周英溫，喬根榮，王金榮

（江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇江都225200）

1 概述

在以市場為導向的制造業(yè)，用戶需求的多樣化使制造商頻繁變更設(shè)計和生產(chǎn)方案，與標準機型批量生產(chǎn)相比成本較高而利潤較低。因此在訂單紅火的季節(jié)，有些企業(yè)會推掉設(shè)計變更大的特殊訂單。但是在市場低迷階段，特殊訂單則可對支撐企業(yè)發(fā)展有重要作用。所以淡季利客戶，旺季利商家，在制造業(yè)也不例外。

與市場形勢相呼應，企業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計工作也逐漸分化為批量產(chǎn)品變更改進設(shè)計和訂單產(chǎn)品特殊設(shè)計。當然為了企業(yè)的后續(xù)發(fā)展，還需要新品研發(fā)設(shè)計。對于訂單產(chǎn)品的特殊設(shè)計，只要改變慣有的思維定勢，掌握了根本的設(shè)計思路，循著明確的設(shè)計主線，這項工作將由繁瑣變得很有趣味。定制設(shè)計工作量很大，但也鍛煉了設(shè)計者思維的靈活多變和積極主動性，在為客戶解決各種特殊要求的工作中也迅速提升了設(shè)計者自身解決問題的能力。同樣，加工定制產(chǎn)品的生產(chǎn)人員也比千篇一律加工不變零件的生產(chǎn)者有更靈活的思路和應對能力。

特殊訂單看似利益少但給企業(yè)帶來的隱形收益是不可估量的。個人覺得不論是市場旺季或淡季，企業(yè)應力爭每一份訂單，不輕易推掉客戶，這既是企業(yè)實力的展示，也是對企業(yè)應對市場變化的一種很好的鍛煉。長期下去，必將贏得行業(yè)口碑，贏得更多的客戶，企業(yè)就具有了在逆境中生存的能力。

折彎機制件市場需求廣泛，鐵路用具、電子電器底板箱體、幕墻、燈桿、車輛吊臂、建材（型材門窗等）、紡織器具等，制件形狀多種多樣，對折彎機的喉口深度、開啟高度等要求也就多種多樣。設(shè)計時應按照用戶需求作靈活變動，來完成特殊定制訂單設(shè)計。

如圖1所示為折彎機制品應用示例。

圖1 折彎機制品應用

2 折彎機的選購和設(shè)計思路

圖2為折彎機結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 折彎機結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 確定機器噸位和折彎長度

按照客戶所需折彎工件的最大規(guī)格確定機器的折彎噸位和折彎長度。這是選購和設(shè)計的開端。

傳統(tǒng)自由折彎力計算公式表明，折彎力的大小與折彎板材材質(zhì)（抗拉強度）、板材厚度、長度、折彎所用下模開口大小有關(guān)系。不同的折彎機制造商（或其所用的數(shù)控系統(tǒng)）在折彎力的計算時系數(shù)選取不盡相同，計算結(jié)果會有所差異。

這里介紹較常見的三種計算公式（自由折彎）。

（1）國內(nèi)一些老牌折彎機同行沿用的折彎力計算公式

式中：F表——制造商給出的折彎力表中的折彎力數(shù)值，t/m；

t——折彎板厚，mm；

v——折彎所用下模開口（折彎工件內(nèi)徑R≈16%×v），mm。

其中，65系數(shù)為按Q235A材質(zhì)（σb=420MPa），板厚與下模開口比1∶8確定。鋁板（σb=300MPa）系數(shù)為65×0.65=42.25；不銹鋼板（σb=700MPa）系數(shù)為65×1.6=104。如表1所示。

