家電裝備CNC折彎設(shè)備內(nèi)模設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

劉 萍 王一風(fēng)

（安徽擎天偉嘉裝備制造有限公司 滁州 239500）

引言

在家電裝備制造行業(yè)，隨著個(gè)性化產(chǎn)品需求的增加，CNC折彎成形設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越多，但隨之也出現(xiàn)了因原材料提供的廠家不同，板料機(jī)械性能存在差異，導(dǎo)致成型后的產(chǎn)品尺寸波動(dòng)大，產(chǎn)品品質(zhì)受到影響?，F(xiàn)有的大多數(shù)設(shè)備供應(yīng)商，通過(guò)頻繁更換內(nèi)模的方法，來(lái)解決不同廠家和不同批次板料所生產(chǎn)出產(chǎn)品尺寸不一致的問(wèn)題，而作者通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)中的R理論計(jì)算，同時(shí)對(duì)此類折彎的生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)試跟蹤，對(duì)應(yīng)板料的力學(xué)性能檢測(cè)，以及進(jìn)一步對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算分析，通過(guò)對(duì)客戶提供設(shè)備適用限制對(duì)采購(gòu)板材提出合理要求，從而保證生產(chǎn)線中CNC折彎設(shè)備的產(chǎn)品一致性，為折彎反彈的理論計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行更好的結(jié)合提供了分析指導(dǎo)說(shuō)明。

1 實(shí)際設(shè)備生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題

某司代號(hào)為WJ16-30項(xiàng)目是一條冰箱門殼的自動(dòng)生產(chǎn)成型線，由自動(dòng)上料、步進(jìn)沖切、兩側(cè)CNC折彎和兩端折彎及自動(dòng)下料各專機(jī)組成。其中CNC折彎專機(jī)在調(diào)試初期時(shí)，調(diào)試產(chǎn)品效果很好，兩側(cè)各道次的R成型后符合圖紙尺寸要求，一次性調(diào)試出合格產(chǎn)品。后來(lái)客戶要求提供樣件，再次提供一批板材，進(jìn)行小批生產(chǎn)，結(jié)果成形出的門殼兩側(cè)外r比調(diào)試時(shí)小了很多，r尺寸達(dá)不到圖紙要求，兩側(cè)出現(xiàn)折痕和壓印等缺陷。后來(lái)，按實(shí)際生產(chǎn)r的差距，重新制造了內(nèi)模條進(jìn)行更換，從而保證客戶樣件的按時(shí)提供。代號(hào)為WJ17-10項(xiàng)目是為某國(guó)企冰箱廠生產(chǎn)的普通門殼線的折彎設(shè)備，由于為客戶提供門殼定尺料的廠家不止一家，而其中一家的板材在使用過(guò)程中，生產(chǎn)出的產(chǎn)品與其他廠家板材生產(chǎn)的產(chǎn)品總是不一致，該團(tuán)隊(duì)針對(duì)設(shè)備使用過(guò)程中反饋的只吃細(xì)糧不吃粗糧的類似問(wèn)題，成立了攻堅(jiān)小組，決定從對(duì)設(shè)備的跟蹤、客戶走訪了解和處理方法不同的測(cè)試三個(gè)方面下手，對(duì)設(shè)備存在問(wèn)題進(jìn)行徹底的分析并尋找相應(yīng)的解決辦法。

2 針對(duì)設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行對(duì)比測(cè)試

WJ16-30項(xiàng)目的折彎?rùn)C(jī)是在客戶提供兩批次板料時(shí)出現(xiàn)折彎后的兩側(cè)r差距較大，只是新制更換了折彎內(nèi)模，變化了內(nèi)模的r的大小就臨時(shí)解決了問(wèn)題，針對(duì)該項(xiàng)目問(wèn)題，進(jìn)行跟蹤處理：

首先，設(shè)計(jì)人員仔細(xì)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)跟蹤和實(shí)驗(yàn)，針對(duì)同一專機(jī)的同一件模條，成形出的不同產(chǎn)品尺寸進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)客戶前后提供的兩批板材，成形出的r也有兩種尺寸，第一批r為29.5 mm，第二批為25.5 mm。成形后的角度第一批為90 °，第二批為110 °左右。針對(duì)此現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算。

