大噸位油壓機(jī)壓邊結(jié)構(gòu)研究

孫 剛，孟令武

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 沖壓車間，黑龍江 齊齊哈爾 161002）

1 70噸通用敞車下側(cè)門板成形工藝

圖1是我公司生產(chǎn)的70噸級(jí)通用敞車的下側(cè)門板，為典型的起伏成形件，具有重量輕、剛度大及外形美觀等特點(diǎn)。工件厚度5mm，展開尺寸5mm×1230mm×1560mm，材質(zhì)為屈服強(qiáng)度為450MPa高強(qiáng)度耐候鋼板。在大噸位油壓機(jī)上利用壓型模具生產(chǎn)。圖2為下側(cè)門板壓型模具。為了進(jìn)一步提高零件的成形質(zhì)量和平面度，模具在成形過程中需要穩(wěn)定的壓邊力。以往都是在模具上加裝聚氨酯或者彈簧的方案獲取板材成形所需要的壓邊力。實(shí)踐證明，聚氨酯和彈簧提供的壓邊力隨聚氨酯和彈簧壓縮量的變化而變化，存在壓邊力不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。

液壓機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使雙動(dòng)液壓機(jī)日趨成熟。雙動(dòng)液壓機(jī)滑塊采用行程控制，壓邊滑塊由快轉(zhuǎn)慢壓住物料邊緣，拉伸滑塊帶著上?？焖僖苿?dòng)至物料，速度轉(zhuǎn)慢，壓力增大，使物料受力拉伸成形，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中滑塊運(yùn)動(dòng)平滑無(wú)振動(dòng)，確保壓制質(zhì)量，使制品光滑無(wú)皺紋。其壓邊力來(lái)自于設(shè)備的壓邊油缸，拉伸力來(lái)自于設(shè)備主工作油缸。該結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，不僅可以提高零件的成形質(zhì)量，而且可以使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，為成形件的壓型、落料工序的集成創(chuàng)造了有利條件。

零件成形工藝流程：板料置于模具工作區(qū)→上滑塊帶動(dòng)模具上模下行同時(shí)壓邊油缸推動(dòng)壓邊橫梁以及壓邊滑塊下行→壓邊缸通過壓邊橫梁壓邊滑塊傳遞給模具壓邊圈→模具壓邊圈先于成形凸模接觸鋼板→模具壓邊圈與板料完全接觸并且壓邊缸達(dá)到預(yù)設(shè)壓邊力數(shù)值→壓邊力保持恒定不變，同時(shí)油壓機(jī)主工作油缸將力傳導(dǎo)給模具上鑲塊并下行開始板料拉伸成形→拉伸成形完成。

圖1 下側(cè)門板零件圖

圖2 下側(cè)門板壓型模具

2 大噸位油壓機(jī)的壓邊結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 大噸位油壓機(jī)的壓邊結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)油壓機(jī)壓邊結(jié)構(gòu)通常采用內(nèi)外滑塊式結(jié)構(gòu)，內(nèi)滑塊提供拉伸力，外滑塊提供壓邊力。拉伸油缸和壓邊油缸分布于設(shè)備頂端。由于內(nèi)滑塊尺寸固定，生產(chǎn)零件尺寸范圍比較單一，缺乏柔性。為了適應(yīng)產(chǎn)品變化的需求，需要對(duì)油壓機(jī)的壓邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使之滿足大小不同的零件生產(chǎn)。圖3為油壓機(jī)新結(jié)構(gòu)壓邊墊。該液壓墊上面通過螺栓與油壓機(jī)滑塊下墊板連接，下面通過把胎螺栓與模具上模體連接，同時(shí)壓邊桿與模具壓邊圈接觸。

2.2 大噸位油壓機(jī)壓邊墊工作原理[1]

壓邊墊內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向裝置，壓邊墊工作時(shí)壓邊油缸推動(dòng)壓邊滑塊連接梁沿著導(dǎo)向裝置上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。壓邊油缸通過壓邊滑塊連接梁將壓邊力傳遞給數(shù)量一定的壓邊桿。數(shù)量一定的壓邊桿穿過壓邊滑塊下連接板，將壓邊力傳遞給模具壓邊圈。為板料拉伸成形提供所需要的壓邊力。

圖3 大噸位上壓邊墊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.3 大噸位油壓機(jī)壓邊墊設(shè)計(jì)要點(diǎn)[2]

大噸位油壓機(jī)壓邊墊的結(jié)構(gòu)突破了原有油壓機(jī)的設(shè)計(jì)方案。油壓機(jī)的壓邊油缸位于滑塊下端。設(shè)備在工作過程中由于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)，以及維修過程中產(chǎn)生部分殘油遺留在壓邊墊內(nèi)部。油壓機(jī)在工作過程中零件與壓邊墊接觸，會(huì)有不同程度的殘油滲到工件表面，影響產(chǎn)品質(zhì)量。為了解決滲油問題，在大噸位油壓機(jī)壓邊墊的設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)安裝集油、輸油裝置，并定期進(jìn)行排油。

