折彎?rùn)C(jī)上模液壓自動(dòng)夾緊裝置設(shè)計(jì)

顧忠新，胡智明，劉興訊

（1.濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東濟(jì)南250022；2.北京恒聚化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京通州101109）

折彎?rùn)C(jī)上模液壓自動(dòng)夾緊裝置設(shè)計(jì)

顧忠新1，胡智明1，劉興訊2

（1.濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東濟(jì)南250022；2.北京恒聚化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京通州101109）

本文針對(duì)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，介紹了兩種操作簡(jiǎn)單、使用方便的新型上模液壓自動(dòng)夾緊裝置。主要介紹其技術(shù)原理、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)特點(diǎn)以及工作過程。通過與傳統(tǒng)上模夾緊裝置進(jìn)行對(duì)比分析，使讀者對(duì)其高效、可靠、安全等技術(shù)特點(diǎn)有進(jìn)一步了解，同時(shí)為此類技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供有益的技術(shù)參考。

數(shù)控折彎?rùn)C(jī)；模具夾緊裝置；換模效率；上模

數(shù)控折彎?rùn)C(jī)作為一種使用最廣泛的板料彎曲設(shè)備被廣泛應(yīng)用于金屬板材加工和設(shè)備制造行業(yè)，與數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控激光切割機(jī)等構(gòu)成了金屬板材加工不可或缺的配套設(shè)備。其采用簡(jiǎn)單的通用模具，通過滑塊的反復(fù)運(yùn)動(dòng)將板料折彎成比較復(fù)雜的各種截面形狀[1]。

隨著數(shù)控、伺服、模具等新技術(shù)的進(jìn)步與應(yīng)用，數(shù)控折彎?rùn)C(jī)技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在節(jié)能、高效等方面。同時(shí)，隨著人們對(duì)折彎精度、折彎效率的要求不斷提高，各種功能部件越來越豐富多樣。一些科研實(shí)力雄厚的企業(yè)開始側(cè)重于各種功能部件的研發(fā)與設(shè)計(jì)，努力提高機(jī)床的自動(dòng)化程度。在所有功能部件中對(duì)折彎精度和折彎效率影響最突出的是上?？焖賷A緊裝置，尤其是在多品種、小批量折彎生產(chǎn)中，換模效率的提高顯得尤為突出[2-4]。

為此，本文介紹兩種操作簡(jiǎn)單、使用方便、節(jié)能高效的新型上模夾緊裝置，主要介紹其技術(shù)原理、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)特點(diǎn)以及工作過程。

1 傳統(tǒng)夾緊裝置技術(shù)簡(jiǎn)介

圖1 偏心式快速夾緊機(jī)構(gòu)

圖2 螺紋式快速夾緊機(jī)構(gòu)

國(guó)內(nèi)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)上模夾緊裝置通常采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)，如圖1、2所示。其中圖1采用的是偏心式快速夾緊機(jī)構(gòu)，主要特征為操作手柄端部為凸輪桿，操作手柄通過圓柱銷與前端夾塊固定在一起，前端夾塊與固定塊之間夾有彈簧。當(dāng)對(duì)折彎?rùn)C(jī)上模進(jìn)行快速夾緊動(dòng)作時(shí)，首先要將折彎?rùn)C(jī)上模從快速夾緊裝置側(cè)面插入，通過旋轉(zhuǎn)操作手柄將上模快速夾緊，當(dāng)反向旋轉(zhuǎn)操作手柄時(shí)，通過前端夾塊與固定塊之間的彈簧將前端夾塊快速?gòu)?fù)位，模具松開并從側(cè)面運(yùn)出。這種裝置使用方便，操作簡(jiǎn)單，但存在夾緊力不均勻及需將模具從側(cè)面插入等問題。圖2采用的是螺紋式快速夾緊機(jī)構(gòu)，當(dāng)對(duì)折彎?rùn)C(jī)模具進(jìn)行快速夾緊動(dòng)作時(shí)，首先要將折彎?rùn)C(jī)上模從快速夾緊裝置側(cè)面插入，通過旋轉(zhuǎn)操作手柄帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿進(jìn)而帶動(dòng)前端夾塊向前運(yùn)動(dòng)夾緊模具，當(dāng)反向旋轉(zhuǎn)手柄時(shí)，前端夾塊在螺桿帶動(dòng)下向后運(yùn)動(dòng)，將模具松開并從側(cè)面運(yùn)出。這種結(jié)構(gòu)夾緊力大、自鎖性好、操作簡(jiǎn)單，但存在夾緊力不均勻，夾緊速度慢等問題。

