[发明专利]一种U型钢支架成型模具以及成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模具以及工件的成型方法，具体涉及一种U型钢支架成型模具以及成型方法。

背景技术

U型钢支架较其他刚性支架具有可缩性和稳定可靠的承载能力，适应松软围岩的载荷和变形，且断面利用率高，支架支护方便，维修量小，支架回收复用率高，材料来源广、支护工艺简单，因此被广泛应用于金属矿山、煤矿深部开采巷道、工程隧道支护中。由于U型钢为异形截面高强度型钢，弯曲过程中所存在的复杂回弹及形变缺陷是影响加工精度最主要的因素。同时弯曲回弹也是一直影响、制约模压及辊压模具设计、产品质量及提高生产效率的重要因素，也是制约提高型材辊弯成型设备自动化控制水平的重要因素。

传统的U型钢加工，一般是先调质，后成型，成型过程中不仅需要较大的动力而且对调质U型钢的机械性能有很大程度的降低，因为调质U型钢的弹性模量较大，成型后反弹量大，造成支架的一致性差，要反复进行调整才能达到设计尺寸，很难达到预期的效果。

现有技术中U型钢成型机主要有两大类，一类是模压成型机，一类是辊压成型机。模压成型机有两种：一种是成型模具式，逐段模压成型，端部无残留直线段，适用于固定曲率半径的大批量生产，且不同曲率半径需要配备不同的模具，模具用量很大，且模具为铸件，设计制造困难，生产成本高，U型钢材质的变化直接影响产品压制质量；另一种是两支一顶式，两端滚轮凹槽支撑U型钢唇边，油缸顶部凹模顶压滚轮之间U型钢中部，需要模板对照，边对边压的逐段压制成型，调整方便，适于小批量加工不同曲率半径的U型钢支架，端部残留直线段较长，加工的曲率不均匀，严重时边缘会出现明显的波浪形加工缺陷甚至出现扭曲，生产成本低但产品质量差。辊压成型机主要有不对称三辊式辊弯、侧辊进给式四辊辊弯、侧辊摆动式四辊辊弯、副辊摆动式四辊辊弯、六辊摆动式辊弯等，主要为半自动设备，生产加工参数仍然以人工传统放样、手动调整为主，调节加工曲率半径时比较麻烦，即使在同一加工参数的生产条件下，只要U型钢的材质成分有所变化，便无法自动跟踪及修正加工参数，只有重新放样调整控制参数才能生产出合格产品，成型产品端部均有残留直线段，设备结构复杂、体积大、自动化程度低、加工工序多、材料浪费严重、生产成本高。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种U型钢成型模具以及成型方法，提高U型钢成型后的机械强度，保证U型钢成型后几何尺寸的稳定性；适用于多种曲率半径的U型钢成型，成本较低，生产工艺简单。

为了实现上述目的所采用的技术方案：一种U型钢支架成型模具，包括冲压模和固定模，工件固定在工件夹具上，固定模包括若干不同曲率半径的弯曲模，各个弯曲模按照曲率半径大小依次叠加固定在固定模座上，固定模座的下侧具有升降立柱；冲压模由若干曲率半径相同的弯曲滑块组成，所有弯曲模的弧顶点在同一垂直线上，所有弯曲模的圆心以及冲压模的圆心位于同一垂直面内；所述冲压模上的每个弯曲滑块均与不同行程的冲压油缸相连，最小半径的弯曲模与所有冲压油缸处于最小行程时的冲压模的曲率半径相同；冲压油缸的缸头连接在工作台的上端，工作台的一端通过伸缩油缸连接在机架上。

进一步的，各个弯曲模之间具有固定间隙，并通过连接件相连。可以进一步提高工件成型的精确度，防止各个弯曲模之间相互干扰。

更进一步的，在工件夹具的侧面连接有喷水装置。工件加热到规定温度后，挤压成型，随后喷水冷却，使得成形和调质一次完成，减少了加工工序。

一种U型钢支架成型的方法，第一步，U型钢按所需尺寸进行下料；

第二步，将工件放入加热炉中加热至700～900℃并保温半小时；

第三步，放入上述U型钢支架成型模具中挤压成型；

第四步，对成型工件进行喷水冷却调质处理，将工件温度将至60～85℃；

第五步，调制热处理后的成型工件放进回火炉中进行回火处理，回火温度为350～450℃，并维持一小时，然后自然冷却。

第三步中挤压成型的步骤为，1)调整升降立柱的升降，直至所需直径的弯曲模与冲压模在同一水平面上；

2)若待冲压工件的半径与最小曲率的弯曲模及冲压模的半径相同，则利用伸缩油缸推动工作台及冲压模，将待冲压工件顶至固定模处冲压成型；

3)若待冲压工件的半径为其他弯曲模的曲率半径，则首先利用伸缩油缸推动工作台及冲压模直至冲压模的圆心与所需曲率半径的弯曲模的圆心重合，然后利用冲压油缸依次沿着半径方向将弯曲滑块顶至固定模处将工件冲压成型。