表1 系數(shù)計算對照表

（2）DELEM數(shù)控系統(tǒng)折彎力計算公式F=1.75×t2×σb/v

其中，σb單位 kg/mm2，Q235A 材質(zhì)取 42kg/mm2。

（3）BEYELER數(shù)控系統(tǒng)折彎力計算公式F=t2×σb（4×t/v+1）/v

其中，σb單位 kg/mm2，Q235A 材質(zhì)取 42kg/mm2。

上述三個公式均為1m長工件的折彎力，長度不是1m時折彎力計算公式需乘以工件長度L，單位m。

舉例比較三種公式計算結(jié)果的差別，如表2所示。

表2 三種公式計算結(jié)果比較

在工況滿載較多的情形選擇機器噸位時，建議按照公式（2）計算，結(jié)果比較保險。而滿載制件批量較小的客戶可參照以上三個公式權(quán)衡選擇。制造商常用的噸位系列有 50、63、80、110（100）、160、220（250）、300、400、500、630、800、1000、1200、1600、2000、2500、3000、3600、5000、6500 等。

按照客戶所需折彎的最大長度的工件確定機器的折彎長度?；蛘呤构ぜL度涵蓋在制造商產(chǎn)品的標準長度系列中，如 2050、2500、3100、4100、5100、6200、8200、10200、12000、14000、16000、18000 等。

在選購大噸位長機型時，如果對制件精度要求不高，還可以選購雙機聯(lián)動機型，成本較低，單雙機都可以使用。只是會受偏載折彎噸位影響，購置前需由制造商提供機器的偏載折彎噸位能力，如果超載，則需改選單機。

2.2 確定機器最大折彎行程、開啟高度、喉口深度等

按照客戶所需折彎的工件確定機器的最大折彎行程（油缸最大行程）、開啟高度、喉口深度、后擋料范圍、模具等。

折彎機用戶通常會有明確的制件產(chǎn)品系列，要求選購的折彎機能夠滿足制品的生產(chǎn)和精度要求。此外，用戶會選擇折彎機有可靠的精度保持性能、更快的制件生產(chǎn)率、更低的故障報修率等。尤其制件精度要求高時，選購不應只看價格，而推薦選購高配機型。

對于用戶的特殊制件生產(chǎn)需求，需要充分溝通協(xié)調(diào)，在用戶工件圖的基礎(chǔ)上，確定機器的喉口配置、開啟高度，少數(shù)客戶對油缸行程有特殊要求，以及特殊模具配置等。由于特殊配置，引發(fā)特殊訂單開發(fā)設(shè)計。改動設(shè)計工作說起來簡易，做起來卻很繁瑣，但其中是有規(guī)律可循的。

（1）標配機型的選購和設(shè)計工作

不同制造商的標準機型盡管大多主參數(shù)相同，所用原材料卻不盡相同，這也成為選購機器的關(guān)注焦點所在。

①上模直聯(lián)，下工作臺帶機械或液壓補償?shù)臋C型。滑塊的高度及厚度成為一臺機器制件精度是否高的關(guān)鍵因素。客戶在多家制造商之間選擇不定時可以作為關(guān)鍵比對因素。

②上模斜楔補償，下工作臺無補償?shù)臋C型。下部中立板的高度及厚度成為一臺機器制件精度是否高的關(guān)鍵因素?？蛻粼诙嗉抑圃焐讨g選擇不定時可以作為關(guān)鍵比對因素。

③上模斜楔補償，下工作臺帶機械或液壓補償?shù)臋C型。該種配置可以作為對制件精度要求很高的用戶的推薦配置。機器最終的調(diào)整精度是機器質(zhì)量的關(guān)鍵保證。因為滑塊、中立板的撓度都可調(diào)整，所以有獲得高的制件精度的可能。但是受組裝調(diào)整精度的影響，同時也受滑塊、中立板設(shè)計尺寸的影響，不能因為撓度可以調(diào)整而做過于偷工減料的設(shè)計，這樣反而得不到好的穩(wěn)定的機器精度。

④標配機型的設(shè)計工作。企業(yè)的標準機型在開發(fā)初期作了大量細致周全的考慮，形成了批量規(guī)模，并根據(jù)初期的售后反饋作了完善更改，所以客戶選購很放心，制造商也樂意銷售，是能為企業(yè)和客戶帶來可靠利益的雙贏產(chǎn)品。但是不同廠家的機器制造還是有所不同，客戶選購時可參照上面三點建議。

