DP5-6000高强钢压型的适用性研究

张启，刘贵军，张含，杨涛，张海婧

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

1 DP5-6000液压机基本概述

1.1 基本原理

液压机的基本原理是油泵把液压油输送到集成插装阀块，通过各个单向阀和溢流阀把液压油分配到油缸的上腔或者下腔，在高压油的作用下，使油缸进行运动。液压机是利用液体来传递压力的设备，主要进行各种可塑性材料的压力加工和成形。

1.2 可压型材料的约定

《技术协议》中约定 DP5-6000压机可加工纵梁胚料材料为16MnL，屈服强度345MPa，抗拉强度510～610MPa。

1.3 输出力容许值及容许偏载力矩

DP5-6000压机的输出力由 6个加压油缸产生，长度为12700mm，宽度为1470mm，在模具截面上均等分配60000kN荷重，两端加压油缸间距10000mm，如图1。

图1 DP5-6000压机输出力示意图

压机输出力模式分为两种，高输出力时为六缸联动，低输出力时为左侧的四缸联动、两缸随动。根据厂家的压机操作规程，成形梁需按其长度选择适合的输出力，推荐的容许输出力与材料长度的关系具体见表1。

滑块左右方向的容许偏载力矩为 35000kNm。如采用四缸联动的低输出力模式加工6米长度的纵梁，两者载重点在左右方向上的偏离长度为1米。若压机输出力为40000kN，则偏载力矩为 40000kNm，不符合规程，禁止操作。若保证偏载力矩≯35000 kNm，则此时压机的最大输出力为 35000 kN。

表1 容许输出力与材料长度的关系表

2 DP5-6000可压型材料的理论计算

2.1 成型力公式计算

因直接涉及重型卡车槽梁计算，本文按1998年《重型汽车》杂志44期的 “槽型梁压制成型力的计算”论文所推荐的两套公式进行理论计算，即由输出力倒推可压型材料的极限抗拉强度：

1）基本弯曲力：采用荷兰经验公式 U型弯曲所需的基本弯曲力公式P1-弯曲力kgf；b-梁长度mm；σb-强度极限 kgf/mm²；t-板厚mm；

Rd-工件外弯半径mm；rp-工件内弯半径mm，C-修正系数 0.25～0.5

2）压平力：采用国内机械工业出版社的日本文献的理论所推荐的压平力公式

P即为压机输出力，P1为自由弯曲力

3）简化公式：根据上述公式，可由压机输出力（即吨位）反推可加工材料的抗拉强度极限，即σb＝P/[3Cb(0.4 t)1.65·（2.5t/rd）1/4·(t/rp)1/9]。纵梁内弯半径按 10mm 计算，修正系数C取0.4（按该论文推荐的经验数据），根据A平台产品的两种料厚，简化后的公式分别为：

注：T-压机输出力 kN，L-梁长度 m；σb-材料抗拉强度MPa

2.2 具体测算

套用以上简化公式，按两种输出模式测算如下：

1）四缸联动模式：T=40000kN，无偏载情况下，L=8m

料厚=8mm：σb=610Mpa，即材料的抗拉强度≯610Mpa

料厚=10mm：σb=400Mpa，材料的抗拉强度≯400Mpa

2）六缸联动模式：T=60000kN，无偏载情况下，L=12m

料厚=8mm：σb=610Mpa，即材料的抗拉强度≯610Mpa

料厚=10mm：σb=400Mpa，材料的抗拉强度≯400Mpa

两种模式测算结果相同，8mm料厚的理论测算结果与《技术协议》所设定的材料的抗拉强度最大值一致，即均为max610Mpa，该公式与《技术协议》相互验证。

可压型材料的抗拉强度与成型内圆角成正比，按料厚8mm，成型内圆角与抗拉强度的关系见表2。

表2 成型内圆角与抗拉强度的关系

结论：该压机在加工8mm料厚时，按成型内圆角10mm，其材料的抗拉强度≯610Mpa。加工10mm料厚，其材料的抗拉强度≯400Mpa。根据操作规程及偏载力矩的限制，压机输出力与梁长度基本成比例，如6 m梁对应输出力30000kN，5 m梁对应输出力25000kN，因此理论测算结果相同。

