折彎機三大件多層分體結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

呂毓軍

（1.天水鍛壓機床集團有限公司 國家認定企業(yè)技術(shù)中心，甘肅 天水 741020；2.甘肅省制管設(shè)備自動化及信息化重點實驗室，甘肅 天水 741020）

折彎機三大件多層分體結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

呂毓軍1，2

（1.天水鍛壓機床集團有限公司 國家認定企業(yè)技術(shù)中心，甘肅 天水 741020；2.甘肅省制管設(shè)備自動化及信息化重點實驗室，甘肅 天水 741020）

立柱、工作臺和滑塊是折彎機關(guān)鍵零件，其強度和剛性對機床精度影響至關(guān)重要。通過分析立柱、工作臺和滑塊的結(jié)構(gòu)及受力狀況，提出一種多層分體組合結(jié)構(gòu)，代替整體焊接結(jié)構(gòu)，降低單件外形和重量，達到便于加工、運輸和安裝的效果。通過實際使用驗證得出多層分體結(jié)構(gòu)是折彎機尤其是大噸位折彎機大件理想的結(jié)構(gòu)方式。

折彎機；立柱；工作臺；滑塊；多層分體結(jié)構(gòu)

折彎機是鈑金行業(yè)工件折彎成形的重要設(shè)備，其作用是將鋼板根據(jù)工藝需要壓制成各種形狀的零件。如圖1所示為液壓板料折彎機[1]結(jié)構(gòu)示意圖，主要由左右立柱、工作臺、橫梁組成機架，左右油缸固定在立柱上，滑塊與油缸的活塞連接、沿固定在立柱上的導(dǎo)軌上下運動，下模固定在工作臺上，上模安裝在滑塊下端，液壓系統(tǒng)提供動力，電氣系統(tǒng)給出指令，在油缸作用下，滑塊帶動上模向下與下模閉合實現(xiàn)板料的折彎。

圖1 液壓板料折彎機結(jié)構(gòu)示意圖

左右立柱、工作臺和滑塊（以下簡稱三大件）是折彎機的關(guān)鍵零件，三大件的重量之和占一臺折彎機總重量的70%～80%。其強度和剛性直接決定機床的運行精度、使用壽命，以及工件的精度。大噸位折彎機三大件外形尺寸和重量往往超過公路和鐵路運輸限制，在平原地帶超寬超重件運輸相對容易，在山路或隧道超寬超重件運輸費用則要占很大成本，甚至有時無法運輸。為了解決此問題，研制了將三大件寬度分體或高度分體結(jié)構(gòu)，對于分體后仍超限的零件在厚度方向分層設(shè)計，組裝后的強度和剛性滿足要求，達到便于運輸和安裝的目的。

1 三大件受力分析

1.1 立柱受力分析

折彎機立柱分左右對稱兩件，分別安裝在機床的兩側(cè)，機床工作過程中折彎工件的反力通過工作臺和滑塊最終傳遞到立柱上，是機床主要受力部位。由于立柱為C形結(jié)構(gòu)，如圖2所示，立柱喉口部位產(chǎn)生向上和向下的與折彎力F相反的一對平衡內(nèi)力，喉口產(chǎn)生變形[2]，喉口深度C越大，喉口張開角α越大，喉口變形影響上下模合模時中心線不重合，導(dǎo)致工件成形后精度變差，由于立柱受力是疲勞變形過程，隨著工作時間增加，立柱會產(chǎn)生永久變形。為了滿足強度，立柱喉口寬度B要不斷加寬，對于高精度折彎機還要滿足剛度要求，喉口寬度B還要再加寬，結(jié)果是立柱總寬H增加，有些超出發(fā)貨極限。

1.2 滑塊與工作臺受力分析

圖2 喉口受力變形示意圖

滑塊安裝在油缸的柱塞或活塞桿的下端面，工作臺安裝在左右立柱下端支撐球面上，兩者均是直接參與工件折彎的關(guān)鍵零件，工作臺和滑塊的剛性直接影響工件成形后的角度和直線度精度[3]，滑塊與工作臺均是簡支梁受力[4]，受力方向相反，因此只分析滑塊受力情況。如圖3所示，滑塊受力以油缸活塞桿或柱塞連接面為支點，中間按工件長度承受均勻載荷。同噸位折彎機的滑塊，變形量f大小與油缸中心距離L、滑塊高度H、工件長短等因素有關(guān)，為滿足強度或剛度要求，兩油缸中心距離L越大或滿負荷折彎工件長度越短，要求滑塊高度H越高，有可能超出發(fā)貨極限。

圖3 滑塊受力變形示意圖

2 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 立柱前后分體結(jié)構(gòu)

折彎機立柱根據(jù)不同噸位、不同喉口深度立柱寬度H取值都不同，噸位越大立柱越寬，對于同噸位機床喉口越深、立柱越寬。當立柱超出運輸極限要求時采取分體或分層處理保證每個單件的重量和外形尺寸在運輸極限內(nèi)。如圖4所示2500t喉口深度1600mm的立柱結(jié)構(gòu)示意圖，立柱總寬H分成立柱前部H1與立柱后部H2兩部分，上下通過夾板相連，通過銷軸進行定位，并有一定過盈消除間隙，中間由法蘭螺釘連接，有預(yù)緊力矩保證前后兩體成為一個剛性體。其中關(guān)鍵是分型面的選擇，分型面最好選擇在沿高度方向立柱沒有拉長變形的截面，此時連接件如銷軸和螺釘只受拉力作用的部位，受力合理，連接可靠。分型面靠前或靠后時，連接件的強度應(yīng)取得更高。

