折彎機(jī)滑塊結(jié)構(gòu)對工件折彎精度的影響分析

井溢濤

（濟(jì)南鑄鍛所檢驗(yàn)檢測科技有限公司，山東 濟(jì)南 250399）

0 引言

折彎機(jī)主要適用于板料彎曲成形設(shè)備，廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械制造、造船、家用電器等行業(yè)。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，對折彎機(jī)的折彎精度要求也越來越高。然而，滑塊作為折彎機(jī)的主要受力部件，在加工過程中會產(chǎn)生一定的彈性變形，嚴(yán)重影響工件的折彎精度，甚至無法滿足工件的工藝要求。因此，利用分析軟件模擬滑塊受力，找出滑塊的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而合理設(shè)計(jì)滑塊結(jié)構(gòu)，對于提高工件的折彎精度，降低工件加工成本有著重要意義。

1 滑塊結(jié)構(gòu)分析

本文以某公司生產(chǎn)的WDB100-3100 折彎機(jī)為研究對象，對該型號的折彎機(jī)滑塊進(jìn)行有限元分析，分析了滑塊全長受力及中間受力兩種載荷下的應(yīng)力變形圖。發(fā)現(xiàn)油缸與滑塊接觸部位、滑塊圓角部位、工作臺與墻板焊接部位、工作臺與工件接觸部位等四個部位的應(yīng)力值相對較大。為保證折彎機(jī)強(qiáng)度，應(yīng)避免出現(xiàn)滑塊中間受力的工況，為后期優(yōu)化分析提供了理論指導(dǎo)。

2 滑塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為避免滑塊中間受力，本論文嘗試通過改變滑塊結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)滑塊的受力優(yōu)化。通過改變滑塊結(jié)構(gòu)建立新的模型，進(jìn)行有限元分析。研究思路為將改變滑塊某一尺寸或位置尺寸定義為設(shè)計(jì)變量，對新建模型進(jìn)行敏感度分析，設(shè)計(jì)變量在給定的變化范圍內(nèi)確定設(shè)計(jì)尺寸與最大變形量的一般關(guān)系，為結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供支持。

本文采用增加滑塊厚度、增加滑塊背部的加強(qiáng)筋、改變滑塊底部受力位置三種方案對滑塊進(jìn)行優(yōu)化，通過應(yīng)力變形圖分析選出最優(yōu)方案。

從圖1～3 可以看出，以上三種優(yōu)化方案在一定程度上都可以減小滑塊的變形量。第一種方案，增加滑塊厚度可以在很大程度上減小滑塊變形，但通過增加滑塊重量減小變形會增加機(jī)床本身的重量，提高產(chǎn)品的制造成本，一般在實(shí)際生產(chǎn)中不建議采用。第二種方案，增加滑塊背部的加強(qiáng)筋在一定程度上也可以減小變形，但并不明顯，因此這種方案也非最優(yōu)。第三種方案，從圖3 可以看出，滑塊受力位置尺寸為12cm時，此時的最大變形量最小，這個受力位置也就是滑塊受力位置在板厚中間時，滑塊的變形量最小，滑塊的變形得到了很好地改善。通過改變滑塊受力位置可以非常好地改善滑塊在工作時的受力狀況，而且該方案也不會增加生產(chǎn)制造成本，只是通過改變滑塊的結(jié)構(gòu)尺寸。綜合以上三個方案，通過改變滑塊受力位置來減小滑塊變形是性價比最好的一種方案。

圖1 滑塊厚度與變形量的關(guān)系圖

圖2 滑塊最大變形量與筋板厚度的關(guān)系

圖3 滑塊最大變形量與受力位置的關(guān)系

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過有限元分析，找出滑塊結(jié)構(gòu)最優(yōu)方案，選取兩款相同型號的折彎機(jī)，將優(yōu)化前后的滑塊分別裝在兩臺折彎機(jī)上，加工同一型號的工件，通過檢驗(yàn)工件的折彎角度和折彎直線度來驗(yàn)證有限元分析的正確性。

