钣金工艺在电力机车生产中的应用.docx

在电力机车生产过程中，为了保证整车的外观状态，部件间的连接性能以及整车称重重量符合设计、工艺要求，就需要很多不同形状、尺寸、板厚的钣金件进行连接，不管什么形状、尺寸的钣金件，都需要通过折弯机或者冲压设备进行加工（本文重点关注折弯机折弯成形）。当使用折弯机进行加工时，就需要考虑零件的展开尺寸计算、最小折弯边的确定、零件折弯干涉分析以及车间现有设备、工装模具是否满足工艺要求。 折弯原理 折弯实质上是一种将板材弯曲成一定形状的冷变形过程，是在常温下进行的压力加工方法，可对金属材料、非金属材料以及复合材料进行弯曲加工。在这种加工方法中，工件依靠弯曲模具和液压设备完成加工，折弯件的尺寸精度由上下模具和折弯设备保证，其成形过程为：在板料某尺寸处，上模具施加弯曲力，在下模具的支撑点产生反力形成弯曲力矩，迫使板料变形，板料的最终折弯角度由上模进入下模具开口的深度决定。 数控折弯机主要工作部分由后挡料、上模及下模组成。后挡料是控制折弯线位置的工作部件，上模和下模用于控制工件的折弯角度和内半径，工件的合格与否主要由这三部分决定。 折弯加工中出现的工艺问题及其解决方案 在电力机车钣金件生产中，许多槽类和多道折弯工件按照设计图纸无法直接生产，或者以目前拥有的工装无法生产，有的与上模产生干涉，有的与下模产生干涉，所以就需要我们在折弯前提前进行考虑和计算，通过反向预折弯，选择合适模具，或者选择合适的下模开口来保证折弯尺寸。 正常的折弯模式 正常的折弯方式如图1 所示。 图1 正常折弯 槽类及多道弯工件折弯难点 此类工件折弯时，由于槽宽大于腿高，导致工件折弯时，工件一端与折弯上模或者折弯机上滑块干涉，工件尺寸无法保证，如图2 所示。 图2 干涉详图 钣金折弯干涉预判 遇到此类高腿槽钣金件时，如何快速判断其能否完成折弯，需要经过多次计算，对应尺寸如图3 所示。 图3 槽类工件折弯相关尺寸 当L-M ＜1.5x 时，此工件可以折弯，不发生干涉。 当L-M ＞1.5x 时，此工件不可以折弯，产生干涉。 干涉问题解决方案 ⑴若槽类工件产生折弯干涉，可以选择鹅颈上模进行折弯，这样就能避免工件折弯边与折弯机或者上模具的干涉，保证工件的折弯尺寸，如图4 所示。 图4 采用鹅颈上模折弯 ⑵若槽类工件产生折弯干涉而又没有合适的鹅颈上模可用时，可以在不影响使用要求的情况下预先在折弯中间处进行反向预弯，如图5 所示，通过人为增加折弯角度保证工件能正常进行折弯，最后再用平胎模具对预弯处进行点压压平，确保产品质量要求。 图5 预折弯 ⑶多道弯工件折弯时，如果H1?＞H或者B ＜V?模/2 折弯时，工件与下模开口和工作台干涉，这时下模的选择和折弯顺序就非常重要，可以选择以下方法：①选择H ＞H1?的高尺寸下模，保证工件正常折弯；②选择B ＞V?模/2 的下模开口，保证工件正常折弯；③没有高尺寸下模时可以更改折弯顺序，先预变形中间弯到一定角度，再在短边处折弯，然后第三道弯成形，最后复压中间弯到工艺要求尺寸和角度，这样就能保证工件的工艺尺寸，如图6 所示。 图6 多道弯折弯 折弯裂纹 ⑴原因分析。钣金件折弯时，经常在折弯拉伸面出现裂纹，造成工件力学性能受损，无法满足工艺使用要求，从而导致工件报废，造成一定的经济损失，究其原因主要有以下几点： ①板材有特殊的晶体结构和轧制纹路方向，折弯时平行纹路方向易产生断裂； ②选用折弯半径R 角太小； ③下模V 形槽的R 角小； ④材料性能差。 ⑵防治措施。 ①下料时，将板材旋转至折弯垂直方向进行切割（即使材料折弯方向与纹路垂直）； ②加大上模R 角； ③使用大R 角的下模具加工； ④选用性能好的材料。 钣金展开计算 常用的展开方式有两种：中性层展开和三维软件展开。 中性层展开法 中性层定义：板材在受到外力挤压过程中，其外层受到拉伸，内层受到挤压，在其断面内部必然会存在一个过渡层，这个过渡层既不受到拉伸，又不受到挤压，其所受应力几乎为零，这个过渡层就称为材料的中性层。中性层在弯曲过程中，它的长度和弯曲前长度一样，基本保持不变，如图7 所示。 图7 中性层示意图 中性层的位置不仅与折弯半径、板材厚度、内移系数等有关，而且还与加工方法、钣金件形状及其尺寸等因素有关。因此，只能近似确定中性层的位置，在实际应用中一般采取近似值计算。钣金件工艺图如图8 所示，中性层长度尺寸L 的计算公式为： 图8 钣金件工艺图 其中 L1，L2——直线段长度（mm）； β——折弯角（°）； r——弯板内弧半径（mm）； t——钢板厚度（mm）； k——中性层系数。 通过利用三维软件进行各种板厚、角度、半径的模拟计算和现场加工实践，我们总结了一些k 因子数值，其具体取值参照表1。 表1 中性层系数k 值 90°折弯快速展开计算 90°折弯展开图如图9 所示，近几年我们都使用CAT