DP5-6000高強(qiáng)鋼壓型的適用性研究

張啟，劉貴軍，張含，楊濤，張海婧

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

1 DP5-6000液壓機(jī)基本概述

1.1 基本原理

液壓機(jī)的基本原理是油泵把液壓油輸送到集成插裝閥塊，通過(guò)各個(gè)單向閥和溢流閥把液壓油分配到油缸的上腔或者下腔，在高壓油的作用下，使油缸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。液壓機(jī)是利用液體來(lái)傳遞壓力的設(shè)備，主要進(jìn)行各種可塑性材料的壓力加工和成形。

1.2 可壓型材料的約定

《技術(shù)協(xié)議》中約定 DP5-6000壓機(jī)可加工縱梁胚料材料為16MnL，屈服強(qiáng)度345MPa，抗拉強(qiáng)度510～610MPa。

1.3 輸出力容許值及容許偏載力矩

DP5-6000壓機(jī)的輸出力由 6個(gè)加壓油缸產(chǎn)生，長(zhǎng)度為12700mm，寬度為1470mm，在模具截面上均等分配60000kN荷重，兩端加壓油缸間距10000mm，如圖1。

圖1 DP5-6000壓機(jī)輸出力示意圖

壓機(jī)輸出力模式分為兩種，高輸出力時(shí)為六缸聯(lián)動(dòng)，低輸出力時(shí)為左側(cè)的四缸聯(lián)動(dòng)、兩缸隨動(dòng)。根據(jù)廠家的壓機(jī)操作規(guī)程，成形梁需按其長(zhǎng)度選擇適合的輸出力，推薦的容許輸出力與材料長(zhǎng)度的關(guān)系具體見(jiàn)表1。

滑塊左右方向的容許偏載力矩為 35000kNm。如采用四缸聯(lián)動(dòng)的低輸出力模式加工6米長(zhǎng)度的縱梁，兩者載重點(diǎn)在左右方向上的偏離長(zhǎng)度為1米。若壓機(jī)輸出力為40000kN，則偏載力矩為 40000kNm，不符合規(guī)程，禁止操作。若保證偏載力矩≯35000 kNm，則此時(shí)壓機(jī)的最大輸出力為 35000 kN。

表1 容許輸出力與材料長(zhǎng)度的關(guān)系表

2 DP5-6000可壓型材料的理論計(jì)算

2.1 成型力公式計(jì)算

因直接涉及重型卡車(chē)槽梁計(jì)算，本文按1998年《重型汽車(chē)》雜志44期的 “槽型梁壓制成型力的計(jì)算”論文所推薦的兩套公式進(jìn)行理論計(jì)算，即由輸出力倒推可壓型材料的極限抗拉強(qiáng)度：

1）基本彎曲力：采用荷蘭經(jīng)驗(yàn)公式 U型彎曲所需的基本彎曲力公式P1-彎曲力kgf；b-梁長(zhǎng)度mm；σb-強(qiáng)度極限 kgf/mm2；t-板厚mm；

Rd-工件外彎半徑mm；rp-工件內(nèi)彎半徑mm，C-修正系數(shù) 0.25～0.5

2）壓平力：采用國(guó)內(nèi)機(jī)械工業(yè)出版社的日本文獻(xiàn)的理論所推薦的壓平力公式

P即為壓機(jī)輸出力，P1為自由彎曲力

3）簡(jiǎn)化公式：根據(jù)上述公式，可由壓機(jī)輸出力（即噸位）反推可加工材料的抗拉強(qiáng)度極限，即σb＝P/[3Cb(0.4 t)1.65·（2.5t/rd）1/4·(t/rp)1/9]?？v梁內(nèi)彎半徑按 10mm 計(jì)算，修正系數(shù)C取0.4（按該論文推薦的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)），根據(jù)A平臺(tái)產(chǎn)品的兩種料厚，簡(jiǎn)化后的公式分別為：

