一種高強度板折彎模具的折彎試驗

周歡，龔俊杰，邵健，趙小滿

(1. 揚州大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇揚州225127;2. 江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇江都225200)

高強度板，行業(yè)默認的就是抗拉強度很高的板材，目前主要有WELDOX 高強度結(jié)構(gòu)鋼板和HARDOX 耐磨鋼板等系列，寶鋼自主研發(fā)生產(chǎn)的BW 系列熱軋耐磨鋼也屬于高強度板。與普通板材相比，高強度板具有強度高、硬度高、質(zhì)量輕等優(yōu)點，在汽車、工程機械、航空航天等對材料性能要求較高的行業(yè)中得到了越來越多的應(yīng)用［1－2］。

1 研究目標與方法

由于高強度板的抗拉強度和硬度非常高，采用普通折彎模具進行折彎時，往往會首先破壞模具而無法進行折彎。高強度板折彎模具正是針對這一需求設(shè)計制造的，與普通折彎模具相比，高強度板折彎模具具有如下顯著的優(yōu)點［3］:

(1)上、下模組件采用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼加工組裝而成，加工、安裝方便;

(2)上模尖R 弧部分經(jīng)過局部淬火處理，提高了表面硬度，在折彎時不會產(chǎn)生壓縮變形;

(3)下模?？诓捎梅绖潅O(shè)計，可減少折彎過程中對鋼板表面造成的損傷;

(4)可實現(xiàn)3 ～5 MN/m 的折彎能力。

采用理論設(shè)計與模擬分析相結(jié)合的方法，設(shè)計制造出能夠滿足高強度板折彎要求的模具，實現(xiàn)3 ～5 MN/m 的折彎能力，并同時保證折彎精度。

2 研究過程

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過對高強度板折彎模具進行初步設(shè)計，進行了如下改進［4］，模具外形如圖1、圖2 所示。

圖1 模具外形圖

圖2 模具側(cè)視圖

(1)上、下模組件采用模板間隔排列組合的方式，模板由激光切割機直接切割成形，加工、安裝方便;

(2)下模采用高硬度材料，提高下?？鼓p性能，下模模口采用防劃傷設(shè)計，在下模V 形槽口兩側(cè)安裝兩根輥子，輥子采用合金圓棒制成，不易磨損。當進行折彎作業(yè)時，兩根輥子可隨工件的折彎而轉(zhuǎn)動，從而使工件與輥子之間沒有滑動摩擦，僅有滾動摩擦，可保護工件表面不被劃傷［5］;

(3)上模采用較大的R 弧半徑，折彎時不會在工件上留下壓痕。

2.2 模擬分析

建立模具各零部件的三維模型，并進行應(yīng)力的模擬分析，如圖3、圖4 所示。

圖3 上模片的應(yīng)力分析

圖4 下模片的應(yīng)力分析

由應(yīng)力云圖可以看出:上、下模整體所受應(yīng)力值均在許用范圍之內(nèi);局部所受壓應(yīng)力偏大。根據(jù)實際工作情況，模具并未發(fā)生疲勞破損。

2.3 折彎試驗［6－7］

對高強度板折彎模具進行一次試制，加工完成后進行裝配并做好試驗準備。折彎試驗在PBB0905 型折彎機上進行，該機最大折彎力6.3 MN，最大折彎長度4 100 mm。模具參數(shù)見表1，試驗用板材參數(shù)見表2。

表1 模具參數(shù)

表2 試驗用板材參數(shù)

(1)試驗一:壓底折彎試驗

折彎板材:2 000 mm × 300 mm × 6 mm HARDOX450 耐磨鋼板與2 000 mm × 300 mm × 16 mm Q235-A 普通碳鋼板;

理論計算總折彎力:485.934 545 5 ×104N;

試驗工況:壓底折彎，實際折彎力6.3 MN，相當于加載3.15 MN/m，系統(tǒng)壓力30 MPa，保壓1 s，連續(xù)折彎4 h。

試驗結(jié)果:

①16 mm 普通碳鋼板呈約160°折彎狀態(tài)，6 mm耐磨鋼板則反彈至約175°折彎狀態(tài)，合金輥子表面無劃傷，有轉(zhuǎn)動跡象。結(jié)論:表明該模具可實現(xiàn)3.15 MN/m 的折彎能力。

