關(guān)于解決螺旋分段式葉片沖壓成形問題的創(chuàng)新技術(shù)

馬漢勇，朱為倉，張峰

中國兵器工業(yè)集團(tuán)江山重工研究院有限公司 湖北襄陽 441004

1 序言

混凝土攪拌運(yùn)輸車（以下簡稱攪拌車）的核心部件是攪拌筒，攪拌筒的核心技術(shù)是雙螺旋葉片，螺旋分段式葉片前后相連焊接為一體。某公司中段直徑2350mm的攪拌筒葉片材料為板厚4.0mm的Q345B，攪拌筒前錐和中筒葉片包含葉片1～葉片6共6種，每種葉片對應(yīng)一套沖壓模具。已采購前錐葉片沖壓模具1套，若6種葉片共用1套模具進(jìn)行沖壓成形，存在葉片成形尺寸不到位的問題，給后道工序葉片裝焊帶來極大的困難。

目前，板厚3.5mm、中段直徑2350mm的攪拌筒葉片材料升級換代為QSTE500TM，由于葉片材質(zhì)、板厚發(fā)生變化，采用原有的1套模具沖壓成形，尺寸偏差更大。攪拌筒前錐葉片裝焊工序周期長，工人勞動強(qiáng)度大，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，一直是攪拌筒生產(chǎn)線的瓶頸工序，嚴(yán)重影響攪拌筒的產(chǎn)量和品質(zhì)。本文針對只用1套模具成形6種不同尺寸葉片的技術(shù)難題，進(jìn)行了有針對性的技術(shù)分析。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

沖壓模具是沖壓加工的主要工藝裝備，沖壓制件就是靠上下模具的相對運(yùn)動來完成的。沖壓模具按照工藝性質(zhì)可以分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模。攪拌車主要構(gòu)成部件——攪拌筒的葉片加工需要借助成形模來實(shí)現(xiàn)葉片成形。

近年來，國內(nèi)采用切片方法設(shè)計(jì)制造的成形模在工程類專用汽車攪拌車中得到應(yīng)用。由于切片成形模設(shè)計(jì)制造周期短、成本低，已在攪拌車行業(yè)廣泛應(yīng)用，但其設(shè)計(jì)、制造技術(shù)掌握在行業(yè)內(nèi)少數(shù)領(lǐng)軍企業(yè)手中。

3 創(chuàng)新技術(shù)原理與方案

由于要用1套葉片模具成形6種葉片，且這6種葉片成形尺寸各不相同，所以項(xiàng)目組成員經(jīng)過討論，確定從葉片沖壓成形方法、快速檢測、沖壓成形位置、墊板調(diào)整和下料尺寸修正5個方面采取措施，來改善6種葉片的成形尺寸。

（1）沖壓成形方法 葉片沖壓成形選用四柱液壓機(jī)，型號：YL32-630T，現(xiàn)有前錐葉片模具（見圖1）1套。采用沖壓成形的零件一般數(shù)量多且對零件一致性要求較高，為了提高葉片成形的一致性，需要固化四柱液壓機(jī)設(shè)備參數(shù)，對沖壓成形葉片進(jìn)行多批次、大批量的檢測。6種葉片分別經(jīng)過幾十次試沖壓和實(shí)際驗(yàn)證，最終確認(rèn)：當(dāng)四柱液壓機(jī)設(shè)置為定壓單次模式、最大壓力設(shè)置為9MPa、保壓時間≥8s時，葉片1～葉片6成形一致性較好，可滿足前錐葉片裝焊工序的要求。

圖1 前錐葉片模具

（2）快速檢測 葉片1～葉片6為復(fù)雜三維螺旋曲面結(jié)構(gòu)，一般采用三坐標(biāo)測量儀或者激光掃描來檢測葉片成形尺寸。某公司無相關(guān)設(shè)備，缺少檢測手段，葉片成形后只知道不符合產(chǎn)品圖樣要求，葉片裝焊角度不到位，但始終未掌握具體偏差值大小的相關(guān)數(shù)據(jù)。葉片1～葉片6在攪拌筒前錐和中筒上裝焊時，由于葉片成形尺寸偏差，導(dǎo)致各葉片無法按要求預(yù)焊、葉片前后無法連接、葉片安裝角度（100°和85°）無法保證。