計(jì)算折彎回彈的常用公式，大多是采用《模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的彎曲模具設(shè)計(jì)中的回彈公式（見圖1）。

式中：

rp— 折彎前的半徑尺寸(mm)；

r — 折彎后的半徑尺寸(mm)；

σs— 材料屈服極限（MPa）；

E — 材料彈性模量（MPa）；

t — 材料厚度 (mm)。

在該項(xiàng)目中，客戶產(chǎn)品圖要求r為29.5 mm，同時(shí)客戶簽訂的協(xié)議要求板材為PCM板，厚度為0.5 mm。因此設(shè)計(jì)時(shí)考慮按常規(guī)PCM基板鋼材屈服極限330～420 MPa區(qū)間取了400 MPa，彈性模量按2.06×105MPa，按回彈公式計(jì)算出rp為22 mm。在產(chǎn)品調(diào)試階段客戶提供的調(diào)試板材，經(jīng)過(guò)內(nèi)模條rp為22 mm折彎后，成型效果很好，一次就生產(chǎn)出了r為29.5 mm符合圖紙的合格產(chǎn)品。說(shuō)明理論計(jì)算和調(diào)試的第一批鋼板的機(jī)械性能參數(shù)是一致的。

但是在客戶要求小批量生產(chǎn)樣件并提供了第二批板料后，出現(xiàn)了與之前大相徑庭的結(jié)果，同一條線體，同樣rp=22 mm的內(nèi)模，CNC數(shù)控折彎后的r只有25 mm左右，結(jié)果成形出的門殼兩側(cè)外r比調(diào)試時(shí)明顯小了很多，產(chǎn)品兩側(cè)出現(xiàn)折痕和壓印等缺陷。根據(jù)返彈前后的r差，將內(nèi)模rp調(diào)整到25 mm重新又制做了新的內(nèi)模條，再進(jìn)行模條更換，調(diào)整折彎參數(shù)，重新校對(duì)?？?，運(yùn)動(dòng)軌跡按新模條進(jìn)行重新設(shè)置，經(jīng)過(guò)近一周時(shí)間的設(shè)計(jì)制造、裝配、調(diào)試，最終保證了第二批板料成形的產(chǎn)品達(dá)到客戶的要求，及時(shí)提供了樣件。

通過(guò)對(duì)兩批板料的手感分析，第一批板料較硬，第二批板料較軟，但是具體機(jī)械性能參數(shù)到底差多少并沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，為了能夠有具體的數(shù)據(jù)做為設(shè)計(jì)理論的支持，決定對(duì)兩批次的板料做力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。通過(guò)安徽省質(zhì)檢院和上海第二工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的老師對(duì)兩個(gè)批次的板材進(jìn)行了相關(guān)力學(xué)性能測(cè)試，兩批次板材分別做了3件試件，編號(hào)如表1（1 MPa=1 N/mm2）。

針對(duì)只吃細(xì)糧不能吃粗糧的WJ17-10項(xiàng)目折彎設(shè)備，工作人員進(jìn)行了客戶回訪，對(duì)客戶的其他折彎設(shè)備生產(chǎn)不同廠家提供的板料時(shí)的產(chǎn)品也進(jìn)行了測(cè)量，都或多或少的存在類似的問(wèn)題。工作人員要求板料供應(yīng)商提供板料的檢測(cè)報(bào)告，通過(guò)與WJ16-30項(xiàng)目請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室做的力性能測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，兩者反應(yīng)出不同板料的機(jī)械性能的差距都較大。

3 通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和理論計(jì)算進(jìn)行的歸納總結(jié)

