袁 峰，楊清濤

YUAN Feng, YANG Qing-tao

（鄭州大學 機械工程學院，鄭州 450001）

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，客車的需求量也在不斷增加[1]，同時也呈現(xiàn)出了小批量、多品種的需求態(tài)勢[2]。在客車門板的生產(chǎn)過程中，需要將金屬板材的某一部位壓成特定半徑的圓弧形狀[3]，這就用到折彎機以及不同規(guī)格的模具。現(xiàn)有的生產(chǎn)方式采用的是普通的折彎機，壓弧模具的上模裝在折彎機的滑塊上，下模固定在折彎機工作臺上，上、下模要求成套使用[4,5]。由于客車門板尺寸較大，因而對應的模具往往尺寸也很大，一套模具的重量輕則幾百公斤，重則超過一噸，因此更換起來特別麻煩，要借助叉車起升模具，并由人工將模具推到工作臺上，手工完成上、下模具的定位以及夾緊操作，整個過程消耗大量的時間和勞動力[6]；而現(xiàn)階段有些小批量、多品種的生產(chǎn)模式又決定了壓弧模具需要頻繁地更換，一個班有時模具更換量甚至達到了十多次，這樣就大大增加了工人勞動強度，而且嚴重影響了生產(chǎn)效率。因此如何提高客車門板壓弧工序的生產(chǎn)效率，如何提高折彎機壓弧模具更換的自動化程度，降低工人勞動強度以及生產(chǎn)成本，成為企業(yè)目前急需解決的難題。

1 新型折彎機結(jié)構設計

綜合上述原因，以及國內(nèi)外各類壓弧設備的設計經(jīng)驗和理念[7,9]，應該設計一款新型客車門板壓弧專用折彎機，這種折彎機應該除了具有市場上現(xiàn)有折彎機所具有的很好的壓弧折彎性能外，還應滿足設備自動化、集成化，能很好的提高設備的可靠性、產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)成本的降低。所有的這些設計都必須很好的解決現(xiàn)階段的問題，以滿足市場和企業(yè)發(fā)展的需求。

圖1 整體結(jié)構側(cè)視圖

圖2 整體結(jié)構正面示意圖

圖3 上模夾緊裝置局部示意圖

圖4 整套模具示意圖

圖5 模具搬運裝置示意圖

圖6 圖5中A-A剖視圖的局部示意圖

如圖1、圖2所示，該客車門板壓弧專用折彎機由機架1、滑塊2、上模夾緊裝置3、下模定位夾緊裝置4、工作臺5、模具庫6、模具搬運裝置7、后擋料裝置8、液壓系統(tǒng)9和控制系統(tǒng)10[10]等結(jié)構組成。

圖中其他標號部位裝置為：上模夾緊油缸31、斜推塊32、下模定位塊41、轉(zhuǎn)位夾緊油缸42、模具架61、模具限位塊62、模具63、上模631、下模632、定位銷633、定位套634、模具水平移動裝置71、模具垂直升降裝置72、貨叉收展機構73、平移架711、伺服電機Ⅰ712、水平導軌713、絲杠Ⅰ714、螺母Ⅰ715、吊架716、絲杠Ⅱ721、螺母Ⅱ722、伺服電機Ⅱ723、小同步帶輪724、同步帶725、大同步帶輪726、垂直導軌727、升降架728、貨叉收展機構73、小油缸731、齒條732、貨叉733、齒輪軸734、后擋指81、直線導軌82。

1.1 模具庫與模具

模具庫由模具架、模具限位塊和若干套模具組成；模具架固定在工作臺后面并與機架相連；模具限位塊設置在模具架上，而模具則放在模具限位塊的槽中；模具庫可容納六套規(guī)格不同的模具，每套模具之間留有100mm的間隙，以便升降架連同貨叉收展機構從中穿過

