DP5-6000高強鋼壓型的適用性研究

張啟，劉貴軍，張含，楊濤，張海婧

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

1 DP5-6000液壓機基本概述

1.1 基本原理

液壓機的基本原理是油泵把液壓油輸送到集成插裝閥塊，通過各個單向閥和溢流閥把液壓油分配到油缸的上腔或者下腔，在高壓油的作用下，使油缸進行運動。液壓機是利用液體來傳遞壓力的設備，主要進行各種可塑性材料的壓力加工和成形。

1.2 可壓型材料的約定

《技術協議》中約定 DP5-6000壓機可加工縱梁胚料材料為16MnL，屈服強度345MPa，抗拉強度510～610MPa。

1.3 輸出力容許值及容許偏載力矩

DP5-6000壓機的輸出力由 6個加壓油缸產生，長度為12700mm，寬度為1470mm，在模具截面上均等分配60000kN荷重，兩端加壓油缸間距10000mm，如圖1。

圖1 DP5-6000壓機輸出力示意圖

壓機輸出力模式分為兩種，高輸出力時為六缸聯動，低輸出力時為左側的四缸聯動、兩缸隨動。根據廠家的壓機操作規程，成形梁需按其長度選擇適合的輸出力，推薦的容許輸出力與材料長度的關系具體見表1。

滑塊左右方向的容許偏載力矩為 35000kNm。如采用四缸聯動的低輸出力模式加工6米長度的縱梁，兩者載重點在左右方向上的偏離長度為1米。若壓機輸出力為40000kN，則偏載力矩為 40000kNm，不符合規程，禁止操作。若保證偏載力矩≯35000 kNm，則此時壓機的最大輸出力為 35000 kN。

表1 容許輸出力與材料長度的關系表

2 DP5-6000可壓型材料的理論計算

2.1 成型力公式計算

因直接涉及重型卡車槽梁計算，本文按1998年《重型汽車》雜志44期的 “槽型梁壓制成型力的計算”論文所推薦的兩套公式進行理論計算，即由輸出力倒推可壓型材料的極限抗拉強度：

1）基本彎曲力：采用荷蘭經驗公式 U型彎曲所需的基本彎曲力公式P1-彎曲力kgf；b-梁長度mm；σb-強度極限 kgf/mm2；t-板厚mm；

Rd-工件外彎半徑mm；rp-工件內彎半徑mm，C-修正系數 0.25～0.5

2）壓平力：采用國內機械工業出版社的日本文獻的理論所推薦的壓平力公式

P即為壓機輸出力，P1為自由彎曲力

3）簡化公式：根據上述公式，可由壓機輸出力（即噸位）反推可加工材料的抗拉強度極限，即σb＝P/[3Cb(0.4 t)1.65·（2.5t/rd）1/4·(t/rp)1/9]?？v梁內彎半徑按 10mm 計算，修正系數C取0.4（按該論文推薦的經驗數據），根據A平臺產品的兩種料厚，簡化后的公式分別為：

注：T-壓機輸出力 kN，L-梁長度 m；σb-材料抗拉強度MPa

2.2 具體測算

套用以上簡化公式，按兩種輸出模式測算如下：

1）四缸聯動模式：T=40000kN，無偏載情況下，L=8m

料厚=8mm：σb=610Mpa，即材料的抗拉強度≯610Mpa

料厚=10mm：σb=400Mpa，材料的抗拉強度≯400Mpa

2）六缸聯動模式：T=60000kN，無偏載情況下，L=12m

料厚=8mm：σb=610Mpa，即材料的抗拉強度≯610Mpa

料厚=10mm：σb=400Mpa，材料的抗拉強度≯400Mpa

兩種模式測算結果相同，8mm料厚的理論測算結果與《技術協議》所設定的材料的抗拉強度最大值一致，即均為max610Mpa，該公式與《技術協議》相互驗證。

可壓型材料的抗拉強度與成型內圓角成正比，按料厚8mm，成型內圓角與抗拉強度的關系見表2。

表2 成型內圓角與抗拉強度的關系

結論：該壓機在加工8mm料厚時，按成型內圓角10mm，其材料的抗拉強度≯610Mpa。加工10mm料厚，其材料的抗拉強度≯400Mpa。根據操作規程及偏載力矩的限制，壓機輸出力與梁長度基本成比例，如6 m梁對應輸出力30000kN，5 m梁對應輸出力25000kN，因此理論測算結果相同。

