等四個部位的應力值相對較大。為保證折彎機強度，應避免出現滑塊中間受力的工況，為后期優化分析提供了理論指導。

2 滑塊結構優化

為避免滑塊中間受力，本論文嘗試通過改變滑塊結構來實現滑塊的受力優化。通過改變滑塊結構建立新的模型，進行有限元分析。研究思路為將改變滑塊某一尺寸或位置尺寸定義為設計變量，對新建模型進行敏感度分析，設計變量在給定的變化范圍內確定設計尺寸與最大變形量的一般關系，為結構改進提供支持。

本文采用增加滑塊厚度、增加滑塊背部的加強筋、改變滑塊底部受力位置三種方案對滑塊進行優化，通過應力變形圖分析選出最優方案。

從圖1～3 可以看出，以上三種優化方案在一定程度上都可以減小滑塊的變形量。第一種方案，增加滑塊厚度可以在很大程度上減小滑塊變形，但通過增加滑塊重量減小變形會增加機床本身的重量，提高產品的制造成本，一般在實際生產中不建議采用。第二種方案，增加滑塊背部的加強筋在一定程度上也可以減小變形，但并不明顯，因此這種方案也非最優。第三種方案，從圖3 可以看出，滑塊受力位置尺寸為12cm時，此時的最大變形量最小，這個受力位置也就是滑塊受力位置在板厚中間時，滑塊的變形量最小，滑塊的變形得到了很好地改善。通過改變滑塊受力位置可以非常好地改善滑塊在工作時的受力狀況，而且該方案也不會增加生產制造成本，只是通過改變滑塊的結構尺寸。綜合以上三個方案，通過改變滑塊受力位置來減小滑塊變形是性價比最好的一種方案。

圖1 滑塊厚度與變形量的關系圖

圖2 滑塊最大變形量與筋板厚度的關系

圖3 滑塊最大變形量與受力位置的關系

3 試驗設計

通過有限元分析，找出滑塊結構最優方案，選取兩款相同型號的折彎機，將優化前后的滑塊分別裝在兩臺折彎機上，加工同一型號的工件，通過檢驗工件的折彎角度和折彎直線度來驗證有限元分析的正確性。

3.1 設備選型

將優化前后的滑塊分別裝在兩臺型號相同的設備上，如圖4、5 所示。

圖4 滑塊結構優化前的折彎機圖

兩臺折彎機安裝調試完畢后，按照國標進行調試檢驗，確保精度滿足國標要求。

滑塊優化前后的折彎機分別按照上述檢驗方法，得出兩臺設備化工作臺、滑塊的檢驗精度值如表1 所示。

表1 兩臺設備檢驗值

圖5 滑結構塊優化后的折彎機圖

3.2 試件選擇

根據國標GB/T14349-2011 的規定，折彎試件的具體尺寸如表2 所示。

表2 試件尺寸參數

試驗選擇試件材料為Q235A 鋼板，抗拉強度，其材料特性如表3 所示。

表3 Q235A 材料特性

折彎試件如圖6 所示。

圖6 折彎試件圖

3.3 工件折彎精度檢驗

本論文中研究的WDB100-3100 折彎機滑塊、工作臺及工件折彎精度參照國標GB/T14349-2011 的檢測方法進行檢測，具體指標如表4 所示。

表4 WDB100-3100 折彎機各參數精度值

3.3.1 工件折彎角度誤差檢驗

將萬能角度尺靠在折彎工件（圖7）的外表面上，每米至少測量3處，根據工件長度多處測量，誤差為測得的最大、最小角度與規定折彎角度90°的差值。

圖7 工件折彎角度誤差檢驗

3.3.2 工件折彎直線度精度檢驗

將長度1000mm 平尺的檢驗面與折彎試件（圖8）的棱邊接觸，用塞尺測量兩者之間的間隙δ，誤差為任意一米長度內的最大間隙值。

圖8 試件折彎直線度精度檢驗

3.4 試驗方案

試件總數為20件，試件折彎時應放置在工作臺的中間位置，折彎角度為90°。兩臺設備同時進行，原型設備折彎工件為1～10件，改進設備折彎工件為11～20 件。試驗結束后，按照上述檢驗方法檢驗20 件試件的折彎角度和直線度，折彎角度每個試件取三個位置測量，數據記錄如表5 所示。

表5 試件試驗數據記錄

3.5 實驗結果對比分析

將表3 中折彎角度誤差值進行數據處理，求出每個試件的角度誤差值，原型設備和改進設備折彎試件的角度誤差見圖9，直線度誤差見圖10。

圖10 原型設備和改進設備試件直線度誤差圖

由圖9、10 可以看出，原型設備試件折彎角度最大誤差為54′，直線度最大誤差有0.6mm，改進設備試件折彎角度最大誤差僅為54′，直線度最大誤差為0.5mm，優化改進后的折彎機試件折彎精度有了很大提高。

圖9 1 號設備和2 號設備試件折彎角度誤差圖

由表6 可更加直觀地看出，優化改進后的折彎機試件折彎角度誤差減小了67%，直線度誤差減小了22.5%。大大提高了折彎件的折彎質量。

表6 原型設備和改進設備試件平均誤差值

4 結論

按照國標中折彎機精度檢驗的指標對兩臺折彎機進行精度檢驗。本文在滑塊原有結構的基礎上改變受力位置，對比改進前后實驗數據可以得出該方案的正確性。從實踐上驗證了本改進結構的可行性、可靠性及必要性。通過對兩折彎機的實驗數據分析，用實驗中的真實數據驗證了優化后的折彎機對提高折彎試件精度有顯著的效果和作用。