折彎機壓力不均勻分布研究

田萬英，高建和，潘志華

（1.江蘇揚力集團 數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127；2.揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州 225127）

折彎機壓力不均勻分布研究

田萬英1，高建和2，潘志華1

（1.江蘇揚力集團 數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127；2.揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州 225127）

本文用彈性力學理論分析了影響折彎精度的原因是折彎機的滑塊及工作臺彈性變形導致的壓力分布不均勻。介紹了國內外三種撓度補償方法。通過對本公司生產的液壓補償式折彎機進行有限元分析模擬，比較了補償前后工作臺的變形及壓力分布情況。

機械制造；折彎精度；折彎機；撓度補償

1 引言

折彎機在包括飛機、船舶、鐵塔、集裝箱以及家用電器、建筑構件、金屬櫥柜等行業得到廣泛應用。隨著人們對產品質量要求的提高，相應的對工作母機的要求也越來越高。工件的加工質量主要體現在角度及直線精度上，而折彎機的折彎精度是決定板件折彎質量的首要因素。折彎機的滑塊及工作臺彈性變形導致的壓力不均勻分布，會造成滑塊及工作臺撓曲變形，這就是影響折彎精度的主要問題。

2 工作臺變形彈性理論研究

在彈性分析中，將折彎機的滑塊看做剛體，工作臺看做一塊厚度為1個單位的矩形板，這就是工作臺彈性力學模型，見圖1所示。矩形板兩端為簡支，工作臺上表面受均布載荷作用，為便于通過多項式的應力函數求解問題，將支撐處的反力簡化為剪力作用于兩個端面的形式，分析時梁上部和下部的邊界條件必須滿足。

模型中邊界條件有：

由函數可以看出，矩形板的上表面變形曲線是一條四次曲線，這樣的撓曲變形就是引起工作臺壓力分布不均勻的原因。

3 撓度補償方法

折彎機由于兩個工作缸在滑塊兩端加壓，而折彎工件的變形合力偏于中間，因此，滑塊和工作臺連同上下模一起發生撓曲變形（圖2），使得板料沿模具刃口長度方向上各點受力不均，直接影響折彎工件的精度與直線度。為此，采取相應措施來彌補或消除所產生的撓曲變形，是十分必要的。所謂撓度補償裝置就是在滑塊與上模間或工作臺與下模工作臺上預置一個與受力變形方向相反的變形量，而這個變形量又與實際工作時產生的相對變形量相同。從而實現對滑塊及工作臺產生的相對變形量的補償，使模具間的壓力分布更均勻，提高板料折彎質量。目前，折彎機的撓度補償方法主要有幾何補償、液壓補償及機械補償三種。

3.1 幾何補償

（1）工作臺固定加凸，即在制造時把工作臺工作平面加工成中間稍微凸起的弧形，以補償折彎時產生的撓度。

（2）上模進行適當的修正，使得上模中間部位略帶弧形，這樣，當滑塊發生向上的撓曲變形時，上模刃口基本趨于平直，使其保持沿折彎線方向各點對板材的作用力基本一致。

幾何補償方法的優點是成本低、易于制造；但是存在著只能實現固定變形量的補償、補償柔度小的缺點。此外，補償塊弧形修正量需經過精密計算，基于力學理論和有限元的計算都存在一定的誤差，所以，此種補償方式雖能達到撓度補償的效果，但實現起來比較困難。

3.2 液壓補償

（1）在折彎機機架上，除兩側有兩個工作液壓缸外，中間再布置兩個輔助液壓缸?？粘滔蛳聲r，輔助缸僅充液跟隨下行，折彎時，輔助缸進壓力油，使滑塊產生向下的撓度來補償。

（2）在工作臺下部布置輔助液壓缸，在折彎時，對工作臺產生相應的向上作用力，形成撓度自動補償系統。

壓力補償裝置是由多個小油缸組成的，如圖3所示，由油缸1、主板2、輔板3及銷軸4組成，補償油缸放置在工作臺上，與比例減壓閥構成一個壓力補償系統。工作時，輔板支撐油缸，油缸把主板向上托起，正好克服滑塊與工作臺的變形。該加凸裝置由數控系統進行控制，這樣在折彎不同板料時，可根據板厚、模具開口以及材料強度來確定預凸量。

