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大型折弯机的新型机械式挠度补偿装置

板料的折弯长度对折弯件精度的影响很大,板料越长,要求弯曲的负荷越大。因此,设备的倾斜度及滑块的变形也就变大,致使确保精度更加困难。通常,将包括弯曲总长度的弯曲角度的精度称为“直线精度”。如果不采取有效措施,则折弯上模全长方向上的凹模进入量不一致,从而使折弯件出现“boat belly”效应。本文利用有限元模拟方法对滑块受力与变形位移进行分析,提取、修正形成挠度补偿曲线,结合经验数据,设计制造了一种新型的机械式挠度补偿装置。采用驱动电机或手动调节,在全长或局部实现挠度补偿,提高了大尺寸折弯机的直线精度。

滑块受载特征分析

模型建立

折弯机滑块是由不同形状的钢板焊接组合而成的。建模过程中,影响结果很小的细节忽略不计,只保留滑块的主体结构。主体尺寸为 8000mm×2500mm×120mm。设定弹性模量E=2×105MPa;泊松比= 0.27;密度=7.8×103 kg/m3。根据滑块的结构特点, 选用由20个节点定义的SOLID95单元。此单元有任意的3D方位,并且对于曲线边界的模型能很好的适应,可更精确地分析滑块的弹性变形。

滑块的载荷及约束施加

⑴约束条件。在实际工况下,滑块始终处于运动的状态。由于要单独对滑块进行静态分析,必须要对滑块的约束进行简化和近似,对滑块中间对称面上节点施加对称约束;滑块的固定是由设置在机架上的导轨和滑块后部连接实现的,在此部位施加全约束。

⑵载荷情况。液压缸底部与滑块接触部位施加面载荷,由于滑块垂直方向变形量相对全长很小,属弹性小变形,故模型中对滑块底部受力面施加均布载荷;滑块底部与上模由连接块连接,保证力均匀地由滑块传到上模。

模拟结果提取及分析

滑块受载时的位移云图如图1所示。在ANSYS结果处理中设置路径,提取滑块底部受力面的变形挠度曲线,如图2所示。由图可知,位移最大值出现在滑块中央,向两边呈抛物线型逐渐减小,同时可以得到折弯长度方向上任意位置的变形位移量,从而为设计数组角度不同的楔块形成挠度曲线提供了数据支持。

 

            

机械式挠度补偿装置

由以上分析可知,折弯机加载时由于本身架构的原因会使滑块受力面产生抛物线型的挠度变形,造成折弯工件的角度在全长方向无法保证一致性。另外,折弯模具的局部磨损也影响折弯工件的直线度。目前,解决这种问题的常用方式有两种:一种是在折弯机上滑块或(和)下工作台适当位置处安装液压顶缸,通过控制各个顶缸的顶出高度,达到补偿目的;另一种是在下工作台采用机械式的挠度补偿装置,即通过调节不同角度的楔块组达到补偿目的。液压顶缸式的方法操作容易,可以满足一般精度要求的折弯生产,对于大尺寸且精度要求高的折弯件,目前以机械式挠度补偿方式为主。

    传统挠度补偿装置

传统机械式办法是手动调节补偿块或在磨损处增加垫片,但该方法费时费力,效率低,精度也难以得到保证。比较先进的折弯机是安装自动或半自动产生挠度补偿的机构,如目前常用的楔块式挠度补偿装置和拉杆式挠度补偿装置。楔块式可以较好地保证角度一致,并提高折弯精度,但劳动强度大,效率低。拉杆式可以很方便地实现全长方向的挠度补偿,但无法解决局部磨损的问题。图3(a)、(b)所示为安徽联盟模具工业股份有限公司生产的两类挠度补偿装置。

 


新型挠度补偿装置

为解决局部磨损问题,安徽联盟模具设计了一种四片配合斜楔式挠度补偿装置。该装置既能自动调节对被加工件作整体挠度补偿,又能手动调节对模具的局部磨损进行补偿。图4为其二维剖面图,工作原理阐述如下:

 

4 四片配合斜楔式挠度补偿装置

1-上盖板  2-斜楔Ⅳ  3-斜楔Ⅲ  4-斜楔Ⅱ  5-斜楔Ⅰ  6-拉杆   7-隔套管   8-右斜楔块   9-丝杠   10-轴承座  11-轴承  12-底座  13-螺母  

⑴在底座上沿长度方向(即纵向)开设矩形槽,在此矩形槽中纵向间隔地均布安装奇数组斜楔机构,各组斜楔机构均由下至上依次叠装配合的两对、共四片斜楔,即斜楔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。

⑵在各组斜楔中,位于下部的斜楔Ⅰ和斜楔Ⅱ为一对,形成局部调节斜楔机构。每对斜楔Ⅰ和斜楔Ⅱ的斜面对应配合,均呈横向设置。在底座的前后座壁上对应于斜楔Ⅰ的大头端的中部部位分别开设螺孔,并在底座壁的外部对应旋装调节螺栓,各调节螺栓伸进底座内与各斜楔Ⅰ相连接。手动调节螺栓,带动各斜楔Ⅰ作前后(横向)移动,按需局部调节上盖板即工作台作上下移动,实现局部补偿的目的。

⑶位于上部的斜楔Ⅲ和斜楔Ⅳ为一对,各对斜楔Ⅲ和斜楔Ⅳ均呈纵向设置,组成整体调节斜楔装置。各对斜楔Ⅲ与斜楔Ⅳ的斜面对应配合,且位于底座矩形槽中间的斜楔Ⅲ的斜度最大,而位于底座矩形槽左右两侧的各斜楔Ⅲ的斜度依次逐步递减,当各斜楔Ⅲ沿长度方向等距移动时,中间升距大,形成一条可以根据楔块移动距离调节挠度大小的曲线,实现整体挠度补偿。各斜楔Ⅳ的顶面呈圆弧面,同时在各斜楔Ⅳ的前后侧壁上对称设置短轴,而在底座矩形槽的前后侧槽壁的上部对应于短轴的部位开设竖向的豁口槽,各斜楔Ⅳ上的短轴滑动安装在各豁口槽中,使各斜楔Ⅳ只能作上下移动而不能左右移动,以保证斜楔Ⅳ的顶升效果。

⑷在右端的斜楔Ⅲ上开设纵向的螺孔,而在其余斜楔Ⅲ上均开设与螺孔同中心线的纵向的通孔,在各两两相邻的斜楔Ⅲ之间安装空心隔套管,在各斜楔Ⅲ和空心隔套管中穿装拉杆,拉杆的右端为螺纹段拧入右端的斜楔Ⅲ中,在右端的斜楔Ⅲ的螺孔的右部安装调节螺杆,在调节螺杆的外伸端安装电机,启动电机,可实现自动整体挠度补偿。

图5所示为安徽联盟模具工业股份有限公司生产的8米长双拉杆四片斜楔式挠度补偿装置。

 

5  8m双拉杆斜楔式挠度补偿装置

结束语

本文对折弯机滑块弹性小变形进行了模拟分析,提取了滑块底部受力面的挠度变形数据;结合经验数据,设计了四片配合斜楔式挠度补偿装置,既能自动调节对被加工件作整体挠度补偿,又能手动调节对模具的局部磨损进行补偿。该装置结构设计合理,使用方便可靠,提高了钣金折弯件的质量和生产效率,为大型精密折弯补偿提供了一种新的装置。


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