②上模尖R 弧部分有輕微壓縮變形。原因:上模片加工后R 弧部分未進行淬火而使其硬度不夠所致，在以后的加工中必須對上模尖R 弧部分進行局部淬火處理，以提高其硬度。

③板材與模具接觸處有明顯壓痕，與上模尖接觸處有翹皮現(xiàn)象。原因:16 mm 普通碳鋼板表面銹蝕嚴重，銹層易于脫落，故會發(fā)生翹皮現(xiàn)象。

(2)試驗二:自由折彎試驗

折彎板材:2 000 mm×300 mm×6 mm Q235-A 普通碳鋼板;

理論計算折彎力:47.127 272 73 ×104N;

試驗工況:自由折彎，設(shè)計折彎90°，實際折彎力38.2 ×104N，計算補償0.11 mm。

試驗結(jié)果:

①折彎角度。全長均布測量6 個點，測量結(jié)果為90°18'，90°22'，90°30'，90°30'，90°28'，90°20'，最大誤差30'。

②直線度。2 000 mm 全長測得最大撓度約0.35 mm，中間段1 000 mm 范圍內(nèi)測得最大撓度為0.05 mm。

誤差分析:

①卸載后，板材存在一定程度的回彈，致使折彎角度不一致?？烧{(diào)整折彎參數(shù)，進行角度補償，并再次進行折彎，直至滿足精度要求。

②現(xiàn)有的下補償方式，只能保證折彎角度的一致性，直線度得不到保證;兩套模具連接處空隙較大，致使折彎時中間空隙部分板材不受力，也影響了折彎精度?？稍谀＞哐b配完成后旋緊兩端緊固螺母，將螺桿多余部分切除，以縮小模具連接處的間隙，從而提高折彎精度。

(3)試驗三:自由折彎試驗

折彎板 材:2 000 mm × 300 mm × 6 mm HARDOX450 耐磨鋼板;

理論計算折彎力:150.807 272 7 ×104N;

試驗工況:自由折彎，設(shè)計折彎90°，實際折彎力2 MN，計算補償0.20 mm。

試驗結(jié)果:板材發(fā)生脆性開裂，試驗失敗。

原因分析:HARDOX 系列耐磨鋼板的硬度、剛度較高，延展性較差，而設(shè)計的上模尖R 弧過小，引起了板材開裂，應(yīng)選擇較大的上模R 弧半徑。重新設(shè)計上模尖R 弧大小，根據(jù)板材供應(yīng)商提供的參數(shù)，取R≥4 ×t (t 為折彎板材厚度)。

2.4 拆模檢查

檢查各?？诩皦|板磨損情況如下:

(1)上模墊板及下模燕尾托板與模片接觸處有線條狀壓痕。原因:由于模片采用激光切割機直接切割完成，未進行后期機加工，表面粗糙度較差，且模片硬度大于上模墊板與下模燕尾托板的硬度，因此上模墊板及下模燕尾托板表面會出現(xiàn)壓痕，在一定程度上會影響折彎精度。

(2)上模尖R 弧部分有明顯壓縮變形。原因:上模片加工后R 弧部分未進行淬火處理而使其硬度不夠所致，在以后的加工中必須對上模尖R 弧部分進行局部淬火處理，以提高其硬度。

(3)上下模裝配后總長小于設(shè)計尺寸。原因:由于模片所用的板材厚度存在誤差，其厚度小于12 mm 的設(shè)計厚度，因此裝配完成后，模片的厚度誤差累積后較大。以后設(shè)計時可考慮在定位圈的厚度設(shè)計上采用正公差，以平衡模片的厚度誤差。

(4)合金圓輥表面無劃痕，且在折彎過程中可自由靈活轉(zhuǎn)動。

3 總結(jié)

從上述的試驗結(jié)果中可以得出以下結(jié)論:

(1)該模具可實現(xiàn)3.15 MN/m 的折彎能力，但實際折彎時需根據(jù)折彎板材的厚度選擇相應(yīng)的上模R弧及下模開口，使其既能實現(xiàn)安全折彎，又能達到一定的精度要求;

(2)下模開口角必須足夠小，以使板材允許有足夠的過彎曲，來補償板材的回彈角;

(3)下?？谶吘壉仨毲鍧嵧暾?，通過使用自由轉(zhuǎn)動的圓輥作為下模邊緣，可使所需的實際折彎力與鋼板破裂的危險性減小。

以后進行此模具試驗時，應(yīng)在裝配完成后作如下檢測:

(1)上模模尖的直線度，模尖與機床工作臺的平行度;

(2)下模兩根合金圓輥之間的平行度，合金圓輥與機床工作臺的平行度;對下模進行固定，防止上下板材時對下模的位置造成影響;

(3)上下模的中心是否在同一個垂直面上。

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