數(shù)控折彎機滑塊變形問題與處理方案

熊文炳，孫守澤

（中車株洲電力機車有限公司，湖南株洲 412001）

0 引言

備料車間640T 數(shù)控折彎機是公司于2006 年引進，主要用于碳鋼、不銹鋼產(chǎn)品的成型與矯正，使用頻次高，是車間的主要生產(chǎn)設備。該設備由床身、滑塊、立柱、撓度補償機構、工作臺、后擋料裝置、安全防護裝置、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等部分組成，設備本體只有一個最基本的運動—滑塊上下往復運動（由兩側液壓油缸驅動），生產(chǎn)現(xiàn)場為其配備各種不同形狀的模具即可把板料折彎成各種形狀和角度。

1 滑塊變形現(xiàn)象

在長時間使用以后，滑塊本體的底端出現(xiàn)一定程度的塑性變形，導致上模夾具與滑塊、上模模具之間產(chǎn)生不同程度的間隙。用塞尺可以測量出各個位置的間隙并不相同，其中滑塊中間的間隙最大，造成滑塊底端的夾具貼合面平面度、直線度無法滿足夾具安裝要求。夾具無法有效夾緊模具，最終導致在壓型過程中模具發(fā)生輕微位移，板材加工出來成形誤差大，不僅造成后工序無法裝配，形成的返工、返修極大的浪費人力與物力資源。作業(yè)人員通常在間隙較大的位置填補不同厚度的薄銅片，在一定程度上消除活動間隙以臨時使用。但是這樣將形成一定的設備隱患，不僅可能加劇滑塊的磨損，也將影響夾具、模具的性能。數(shù)控折彎機滑塊接口如圖1 所示。

圖1 數(shù)控折彎機滑塊接口

2 變形原理分析

折彎機滑塊是折彎機中受力與結構最復雜的大型部件，通常采用Q235 鋼焊接而成，在折彎時兩側油缸對滑塊施加一個向下的折彎力，滑塊通過球面塊和活塞桿連接。在滑塊背面，有壓塊與導向塊對滑塊的上下運動提供平面約束。折彎機的工作臺與油缸是主要的承載部分，工作臺的中心和油缸的中心處于同一平面內(nèi)，根據(jù)作用力與反作用力原理，作用力施加在滑塊與油缸的貼合面處，垂直向下且均勻分布，滑塊在工作時，板材對滑塊的反作用力作用在滑塊底面，垂直向上且均勻分布。使用ANSYS 有限元分析軟件對折彎機整體進行模擬，建立起相應的有限元模型，滑塊變形形成對稱分布，并且滑塊底端最中間的位置變形量最大，變形量由中間向兩側逐漸減小[1]。揚州大學的周歡等人[2]，通過使用位移傳感器對滑塊進行變形測量，驗證滑塊在主要承受豎直方向折彎力的同時，還受到板料對滑塊的水平推力，且呈現(xiàn)中間大、兩端小的趨勢，此結果展現(xiàn)出來的變形趨勢符合現(xiàn)場的實際情況，與滑塊變形現(xiàn)象吻合。

3 滑塊變形的處理方案及其優(yōu)劣勢

由于滑塊整體更換的成本較高，動輒高達數(shù)十萬元，并且加工周期較長，難以及時滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的需求。為了應對滑塊變形問題，且結合降低成本、提高穩(wěn)定性等多種因素，可以考慮對滑塊的夾具安裝面進行加工處理，經(jīng)過多次實踐及考量，共提出3 種優(yōu)化改造方案。

3.1 修磨夾具安裝接口

該方案是把整個滑塊拆卸下來后，采用精度較高的龍門鏜銑床對原夾具安裝接口進行精加工。加工時需選定好基準面，首先用千分表測量滑塊安裝接口各個接觸面的實際變形程度，再根據(jù)變形情況對滑塊進行加工，在加工完成后，需靜置一段時間保證應力釋放，保證平面的平面度可以控制在0.1 mm 以內(nèi)，即可滿足要求，若對粗糙度有更高要求則需在磨床上進行磨削加工。此外，加工時需保證夾具安裝槽的深度以及模具安裝槽的寬度，避免因加工不均衡造成夾具無法安裝或施加壓力時無法夾緊模具。雖然該方案的維修成本較低，且加工周期短，短期內(nèi)可以保證使用，但夾具安裝接口整體厚度變薄，此處強度隨之下降，并且在折彎過程中工作中心沿X 軸向喉口內(nèi)側發(fā)生偏移，形成的轉矩將加速滑塊接口的變形，使用壽命無法與原尺寸接口相比擬。此方案適用于短時間內(nèi)便要求將設備恢復生產(chǎn)的情況，同時也保留進一步改造的可能。加工示意如圖2 所示。

圖2 加工示意

3.2 切除原接口，重新加工

該方案是將原夾具安裝接口整體切除，按設備出廠的標準尺寸在滑塊上加工出新的夾具安裝接口，此方案維修成本相對較低，無需其他材料成本。但是由于安裝接口切除后，接口位置需要整體向上移動將近120 mm。而經(jīng)過現(xiàn)場核算，該型號折彎機滑塊沿垂直方向只能繼續(xù)下降90 mm油缸便達到下極限位置，油缸工作行程無法滿足要求。此外，若考慮將折彎機下工作臺整體抬高（包括但不限于增加工作臺厚度）以應對油缸行程不足的問題，又衍生出來需將后靠模升降軸同步抬高才能對工件進行定位，在此情況下升降軸絲杠行程同樣有限，該改造方案在此型號折彎機上并不適用。

3.3 切除原接口，新裝過渡塊

該方案是在切除原夾具安裝接口以后，按設備出廠的標準尺寸新制一套過渡塊用于連接夾具與滑塊。過渡塊與原滑塊采用高強度螺栓連接，并且每間隔500 mm 在過渡塊上設置安裝孔位置形成均勻分布，同時橫向中心線位置設有平鍵用于縱向定位，保證高標準的定位精度（在此工況下無需鍵傳遞轉矩與較大的載荷，因此鍵難以發(fā)生磨損與失效）。在承載能力要求不小于142 t/m 的基礎上，為提高滑塊接口處的強度與耐磨性，對制作材料進行重新選型，經(jīng)過對比研究，發(fā)現(xiàn)超高強度鋼材料42CrMo 適用于折彎機過渡塊的制作。原滑塊材料與過渡塊材料力學性能對比情況見表1，材料在力學性能上有很大提升。

表1 滑塊材料力學性能對比

這套方案的優(yōu)點是保留原有的結構設計，可靠性高，過渡塊可直接根據(jù)圖紙進行加工制作，加工精度檢測方便，控制精準，制作出來的過渡塊精度高，同時由該材料加工而成的過渡塊難以發(fā)生塑性變形，大大延長使用壽命，但缺點是加工時需過渡塊與滑塊配合以鉆孔、銑鍵槽等，所需周期相對在原滑塊上直接加工的方式較長，成本相對較高。過渡塊安裝效果如圖3 所示。

圖3 過渡塊安裝效果

4 結語

通過對640T 折彎機滑塊變形問題的研究，不僅對后續(xù)滑塊變形問題的處理具備一定的指導意義，針對不同類型的數(shù)控折彎機或不同需求下即可選取不同的處理方案，同時處理后的滑塊直線度及平面度均可達到精度要求，加工出來的產(chǎn)品滿足工藝要求，同時也有利于提高設備的安全性以及可靠性。