模具分為上模和下模，上模兩端設有定位套，下模相應部位設有定位銷，以保證上下模具合攏后的對中；上模的上部開有3～6個方孔，方孔的上平面為一斜面；當上模與滑塊結(jié)合后，上模夾緊油缸推動斜推塊頂緊方孔的上斜面，即可實現(xiàn)上模的夾緊。下模的底部開有凹槽，與下模定位塊配合可實現(xiàn)下模的定位；下模兩端各有一個平臺，以便轉(zhuǎn)位夾緊油缸的壓頭將下模壓緊。

1.2 自動搬運裝置

模具自動搬運裝置設置在模具庫上方，由模具水平移動裝置、模具垂直升降裝置和貨叉收展機構組成（如圖1、圖5所示）。上述模具水平移動裝置由吊架、水平導軌、平移架、伺服電機Ⅰ、絲杠Ⅰ、螺母Ⅰ組成；其中吊架固定在機架內(nèi)壁上，兩條水平導軌固定在吊架的下部，平移架與螺母Ⅰ相連；在伺服電機Ⅰ和絲杠Ⅰ的驅(qū)動下，平移架可沿水平導軌做前后平移。上述模具垂直升降裝置由絲杠Ⅱ、螺母Ⅱ、伺服電機Ⅱ、小同步帶輪、同步帶、大同步帶輪、垂直導軌和升降架組成，其中垂直導軌固定在上述平移架上，螺母Ⅱ固定在升降架上，小同步帶輪裝在伺服電機Ⅱ上，大同步帶輪裝在絲杠Ⅱ上；由伺服電機Ⅱ帶動小同步帶輪、同步帶、大同步帶輪和絲杠Ⅱ動作，從而驅(qū)動升降架沿垂直導軌上下移動。上述貨叉收展機構配有兩套，左右對稱安裝在升降架的下部，分別由貨叉、齒輪軸、齒條和小油缸組成；其中小油缸固定在升降架上，齒條與小油缸的活塞桿相連，貨叉與齒輪軸為鍵連接；在小油缸和齒條的驅(qū)動下，齒輪軸可帶動貨叉做90°擺動，實現(xiàn)貨叉的收縮與伸展。

1.3 其他關鍵裝置

滑塊與液壓系統(tǒng)中主油缸的活塞桿相連接，能沿著機架上的導軌上下運動?；瑝K的下端開有凹槽，依靠凹槽的兩側(cè)面和滑塊下端面實現(xiàn)上模的安裝定位。

上模夾緊裝置設置在滑塊的下部，由上模夾緊油缸和斜推塊組成。

下模定位夾緊裝置設置在工作臺上，左右各有一套（如圖2所示），它由下模定位塊、轉(zhuǎn)位夾緊油缸組成。下模定位塊與下模底部的凹槽配合實現(xiàn)下模的定位，轉(zhuǎn)位夾緊油缸的壓頭作用在下模兩端的平臺上將其夾緊。