標準系列機型設(shè)計時，方方面面考慮周全，設(shè)計之初兼顧行業(yè)產(chǎn)品特點，機器每個關(guān)鍵大件的總體外形尺寸一旦確定就形成了產(chǎn)品的固有品性，這也就是為什么不同制造商或同一制造商的不同產(chǎn)品系列盡管機器規(guī)格相同但是售價卻不同的原因。

（2）改制機型的設(shè)計工作

①喉口加深的改型設(shè)計。多數(shù)折彎機制造商所生產(chǎn)的折彎機立柱間距小于工作臺長度，因此在折彎大于立柱間距的工件，標準喉口演示折彎出現(xiàn)干涉時，需要做加深喉口的設(shè)計?；蛘哌x用更長工作臺的機型。

喉口深度的變化會影響到墻板的總變形大小，會對最大喉深部位墻板的上部危險剖面或下部危險剖面的強度有影響。所以喉口深度加大時，墻板的上部或下部（喉口開啟兩側(cè)的部位）尺寸做相應加大設(shè)計可應對喉口加深帶來的變形和對強度的不利影響。

喉口深度的變化對機器其它部位設(shè)計影響不大。

②立柱間距變更的改型設(shè)計。立柱間距的變化對墻板幾乎無影響，所以機器其他參數(shù)相同僅立柱間距不同的機器，墻板可通用。立柱間距的變化大大影響了滑塊和下立板的變形，以及滑塊和下立板的中部截面應力。變形與立柱間距的三次方成正比。截面應力與立柱間距平方成正比。當對機器的變形精度要求不變時，需要對機器的滑塊和下部中立板做加高設(shè)計?；瑝K的加高太多時，考慮機器的平穩(wěn)，有時需要對滑塊的導向部位做加長設(shè)計，由此也會帶來墻板上導軌部位的相應加長變更設(shè)計。為了減小滑塊在厚度方向上的變形，立柱間距很大時，滑塊的板材厚度需加大。

立柱間距的變化同時會引起下部立板兩側(cè)的側(cè)立板的變形以及強度的變化，因此需要對側(cè)立板做相應變更設(shè)計。

③機器最大開啟高度變更的改型設(shè)計。機器開啟高度的變化僅對墻板的拉伸變形略微加大，對強度無影響，如果機器行程不變，模具掛板高度相應加大，適宜折彎較大的封閉管件、筒件等。當開啟高度增加很大，油缸行程需要加大時，則需要做大行程的油缸部件設(shè)計。油缸部件加長，墻板相應部位也做加長設(shè)計。

④模具變更的改型設(shè)計。許多客戶購買標準機型，僅是對模具按照工件折彎需要做改制訂單設(shè)計。模具的改制設(shè)計總體來說是需要滿足工件折彎時不干涉，在多種方案中作出有利于強度和最小變形的優(yōu)化設(shè)計。

有限元分析和三維干涉檢查在模具設(shè)計時是很好的輔助設(shè)計方法。

⑤全新產(chǎn)品的一般設(shè)計流程。全新產(chǎn)品設(shè)計時，需要定好機器的主參數(shù)，比如機器噸位、機器長度、立柱間距、油缸行程、開啟高度、喉口深度等?；瑝K變形要求遵循企業(yè)標準設(shè)計。按照機器主參數(shù)及滑塊企業(yè)標準要求，可以計算出滑塊的結(jié)構(gòu)尺寸。由機器噸位、油缸行程、機器速度參數(shù)、下腔支撐壓、系統(tǒng)最高壓力等進行油缸部件的設(shè)計，油缸設(shè)計需要滿足適宜的最高系統(tǒng)壓力，以及適宜的下腔支撐壓，電機的選擇需滿足機器的負荷需求，油泵流量需要滿足客戶需要的工進和回程速度要求?；瑝K定好后，根據(jù)補償形式設(shè)計下部中立板的結(jié)構(gòu)，機械補償?shù)慕Y(jié)構(gòu)使得下立板結(jié)構(gòu)簡單，對墻板和中立板的設(shè)計來說變得簡單易行。但是由于國內(nèi)機械補償部件的生產(chǎn)廠家的制造缺陷等，機械補償維修頻率較高，相比之下，液壓補償機構(gòu)則相對可靠耐用，所以液壓補償機構(gòu)的市場需求量仍很大。液壓補償?shù)臋C器下立板的結(jié)構(gòu)較為復雜，不同的結(jié)構(gòu)方式使得墻板的結(jié)構(gòu)也復雜起來。不好的細節(jié)設(shè)計影響了局部應力分布，出現(xiàn)應力集中，撕裂等故障現(xiàn)象，影響了整機的使用性能。在這一方面，一些國外同行為我們提供了一些好的結(jié)構(gòu)方案，關(guān)鍵是我們的企業(yè)設(shè)計部門能夠吸取好的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，克服自身的原有缺陷。