2 液壓自動(dòng)夾緊裝置設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)折彎?rùn)C(jī)上模液壓自動(dòng)夾緊裝置的特點(diǎn)、受力情況以及折彎?rùn)C(jī)上模的大小，本文推出兩種解決方案。

方案一：通過采用對(duì)壓縮膠管注入壓力油產(chǎn)生的膨脹力來夾緊模具，在夾緊裝置兩端各開設(shè)有安全鎖，當(dāng)上模夾緊后，安全鎖中的安全銷插入模具銷孔中，當(dāng)膠管內(nèi)部壓力消失時(shí)可以有效保護(hù)操作者和模具安全。本液壓自動(dòng)夾緊裝置適用于大型成型模具，比如汽車行業(yè)壓制門窗弧形的圓弧模具。

方案二：同樣采用壓縮膠管產(chǎn)生的膨脹力來擠壓模具。并且本液壓自動(dòng)夾緊裝置中同時(shí)還包含有上模撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和安全鎖緊機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中的上楔塊來擠壓頂銷，頂銷擠壓模具，進(jìn)而達(dá)到補(bǔ)償上模撓度的目的；通過安全鎖緊結(jié)構(gòu)中安全銷可有效保護(hù)操作者和上模的安全。本液壓自動(dòng)夾緊裝置適用于普通標(biāo)準(zhǔn)模具，并且模具可進(jìn)行分段。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)方案一的設(shè)計(jì)思路可得出如圖3、4所示的上模液壓自動(dòng)夾緊裝置。該上模液壓自動(dòng)夾緊裝置包含有夾緊機(jī)構(gòu)和安全鎖緊機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)包括上模座、回彈螺釘、頂板、彈簧、蓋板、膠管以及隨動(dòng)膠管、過渡接頭和堵頭等。上模座通過若干個(gè)螺釘固定于滑塊底部。上模座垂向加工有放置上模模柄的凹槽，一側(cè)加工有若干個(gè)并列分布的沉頭孔，沉頭孔中放置有用于擠壓模具的回彈螺釘和用于回彈螺釘復(fù)位的彈簧。上模座側(cè)面固定有蓋板，蓋板中開設(shè)有貫通槽，貫通槽中裝設(shè)有頂板和膠管，頂板處于回彈螺釘和膠管之間。非工作狀態(tài)下膠管處于壓縮狀態(tài)。如圖4所示，夾緊裝置兩側(cè)開設(shè)有安全鎖機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)中包括氣缸、安全銷等。上模座和折彎?rùn)C(jī)上模左右兩側(cè)均開設(shè)有銷孔，當(dāng)上模夾緊后，氣缸推動(dòng)安全銷穿過上模座銷孔插入上模銷孔中，確保膠管內(nèi)部壓力突然消失時(shí)，折彎?rùn)C(jī)上模仍能懸掛在上模座凹槽中，確保操作者和模具的安全。

圖4 安全鎖機(jī)構(gòu)

圖5 方案二上模液壓自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)

圖6 安全鎖緊機(jī)構(gòu)

根據(jù)方案二的設(shè)計(jì)思路可得出第二種上模液壓自動(dòng)夾緊裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5、6、7所示。從示意圖中可以看出該上模液壓自動(dòng)夾緊裝置包含有夾緊機(jī)構(gòu)、撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)以及安全鎖緊機(jī)構(gòu)。夾緊機(jī)構(gòu)包括上模座、蓋板、頂板、回彈螺釘、第一彈簧、膠管、隨動(dòng)膠管以及過渡接頭和堵頭。上模座通過螺釘與滑塊底部固定，上模座底部開設(shè)有水平貫通槽，側(cè)面開設(shè)有第一沉頭孔，第一沉頭孔中裝設(shè)有套裝在回彈螺釘表面的第一彈簧，回彈螺釘穿過第一沉頭孔與折彎?rùn)C(jī)上模模柄接觸。在上模座上面設(shè)置有蓋板，蓋板上設(shè)置有水平貫通槽，水平貫通槽內(nèi)部設(shè)有膠管，膠管一端采用堵頭堵住，另一端與過渡接頭和隨動(dòng)膠管相連接。膠管和回彈螺釘之間裝設(shè)有頂板。初始狀態(tài)下，膠管在第一彈簧預(yù)緊力作用下處于壓扁狀態(tài)。

