連續(xù)成形波紋板液壓機(jī)及模具

文/夏衛(wèi)明，嵇寬斌·江蘇國(guó)力鍛壓機(jī)床有限公司

波紋板是鋼結(jié)構(gòu)中廣泛采用的一種加強(qiáng)腹板，可以大大加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)中。大型橋梁、涵洞、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)場(chǎng)、地鐵站、體育館等大量使用波紋板腹板鋼結(jié)構(gòu)，能起到節(jié)約用材的作用,如圖1、圖2所示。

大型波紋板的自動(dòng)化設(shè)備一直是工業(yè)中的難題?，F(xiàn)有的波紋板其波紋沿板料長(zhǎng)度方向延伸，一般采用輥壓方式成形，且一般用于薄板的成形。厚度為10mm以上的厚波紋板輥壓設(shè)備，其成形線非常長(zhǎng)，設(shè)備造價(jià)相對(duì)較高。

沿板料寬度方向的厚波紋腹板，采用輥壓方式成形較難實(shí)現(xiàn)，可采用沖壓方式加工。采用液壓機(jī)沖壓成形的波紋板，一般用于集裝箱等結(jié)構(gòu)，主要也是薄板形，一般在板料上通過(guò)模具壓出波紋狀的加強(qiáng)筋，板料產(chǎn)生局部的塑性變形，成形力不是很大。而對(duì)于厚板料、大節(jié)距的波紋板，如果采用塑性成形，其成形力相當(dāng)巨大，板料會(huì)變薄，設(shè)備造價(jià)過(guò)高。

我公司結(jié)合市場(chǎng)需要，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，研究開發(fā)了一種連續(xù)成形波紋板液壓機(jī)和模具?？梢约庸ぱ匕辶蠈挾确较虻暮癫y腹板，最大可連續(xù)加工厚度16mm，寬度為2400mm的厚波紋板。

圖1 大橋波紋板腹板

圖2 橋洞波紋板

需要解決的幾個(gè)難題

⑴波紋板沖壓兩側(cè)起翹：波紋板沖壓成形類似折彎過(guò)程，伴隨著波紋成形過(guò)程，板料的兩側(cè)會(huì)往上翹起。

⑵板料的收縮：隨著板料被壓入凹模，兩側(cè)的板料會(huì)向凹模型腔內(nèi)收縮。如果將板料兩側(cè)壓死，則壓邊力和成形力將顯著增大，設(shè)備噸位顯著增大，板料兩側(cè)產(chǎn)生塑性變形而變薄，這對(duì)于厚板來(lái)說(shuō)難度非常大，也是不可取的。

⑶連續(xù)送料：成形后的波紋在凹模中，這給連續(xù)送料帶來(lái)一定的難度。

機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了如圖3所示的整體方案，包括液壓機(jī)、模具、自動(dòng)送料工作臺(tái)等。液壓機(jī)主要包括機(jī)身、上滑塊、下滑塊、主缸和頂出缸。

連續(xù)壓制沿寬度方向的波紋板，其工藝過(guò)程描述如下：頂出缸的活塞桿伸出→下滑塊沿導(dǎo)軌頂出，下模升起到設(shè)定位置→上滑塊快下至變速點(diǎn)→壓料缸伸出壓住板料兩側(cè)→上模隨上滑塊加壓下行，將板料下壓直至上模將板料壓緊在下模中（此時(shí)下滑油缸壓力保持住，提供強(qiáng)大的托舉力）→保壓→上下滑塊泄壓→上滑塊退回→下滑塊退回→送料機(jī)構(gòu)送料一個(gè)波距的長(zhǎng)度。

上模的凸弧面為連續(xù)弧形波紋的一個(gè)波長(zhǎng)，連續(xù)壓制即得到連續(xù)成形波紋板。該波紋板波紋沿板料寬度方向，采用輥壓成形不易實(shí)現(xiàn)，本方案采用沖壓成形比較容易，設(shè)備造價(jià)相對(duì)較低。

圖3 主機(jī)結(jié)構(gòu)

