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液壓折彎機模具的設計與制作

文章出處:admin人氣:發表時間:2018-11-17 15:41
 在工科類高職院校中,實訓項目的設置通常考慮教學計劃、設備配置、場地條件、師資能力及實習成本等因素,很多院校通常受各方面條件的制約。[1]加強重點教學環節,提高實踐安全和降低實踐教學成本,是這類高職院校實訓教學的目標。筆者所在學校的船體加工裝配實訓中心是為配合《船舶加工裝配實訓》課程建設的實訓室,船舶構件的加工是該課程的主要內容之一,其中板材折彎加工又是船舶構件材料處理的重要步驟。為完善板材折彎加工教學內容和提高學生實踐安全性,配套的加工設備制作和研究勢在必行。
1 設備分析
三輥卷板機是常見的金屬板材彎卷設備,不論是實際生產還是高職院校相關專業教學,該設備均不可缺少。筆者所在學校的船體加工裝配實訓中心一臺三輥對稱上調式卷板機,主要用于船

收稿日期:2015-04-08
文章編號:1672-9846(2015)02-0078-03
舶結構板材的卷板加工,該機缺點是板材端部需借助其他設備進行預彎。但加工裝配中心沒有用于板材預彎及折邊的設備,學生在實訓過程中需通過人工完成預彎,而人工預彎比較危險,且噪音大,非常不利于實訓教學。
筆者考慮利用設備進行預彎,有兩種方式可供選擇:第一種為直接購買市面上的板材折邊、折彎機,這類設備可直接對板材預彎折邊,但價格較貴,教學成本過高;第二種可利用沖壓模具配合壓力機實現板材折彎。
液壓機是壓力機的一種,它利用液體靜壓力來加工金屬、塑料、橡膠等制品,常用于壓制工藝和壓制成形工藝,是工科類高職院校實訓教學的常見設備。筆者建議,實訓中心在已有單臂式液壓機設備(如圖1所示)的前提下,為節約成本可選擇第二種方式對板材預彎。

作者簡介:葉 姍(1984-),女,湖北通山人,武漢交通職業學院船舶與海洋工程學院工程師,主要從事船舶設計教學與研究。
徐漢超(1961-),男,江蘇淮安人,武漢交通職業學院船舶與海洋工程學院助理工程師,主要從事船體加工裝配實驗教學與研究。
吳 瓊(1965-),女,安徽合肥人,武漢交通職業學院船舶與海洋工程學院副教授,主要從事船舶設計教學與研究。
葉 姍,徐漢超,吳 瓊:液壓機折彎模具設計與制作


 圖1 單臂式液壓機  圖2 V形件彎曲過程
2 折彎模具設計原理與設計過程
2.1 折彎模具設計原理
板材折彎可以通過沖壓過程來實現。沖壓是指在常溫下靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產生塑性變形或分離,從而獲得所需形狀和尺寸工件的加工方法。沖壓由設備和模具完成其加工過程,需具備三個要素:設備
(壓力機)、模具和原材料。[2]
在沖壓生產中,利用模具將制件彎曲成一定角度和形狀的加工方法,稱為彎曲。V形彎曲是最基本的彎曲,任何復雜彎曲都可以看成是由多個V形彎曲組成(如圖2所示)。
船舶零件加工過程中有許多板材和型材需要進行折彎。為了讓學生了解船體零件加工過程,在實訓時要求學生按照圖紙對某個零件進行放樣和加工,不論是對板材折邊,一定角度彎曲還是一定曲面弧度彎曲,都可以通過V形彎曲來實現。
根據單臂式液壓機工作特點,設計出適合實訓室的折彎模具,其工作原理為:將上、下模分別固定于機床的上、下工作臺,利用液壓傳輸驅動工作臺的相對運動,結合上、下模的形狀,對板材進行沖壓,從而實現對板材的折彎成形。
2.2 折彎模具設計過程
通過精確測量折床上下工作臺的尺寸,結合板材折彎需求,設計出模具上模和下模的形狀與尺寸。其中上、下模分別由兩塊鋼板組成,與機床上、下工作臺固定的部分只起固定連接的作用,因此,選取15mm厚度鋼板即可,而上、下模的主要部分為保證其強度,選取30mm厚度鋼板。此外,上模兩塊鋼板成T字形連接,焊上后為保證其強度,在左右兩側各安裝3塊肘板(如圖3所示)。考慮到經費以及實用性問題,本套模具設計首先考慮板材直角折彎,因此上、下模的開口角度預設計為90°。但是根據彎曲的彈性變形,通常把彎曲加工的板材從模具中取出后,會出現被彎曲的板材形狀與尺寸變得與模具形狀和尺寸不一致的回彈現象。彎曲回彈是所有沖壓工序中回彈量最大且無法消除的現象,為使板材彎曲的精度和質量達到要求,必須通過工藝設計和模具設計來適當減小。學生實訓是以學習了解加工過程,其加工量并不大,且加工件復雜度不高,可選擇最簡單直接的方法來減小彎曲回彈,也就是加反變形值的方法。若將上、下模開口設計為90°,板材彎曲后離開模具會產生正回彈,即角度會大于90°。為減小這種角度回彈,可以通過加大板材彎曲角度,即減小模具開口角度的方法,使板材即使回彈,也能控制在90°誤差范圍內。經過實訓教師估算和經驗總結,最終將角度設計為88°。
設計時還需考慮模具與液壓機固定的方式。其中液壓機上工作臺為正方形,對角開槽的結構,因此上模可通過四個開孔用螺母固定在上工作臺上;而下工作臺為長方形,對角開槽的結構,且考慮到下模安裝時的方便性,采用在下模四個角開槽用螺母加墊片固定在下工作臺上的方式固定。
 