3 縱梁材料及其強度性能參數

縱梁材料是一個逐步發展的過程，選材從最初的16MnL，到目前大量采用的510L，近年隨著部分牽引車雙層梁的單層化，屈服強度及抗拉強度更高的材料SQ590L占比也越來越高。

3.1 各材料性能參數說明

現縱梁材料：主要為510L及SQ590L，最大料厚8mm。

1）510L：均為雙層梁，部分為三層梁。

牌號標：屈服強度σs≥355MPa，抗拉強度σb=510～610MPa。

實際：屈服強度σs=467～477MPa，抗拉強度σb=540～554 MPa。

2）SQ590L：所有單層梁車型，部分8+4牽引及載貨車。

牌號標：屈服強度σs≥440MPa，抗拉強度σb=590～710 MPa。

實際：屈服強度σs=562～578MPa，抗拉強度σb=639～657MPa。

3）某集團A平臺縱梁材料：均采用600L，最大料厚10mm（大部分為 8mm）。單層梁為主，極少車型采用雙層梁（僅X平臺工程車）。

牌號標：屈服強度σs≥500MPa，抗拉強度σb=600～760 MPa。

3.2 縱梁材料的理論計算結論

結合以上縱梁材料的抗拉強度，按料厚8mm、成型內圓角≯10mm的條件，得出以下結論。

1）DP5-6000可完全滿足現510L材料的壓制。

2）將成型內圓角放大到14mm，按590L實際取樣值（即抗拉強度≯660MPa），DP5-6000基本可實現該材料的壓制。

3）如壓型 A產品縱梁，按材料的最大抗拉強度σb=760MPa：

厚度8mm的梁，壓機輸出力需約74800kN，即7500噸。

厚度 10mm的梁，壓機輸出力需約 95000kN，即 9500噸。

4 各縱梁材料的DP5-6000壓型實踐

4.1 縱梁產品壓型要求

依據縱梁輥壓線的技術要求，僅從成型內圓角、開口尺寸及腹面平面度進行說明。

1）某重卡企業：成型內圓角9mm（現模具設定），開口尺寸標準-0+2，腹面平面度標準max0.5mm。

2）重卡第一集團：成型內圓角 10～12mm（各家要求不同），開口尺寸-0.5+0.5，腹面平面度max0.4mm。

4.2 現產品材料壓型實踐

根據上述計算，壓機實際輸出力≯40000kN。

1）兩種材料因模具磨損，壓型后均無法達到9mm的成型內圓角要求。

2）兩種材料壓型后的開口尺寸及腹面平面度：

B510L：單根縱梁開口尺寸合格率＞95%，個別點有超差；腹面平面度基本在0.5～1mm。

SQ590L：單根縱梁90%的測量點的開口尺寸標準放大至+1+3時符合?？v梁腹面平面度約為+2～+3mm，即縱梁底部兩側較中部高2～3mm，原因在于材料強度高，壓型時壓機無法敦實所致。

5 新產品試驗

表3 高強材料的壓型試驗表

針對A平臺產品的縱梁，擬采用高強鋼，通過雙層變單層來實現車架乃至整車的輕量化。利用 DP5-6000壓機，共進行了四輪不同牌號的高強材料的壓型試驗，基本情況匯總見表3。

分析試驗表可得出以下結論：

1）試驗所選取材料的牌號及其屈服強度和抗拉強度逐輪下降。

2）壓型試驗時，壓機的保壓時間調至最大，腹面平面度均在2mm以上。

3）QStE500TM為德標，600L為國標，兩者基本相當，前者強度、穩定性、價格等均較后者高。

6 分析結論

綜上，從理論計算和實踐檢驗過程說明，對于抗拉強度超過610MPa材料，DP5-6000壓機無法滿足某企業A平臺的壓型要求。

7 小結

通過對某企業大噸位模壓生產現狀的計算、分析，希望能在適合的情況下，為機械制造企業分享一些思路和理念。下一步結合目前比較優勢的輥型工藝，研究縱梁柔性智能成套生產技術的配套解決方案。