注：T-壓機(jī)輸出力 kN，L-梁長(zhǎng)度 m；σb-材料抗拉強(qiáng)度MPa

2.2 具體測(cè)算

套用以上簡(jiǎn)化公式，按兩種輸出模式測(cè)算如下：

1）四缸聯(lián)動(dòng)模式：T=40000kN，無(wú)偏載情況下，L=8m

料厚=8mm：σb=610Mpa，即材料的抗拉強(qiáng)度≯610Mpa

料厚=10mm：σb=400Mpa，材料的抗拉強(qiáng)度≯400Mpa

2）六缸聯(lián)動(dòng)模式：T=60000kN，無(wú)偏載情況下，L=12m

料厚=8mm：σb=610Mpa，即材料的抗拉強(qiáng)度≯610Mpa

料厚=10mm：σb=400Mpa，材料的抗拉強(qiáng)度≯400Mpa

兩種模式測(cè)算結(jié)果相同，8mm料厚的理論測(cè)算結(jié)果與《技術(shù)協(xié)議》所設(shè)定的材料的抗拉強(qiáng)度最大值一致，即均為max610Mpa，該公式與《技術(shù)協(xié)議》相互驗(yàn)證。

可壓型材料的抗拉強(qiáng)度與成型內(nèi)圓角成正比，按料厚8mm，成型內(nèi)圓角與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 成型內(nèi)圓角與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系

結(jié)論：該壓機(jī)在加工8mm料厚時(shí)，按成型內(nèi)圓角10mm，其材料的抗拉強(qiáng)度≯610Mpa。加工10mm料厚，其材料的抗拉強(qiáng)度≯400Mpa。根據(jù)操作規(guī)程及偏載力矩的限制，壓機(jī)輸出力與梁長(zhǎng)度基本成比例，如6 m梁對(duì)應(yīng)輸出力30000kN，5 m梁對(duì)應(yīng)輸出力25000kN，因此理論測(cè)算結(jié)果相同。

3 縱梁材料及其強(qiáng)度性能參數(shù)

縱梁材料是一個(gè)逐步發(fā)展的過(guò)程，選材從最初的16MnL，到目前大量采用的510L，近年隨著部分牽引車(chē)雙層梁的單層化，屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度更高的材料SQ590L占比也越來(lái)越高。

3.1 各材料性能參數(shù)說(shuō)明

現(xiàn)縱梁材料：主要為510L及SQ590L，最大料厚8mm。

1）510L：均為雙層梁，部分為三層梁。

牌號(hào)標(biāo)：屈服強(qiáng)度σs≥355MPa，抗拉強(qiáng)度σb=510～610MPa。

實(shí)際：屈服強(qiáng)度σs=467～477MPa，抗拉強(qiáng)度σb=540～554 MPa。

2）SQ590L：所有單層梁車(chē)型，部分8+4牽引及載貨車(chē)。

牌號(hào)標(biāo)：屈服強(qiáng)度σs≥440MPa，抗拉強(qiáng)度σb=590～710 MPa。

實(shí)際：屈服強(qiáng)度σs=562～578MPa，抗拉強(qiáng)度σb=639～657MPa。

3）某集團(tuán)A平臺(tái)縱梁材料：均采用600L，最大料厚10mm（大部分為 8mm）。單層梁為主，極少車(chē)型采用雙層梁（僅X平臺(tái)工程車(chē)）。

牌號(hào)標(biāo)：屈服強(qiáng)度σs≥500MPa，抗拉強(qiáng)度σb=600～760 MPa。

3.2 縱梁材料的理論計(jì)算結(jié)論

結(jié)合以上縱梁材料的抗拉強(qiáng)度，按料厚8mm、成型內(nèi)圓角≯10mm的條件，得出以下結(jié)論。

1）DP5-6000可完全滿(mǎn)足現(xiàn)510L材料的壓制。

2）將成型內(nèi)圓角放大到14mm，按590L實(shí)際取樣值（即抗拉強(qiáng)度≯660MPa），DP5-6000基本可實(shí)現(xiàn)該材料的壓制。

