四边折边机上压紧模结构的探讨

四边折边机上压紧模结构的探讨

在对盒子表面的加工中，由于设备结构的限制，传统的弯曲机难以实现自动化，生产效率低，劳动强度高。而折边机采用不同的折弯方式,它使得盒形面板零件的主平面始终处于工作台上,易于实现盒形面板零件的自动化折弯,提高了生产效率,降低了劳动强度,改善了工人工作环境。因此,折边机被称为成形盒形零件最理想的精密高效设备。自1977年意大利萨瓦尼尼(Salvagnini)公司率先成功研制出四边折边机以来,日本、奥地利、美国、英国、德国、意大利和西班牙等国的十多家公司相继开发了多种结构的四边折边机或单元,成为当前板料加工设备领域内竞相开发的重点对象。在20世纪90年代中期,我国的济南锻压机械研究所与前苏联锻压研究所也成功研制出W63K-2×2000型四边折边机,并由江都机床厂(现江都亚威)生产。尽管折边机诞生已有30多年,但其发展一直缓慢。在2011年的北京机床展览会上,仅有萨瓦尼尼公司展示了数控四边折边机,且价格高昂(45万欧元/台)。而造成折边机发展缓慢的主要原因之一就是折弯机上压紧模结构复杂。1精调整上压紧模长度上压紧模设计的难点有2个:a.上压紧模长度的自动调整。由于盒形面板零件四边大部分是折成封闭的,因此上压紧模的长度必须与盒形面板零件长边的内档尺寸相匹配。而手工调整模具费事且耗时,因此上压紧模的长度必须能够自动调整。b.为了适应对边缘内翻的盒形零件(如图1所示)的压紧,上压紧模需要具有独特的长度伸缩功能。我国W63K-2×2000型四边折边机的上压紧模不具有自动调整长度的功能,完全由手工来调整,其工作原理如图2所示。上压紧模由中心模块、侧模块和端模块3种模块组成。在折边缘内翻的盒形零件时,首先中心模块由油缸提起,两侧2个水平油缸推动两侧模块,使两侧的端模块与侧模块向中心靠拢,缩短了上压紧模的长度,这样上压紧模就能够进入盒形零件内部。然后水平油缸把两侧模块外拉,再将中心模块落下,恢复上压紧模的长度,这样上压紧模就能压紧盒形零件的全长。当完成折边后用相同的方法退出。萨瓦尼尼公司推出的P2Xe数控折边机折边原理与我国的W63K-2×2000型四边折边机原理基本相同,不过它的侧模块与端模块采用相同的标准模块,并在中心模块与标准模块之间放置一列薄模块(每块厚度5mm),通过选择不同数量的标准模块来粗调上压紧模的长度,而精调整上压紧模的长度则是通过选择薄模块的数量来实现,两者相配合,使得上压紧模的长度与工件需折弯的长度相匹配。如图3所示。P2Xe的调整步距是由其薄模块的厚度决定的,由于中心模块的位置是不可左右移动的,因此它的步距左右各是5mm。在工作过程中,P2Xe主要有以下几个动作:(1)计算出所需薄模块的数量,将多余的薄模块抬起;(2)选择适当数量的标准模块,并将其与薄模块夹紧形成一个整体;(3)油缸将中心模块提起;(4)两侧已被夹紧形成一个整体的模块向中间靠拢,使整个上压紧模处于收缩状态;(5)上压紧模进入工件内,并将中心模落下,恢复其长度。整个动作实现起来非常困难,且需要相互配合相互协调,致使数控折边机发展缓慢、价格高昂。2中心模块与中心辅助模块的组合如图4所示,新型上压紧模分为4个部分:中心模块、中心辅助模块、左侧模块、右侧模块。左右模块由2部分组成——固定部分与转动部分,其有2个工作状态,可通过小的液压缸来实现转换。如图5所示。新型上压紧模的工作原理如下:a.长度的自动调整。新型上压紧模的中心模块长100mm,厚度为20mm、30mm的中心辅助模块各2块,左右侧模块收缩的长度为100mm,展开后的长度为150mm。当4个左右侧模块处于收缩状态,总长度为400mm;其中有一个处于展开状态,则总长度为450mm;有3个处于展开状态,则总长度为550mm;6个左右侧模块全处于闭合状态,总长度为600mm。以此类推,可得出结论:通过左右侧模块的不同组合可以得到400mm以上50整数倍的长度。中心模块的两侧均可选择安装一块中心辅助模块,因而由中心模块和中心辅助模块的不同组合(如:中心模块左边安装一块厚度20mm的中心辅助模块,右边安装一块厚度为30mm的中心辅助模块,这样两者组合的长度就是150mm)可以得到120mm、130mm、140mm、150mm、160mm不同的组合长度。综合起来,由中心模块、中心辅助模块,左右侧模块的不同组合可以得到520mm以上任意整十数的长度(针对边缘内翻的盒形零件,最外侧的左右侧模块必须处于展开状态,因此可以得到620mm以上任意整十数的长度),满足折边机上压紧模的基本要求。b.针对边缘内翻的盒形零件,具有独特的长度伸缩功能。针对边缘内翻的盒形零件折边,将最外侧的左右侧模块状态设为展开状态。当长度与长边的内档尺寸匹配后,将最外侧的左右模块状态设为收缩状态,使得上压紧模的长度减小。而当伸入到盒形零件内部时,左右侧模块展开,这样便可与内档尺寸相匹配。整个过程动作简单流畅,使得上压紧模的结构也大大简化。3建立有限元模型依据上述原理,设计出如图6所示的上压紧模。从图中可以看出,左侧的可转动部分是整个上压紧模的薄弱环节,利用ANSYS软件,建立其有限元模型。选用Solid92单元,并对其进行自由网格划分。在折边机工作时,在50mm长的模具上需施加4kN的压力,施加在两部件接触处,而底面被压死,相当于限制了其3个方向的自由度。将这些载荷加载在模型上,计算结果如图7,8所示。通过计算发现,该部件的最大变形量为0.5mm,在应力集中处的最大应力为63.7MPa,均在允许范围内,满足使用要求。4中心辅助模块新型上压紧模的长度调整是以10mm为步长,其调整的长度并不能与所需长度完全吻合。但在实际生产过程中,调整好的长度与所需长度相差在10mm(每边5mm)以下,完全能够满足需要。中心辅助模块是通过手工将其连接到中心模块上的,从本质上来说,并未实现自动化调整长度。但折边机的主要生产对象是电器柜的门板,而电器柜长宽高一般是50mm的整数倍,因而在生产同一类型的