3.1 設(shè)備選型

將優(yōu)化前后的滑塊分別裝在兩臺型號相同的設(shè)備上，如圖4、5 所示。

圖4 滑塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化前的折彎機(jī)圖

兩臺折彎機(jī)安裝調(diào)試完畢后，按照國標(biāo)進(jìn)行調(diào)試檢驗(yàn)，確保精度滿足國標(biāo)要求。

滑塊優(yōu)化前后的折彎機(jī)分別按照上述檢驗(yàn)方法，得出兩臺設(shè)備化工作臺、滑塊的檢驗(yàn)精度值如表1 所示。

表1 兩臺設(shè)備檢驗(yàn)值

圖5 滑結(jié)構(gòu)塊優(yōu)化后的折彎機(jī)圖

3.2 試件選擇

根據(jù)國標(biāo)GB/T14349-2011 的規(guī)定，折彎試件的具體尺寸如表2 所示。

表2 試件尺寸參數(shù)

試驗(yàn)選擇試件材料為Q235A 鋼板，抗拉強(qiáng)度，其材料特性如表3 所示。

表3 Q235A 材料特性

折彎試件如圖6 所示。

圖6 折彎試件圖

3.3 工件折彎精度檢驗(yàn)

本論文中研究的WDB100-3100 折彎機(jī)滑塊、工作臺及工件折彎精度參照國標(biāo)GB/T14349-2011 的檢測方法進(jìn)行檢測，具體指標(biāo)如表4 所示。

表4 WDB100-3100 折彎機(jī)各參數(shù)精度值

3.3.1 工件折彎角度誤差檢驗(yàn)

將萬能角度尺靠在折彎工件（圖7）的外表面上，每米至少測量3處，根據(jù)工件長度多處測量，誤差為測得的最大、最小角度與規(guī)定折彎角度90°的差值。

圖7 工件折彎角度誤差檢驗(yàn)

3.3.2 工件折彎直線度精度檢驗(yàn)

將長度1000mm 平尺的檢驗(yàn)面與折彎試件（圖8）的棱邊接觸，用塞尺測量兩者之間的間隙δ，誤差為任意一米長度內(nèi)的最大間隙值。

圖8 試件折彎直線度精度檢驗(yàn)

3.4 試驗(yàn)方案

試件總數(shù)為20件，試件折彎時應(yīng)放置在工作臺的中間位置，折彎角度為90°。兩臺設(shè)備同時進(jìn)行，原型設(shè)備折彎工件為1～10件，改進(jìn)設(shè)備折彎工件為11～20 件。試驗(yàn)結(jié)束后，按照上述檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)20 件試件的折彎角度和直線度，折彎角度每個試件取三個位置測量，數(shù)據(jù)記錄如表5 所示。

表5 試件試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析

將表3 中折彎角度誤差值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求出每個試件的角度誤差值，原型設(shè)備和改進(jìn)設(shè)備折彎試件的角度誤差見圖9，直線度誤差見圖10。

圖10 原型設(shè)備和改進(jìn)設(shè)備試件直線度誤差圖

由圖9、10 可以看出，原型設(shè)備試件折彎角度最大誤差為54′，直線度最大誤差有0.6mm，改進(jìn)設(shè)備試件折彎角度最大誤差僅為54′，直線度最大誤差為0.5mm，優(yōu)化改進(jìn)后的折彎機(jī)試件折彎精度有了很大提高。

圖9 1 號設(shè)備和2 號設(shè)備試件折彎角度誤差圖

由表6 可更加直觀地看出，優(yōu)化改進(jìn)后的折彎機(jī)試件折彎角度誤差減小了67%，直線度誤差減小了22.5%。大大提高了折彎件的折彎質(zhì)量。

表6 原型設(shè)備和改進(jìn)設(shè)備試件平均誤差值

4 結(jié)論

按照國標(biāo)中折彎機(jī)精度檢驗(yàn)的指標(biāo)對兩臺折彎機(jī)進(jìn)行精度檢驗(yàn)。本文在滑塊原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改變受力位置，對比改進(jìn)前后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出該方案的正確性。從實(shí)踐上驗(yàn)證了本改進(jìn)結(jié)構(gòu)的可行性、可靠性及必要性。通過對兩折彎機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，用實(shí)驗(yàn)中的真實(shí)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了優(yōu)化后的折彎機(jī)對提高折彎試件精度有顯著的效果和作用。