3）如壓型 A產(chǎn)品縱梁，按材料的最大抗拉強(qiáng)度σb=760MPa：

厚度8mm的梁，壓機(jī)輸出力需約74800kN，即7500噸。

厚度 10mm的梁，壓機(jī)輸出力需約 95000kN，即 9500噸。

4 各縱梁材料的DP5-6000壓型實(shí)踐

4.1 縱梁產(chǎn)品壓型要求

依據(jù)縱梁輥壓線的技術(shù)要求，僅從成型內(nèi)圓角、開(kāi)口尺寸及腹面平面度進(jìn)行說(shuō)明。

1）某重卡企業(yè)：成型內(nèi)圓角9mm（現(xiàn)模具設(shè)定），開(kāi)口尺寸標(biāo)準(zhǔn)-0+2，腹面平面度標(biāo)準(zhǔn)max0.5mm。

2）重卡第一集團(tuán)：成型內(nèi)圓角 10～12mm（各家要求不同），開(kāi)口尺寸-0.5+0.5，腹面平面度max0.4mm。

4.2 現(xiàn)產(chǎn)品材料壓型實(shí)踐

根據(jù)上述計(jì)算，壓機(jī)實(shí)際輸出力≯40000kN。

1）兩種材料因模具磨損，壓型后均無(wú)法達(dá)到9mm的成型內(nèi)圓角要求。

2）兩種材料壓型后的開(kāi)口尺寸及腹面平面度：

B510L：?jiǎn)胃v梁開(kāi)口尺寸合格率＞95%，個(gè)別點(diǎn)有超差；腹面平面度基本在0.5～1mm。

SQ590L：?jiǎn)胃v梁90%的測(cè)量點(diǎn)的開(kāi)口尺寸標(biāo)準(zhǔn)放大至+1+3時(shí)符合?？v梁腹面平面度約為+2～+3mm，即縱梁底部?jī)蓚?cè)較中部高2～3mm，原因在于材料強(qiáng)度高，壓型時(shí)壓機(jī)無(wú)法敦實(shí)所致。

5 新產(chǎn)品試驗(yàn)

表3 高強(qiáng)材料的壓型試驗(yàn)表

針對(duì)A平臺(tái)產(chǎn)品的縱梁，擬采用高強(qiáng)鋼，通過(guò)雙層變單層來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)架乃至整車(chē)的輕量化。利用 DP5-6000壓機(jī)，共進(jìn)行了四輪不同牌號(hào)的高強(qiáng)材料的壓型試驗(yàn)，基本情況匯總見(jiàn)表3。

分析試驗(yàn)表可得出以下結(jié)論：

1）試驗(yàn)所選取材料的牌號(hào)及其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐輪下降。

2）壓型試驗(yàn)時(shí)，壓機(jī)的保壓時(shí)間調(diào)至最大，腹面平面度均在2mm以上。

3）QStE500TM為德標(biāo)，600L為國(guó)標(biāo)，兩者基本相當(dāng)，前者強(qiáng)度、穩(wěn)定性、價(jià)格等均較后者高。

6 分析結(jié)論

綜上，從理論計(jì)算和實(shí)踐檢驗(yàn)過(guò)程說(shuō)明，對(duì)于抗拉強(qiáng)度超過(guò)610MPa材料，DP5-6000壓機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足某企業(yè)A平臺(tái)的壓型要求。

7 小結(jié)

通過(guò)對(duì)某企業(yè)大噸位模壓生產(chǎn)現(xiàn)狀的計(jì)算、分析，希望能在適合的情況下，為機(jī)械制造企業(yè)分享一些思路和理念。下一步結(jié)合目前比較優(yōu)勢(shì)的輥型工藝，研究縱梁柔性智能成套生產(chǎn)技術(shù)的配套解決方案。