圖3 折彎模具設計圖

2.3 軟件模具設計
模具設計可用的軟件很多,隨著CAD/CAE/CAM技術的發展,現代注塑模具設計方法是設計者在電腦上直接建立產品的三維模型,根據產品三維模型進行模具結構設計及優化設計。[3]常見
的有:UG;Pro/Engineer;AutoCAD等。
為方便學生學習,可利用三維建模軟件CADDS5對模具進行建模設計。CADDS5軟件是
第17卷總第66期 武漢交通職業學院學報 2015年第2期
美國PTC(Parameter Technology Cooperation)公司的產品。它是一種通用的機械三維設計軟件,具有功能齊全、真三維造型、數據庫開放等一系列優點。該軟件造型手段豐富,尤其是曲線、曲面功能齊全,使用面非常廣泛,幾乎涉及機械設計和分析的各個領域,能夠滿足用戶的多種需求,如曲面造型、管系放樣、暖通工程設計、電纜布放、鈑金、數控加工、模具設計、運動學分析、強度分析、熱流場分析等。[4]
為充分利用資源,以及今后可能為學生《船舶建造軟件使用》課程提供的CADDS5建模原型,筆者用CADDS5對此模具進行建模,結合之前二維圖紙修改完善模型,并對后期的模具制作過程提供指導。三維模型如圖4所示。其中上模的88°角形狀未在模型中體現,需在現場加工的時候制作。
 

圖4 液壓機折彎模具三維模型

3 折彎模具的制作與試用效果
根據設計圖紙,通過三維模型指導制作出折彎模具(如圖5所示)。安裝過程中,為配合液壓機上折床的上下運動,適當對上模與折床固定的鋼板進行開口,下模安裝時也注意調整位置,加墊片固定好。
 

圖5 折彎模具實物

為測試模具的使用效果,對模具的安裝位置進行微調并保證今后加工裝配實訓課程中的正常使用,筆者組織了一個小組的學生,在加工裝配實訓當中,利用液壓機折彎模具制作出一個“天方地圓”(上面方形開口,下面圓形開口)的構件,與往屆學生手工制作的構件進行對比。由于該構件的制作難點在于從方形到圓形的過渡連接,按圖放樣后,根據線條進行折壓彎曲,并保證彎曲的自然過渡。這個操作過程可以通過折彎模具來實施,并可以從成品中直接看到折彎質量和效果。圖6為往屆學生用手工敲打折彎的效果,圖7為學生用模具折彎的效果。

圖6 手工敲打折彎效果 圖7 模具折彎效果
手工折彎可明顯看出折壓線,曲面過渡不自然,折痕明顯,并且線條不直;通過模具折彎后過渡自然,線性流暢,效果良好。對比結果表明,液壓機折彎模具的設計和制作成功,可正式投入船體加工裝配實訓室教學使用。
4結語
(1) 通過本模具的設計和制作,實訓中心已有的設備工具和三維建模軟件物盡其用;在模具制作投入使用后,學生實訓過程中的安全性和工藝性大大提高,為實訓教學提供很大的便利,具有非
常重要的作用和意義。
(2) 本模具僅能對型材進行90°折彎。雖然可以通過多段折彎達到想要的曲度,但不能進行單純的其他角度折彎。在后續研究中,應加大折彎模具的使用范圍,達到多用途多角度折彎的目的。
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