圖2 、圖3分別為螺旋分段式葉片的二維圖和三維圖，通過摸索得出了一種快速檢測葉片成形尺寸的方法。如圖2所示，葉片左側(cè)O點(diǎn)落在平臺上，用墊鐵支撐調(diào)高葉片中部至圖樣尺寸，用墊鐵支撐使左右兩個端點(diǎn)至近似水平。利用直尺、高低尺等工具，分別檢測葉片1～葉片6的尺寸，記錄A、B、C、D數(shù)值，與產(chǎn)品圖樣要求尺寸進(jìn)行比對，得出葉片成形尺寸偏差值。采用該方法，可以快速檢測葉片1～葉片6的沖壓成形尺寸。

圖2 葉片二維

圖3 葉片三維

（3）沖壓成形位置 根據(jù)實(shí)際需要，葉片模具一般會大于其成形的葉片外形尺寸，這就給葉片在模具上的位置移動提供了可能。葉片沖壓成形時，一般以葉片左上角為基準(zhǔn)，葉片緊貼模具外側(cè)限位裝置，葉片沖壓成形后從模具上取下，再放置下一個葉片進(jìn)行沖壓成形。

葉片6成形尺寸檢測報告見表1。根據(jù)表1可知，將葉片6放置于模具左上角位置，沖壓成形后的尺寸基本符合產(chǎn)品圖樣要求，也滿足葉片裝焊工序的實(shí)際需要，說明此套葉片模具適用于葉片6的成形，將此套模具命名為6#模具。

表1 葉片6成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

直接用6#模具沖壓葉片1～葉片5，葉片成形尺寸偏差很大，也無法滿足葉片裝焊工序的需要。移動葉片1～葉片5在6#模具上的放置位置，繼而可發(fā)現(xiàn)，將葉片1放置于6#模具的右上角位置（見圖4），以右上角為基準(zhǔn)、葉片緊貼模具外側(cè)限位裝置，沖壓成形后的尺寸（見表2）與產(chǎn)品圖樣非常接近。至此，葉片6和葉片1使用6#模具沖壓成形后的尺寸均符合產(chǎn)品圖樣要求，也滿足了后道葉片裝焊工序的實(shí)際需要，達(dá)到了預(yù)期效果。

表2 葉片1成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

圖4 葉片1放置位置

（4）墊板調(diào)整 當(dāng)完成葉片1和葉片6的沖壓成形后，還需要使用6#模具沖壓成形葉片2～葉片5。為了改善葉片2～葉片5的成形尺寸，決定采用墊板調(diào)整的方法來實(shí)現(xiàn)葉片成形。沖壓成形時，葉片上表面與上模接觸、下表面與下模直接接觸，為了增加葉片的螺旋變形量，我們?nèi)砸杂疑辖菫榛鶞?zhǔn)，分別在葉片下方、右側(cè)靠近葉片小圓弧的位置增加墊板，在葉片上方、左側(cè)靠近小圓弧的位置增加墊板（見圖5），沖壓成形葉片2～葉片5，成形后再進(jìn)行尺寸檢測。

圖5 葉片2～葉片5墊板調(diào)整

經(jīng)過多次修正驗(yàn)證，選定板厚t＝4mm的弧形多層墊板來調(diào)整葉片2～葉片5的成形尺寸。當(dāng)葉片左右側(cè)各添加1塊弧形墊板時，葉片2的尺寸發(fā)生改變，且向著好的趨勢變化。當(dāng)左右側(cè)墊板厚度不同時，葉片成形過程中葉片上模下降時發(fā)生傾斜，且模具發(fā)出異常噪聲，增減墊板數(shù)量使左右側(cè)墊板數(shù)量相同，則上模傾斜和模具噪聲現(xiàn)象消失。繼續(xù)增加墊板數(shù)量，當(dāng)葉片2左側(cè)和右側(cè)調(diào)整墊板數(shù)量均為7塊時，其成形后的尺寸與產(chǎn)品圖樣接近；當(dāng)葉片4的左側(cè)和右側(cè)調(diào)整墊板數(shù)量均為9塊時，其成形后的尺寸與產(chǎn)品圖樣接近；當(dāng)葉片3和葉片5的左側(cè)和右側(cè)調(diào)整墊板數(shù)量均為10塊時，其成形后的尺寸與產(chǎn)品圖樣接近。

為了方便操作者使用多層墊板，將墊板按從小到大的順序預(yù)焊，組成一個小部件并進(jìn)行編號，葉片成形時直接將相應(yīng)編號的墊板墊上，完成6#模具對葉片2～葉片5的沖壓成形，檢測報告見表3～表6。檢測報告顯示：葉片成形最大偏差值為11mm，最小偏差值為0，經(jīng)后道葉片裝焊工序的驗(yàn)證，均滿足需要。

