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1、03 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝 韓靜濤 博士/教授/博士生導(dǎo)師 北京科技大學(xué) 材料加工工程學(xué)科 首席教授 中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)冷彎型鋼分會(huì) 理事長 中國金屬學(xué)會(huì) 榮譽(yù)理事,北京科技大學(xué) 材料成形與控制工程專業(yè)冷彎型鋼生產(chǎn),3.1 概述 3.2 冷彎型鋼的原料 3.3 冷彎成形工藝參數(shù) 3.4 冷彎成形輔助工序 3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì) 3.6 冷彎成形過程的工藝潤滑 3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝,3.1 概述 3.2 冷彎型鋼的原料 3.3 冷彎成形工藝參數(shù) 3.4 冷彎成形輔助工序 3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì) 3.6 冷彎成形過程的工藝潤滑 3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程

2、,3 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝,3.1 概述,3.1 概述,形式特征：冷彎成形是以金屬薄板或帶卷為原料，通過多架裝配了具有一定形狀的成形輥的成形機(jī)對坯料逐步進(jìn)行彎曲變形，從而得到均一截面產(chǎn)品的塑性加工方法。一般每架成形機(jī)裝有兩個(gè)或多個(gè)成形輥，每列成形機(jī)組由兩架以上的成形機(jī)組成。 內(nèi)容特征：冷彎成形的主要變形為板料的彎曲變形，次要變形為彎曲角局部的減薄，以及帶卷材料的縱向延伸或拉縮。一般，假設(shè)變形材料厚度在成形過程中基本不變。這種加工方法特別適合于外形縱長、批量較大的高精度產(chǎn)品的加工。此外，在冷彎成形過程中，可以將沖裁、打孔、壓印、縱彎等輔助加工引入進(jìn)來。 分類特征：冷彎成形工藝可分為4種，即單張(或單

3、件)成形工藝、成卷成形工藝、連續(xù)成形工藝和組合加工工藝。每一種工藝都可分為3個(gè)階段，即成形前坯料準(zhǔn)備階段、成形加工階段、型材精整階段。,3.1 概述,單張成形工藝：就是預(yù)定尺坯料的成形方法。這種方法在坯料成形之前將坯料切成定尺長度，然后用選料輥將坯料送進(jìn)成形機(jī)，成形后的型材不必經(jīng)剪切即可收集人庫。采用這種成形工藝的成形機(jī)的速度一般較低。這種工藝主要應(yīng)用于小批量、成形后型材鋸切比較困難的情況下。采用單張成形工藝的成形機(jī)組的設(shè)備簡單、工具費(fèi)用少、投資低。但用這種生產(chǎn)工藝得到的型材邊部縱向拉伸較大，因而只有利用側(cè)立輥才能得到比較精確的產(chǎn)品形狀。 成卷成形工藝和連續(xù)成形工藝：工藝基本相同，所不同的是連

4、續(xù)成形時(shí)前一卷帶材的尾部與后一卷帶材的頭部經(jīng)過齊對焊，使坯料帶材連續(xù)不斷地進(jìn)入成形機(jī)進(jìn)行成形。而成卷成形時(shí)帶卷頭尾不對焊，進(jìn)行單卷供料成形。與單張成形工藝相比，這兩種成形工藝更加高效、高產(chǎn)、通用。,3.1 概述,成卷成形工藝和連續(xù)成形工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1) 帶卷成本低、切損少，因而降低了材料成本； 2) 由于需要的成形機(jī)架數(shù)少且不需要額外的導(dǎo)衛(wèi)裝置，因而工具成本低； 3) 可以加工形狀比單張成形工藝的產(chǎn)品更復(fù)雜的型材； 4) 型材的頭尾部扭曲及張開度減??； 5) 由于操作幾乎是連續(xù)的，因而生產(chǎn)率得到提高。 但這兩種成形工藝需要開卷機(jī)、活套器、對焊機(jī)、定尺飛鋸或飛剪等輔助設(shè)備，因而其機(jī)組設(shè)備投

5、資較大、占地較大，成形機(jī)組的成形速度較高。目前投產(chǎn)的絕大多數(shù)冷彎成形機(jī)組均是采用這兩種工藝。 圖3-1給出了其工藝流程示意圖。,3.1 概述,圖3-1帶卷冷彎成形工藝 1-帶卷；2-開卷機(jī)；3-坯料；4-矯平機(jī)；5-預(yù)沖孔機(jī)；6-活套輥；7-進(jìn)料臺；8-成形機(jī)； 9-側(cè)立輥；10-驅(qū)動(dòng)軸；11-校型機(jī)；12-切斷裝置；13-儲料臺；14-成形機(jī)組,3.1 概述,組合加工工藝：用于加工具有特定要求的冷彎型鋼，如高強(qiáng)度冷彎型鋼，閉口焊接冷彎型鋼、熱處理強(qiáng)化冷彎型鋼、周期波紋板、沖孔冷彎型鋼、涂層冷彎型鋼等。組合加工成形機(jī)組的設(shè)備最復(fù)雜、投資最高。根據(jù)產(chǎn)品的要求這種機(jī)組可包括如下設(shè)備：直縫焊機(jī)、對焊