圖7 上模撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)

如圖6所示，本裝置還包含有安全鎖緊機(jī)構(gòu)，安全機(jī)構(gòu)鎖緊包括安全銷、頂絲和第二彈簧。上模座側(cè)面開設(shè)有若干第二沉頭孔，第二沉頭孔一端與水平貫通槽貫通，另一端開設(shè)有螺紋。安全銷穿過第二沉頭孔與折彎?rùn)C(jī)上模凹槽接觸，通過旋轉(zhuǎn)頂絲可以調(diào)整第二彈簧的預(yù)緊力，從而調(diào)整安全銷與折彎?rùn)C(jī)上模的擠壓力，確保夾緊機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，上模仍能懸掛于上模座中，保證操作者和模具安全。

如圖7所示，本裝置還包含有上模撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，上模撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包含有若干上楔塊、下楔塊、頂銷、碟簧組以及第三彈簧等。上模座上部開設(shè)有若干個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽開設(shè)有兩個(gè)第三沉頭孔，第三沉頭孔一端與上模座下部貫通。上楔塊與下楔塊滑動(dòng)配合并裝設(shè)于上模座凹槽中并且上、下楔塊通過螺釘與上模座連接，上楔塊與上模座之間裝設(shè)有碟簧組。第三沉頭孔中安裝有套裝在頂銷表面的第三彈簧，頂銷穿過第三沉頭孔與折彎?rùn)C(jī)上模接觸。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）本文設(shè)計(jì)的上模液壓自動(dòng)夾緊裝置比機(jī)械夾緊裝置更具重要意義，不但可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且操作更加簡(jiǎn)單，模具可直接插入上模座凹槽中；

（2）本文夾緊裝置采用液壓夾緊，夾緊力可精確調(diào)整，夾緊力分布均勻，可靠性增加；

（3）本文夾緊裝置設(shè)有安全機(jī)構(gòu)，能有效保護(hù)操作者和模具的安全；

（4）本文夾緊裝置采用膠管膨脹擠壓模具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性好；

（5）方案二中夾緊裝置設(shè)有撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，能有效提高折彎精度；

（6）方案二中折彎?rùn)C(jī)上?？蛇M(jìn)行分段，可裝配不同的折彎?rùn)C(jī)上模。

2.4 運(yùn)動(dòng)過程

方案一：首先通過機(jī)械手或人工操作將折彎?rùn)C(jī)上模安放于工作臺(tái)下模上，滑塊帶動(dòng)上模座向下運(yùn)動(dòng)，將折彎?rùn)C(jī)上模模柄插入到上模座凹槽中，滑塊運(yùn)動(dòng)至下死點(diǎn)，啟動(dòng)相關(guān)液壓系統(tǒng)，液壓回路中壓力油進(jìn)入膠管并進(jìn)行沖壓，膠管膨脹擠壓頂板和蓋板，由于蓋板與上模座固定，頂板擠壓回彈螺釘，回彈螺釘擠壓上模模柄和彈簧，從而將上模夾緊。此時(shí)，安全鎖緊機(jī)構(gòu)中氣缸推動(dòng)安全銷穿過上模座銷孔進(jìn)入折彎?rùn)C(jī)上模銷孔中。

當(dāng)進(jìn)行換模操作時(shí)，安全鎖緊機(jī)構(gòu)中氣缸反向充氣，安全銷從折彎?rùn)C(jī)上模銷孔中拔出，膠管泄壓，通過彈簧的預(yù)緊力將回彈螺釘彈出，折彎?rùn)C(jī)上模被松開，此時(shí)可通過人工或機(jī)械手進(jìn)行換模操作。