機(jī)身的前方設(shè)有自動(dòng)送料工作臺(tái)，自動(dòng)送料工作臺(tái)的頂面與所述平托料塊的頂面相平，機(jī)身的后方設(shè)有托料工作臺(tái)，托料工作臺(tái)的頂面與下模凹弧面的底部相平。波紋板沖壓成形后，下滑塊退回，讓出空間，自動(dòng)送料工作臺(tái)及托料工作臺(tái)同時(shí)動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向后送料。

兩主缸的油路連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，同步動(dòng)作，將壓料力分散開來(lái)，避免了壓料力過(guò)于集中，同時(shí)也避免了采用一個(gè)體積過(guò)大的主缸造成設(shè)計(jì)空間不足。前壓料缸和后壓料缸各設(shè)有三個(gè)，三只前壓料缸的油路連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，三只后壓料缸的油路連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，同步動(dòng)作，將壓料力分散開來(lái)，避免了壓料力過(guò)于集中，同時(shí)也避免了采用一個(gè)體積過(guò)大的壓料缸造成設(shè)計(jì)空間不足。兩頂出活塞缸負(fù)責(zé)下滑塊的空行程工作，十五個(gè)頂出缸共同產(chǎn)生墊力，通過(guò)下滑塊支撐上滑塊的公稱力。

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

模具結(jié)構(gòu)見圖4所示。圖5、圖6是模具的局部放大圖。

圖4 模具結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 A局部視圖

圖6 B局部視圖

模具結(jié)構(gòu)介紹如下：上模的前方設(shè)有平壓料塊，平壓料塊連接在前壓料缸的活塞桿下方，前壓料缸固定在上滑塊的前部；上模的后方設(shè)有凸弧壓料塊，凸弧壓料塊連接在后壓料缸的活塞桿下方，后壓料缸固定在上滑塊的后部；平壓料塊的下方設(shè)有平托料塊，平托料塊位于下模的前方且支撐在下模墊板上；凸弧壓料塊的下方設(shè)有與之相適配的凹弧托料塊，凹弧托料塊位于下模的后方且支撐在下模墊板上。

板料被上模下壓時(shí)，需要解決被壓部位兩側(cè)的起翹問(wèn)題，本模具的上模及下模的前方設(shè)置平壓料塊和平托料塊，平的板料被夾持在平壓料塊和平托料塊之間，不會(huì)形成上翹；在上模及下模的后方設(shè)置凸弧壓料塊和凹弧托料塊，已壓制的波紋被夾持在凸弧壓料塊和凹弧托料塊之間，也不會(huì)形成上翹，且凸弧壓料塊、凹弧托料塊的中心與上模、下模的中心之間正好間隔一個(gè)波長(zhǎng)，與上模、下模共同配合使板料形成連續(xù)的波紋。

模具方案的進(jìn)一步改進(jìn)，前壓料缸和后壓料缸的活塞桿下端分別連接有上球碗(如圖7所示)，雙頭球桿的上球頭分別鉸接在上球碗中，雙頭球桿的下球頭分別鉸接在下球碗中，前壓料缸的下球碗底部與平壓料塊的頂部相連接，后壓料缸的下球碗底部與凸弧壓料塊的頂部相連接。

圖7 壓料缸結(jié)構(gòu)

板料在壓制過(guò)程中，兩側(cè)會(huì)向上模和下模的方向收縮，板料收縮形成的壓料中心線的變化對(duì)壓料缸有很大影響，在前壓料缸和后壓料缸的活塞桿下端連接有上球碗、雙頭球桿和下球碗的鉸接結(jié)構(gòu)，在活塞桿軸線保持不變的情況下，雙頭球桿的下端可以隨平壓料塊或凸弧壓料塊微微擺動(dòng)，以適應(yīng)板料的收縮變化，避免前壓料缸和后壓料缸受損及板料與平壓料塊或凸弧壓料塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)支撐塊導(dǎo)軌與托料塊導(dǎo)槽的配合，當(dāng)板材出現(xiàn)收縮時(shí)，托料塊可以在支撐塊上向后滑動(dòng)，以適應(yīng)板料在壓制過(guò)程中的收縮；前后限位塊對(duì)前支撐塊的前端面起到限位的作用，限制了前支撐塊向前的最大行程。