工作臺固定在機架上，工作臺表面有兩道凹槽，以避讓模具搬運裝置上的貨叉。

后擋料裝置設置在模具搬運裝置的升降架上，由一條直線導軌和兩個后擋指組成；兩個后擋指的位置可根據(jù)待加工的金屬板材的尺寸作相應調(diào)節(jié)。

2 新型折彎機工作進程描述

該客車門板壓弧專用折彎機工作時，根據(jù)需求確定模具編號，控制系統(tǒng)10發(fā)出指令，模具搬運裝置7移動到所需模具的上方，模具垂直升降裝置72向下運動；此時貨叉收展機構73處于收縮狀態(tài)，其隨同升降架728一起穿過兩套模具之間的空隙，當貨叉733的上平面低于下模632的底面時，貨叉收展機構73展開；接下來模具垂直升降裝置72向上運動，貨叉733將模具搬起；當下模632的底部高于工作臺5的上平面10mm后，停止上升；接下來模具搬運裝置7水平移動將模具搬運到工作臺上部，然后模具垂直升降裝置72下落，將模具放置在工作臺5上，與此同時在下模定位塊41引導下，實現(xiàn)模具的對中；當模具垂直升降裝置72下降至貨叉733與模具完全脫離接觸后停止下降，由模具搬運裝置7帶動貨叉633從模具下方抽出，然后貨叉收展機構73收縮。接下來，由兩個轉(zhuǎn)位夾緊油缸42將下模左右兩端自動夾緊；折彎機滑塊2下行，并與上模631結(jié)合后由上模夾緊裝置3實現(xiàn)定位夾緊，從而完成了模具的自動安裝。對金屬板材加工時，通過控制模具搬運裝置7中的兩個伺服電機，即可調(diào)整后擋料裝置8中兩個后擋指81的前后以及上下位置，滿足加工工藝要求。

完成一組工件的加工，需要更換模具時，由控制系統(tǒng)10發(fā)出指令，滑塊2下行，先將上模631與下模632合攏，由上模夾緊油缸31將斜推塊32回拉，滑塊2隨后上升并脫離與上模631的接觸；以此同時，兩個轉(zhuǎn)位夾緊油缸42各自松開并轉(zhuǎn)動90°，以避讓模具的起升。接下來，模具搬運裝置7 先向后退出一段距離，通過調(diào)整模具垂直升降裝置72使得貨叉733的上平面低于工作臺5的上平面5mm后，將貨叉收展機構73展開；然后模具搬運裝置7向前移動，直至貨叉733進入工作臺5上的凹槽中并來到模具的正下方后停止前移；隨后垂直升降裝置72向上移動15mm將模具搬起，再由模具搬運裝置7將模具放入模具庫6中模具限位塊62 對應的位置后，貨叉收展機構73收縮，模具垂直升降裝置72升起并回位；接下來按照控制系統(tǒng)10的指令，執(zhí)行并完成下一個模具的搬運工作即可。

3 結(jié)論

該客車門板壓弧專用折彎機的設計充分利用機器內(nèi)部的空間資源，在折彎機后部配置了模具庫，方便了模具的存儲與搬運；配備了模具自動搬運裝置以及上下模自動夾緊裝置，顯著提高了模具更換效率，降低了工人勞動強度；后擋料裝置由兩臺伺服電機控制其上下和前后位置，靈活方便，定位精度高；大大提高了折彎機的自動化和集成化，并降低了生產(chǎn)成本。

[1] 鄒虎嘯,客車行業(yè)的市場現(xiàn)狀及政策趨勢[J].客車技術與研究,2010,1(1)：1-4.

[2] 趙升噸,張學來,等.高速壓力機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].鍛壓裝備與制造技術,2005(1),17-25.

[3] 張力軍.板料折彎機柔性加載結(jié)構研究[J].機械設計與制造，2001(5),67-68.

[4] 魏鵬.基于有限元技術的折彎機架體分析與優(yōu)化[D].合肥工業(yè)大學,2009.

[5] 翟桂強.數(shù)控液壓折彎機的結(jié)構分析和優(yōu)化設計[D].南京航空航天大學,2008.

[6] 劉維綱.折彎機的快速換模裝置[J].機械工人（熱加工）,2000,7：36-37.

[7] 張簡一,郭艷玲.基于TRIZ理論的產(chǎn)品創(chuàng)新設計[J].機械設計,2009,2(26)：35-37.

[8] GADD Karen.TRIZ,architecture & engineering-practical assistance for creative genius[EB/OL].[2010-06-10].http：//www.triz-journal.com/archives/2005 /08 /01.pdf.

[9] HALLIBURTON Cal,ROZA Victoria.New tools for design [EB/OL].[2010-06-10]. http：//www.triz-journal.com/archives/2006/10/03.pdf.

[10] 任麗華,李歡,等.臥式折彎機液壓及控制系統(tǒng)開發(fā)設計[J].機械設計與制造,2009(5),49-51.