板厚偏差对钣金折弯中心折弯精度影响的计算研究--中国期刊网

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板厚偏差对钣金折弯中心折弯精度影响的计算研究

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：王杰李冲陈宇平周锐

[导读] 摘要：钣金折弯中心由于高效、高质且自动化程度高等特点在钣金加工中的应用较为广泛，近年来已逐步代替人工折弯。

        （国电南瑞科技股份有限公司江苏南京 210061）
        摘要：钣金折弯中心由于高效、高质且自动化程度高等特点在钣金加工中的应用较为广泛，近年来已逐步代替人工折弯。在钣金机柜加工过程中常用不锈钢拉丝钢板进行门板类零件的加工，门板折弯常常涉及到拍平工序，在加工中会出现尺寸偏差现象。本文首先介绍了钣金折弯中心的工作原理，着重分析在覆膜不锈钢拉丝钢板厚度存在负偏差的情况下，对钣金折弯中心折弯门板后尺寸的精度影响。
        关键词：钣金折弯中心厚度负偏差尺寸偏差
        1.前言
        随着“工业4.0”、“中国制造2025”等智能制造理念的不断深入，钣金折弯设备自动化程度逐步提高，朝着自动化、集成化、智能化的方向发展。其中最为代表的是钣金折弯中心形式的柔性生产线，例如萨瓦尼尼公司的S4+P4柔性生产线以及普瑞玛公司的PSBB柔性生产线，将钣金加工中下料、折弯等工序集成，现还推出了储能螺柱焊的功能，自动化、集成化程度又有了进一步的提升。
        钣金机柜柜门一般面积较大、重量较重，表面不能划伤，钣金折弯中心完全规避了这些问题，高效高质完成机柜的折弯工作。现有一台钣金折弯中心，主要用于钣金机柜柜门和顶盖的折弯工作。在门板加工过程常出现尺寸偏差的情况，尤其在覆膜拉丝不锈钢门板拍平操作时，尺寸偏差尤为严重。经研究分析，发现钢板厚度负偏差对其加工尺寸精度存在影响。
        2.工作原理
        钣金折弯中心主要由上料系统、定位系统、送料系统、折弯系统以及下料系统构成，待折弯板料放置于上料工作台上，通过自动上料系统将待折弯板料运送到工作台上，夹钳压住待折弯板料，可进行X方向移动，通过定位系统中定位销进行二次定位后，待折弯钢板即在送料系统的推杆推送至折弯系统中进行折弯，折弯系统共由BT1、BT2、BT3、BT4四个轴构成，可进行各种形式的折弯，零件折弯完成后经由下料系统进行下料。所有的操作过程均由零件的折弯程序控制，在编程前需在其自带BendExpress软件中进行待折弯板料的板厚、大小等参数输入，从而确定折弯刀具的编排以及折弯力的大小。
        3.分析计算
        在钣金折弯中心进行拍平操作时，采用Smash bend方式进行折弯，即先折弯到120°，然后采用overbend折弯方式，折弯到130°，再使用BT1进行拍平，其折弯模型如图1所示。

                       图1 钣金折弯中心折弯方式
        在进行拍平操作时，折弯拍平边会受到BT1轴下压力，折弯板料会受到整体向左的力，压钳对板料下压产生压力的同时，也对板料产生左右方向的摩擦力，板料受力如图2所示。

                               图2 板料受力分析
        压钳压力是由液压油缸施加压力，其压力值为40bar，通过压钳施加在板材上，压钳面积为10266×10-6m2。压钳表面布有纹路，为增加板料与压钳之间的摩擦力，防止板料折弯过程中发生滑落，造成事故。在折弯中心系统中直接设定，SUS304板材与压钳的摩擦系数为0.15。
        因此在压钳压力下，板材与压钳之间的摩擦力fx为
         （3-1）
        钣金折弯中心折弯过程中，BT1轴的下压力与板材材料、板厚、折弯线长度、折弯高度等因素有关。通过变量控制，在折弯长度为1000mm，板材材料为SUS304不锈钢，折弯高度为100mm时，通过现场验证，在Express 折弯系统中，不同板厚对应的BT1轴下压力如表1所示。
        表1 SUS304不锈钢板厚与BT1轴下压力对应关系

        通过曲线拟合，如图1所示。

        拟合公式为y =-17.409x4+114.64x3-756.14x2+270.01x -75.012。
        因此，通过计算板厚为1.5mm时，BT1轴的下压力F1为59.2KN。当存在钢板厚度负偏差，板厚为1.3mm时，BT1轴的下压力F1应为50.34KN。
        如图2可知，当左右方向上的分力大于摩擦力时，板料就会发生左右方向上的移动，在下压过程中，角度θ值会随着BT1轴下压力F1在左右方向上的分力Fx也就逐渐变小，当Fx=fx时，板料零件就不会发生移动。
        即
        因此
        在板厚为1.5mm时
         （3-2）
        在板厚为1.3mm时
         （3-3）
        拍平过程分为两个步骤，首先是快速下压，其次压死，共需时间约为0.5s，其中快速下压时间为全程的1/4，即0.125s。
        快速下压是由原有130°的基础上压至180°，期间共完成50°的压弯工作。
        结合公式（3-2）和（3-3），1.3mm厚的钢板在θ=50°时就达到平衡，而1.5mm厚的钢板，需在θ=46°时才能达到平衡。由于钢板厚度存在0.2mm的负偏差，钣金折弯系统默认的是1.5mm厚钢板的折弯参数，因此在这期间由于受力情况会发生钢板偏移的现象。
         （3-3）
        折弯板料长2200mm，宽1000mm，厚1.3mm，因此其重量为
         （3-4）
        随着角度θ值不断变小，BT1轴下压力F1在左右方向上的分力Fx也就逐渐变小，在θ值从50°折弯到46°的过程中，Fx也就逐渐变小，直至与摩擦力fx相等，取其算术平均值。
         （3-5）
        因此，可得加速度a
         （3-6）
        发生偏移的距离为
         （3-7）
        即发生了1mm的偏差，不能够满足机柜柜门的尺寸加工要求。
        4.结论
        通过钣金折弯中心在进行不锈钢机柜柜门加工计算分析可知，在钢板厚度存在-0.2mm的负偏差时，在进行拍平操作时，不锈钢机柜柜门零件尺寸会产生1mm的尺寸偏差。如果使用不锈钢拉丝板，表面附有粘度很低的保护膜时，其产生的尺寸偏差会更大。因此，在使用钣金折弯中心进行拍平操作时需事先注意板材的厚度偏差，根据其实际板厚进行数据导入，从而避免出现较大的尺寸偏差，造成报废。
        参考文献：
        [1]刘欢.钣金机械加工化自动化探析[J].山东工业技术，2017，（06）：43.
        [2]张鹏.对钣金工艺的现状及发展的研究[J].科技资讯，2016，14（24）：59+61.
        [3]萨瓦尼尼钣金柔性加工生产线在电气行业的应用[J].电气制造，2006，（03）：82-83.
        [4]郑三.浅谈钣金柔性自动化生产线[J].世界制造技术与装备市场，2014，（04）：94-96.