圖3中壓邊桿5為直徑50mm～100mm的圓柱體。油壓機(jī)在工作過程中，壓邊桿一直受壓應(yīng)力狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致壓邊桿端部變粗現(xiàn)象，以至于影響壓邊滑塊下連接板與壓邊桿的配合，導(dǎo)致壓邊墊不能正常工作。為了解決壓邊桿變形問題，在設(shè)計(jì)過程對(duì)壓邊桿的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成中間粗、端頭略細(xì)的形狀，同時(shí)還需要考慮在安裝過程中的簡(jiǎn)單化、安全化、便捷化。

壓邊墊為內(nèi)置油缸的箱形結(jié)構(gòu)，壓邊滑塊下連接板與模具直接接觸并且承受工作載荷。工作過程中壓邊滑塊下連接板會(huì)產(chǎn)生微小的變形，久而久之壓邊滑塊下連接板會(huì)發(fā)生局部凹陷，影響后期的正常使用。為了解決壓邊滑塊下連接板的局部凹陷變形問題，在壓邊墊設(shè)計(jì)過程中要考慮的壓邊墊內(nèi)部設(shè)計(jì)支撐零件，從而增加壓邊墊的剛度[3]。

2.4 與傳統(tǒng)壓邊結(jié)構(gòu)相比具有的優(yōu)點(diǎn)

（1）設(shè)備柔性好，適于大小不同規(guī)格的零件生產(chǎn)。模具壓邊圈的大小隨著零件的大小變化而變化。以往傳統(tǒng)的雙動(dòng)油壓機(jī)通過內(nèi)外滑塊結(jié)構(gòu)為模具提供壓邊力，但是壓邊滑塊的尺寸固定，不能滿足不同規(guī)格的零件的生產(chǎn)。大噸位油壓機(jī)的上壓邊墊結(jié)構(gòu)，壓邊桿按照矩陣形式均勻鑲嵌于壓邊滑塊下連接板?？梢赃m應(yīng)不同尺寸大小的零部件壓邊需求，可通過壓邊圈上部壓邊桿的組合完成壓邊力傳導(dǎo)作用。

（2）模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。以往的油壓機(jī)受設(shè)備結(jié)構(gòu)限制，不能為所有的成形零件提供壓邊力。對(duì)于不能滿足于設(shè)備壓邊范圍內(nèi)的零件，需要在設(shè)計(jì)模具過程中考慮模具本身具有壓邊裝置。為了滿足成形零件壓邊力的需求，通常采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的液壓油缸裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)成形過程中所需要的壓邊力。但是液壓油缸與模具的結(jié)合使模具的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，而且液壓油缸在工作過程中還需要單獨(dú)配置所需要的液壓站。大噸位油壓機(jī)上壓邊墊結(jié)構(gòu)可以使模具設(shè)計(jì)過程中不用考慮壓邊裝置，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。而且通過設(shè)備壓邊可以取消移動(dòng)液壓站，使操作者在安裝模具過程中操作簡(jiǎn)單化。

（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于保養(yǎng)與維修。傳統(tǒng)內(nèi)外滑塊的油壓機(jī)壓邊裝置，壓邊油缸位于設(shè)備頂端，穿過滑塊將壓邊力傳遞給模具壓邊圈。此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于日常維護(hù)與保養(yǎng)。油壓機(jī)的上壓邊墊結(jié)構(gòu)，將壓邊油缸安裝于滑塊下部，直接與壓邊滑塊連接梁相接觸，大幅減小了壓邊油缸與壓邊機(jī)構(gòu)的距離。設(shè)備的結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化，并且整體壓邊墊位于油壓機(jī)滑塊下端，便于設(shè)備的日常保養(yǎng)與故障檢測(cè)與維修。

（4）壓邊力精度高，便于調(diào)節(jié)。上壓邊墊安裝位移傳感器，壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)液壓墊行程調(diào)整位置的數(shù)字設(shè)定，行程位移可實(shí)現(xiàn)數(shù)顯、數(shù)控。上壓邊墊的四角油缸采用相互獨(dú)立的比例壓力閥控制，可實(shí)現(xiàn)四角壓力分別控制。壓力控制及顯示通過觸摸屏輸入和顯示，使液壓墊壓力從公稱力的15%～100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。在拉伸過程中，壓邊力可按零件的壓邊力曲線進(jìn)行控制，并能動(dòng)態(tài)顯示。上壓邊墊通過壓邊桿將油壓機(jī)的壓邊力傳遞給模具壓邊圈，為了提高壓邊力的調(diào)節(jié)精度，將壓邊油缸分為若干單獨(dú)控制的壓邊油缸工作組。

3 結(jié)束語(yǔ)

大噸位油壓機(jī)壓邊機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，為鐵路貨車行業(yè)的中厚板成形、落料的工序集成等提供了模具結(jié)構(gòu)保障。此壓邊結(jié)構(gòu)的大噸位油壓機(jī)將是鐵路貨車生產(chǎn)企業(yè)不可或缺的中厚板成形設(shè)備。

[1]楊玉英.實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程分會(huì).鍛壓手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]張新國(guó).大噸位精整壓力機(jī)快速返程時(shí)慣性沖擊原因分析及對(duì)策.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（2）.