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文档简介
在电力机车生产过程中,为了保证整车的外观状态,部件间的连接性能以及整车称重重量符合设计、工艺要求,就需要很多不同形状、尺寸、板厚的钣金件进行连接,不管什么形状、尺寸的钣金件,都需要通过折弯机或者冲压设备进行加工(本文重点关注折弯机折弯成形)。当使用折弯机进行加工时,就需要考虑零件的展开尺寸计算、最小折弯边的确定、零件折弯干涉分析以及车间现有设备、工装模具是否满足工艺要求。折弯原理折弯实质上是一种将板材弯曲成一定形状的冷变形过程,是在常温下进行的压力加工方法,可对金属材料、非金属材料以及复合材料进行弯曲加工。在这种加工方法中,工件依靠弯曲模具和液压设备完成加工,折弯件的尺寸精度由上下模具和折弯设备保证,其成形过程为:在板料某尺寸处,上模具施加弯曲力,在下模具的支撑点产生反力形成弯曲力矩,迫使板料变形,板料的最终折弯角度由上模进入下模具开口的深度决定。数控折弯机主要工作部分由后挡料、上模及下模组成。后挡料是控制折弯线位置的工作部件,上模和下模用于控制工件的折弯角度和内半径,工件的合格与否主要由这三部分决定。折弯加工中出现的工艺问题及其解决方案在电力机车钣金件生产中,许多槽类和多道折弯工件按照设计图纸无法直接生产,或者以目前拥有的工装无法生产,有的与上模产生干涉,有的与下模产生干涉,所以就需要我们在折弯前提前进行考虑和计算,通过反向预折弯,选择合适模具,或者选择合适的下模开口来保证折弯尺寸。正常的折弯模式正常的折弯方式如图1所示。图1正常折弯槽类及多道弯工件折弯难点此类工件折弯时,由于槽宽大于腿高,导致工件折弯时,工件一端与折弯上模或者折弯机上滑块干涉,工件尺寸无法保证,如图2所示。图2干涉详图钣金折弯干涉预判遇到此类高腿槽钣金件时,如何快速判断其能否完成折弯,需要经过多次计算,对应尺寸如图3所示。图3槽类工件折弯相关尺寸当L-M<1.5x时,此工件可以折弯,不发生干涉。当L-M>1.5x时,此工件不可以折弯,产生干涉。干涉问题解决方案⑴若槽类工件产生折弯干涉,可以选择鹅颈上模进行折弯,这样就能避免工件折弯边与折弯机或者上模具的干涉,保证工件的折弯尺寸,如图4所示。图4采用鹅颈上模折弯⑵若槽类工件产生折弯干涉而又没有合适的鹅颈上模可用时,可以在不影响使用要求的情况下预先在折弯中间处进行反向预弯,如图5所示,通过人为增加折弯角度保证工件能正常进行折弯,最后再用平胎模具对预弯处进行点压压平,确保产品质量要求。图5预折弯⑶多道弯工件折弯时,如果H1
>H或者B<V
模/2折弯时,工件与下模开口和工作台干涉,这时下模的选择和折弯顺序就非常重要,可以选择以下方法:①选择H>H1
的高尺寸下模,保证工件正常折弯;②选择B>V
模/2的下模开口,保证工件正常折弯;③没有高尺寸下模时可以更改折弯顺序,先预变形中间弯到一定角度,再在短边处折弯,然后第三道弯成形,最后复压中间弯到工艺要求尺寸和角度,这样就能保证工件的工艺尺寸,如图6所示。图6多道弯折弯折弯裂纹⑴原因分析。钣金件折弯时,经常在折弯拉伸面出现裂纹,造成工件力学性能受损,无法满足工艺使用要求,从而导致工件报废,造成一定的经济损失,究其原因主要有以下几点:①板材有特殊的晶体结构和轧制纹路方向,折弯时平行纹路方向易产生断裂;②选用折弯半径R角太小;③下模V形槽的R角小;④材料性能差。⑵防治措施。①下料时,将板材旋转至折弯垂直方向进行切割(即使材料折弯方向与纹路垂直);②加大上模R角;③使用大R角的下模具加工;④选用性能好的材料。钣金展开计算常用的展开方式有两种:中性层展开和三维软件展开。中性层展开法中性层定义:板材在受到外力挤压过程中,其外层受到拉伸,内层受到挤压,在其断面内部必然会存在一个过渡层,这个过渡层既不受到拉伸,又不受到挤压,其所受应力几乎为零,这个过渡层就称为材料的中性层。中性层在弯曲过程中,它的长度和弯曲前长度一样,基本保持不变,如图7所示。图7中性层示意图中性层的位置不仅与折弯半径、板材厚度、内移系数等有关,而且还与加工方法、钣金件形状及其尺寸等因素有关。因此,只能近似确定中性层的位置,在实际应用中一般采取近似值计算。钣金件工艺图如图8所示,中性层长度尺寸L的计算公式为:图8钣金件工艺图其中L1,L2——直线段长度(mm);β——折弯角(°);r——弯板内弧半径(mm);t——钢板厚度(mm);k——中性层系数。通过利用三维软件进行各种板厚、角度、半径的模拟计算和现场加工实践,我们总结了一些k因子数值,其具体取值参照表1。表1中性层系数k值90°折弯快速展开计算90°折弯展开图如图9所示,近几年我们都使用CATIA、SOLIDWORKS等三维软件进行钣金建模来计算展开尺寸,通过反复验证来看,当扁钢制品的冷弯折弯角度为90°时,长度展开尺寸L的计算公式为:图990°折弯其中L1,L2——直线段长度(mm);A——补偿值(mm),即一道弯减除值,见表2。表290°折弯参数表最小折弯边的确定折弯过程中,折弯边的尺寸受到上模和下模开口的限制,如果想完成折弯,折弯边就必须能搭在下模开口上。最小边宽Wmin
值主要取决于板料的厚度、选用下模V形槽槽口的宽度及V形槽槽口尖角处圆弧大小。计算的依据是:折弯过程中,下模V形槽的两侧应有足够的搭边长度才能完成折弯,因此,折弯的最小边宽应最小得大于或者等于V形槽斜边的长。如何快速判断折弯宽度即折弯最小边宽,下面以几种常见折弯零件为例进行分析。⑴当钣金件结构为L形,如图10所示,其最小折弯边为Wmin
≥V/2+t+3(t为板厚,V为板厚对应槽宽),当一般标准V形槽不能折弯时,换小一级的V形槽,但V形槽口不能太小,否则折弯时可能会爆胎,一般薄板V形槽口宽度选取板厚的6~8倍,厚板V形槽口宽度选取板厚的8~12倍最佳。图10L形折弯⑵当钣金件结构为Z形时,如图11所示,其最小折弯边为Wmin
≥V/2+2t+3(t为板厚,V为板厚对应槽宽)。图11Z形折弯⑶当钣金件结构为U形时,如图12所示,其最小折弯边为Wmin2参照L形折弯,Wmin1
既要参考上模,又要参考Wmin2。图12U形折弯当钣金件结构为钝角折弯时,如图13所示,其最小折弯边为Wmin
≥V/2+t+3(t为板厚,V为
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