這是目前應用最為廣泛的折彎機撓度補償方法。液壓補償的優點是可以實現對連續變化的變形量的撓度補償，補償柔度較大；但存在著結構復雜、成本相對較高的缺點。

3.3 機械補償

機械補償是一種新的撓度補償方式，一般采用三角斜楔結構，其原理如圖4所示。兩個角度為α的直角三角形斜楔塊，上楔塊x方向移動被固定，只能進行y方向的移動。當下楔塊沿－x方向移動△x距離時，上楔塊由于下楔塊作用向上移動h距離，這就是機械式斜楔補償器的原理。

現有機械補償結構，在工作臺全長布置有上、下兩塊墊板，上下墊板通過碟形彈簧和螺栓與工作臺相連接，上、下墊板由多段不同斜率的斜楔組成，通過電機驅動斜楔使它們相對移動，形成一族位置加凸的理想曲線。用這種方法，工作臺與滑塊之間的撓度補償可根據折彎力的大小而增減。這種方法相對來說效果較好，但制造和使用起來較麻煩，且受折彎機閉合高度的限制。

目前，國內尚沒有專門機構研究折彎機的機械補償技術，更沒有相關產品，這極大地拉開了我們在板料折彎機領域與世界先進水平的距離。

4 液壓補償有限元分析

本公司生產的MB系列折彎機為液壓補償式結構，以630kN折彎機為研究對象進行有限元分析，得出液壓補償缸工作前后工作臺的變形及壓力情況，以此作為液壓補償進一步優化的基礎。折彎機結構對稱，工作臺全長為2.5m，取1/2折彎機進行簡化建模，劃分網格等前處理工作，計算得到工作臺上表面數據見表1所示。

表1 工作臺上表面垂直方向數據

通過有限元計算可得垂直方向變形曲線如圖5、圖6所示。無補償時，工作臺變形兩端與中間呈下凹曲線，變形差為0.208mm；補償缸工作壓力為20MPa時，工作臺變形兩端與中間呈上凸曲線，兩端變形差為0.501mm。由此可知，液壓補償缸對工作臺變形的補償效果明顯。

工作臺垂直方向壓力曲線如圖7、圖8所示為，無補償時工作臺垂直方向應力差為14MPa，有補償時應力差為6.41MPa，并且有多個峰值應力，全長趨向于壓力均勻。除此之外，還需考慮補償缸的數目、補償缸的位置及補償壓力等因素，進行液壓補償的優化，最終達到壓力均勻，提高折彎精度。

5 結論

本文運用彈性力學理論分析了特定邊界條件下，工作臺上表面的變形曲線，由此導致工作臺壓力分布不均勻，影響了折彎機的折彎精度。以本公司生產的液壓式撓度補償折彎機為對象，進行有限元分析，得到補償缸工作前后工作臺的變形及壓力曲線，補償效果較明顯。對補償缸位置、補償壓力等還要進行優化，以進一步提高折彎精度。

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Study on uneven distribution of pressure on press brake

TIAN Wanying1，GAO Jianhe2，PAN Zhihua1
（1.Jiangsu Yangli CNC Machine Tool Co.，Ltd.，Yangzhou 225127，Jiangsu China；2.Mechanic Engineering College,Yangzhou University，Yangzhou 225127，Jiangsu China）

The bending accuracy of press brake has been influenced by uneven distribution of the pressure caused by elastic deformation of the slider and work bench,which has been analyzed in the text by use of elastic mechanics theory.Then the three kinds of deflection compensation methods have been introduced.The finite element analysis and simulation have been conducted on the hydraulic-compensation press brake.The deformation and pressure distribution of the bench before and after the compensation have been compared.

Bending accuracy；Press brake；Deflection compensation

TG315.5+4

B

1672－0121（2011）06－0044－04

2011-08-12