表3 葉片2成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

表4 葉片3成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

表5 葉片4成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

表6 葉片5成形尺寸檢測報告 （單位：mm）

（5）下料尺寸修正 葉片1～葉片6在前錐葉片裝焊工序進(jìn)行驗(yàn)證時，部分葉片的大圓弧與前錐筒壁存在一定的拉縫和間隙，影響焊接質(zhì)量。經(jīng)現(xiàn)場查看，根據(jù)葉片裝焊時的實(shí)際拉縫情況，在排版下料時對下料尺寸進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充或修割，以減少葉片與筒壁的裝焊縫隙。經(jīng)過幾個批次的持續(xù)完善，葉片1～葉片6滿足了葉片裝焊工序的焊接需要。

葉片1～葉片6沖壓成形尺寸得到改善，滿足了公司1臺/班的產(chǎn)能需求。若班產(chǎn)達(dá)到2臺以上，建議再增加一套模具來提高前錐和中筒葉片沖壓成形的效率，以滿足均衡化生產(chǎn)的要求。

4 應(yīng)用和推廣情況

經(jīng)過工藝人員和技能人員的密切配合和共同努力，中段直徑2350mm攪拌筒的葉片1～葉片6沖壓成形后的尺寸符合產(chǎn)品圖樣要求，也滿足了后道葉片裝焊工序的實(shí)際需要。針對葉片1～葉片6大圓弧與前錐筒壁之間的拉縫，經(jīng)下料修正，實(shí)現(xiàn)了葉片1～葉片6直接堆碼預(yù)焊（改善前后的對比照片見圖6和圖7），不再需要開體花蘭輔助矯形，前錐葉片的裝焊工序時間大幅縮短，工人勞動強(qiáng)度大幅降低，也避免了開體花蘭預(yù)焊點(diǎn)在筒壁上留下凹坑，解決了攪拌筒表面凸凹不平的質(zhì)量問題，使攪拌筒質(zhì)量得到提升，最終達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，解決了螺旋分段式葉片成形的技術(shù)難題。

圖6 葉片裝焊工序改善前

圖7 葉片裝焊工序改善后

下一步，隨著市場需求的不斷增加，可以將葉片沖壓成形技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用到中段直徑2200mm和中段直徑2100mm的中小方量攪拌筒中，為公司進(jìn)一步拓展4m3～15m3全系列攪拌車提供技術(shù)保障。

5 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

為了提高葉片1～葉片6沖壓尺寸的一致性，固化四柱壓力機(jī)參數(shù)為定壓單次模式，最大壓力為9MPa，保壓時間≥8s，葉片沖壓成形的尺寸一致性較好。

針對葉片1～葉片6沖壓成形尺寸檢測難題，摸索出一種快速檢測方法，可快速檢測葉片成形尺寸，分析葉片成形數(shù)據(jù)，為只用1套模具成形6種不同尺寸的葉片提供理論支撐。

創(chuàng)新性地在6#模具上變換葉片1和葉片6的放置位置，解決了葉片1和葉片6的沖壓成形難題；巧妙地采用墊板調(diào)整的方法，通過在6#模具上增加墊板解決了葉片2～葉片5的沖壓成形難題。改善后的葉片1～葉片6成形尺寸接近產(chǎn)品圖樣要求，也能滿足后道葉片裝焊工序的實(shí)際需要。

針對復(fù)雜三維曲面螺旋分段式葉片沖壓成形偏差大的問題，總結(jié)提煉出固化沖壓成形方法、快速檢測方法、移動沖壓成形位置、墊板調(diào)整和修正下料尺寸的一套系統(tǒng)性葉片沖壓反彈變形控制技術(shù)，解決了中段直徑2350mm攪拌筒前錐和中筒螺旋分段式葉片的沖壓成形難題，實(shí)現(xiàn)了只使用1套模具沖壓成形6種不同尺寸葉片的預(yù)定目標(biāo)。

6 結(jié)束語

葉片1～葉片6成形尺寸的改善，大幅度縮短了葉片裝焊工序時間，降低了工人勞動強(qiáng)度。只使用1套模具，避免了換模，可大幅提高攪拌筒產(chǎn)能。攪拌筒品質(zhì)的持續(xù)提升，使某公司攪拌車產(chǎn)品達(dá)到國內(nèi)一流水平，為開拓?cái)嚢柢囀袌龃蛳铝嘶A(chǔ)，也為公司持續(xù)提升營利能力提供了可靠保障。