圈梁零件成形技術研究*

王 鐸 李學強 寇海利 張澤超

(內蒙古第一機械集團股份有限公司,內蒙古 包頭 014030)

圈梁為特種車輛圍板類產品,在傳統沖壓工藝中,該類產品需采用沖壓模具成形。由于模具需要較長的設計、制造周期,不適合科研產品的品種多、研制周期短的生產特點,采用模具方案制造成本會大幅增加。由于零件外形尺寸較大,采用模具成形,除需設計專用的特大型成形模具,還需有較大工作臺面和噸位的壓力機。目前公司現有的沖壓設備不滿足工藝要求。圍板類產品是外徑近兩米、截面為U形狀的圈梁類零件,如圖1所示。采用組件拼焊成為了最為經濟、高效的方法。零件采用底板加內外立邊的拼焊結構。為減小焊接變形,零件內圓處增加整體拉筋。由于零件組件多、焊縫長、焊接變形大,零件的平面度無法達到設計要求(不大于5)。研究其組件成形機理以減少組件數量及零件焊縫長度具有重要的意義。

1 圈梁狀零件結構特點及其組件成形分析

由于本文零件外形尺寸較大,零件采用激光割制的環形底座加內外立邊焊接而成,如圖2所示。兩立板件1、件2為窄條板料用三輥機卷圓成形,工序為:下料—拼焊—卷圓—焊接。底座受原材料幅寬規格限制,采用兩塊板對焊后激光割制成形,如圖3所示。由于零件直徑較大,焊接變形嚴重,難以保證平面度,所以在割制件3時,內圈需斷續割,如圖3所示。三件組焊后再割內圈未割掉部分。內外圓周圈較長焊縫的焊接變形導致了零件的整體平面度和立邊對底邊垂直度達不到工藝要求。該方案組件數量多,焊接變形量大,零件合格率低(零件底平面平面度遠大于圖紙要求的5,最大處達8～10,增加了校正工作量和工人的勞動強度),工序流程長,生產效率低,且材料定額消耗大,材料利用率低。

圖1 圈梁類零件

圖2 圈梁零件平面圖

圖3 兩立板對焊

介于上述原因,針對此零件我們擬利用L形組件加立邊組件的拼焊結構,如圖4所示,替代立邊加底邊加立邊的拼焊結構,這樣焊接時焊縫長度可減少一半,且控制好L形組件的垂直度也可提高零件的整體尺寸精度。L形組件的成型受組件外形尺寸的限制。為減少焊接變形,組件宜大不宜小。由于組件外形尺寸大、不對稱,模具成型困難。而且對設備臺面及噸位要求較高,模具方案目前無法實現。傳統方案采用折彎機彎曲組件坯料成角鋼狀,然后加熱彎曲到工藝尺寸。熱彎方案不僅工人勞動強度大、零件外觀質量差,而且生產效率低。我們利用型材彎曲機滾彎角鋼的原理,可將上述熱彎曲工序改為型材彎曲機冷彎。

圖4 L形組建加工立邊組建拼焊結構

2 實施過程

2.1 立邊組件的加工

立邊組件采用常規工藝方案,剪切下料,清校工序加三輥機滾圓后焊接?？紤]零件組焊時搭接量,按需加以調整即可。

2.2 L形組件的設計及加工

L形組件截面為角鋼狀、外形為圓弧形的彎曲成形件。利用型材彎曲機滾彎型材(角鋼)的原理,將L形組件毛坯用“類型材”(鋼板折彎件)代替,采用型材彎曲機滾彎成型,如圖5所示。鋼板折彎件用通用彎板機即可彎曲成型。鋼板折彎件彎曲圓弧與角鋼外棱直角的不同,其在滾彎過程中坯料的流動情況也不同。鋼板折彎件滾彎變形處的受力情況,如圖6所示?？v向受壓應力σ2,切向、徑向受拉應力σ1.、σ3,零件在滾彎過程中材料沿零件徑向竄動,滾彎成型后零件截面尺寸與坯料截面尺寸有所變化。滾彎時需更改側輥的初始參數增加側輥的糾正力,見表1,并提前在組件坯料上根據材料的流動方向反向增加了補償量Δ,如圖7所示。零件滾彎成后,零件截面尺寸正好控制在工藝尺寸范圍內。

圖5 型材玩去機滾彎成型

圖6 鋼板折彎件受力情況

表1 鋼板折彎件滾彎參數

圖7 補償量Δ

2.3 效果驗證

采用型材彎曲機滾彎鋼板折彎件的方案,較原方案減少了零件組件的數量,減小了焊接變形。提升了零件實物質量?？梢允褂猛ㄓ谜蹚潤C彎曲零件坯料,實現截面為角鋼、彎曲半徑大的零件的彎曲成型,利用型材彎曲機彎曲,替代了傳統的熱彎工藝。使外形尺寸較大、無法用現有設備實現模具成型的截面為角鋼狀的零件彎曲成型成為可能?？梢酝ㄟ^調整型材彎曲機主動輪向下的進給量和控制坯料截面尺寸的補償量,來滾彎各種不同曲率的零件。適合于多品種、小批量 的生產,實現柔性化生產。

3 結論

用型材彎曲機彎曲角鋼狀折彎件代替鉗工臺熱彎,解決了角鋼大半徑彎曲件熱彎的問題,也為圈梁類零件減少一道圈焊縫,明顯提高零件表面質量,提高材料利用率和生產效率。證明型材彎曲技術在沖壓工藝中的可行性和優勢。

解決了生產進度窄口問題,提高了材料利用率,為以后大尺寸彎曲成型件成形受設備限制的彎曲成形件提供了新的思路,將用常規沖壓方法難以成形的零件成形出來,為類似產品的生產提供了新的加工方法。