圖4 立柱前后分體結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 立柱厚度分層前后分體結(jié)構(gòu)

對于超大噸位折彎機，前后分體后，立柱前部的重量仍然超重超寬，無法正常運輸，此時由于喉口深度限制，沒法再進行前后分體，需要在厚度上分層組合。如圖5所示3000t喉口深度1100 mm的立柱結(jié)構(gòu)示意圖，立柱前部分內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩件，通過銷軸定位，螺釘預(yù)緊連接，再與立柱后部連接，通過多排鍵定位，法蘭螺釘預(yù)緊連接，使三者達到一個剛性體。三個件的單重都控制在運輸極限內(nèi)，便于運輸和安裝。

3 滑塊和工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 滑塊分體結(jié)構(gòu)

為了滿足滑塊的強度和剛性，折彎機噸位越大，滑塊高度越高，同噸位折彎機，滑塊越長，滑塊高度越高。當滑塊超出運輸極限要求時采取分體或分層處理保證每個單件的重量和外形尺寸在運輸極限內(nèi)。如圖6所示3600t滑塊長度14000mm的結(jié)構(gòu)示意圖，滑塊高度H分成滑塊下體H1和滑塊上體H2兩部分，兩端通過夾板和銷軸定位并脹緊，中間用法蘭螺釘預(yù)緊連接使上下兩體成為一個剛性體。其中關(guān)鍵是上下分型面的選擇，分型面選在滑塊主體沿長度方向沒有拉長變形的截面，此時銷軸和螺釘只受拉力作用，受力合理，連接可靠。分型面靠下或靠上時，連接件的強度應(yīng)取得更高。

圖5 立柱厚度分層前后分體結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 滑塊上下分體結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 滑塊厚度分層上下分體結(jié)構(gòu)

大噸位長規(guī)格折彎機滑塊上下分體后仍然超重，需要分體后再在厚度方向分層，達到便于運輸和安裝的目的。如圖7所示3000t滑塊長度14200mm的結(jié)構(gòu)示意圖，滑塊由滑塊下體前部、滑塊下體后部和滑塊上體三部分組成，滑塊下體前部和后部通過銷軸定位，前后法蘭螺釘預(yù)緊連接，再與滑塊上部連接，通過多排鍵定位，法蘭螺釘預(yù)緊連接，使三者達到一個剛性體。

圖7 滑塊上下分體結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 工作臺分體結(jié)構(gòu)

工作臺根據(jù)機床結(jié)構(gòu)分兩種，如圖8a所示為上下兩體連接方式，此結(jié)構(gòu)多用于長工作臺或龍門式立柱的機型中，由工作臺上體和工作臺下體組成，分型面兩端由夾板銷軸定位和脹緊，中間通過鎖緊螺釘緊固。如圖8b所示為前后分體連接方式，此結(jié)構(gòu)多用于C型立柱機型中，由工作臺前體和工作臺后體組成，由工作臺與立柱連接的半圓塊作定位，厚度方向通過前后連接螺釘預(yù)緊緊固。前后分體式無分型面問題，剛性要優(yōu)于上下分體式，但工作臺寬度受限于發(fā)貨極限要求。

圖8 工作臺上下分體結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

折彎機立柱、工作臺和滑塊三大件采用多層分體組合結(jié)構(gòu)解決了大噸位長規(guī)格折彎機存在的整體零件無法運輸和安裝困難的各種問題。組合結(jié)構(gòu)的單件主體板采用中厚鋼板，材料的強度極限高，材料成本降低。組合結(jié)構(gòu)的厚度比整體厚度增加，因此強度增加，穩(wěn)定性更好，最后成形的工件精度更高。在2500t以上數(shù)控折彎機上使用多年，效果十分理想，可在大噸位折彎機結(jié)構(gòu)設(shè)計中推廣。

[1]JB/T2257.3-1999，板料折彎機 名詞術(shù)語[S].

[2]帥長紅.液壓機設(shè)計、制造新工藝新技術(shù)及質(zhì)量檢驗標準規(guī)范[M].北京：北方工業(yè)出版社，2006：114-116.

[3]GB/T 14349-2011，板料折彎機 精度[S].

[4]成大先.機械設(shè)計手冊（第4版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：1-132.

Design and research of multi-layer separated structure for three key parts of press brake

LV Yujun1,2
（1.National R&D Center,Tianshui Metalforming Machine Tool（Group）Co.,Ltd.,Tianshui 741020,Gansu China；2.Key Laboratory of Steel Pipe-Making Automation and Informationization of Gansu Province,Tianshui 741020,Gansu China）

The uprights,working table and ram are the key parts of press brake,of which the intensity&rigidity influence the accuracy of machine.By analyzing the structure and force of uprights,working table and ram,a kind of multi-layer separated structure has been put forward instead of whole welding structure.It can reduce the overall size of single part as well as the weight in order to be easily fabricated,transported and installed.It is proved by practice that the multi-layer separated structure is the ideal structure of large parts for press brake especially for heavy duty press brake.

Uprights,working table&ram of press brake;Multi-layer separated structure;Easy for fabrication and transportation

TG315.5+4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.03.007

1672-0121（2017）03-0031-03

2016-11-09；

2017-01-21

國家國際科技合作專項資助項目（2015DFA71480）

呂毓軍（1975-），男，高級工程師，國家級技術(shù)中心副主任，從事鍛壓機床及制管設(shè)備設(shè)計開發(fā)。E-mail：LVYJ2001@163.com