液压支架板料弯曲工装的制作

白向军

0 引言

同煤集团力泰装备公司是综采液压支架专业大修厂家，在日常生产中常会遇到相当数量的板料需要折弯成一定角度、曲率和形状的零件。但由于该公司各种产品无法形成批量，造成85%以上的零件为单件，小批量生产。劳动生产率低，劳动强度大。因此研究设计制作了板料弯曲的工装设备。

1 工装工艺设计原则

通常弯曲工艺在冲床上用弯曲模进行弯凸，但在生产批量不大的情况下，模具的设计制造需要冲压设备且费用较大。在没有现成设备的情况下，钳工使用夹具，利用冲压模具在压力机上使板料弯曲，从而获得所需的外形尺寸和性能要求的机械零件。具体要求如下：

（1）弯曲工件的工艺性是指弯曲件的材料性能、形状、尺寸、精度要求及技术条件等是否满足弯曲加工的工艺要求，是否具有良好的弯曲成形条件。要想提高弯曲工件的质量，减少废品率，降低材料消耗，制定合理的工艺和模具结构是很必要的。

（2）由于工件用途差异较大，因此板料的厚度、材质也相应不同。弯曲加工前，要综合考虑板材的机械性能，使用的工艺方式、工艺参数及工装、设备等因素，以避免板材塑性弯曲时产生裂纹，使零件失效，造成损失。通常情况下，板料塑性好的有利于弯曲成形，板料的表面、弯曲模具表面越光滑越有利于弯曲成形，产生裂纹的可能性越小。板料弯曲时，为减少弯曲力和弯曲变形，采用较大的弯曲半径，同时还应考虑板材的热处理情况（一般在冷作硬化状态下应比在退火或正火状态下弯曲选择弯曲半径大1 倍）。

（3）确定弯曲件弯曲方向时，应使毛坯的冲裁端裂带处于弯曲件内侧，避免端裂带的微裂纹在外侧拉应力的作用下，扩展为裂口，同时应使工件弯曲线垂直于纤维方向。

2 工装的结构说明和关键部件尺寸的确定

图1 为一胶带输送机横梁接头的结构简图，在制造过程中要采用弯曲工艺。由于该零件加工批量小，工厂不可能投入足够资金生产弯曲模具，为按质按量完成这一道工序任务，我们设计了板料弯曲夹具工装，应用后效果满意。

图1 胶带输送机横梁接头结构

图2（见18 页）所示即为板料弯曲夹具的结构简图。弯曲滚柱体与夹具平板焊接为一体，框式支架和固定轴、夹压滚柱体构成的组件可以绕固定轴相对于夹具平板自由旋转。夹压滚柱体和弯曲滚柱体是该工装提供折弯力的主要结构件，夹具平台与压紧块构成该工装提供夹紧力的部件，夹紧力和折弯力在工作过程中的协调一致，最终，将板材加工成如图1 所示的形状及尺寸。

图2 板料弯曲夹具结构

2.1 关键部件尺寸的确定

夹压滚柱和弯曲滚柱是该工装提供折弯力的主要结构件，通过夹压滚柱可以将手柄上的力均匀地施加于工件，使工件与弯曲滚柱表面紧贴，实际应用中相当于弯曲模的凹模。弯曲滚柱的直径取决于弯曲件的弯曲圆弧半径。图1 中胶带输送机横梁接头的弯曲圆弧半径为20 mm，故弯曲滚柱直径D1=2R=40 mm。夹压滚柱的半径通常取板料厚度的3 倍左右，该横梁接头板材厚度为6 mm，故夹压滚柱直径D2圆整设计为40 mm。

2.2 弯曲间隙的确定

要折弯出合格的工件，须合理选取弯曲间隙。若间隙确定不当，不会达到满意的效果。间隙过大，则回弹大，弯曲件尺寸及形状不易保证；间隙过小，弯曲力增加，模具磨损大、寿命短。

两滚柱外表面之间的间隙用C 表示，与板料的力学性能和厚度δ 相关，通常根据公式C=（1.05～1.15）δ，当板料厚度6 mm 时，间隙C=6.5 mm，则两滚柱轴心线之间的距离为46.5 mm。当板料厚度为20 mm（最大加工板厚）时，间隙C 取值22 mm，两滚柱轴心线之间的距离为62 mm。

另外各部件间的配合间隙的选择也很重要。特别是固定轴与弯曲滚柱、夹压滚柱间的配合间隙，会影响到两滚柱轴心线之间的距离，设计取Ф20H7/f6 基孔制间隙配合。

对于不同的板厚，可以通过改变夹压滚柱的直径D2来调节两滚柱外表面之间间隙C 的大小，以满足设计要求。

2.3 回弹问题的解决

回弹是弯曲加工工艺过程中的技术难点之一，零件成型精度差，控制制件精度，提高制件质量。为了防止工件弯曲后发生回弹，以保证弯曲质量，工装设计时将弯曲滚柱与在夹具平台焊接为一体，工件完全贴合或接触。工作时，可使工件过弯2°～4°。

2.4 板料的定位方法

采用位置标记法进行定位。取工件的中心划刻线，并钻工艺孔。在夹具平台上从弯曲滚柱的中心线向左40 mm 处划一刻线，工作时两刻线对齐即可。

2.5 工装操作方法

对工件进行折弯操作时，必须有一压紧力先压住工件。将夹具平台固定于台钳之上，需折弯的板料置于两滚柱之间，定位后，通过工件上定位工艺孔，用螺钉和压块将板料压紧。扳动手柄(视弯曲力大小，可用适当的力矩扳手)，使板料按要求弯曲成形。

对于不同零件的弯曲，只需要根据不同的弯曲半径更换夹压滚柱套管和弯曲滚柱套管即可，不需要重复设计制作冲压模具。由于工装结构及人工施力等原因，此工装适用于弯曲δ6-20 mm 钢板，宽度小于工装宽度，长度不宜太长（展开长小于500 mm 为宜）。

3 应用效果

该工装操作方便，具有足够的强度和刚度，特别适应于厚度δ6-20 mm 材质Q460 以下板材的压制成形。对于单件或小批量生产可大大提高生产效率，节约了材料和生产的工时。经过1 年多的生产实践，陆续加工了液压支架的顶梁、座箱及前、后连杆等结构件的弧板2 000 余件，加工胶带输送机横梁接头1 300 余件，产品合格率达97%以上。为弯曲件的加工，提供了一个新的途径。

4 结语

由于板材弯曲变形过程较为复杂，国内外相关参考的文献资料不是很多，在进行分析探讨时对研究对象只能进行假设与简化，可能造成理论分析结果与实际情况存在一些偏差。同时由于工作现场和设备、经费等问题，只对个别几种规格和材质的板材进行了分析，下一步将从以下两个方面进行下一步的研究：

（1）理论方面

进一步深入研究板材弯曲过程中弹、塑性变形规律，建立精确的力学模型，获得准确的计算方法和数据，从而得到合理的设计方案。

（2）实践方面

以理论研究为基础，得出不同材质和厚度的金属板材的理论折弯方案，通过软件仿真或者现场试验，对理论计算数值进行修正和补偿，以期得到更加合理的弯曲工装方案，提高工件的加工精度和生产效率。