圖1 R折彎前后的變化

對(duì)WJ16-30項(xiàng)目的板料力學(xué)試驗(yàn)表Y（硬的第一個(gè)拼音字母）與R（軟的第一個(gè)拼音字母）兩種試樣的力學(xué)性能數(shù)據(jù)可以看出，其屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率差異很大，如果按Y01～03平均屈服強(qiáng)度400 MPa，產(chǎn)品r為29.5 mm時(shí)，折彎內(nèi)模rp恰好等于22 mm，按R01～03平均屈服強(qiáng)度238 MPa，用相同折彎內(nèi)模rp=22 mm，成形后的產(chǎn)品r只有26 mm，更換模條內(nèi)r為24.5后，產(chǎn)品r才達(dá)到29.5 mm時(shí)，具體見表2。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)值和理論計(jì)算的結(jié)合，針對(duì)設(shè)備存在的問(wèn)題，最終做出判斷，板材的力學(xué)性能差異大是導(dǎo)致折彎r出現(xiàn)差異的根本原因。一般客戶為了降低成本，追求較高利潤(rùn)，而采購(gòu)不同的板料，導(dǎo)致板料本身質(zhì)量和性能差異大，從而出現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品不穩(wěn)定，一致性差的現(xiàn)象，但是做為設(shè)備供應(yīng)商對(duì)板料的機(jī)械性能的要求又很少，同一模條也只能兼顧一定差異的板材。由于設(shè)備自身沒(méi)有具體說(shuō)明，同時(shí)對(duì)客戶板料的采購(gòu)又沒(méi)有提出要求，導(dǎo)致了設(shè)備在使用過(guò)程中的問(wèn)題頻出。在WJ18-10項(xiàng)目簽訂技術(shù)協(xié)議時(shí)，該團(tuán)隊(duì)就明確提出了對(duì)板料的機(jī)械性能要求范圍，客戶要求門殼成形有兩種尺寸，一個(gè)為r5產(chǎn)品，另一種為r30產(chǎn)品。根據(jù)屈服強(qiáng)度和r推導(dǎo)公式的關(guān)系，該團(tuán)隊(duì)對(duì)客戶提出了當(dāng)r5設(shè)計(jì)時(shí)，同樣的板料類型，屈服強(qiáng)度范圍允許從330～420 N/ mm2，而在生產(chǎn)r30產(chǎn)品，縮小了屈服強(qiáng)度的變化范圍，建議客戶采購(gòu)板料要求從330～370 N/ mm2，或者屈服強(qiáng)度范圍為370～420 N/ mm2。結(jié)果使客戶對(duì)折彎設(shè)備的使用情況更加了解，同時(shí)為他們采購(gòu)板材提供數(shù)據(jù)依據(jù)，客戶為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，也很理解支持。 后來(lái)根據(jù)客戶生產(chǎn)過(guò)程跟進(jìn)，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性一直保證的很好。因此也說(shuō)明在設(shè)計(jì)CNC折彎設(shè)備內(nèi)模階段，不能僅考慮理想狀況，更要結(jié)合客戶現(xiàn)有板材的實(shí)際情況，為客戶更好的利用設(shè)備生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品提供理論支持。

4 結(jié)論

CNC數(shù)控折彎技術(shù)在逐漸取代常規(guī)折彎成形技術(shù)過(guò)程中，也不是萬(wàn)能設(shè)備，其最大的優(yōu)勢(shì)就是實(shí)現(xiàn)伺服控制外模系統(tǒng)，讓外模運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)了柔性化，多樣性，但是針對(duì)不同產(chǎn)品r要求，內(nèi)模條還是有局限的， 而在實(shí)際生產(chǎn)中，同一設(shè)備的同一內(nèi)模，也必須對(duì)板料的機(jī)械性能有一定的要求，才能保證產(chǎn)品成形后的尺寸的統(tǒng)一穩(wěn)定。所以做為設(shè)備的制造商，有必要也有義務(wù)讓設(shè)備的使用方知道設(shè)備的適用范圍，為客戶提供合理適當(dāng)?shù)睦碚摂?shù)據(jù)，從而使設(shè)備穩(wěn)定發(fā)揮其功效，長(zhǎng)期穩(wěn)定的保證生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品。

表1 門亮彩板力學(xué)性能試驗(yàn)表