滑塊部件、油缸部件、中立板部件設(shè)計好了，就可以做機身部件的設(shè)計了。機身部件主要有墻板、導軌、上下支撐、地腳等設(shè)計。大的機器還有扶梯和護欄設(shè)計。墻板的設(shè)計需要滿足變形和強度要求。找出構(gòu)件的危險剖面部位，可以用材料力學公式計算校核，也可以構(gòu)建三維模型，通過有限元分析構(gòu)件的應力和變形。上支撐的設(shè)計包含了油箱和閥堆、管路排布、電機油泵安裝等，使得上支撐結(jié)構(gòu)較復雜。油箱的容積需要滿足液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，油箱結(jié)構(gòu)是否方便裝配時高清潔度要求的清理工作將是油箱設(shè)計的先進未來導向。地腳設(shè)計位置需考慮整機裝配后機器的重心位置，在整機調(diào)水平時方便調(diào)整。大噸位的墻板地腳還要兼顧考慮千斤頂?shù)姆胖每臻g及調(diào)整。墻板有幾處應力集中部位，需在設(shè)計時慎重考慮：一個是油缸底板與墻體的焊接部位，一個是安裝中立板墊塊的直角部位。應力集中部位用公式計算強度時結(jié)果可能很安全，可是實際使用時會出現(xiàn)裂紋等缺陷，這就需要在局部做特別加強設(shè)計。下支撐的設(shè)計相對簡單，考慮后擋料或后推料的安裝支撐。

模具部件的設(shè)計遵循滿足客戶工件的折彎要求，不干涉，在強度方面盡量做到持久耐用，長期使用后變形小，精度保持性好。模具可以由折彎機制造商設(shè)計制造，需由客戶確認；也可以由客戶提供圖紙，機床制造商按圖制造。小噸位的機床模具一般是上模，斜楔上模，下模1V，2V插槽式，或多V寬臺面結(jié)構(gòu)；上模還可選配快夾機構(gòu)、液壓夾緊機構(gòu)等。大噸位的折彎機模具通常配置上模長模柄加模頭結(jié)構(gòu)，下模為組合插片式下模，單位長度承載可達200t～300t。缺點是改變?？趯挾容^費時、費工，效率較低。因此，自動調(diào)整?？趯挾鹊南履２考⑹谴髧嵨徽蹚潤C下模的發(fā)展趨勢。開發(fā)經(jīng)久耐用的機械補償機構(gòu)仍將是大噸位折彎機的發(fā)展焦點。

3 結(jié)束語

雖然市場的迫切需求使得設(shè)計工作緊迫而定型較快，但不斷完善和優(yōu)化設(shè)計工作仍然是技術(shù)工作者的任務和追求。希望制造商和用戶共同努力，使折彎機在研制和應用兩個領(lǐng)域繼續(xù)繁榮，為板材加工行業(yè)做出更多、更大貢獻。

[1]折彎機大型結(jié)構(gòu)件設(shè)計與計算.江蘇亞威機床股份有限公司內(nèi)部培訓教材，2012.

[2]折彎機產(chǎn)品使用說明書.江蘇亞威機床股份有限公司，2012.

[3]大噸位折彎機液壓系統(tǒng)培訓教程.江蘇亞威機床股份有限公司內(nèi)部培訓教材，2012.

[4]毛志強，劉 沖.折彎機隨動托料機構(gòu)原理分析.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（2）.

[5]周鵬飛，欒伯才，翟東升.基于Optistruct的數(shù)控折彎機滑塊的拓撲優(yōu)化.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008，43（6）.