3 纵梁材料及其强度性能参数

纵梁材料是一个逐步发展的过程，选材从最初的16MnL，到目前大量采用的510L，近年随着部分牵引车双层梁的单层化，屈服强度及抗拉强度更高的材料SQ590L占比也越来越高。

3.1 各材料性能参数说明

现纵梁材料：主要为510L及SQ590L，最大料厚8mm。

1）510L：均为双层梁，部分为三层梁。

牌号标：屈服强度σs≥355MPa，抗拉强度σb=510～610MPa。

实际：屈服强度σs=467～477MPa，抗拉强度σb=540～554 MPa。

2）SQ590L：所有单层梁车型，部分8+4牵引及载货车。

牌号标：屈服强度σs≥440MPa，抗拉强度σb=590～710 MPa。

实际：屈服强度σs=562～578MPa，抗拉强度σb=639～657MPa。

3）某集团A平台纵梁材料：均采用600L，最大料厚10mm（大部分为 8mm）。单层梁为主，极少车型采用双层梁（仅X平台工程车）。

牌号标：屈服强度σs≥500MPa，抗拉强度σb=600～760 MPa。

3.2 纵梁材料的理论计算结论

结合以上纵梁材料的抗拉强度，按料厚8mm、成型内圆角≯10mm的条件，得出以下结论。

1）DP5-6000可完全满足现510L材料的压制。

2）将成型内圆角放大到14mm，按590L实际取样值（即抗拉强度≯660MPa），DP5-6000基本可实现该材料的压制。

3）如压型 A产品纵梁，按材料的最大抗拉强度σb=760MPa：

厚度8mm的梁，压机输出力需约74800kN，即7500吨。

厚度 10mm的梁，压机输出力需约 95000kN，即 9500吨。

4 各纵梁材料的DP5-6000压型实践

4.1 纵梁产品压型要求

依据纵梁辊压线的技术要求，仅从成型内圆角、开口尺寸及腹面平面度进行说明。

1）某重卡企业：成型内圆角9mm（现模具设定），开口尺寸标准-0+2，腹面平面度标准max0.5mm。

2）重卡第一集团：成型内圆角 10～12mm（各家要求不同），开口尺寸-0.5+0.5，腹面平面度max0.4mm。

4.2 现产品材料压型实践

根据上述计算，压机实际输出力≯40000kN。

1）两种材料因模具磨损，压型后均无法达到9mm的成型内圆角要求。

2）两种材料压型后的开口尺寸及腹面平面度：

B510L：单根纵梁开口尺寸合格率＞95%，个别点有超差；腹面平面度基本在0.5～1mm。

SQ590L：单根纵梁90%的测量点的开口尺寸标准放大至+1+3时符合。纵梁腹面平面度约为+2～+3mm，即纵梁底部两侧较中部高2～3mm，原因在于材料强度高，压型时压机无法敦实所致。

5 新产品试验

表3 高强材料的压型试验表

针对A平台产品的纵梁，拟采用高强钢，通过双层变单层来实现车架乃至整车的轻量化。利用 DP5-6000压机，共进行了四轮不同牌号的高强材料的压型试验，基本情况汇总见表3。

分析试验表可得出以下结论：

1）试验所选取材料的牌号及其屈服强度和抗拉强度逐轮下降。

2）压型试验时，压机的保压时间调至最大，腹面平面度均在2mm以上。

3）QStE500TM为德标，600L为国标，两者基本相当，前者强度、稳定性、价格等均较后者高。

6 分析结论

综上，从理论计算和实践检验过程说明，对于抗拉强度超过610MPa材料，DP5-6000压机无法满足某企业A平台的压型要求。

7 小结

通过对某企业大吨位模压生产现状的计算、分析，希望能在适合的情况下，为机械制造企业分享一些思路和理念。下一步结合目前比较优势的辊型工艺，研究纵梁柔性智能成套生产技术的配套解决方案。