液壓原理方案

液壓系統(tǒng)采用獨(dú)立集成的功能控制模塊，如圖8所示。主要由泵源閥塊系統(tǒng)、充液閥控制系統(tǒng)、壓力料缸控制系統(tǒng)和頂出缸控制系統(tǒng)組成。其中壓料缸控制系統(tǒng)使用了兩組，主要考慮到在壓制第一道波形時(shí)，只需要進(jìn)料側(cè)的壓料缸動(dòng)作，出料側(cè)的壓料缸壓頭為凸弧形，不便與第一道波形后側(cè)的平面板料相接觸。上下滑塊的位置采用位移傳感器反饋控制。上下滑塊泄壓通過(guò)充液閥D1、D2、D3實(shí)現(xiàn)，上下滑塊快速退回時(shí)，油缸內(nèi)大量油液通過(guò)充液閥回油箱。

圖8 波紋板液壓機(jī)液壓原理方案圖

這里將壓料缸閥塊系統(tǒng)的液壓原理做簡(jiǎn)單的介紹。壓料缸系統(tǒng)必須具備三個(gè)功能：⑴壓料缸活塞桿的快速伸出；⑵壓料缸活塞桿的快速退回；⑶壓料缸安裝在滑塊前后兩側(cè)，在上模接觸工件之前，壓料缸活塞桿先伸出，壓住板料，然后滑塊攻進(jìn)，成形波紋板。在此過(guò)程中，壓料缸的活塞桿隨著滑塊的下壓而被迫退回，此時(shí)壓料缸上腔需要溢流回油，保持壓料壓力，同時(shí)壓料缸下腔需要自動(dòng)補(bǔ)油。

圖9所示為壓料缸控制系統(tǒng)原理圖。P-進(jìn)油口，T-回油口。插裝閥C1為壓料缸閥塊系統(tǒng)建壓閥，電磁鐵YV1控制插裝閥C1的開啟和關(guān)閉，F(xiàn)1設(shè)置系統(tǒng)最大工作壓力25MPa。

圖9 壓料缸控制系統(tǒng)原理圖

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖10是我公司研制成功的YLM34-1600波紋板液壓機(jī)（上滑塊公稱1600t，下滑塊公稱力1650t）。圖11所示是采用人工送料壓制的波紋板試件。試件波紋板波形上下弧頂部的平整度非常好，將其放置于平整的工作臺(tái)上，下波紋底部與工作臺(tái)接觸良好，波高誤差只有±2mm，波長(zhǎng)誤差在±5mm。

圖10 試制成功的1600t波紋板液壓機(jī)

圖11 試壓的波紋板（板厚16mm）

結(jié)束語(yǔ)

⑴我公司結(jié)合市場(chǎng)的需要，實(shí)時(shí)開發(fā)了連續(xù)成形波紋板液壓機(jī)和模具，解決了厚板波紋連續(xù)成形的難題。該連續(xù)成形波紋板液壓機(jī)和模具解決采用輥壓方式成形沿寬度方向的厚波紋板成形的難題，設(shè)備造價(jià)相對(duì)較低。

⑵液壓機(jī)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新地采用了上下滑塊結(jié)構(gòu)，上下滑塊共用立柱四面八角導(dǎo)軌，解決了波紋板壓制成形后，波紋板陷在凹模中給連續(xù)送料帶來(lái)的困難。波紋板壓制成形后，只要將上下滑塊退回，讓出空間，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)送料。

⑶創(chuàng)新地采用了活塞桿端部雙球頭桿鉸接結(jié)構(gòu)的壓料缸和平壓料塊和弧形壓料塊結(jié)構(gòu)，消除了波紋板壓制成形過(guò)程中板料向模具型腔中收縮對(duì)壓料缸產(chǎn)生的巨大側(cè)向力，并解決了沖壓時(shí)板料兩側(cè)起翹的現(xiàn)象。

⑷波紋板模具巧妙地設(shè)計(jì)了可以滑動(dòng)的平壓料滑塊和弧形壓料滑塊，以適應(yīng)波紋板兩側(cè)板料不同形狀。采用彈簧復(fù)位，使得波紋板成形時(shí)兩側(cè)板料向模具中流動(dòng)時(shí)壓料滑塊自動(dòng)適應(yīng)壓力中心的變化。并設(shè)計(jì)了壓料滑塊限位機(jī)構(gòu)和位置調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，使得成形的波紋板節(jié)距可以微調(diào)。