方案二：當(dāng)本裝置進(jìn)行工作時(shí)，首先通過人工操作或機(jī)械手操作將折彎?rùn)C(jī)上模模柄部位插入到上模座貫通槽中，通過折彎?rùn)C(jī)上模模柄部位與安全裝置中安全銷倒角部位的滑動(dòng)配合克服第二彈簧的預(yù)緊力，當(dāng)折彎?rùn)C(jī)上模模柄完全進(jìn)入到上模座貫通槽中，安全銷壓入折彎?rùn)C(jī)上模凹槽部位，安全鎖緊機(jī)構(gòu)將折彎?rùn)C(jī)上模鎖緊并懸掛在上模座中?？梢酝ㄟ^調(diào)整頂絲來調(diào)整第二彈簧預(yù)緊力大小，從而調(diào)整安全銷與折彎?rùn)C(jī)上模之間的擠壓力。

當(dāng)所需要的折彎?rùn)C(jī)上模全部放入本裝置時(shí)，折彎?rùn)C(jī)上、下模合模并啟動(dòng)相關(guān)液壓系統(tǒng)，壓力油通過隨動(dòng)膠管進(jìn)入膠管內(nèi)部，膠管膨脹并擠壓頂板和蓋板，由于蓋板與上模座通過螺釘固定，頂板擠壓回彈螺釘，回彈螺釘擠壓第一彈簧并夾緊折彎?rùn)C(jī)上模。

此時(shí)可通過折彎?rùn)C(jī)上模撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)來對(duì)上模撓度進(jìn)行補(bǔ)償，首先通過順時(shí)針旋轉(zhuǎn)第二螺釘來調(diào)整上楔塊的位置，上楔塊擠壓碟簧組和下楔塊，下楔塊擠壓頂銷，頂銷擠壓第二彈簧和折彎?rùn)C(jī)上模并對(duì)上模撓度進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)取消撓度補(bǔ)償時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)第二螺釘，通過碟簧組的預(yù)緊力將上楔塊向后移動(dòng)，通過第二彈簧的預(yù)緊力將頂銷和下楔塊向上頂起，上模撓度補(bǔ)償消失。

當(dāng)進(jìn)行換模操作時(shí)，首先膠管泄壓，第一彈簧通過預(yù)緊力將回彈螺釘彈出，膠管被壓扁，折彎?rùn)C(jī)上模被松開，通過手工操作或機(jī)械手操作克服第三彈簧的預(yù)緊力將折彎?rùn)C(jī)上模取下并進(jìn)行換模操作。

3 結(jié)束語

隨著加工制造業(yè)的快速發(fā)展和自動(dòng)化程度的快速提高，對(duì)折彎?rùn)C(jī)換模效率的要求也越來越高，因此本文折彎?rùn)C(jī)上?？焖賷A緊裝置的研制成功具有重要意義。通過對(duì)這一技術(shù)的研究，不但提高了該領(lǐng)域技術(shù)先進(jìn)性和換模效率，同時(shí)提高了折彎精度。合理使用這一技術(shù)將進(jìn)一步提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，獲得豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]顧忠新，胡智明.基于ANSYS折彎?rùn)C(jī)機(jī)架的有限元分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，49（2）：26-28.

[2]錢榮芳.大型壓力機(jī)的快速換模系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2005，40（5）：23-25.

[3]Dan Daniels，王恩權(quán).快速更換模具的一些方法[J].模具技術(shù)，1989，（6）：57-61.

[4]周淑君，王其哲.模具夾緊器性能的改善[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2003，38（6）：24-25.

Design of automatic hydraulic clam ping device for upper tool in press brake

GU Zhongxin1,HU Zhiming1，LIU Xingxun2
（1.Jinan Foundry＆amp;Metalforming Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Jinan 250306,Shandong China；2.Beijing Hengju Chemical Group Corporation,Beijing 101109,China）

Aiming at the development trend of CNC press brake,two new kinds of automatic hydraulic clamping device for upper tool in easy and simple operation have been introduced.The technical principle, structure design,technical characteristics and working process have been mainly expounded.By comparing and analyzing with conventional clamping device for upper tool,the technical advantages of hydraulic clamping device including high efficiency＆amp;reliability and safety have been pointed out.Meanwhile,it provides helpful technical reference for development and application of this kind of technology.

CNC press brake;Tool-changing efficiency;Tool-holder;Upper tool

TG315.5+4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.013

1672-0121（2016）05-0045-03

2016-01-06；

2016-03-20

顧忠新（1985-），男，碩士，工程師，從事數(shù)控剪折設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)。E-mail：13964161002@163.com