6、機(jī)、輥式?jīng)_孔機(jī)、輥式壓印機(jī)、涂層機(jī)、熱處理設(shè)備等。,典型冷彎成型生產(chǎn)線,a開卷機(jī)； b校平機(jī)； c預(yù)沖孔機(jī)；d儲料活套； e成型機(jī)組； f 矯直機(jī)；g精沖/切斷機(jī)； h收集臺架,3.1 概述 3.2 冷彎型鋼的原料 3.3 冷彎成形工藝參數(shù) 3.4 冷彎成形輔助工序 3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì) 3.6 冷彎成形過程的工藝潤滑 3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝,3.2 冷彎型鋼的原料,3.2.1生產(chǎn)冷彎型鋼用的原料 由于冷彎型鋼廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，所以使用的原料也就包括了諸多品種，如普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、耐大氣腐蝕鋼、不銹鋼、鍍層材料（鍍鋅板、鍍鋁板等）、

7、彩色涂層板、銅、鋁合金、鈦合金等等。 各類原料的品種、牌號如下： 碳素結(jié)構(gòu)鋼：常用碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號有Q195、Q215、Q235等； 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號有08、10、08F、08Al等； 低合金鋼：常用低合金鋼的牌號有：16Mn等 耐大氣腐蝕鋼：常用耐大氣腐蝕鋼的牌號有16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT；09CuPCrNiA、09CuPCrNiB、09CuP；（車輛用耐大氣腐蝕鋼09CuPCrNi、09CuPTiRE）,3.2 冷彎型鋼的原料,3.2.1生產(chǎn)冷彎型鋼用的原料 集裝箱用鋼：集裝箱用鋼的牌號有NSF345、NSF390、J

8、335、J490； 不銹鋼：常用不銹鋼的牌號有：301、1Cr18Ni9（302）、0Cr18Ni9（304）、1Cr18Ni12（305）、0Cr17Ni12Mo2（316）等； 鍍層材料：在冷彎成形中，通常一般使用普通用途和機(jī)械咬合加工性能的材料，鋅層重量為100350g/m2的熱鍍鋅鋼板； 彩色涂層板：彩色涂層板表面涂料的種類有：丙烯酸、聚酯、硅改性聚酯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯塑料溶膠、有機(jī)溶膠以及PVC薄膜等； 銅：銅是一種容易冷彎成形的材料，常用的包括有紫銅、黃銅等； 鋁合金：鋁具有耐蝕性、加工性能優(yōu)良以及外觀美的特性。冷彎成形常用的有純鋁、鋁錳系、鋁鎂系； 鈦合金,3.2 冷彎型鋼的

9、原料,3.2.2 在冷彎成形中使用不同的原料需要注意的問題 3.2.2.1 原料的化學(xué)成分： 不同的材料具有不同的化學(xué)成分組成，各種成分都會(huì)對于鋼的成形性能造成不同的影響。需要特別注意的是在進(jìn)行非常規(guī)新產(chǎn)品的孔型設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意所選用材料的化學(xué)成分，根據(jù)其特點(diǎn)，應(yīng)該充分考慮不同的元素對成形工藝的影響。例如： 碳素鋼的強(qiáng)度及其他性能主要取決于鋼中碳存在的形式和碳化物的形狀、大小和分布狀態(tài)等，即主要取決于鋼的金相組織。由于冶煉原料、冶煉方法和工藝操作等的影響，碳素鋼中往往會(huì)有少量的其他元素存在，如硅、錳、硫、磷、銅、鉻、鎳等。這些元素一般被作為碳素鋼的雜質(zhì)或殘余元素看待，而不被作為合金元素。這些

10、元素中有些對鋼起到有益的作用，有些則產(chǎn)生不利的影響，如銅、鉻、鎳等對碳素鋼的冷彎成形加工和焊接性能會(huì)產(chǎn)生不良的影響。,3.2 冷彎型鋼的原料,3.2.1生產(chǎn)冷彎型鋼用的原料 溶解在固溶體中的合金元素，一般將提高鋼的冷彎成型加工的硬化率，使鋼帶變硬變脆，對冷彎成型加工很不利。 硫：一般被認(rèn)為是殘存在鋼中的有害元素之一。硫易導(dǎo)致焊縫熱裂，在焊接過程易于氧化，生成SO2氣體而逸出，致使焊接金屬中產(chǎn)生很多氣孔而疏松，對鋼的焊接性能產(chǎn)生不良影響。因此規(guī)定優(yōu)質(zhì)鋼中硫的含量不得大于0.04%，普 通碳素鋼中硫的含量不得大于0.055%。 磷：是固溶強(qiáng)化鐵素體的元素，其含量對軟鋼抗拉強(qiáng)度的影響比其他合金元素顯

11、著。磷提高軟鋼抗拉強(qiáng)度這一有利因素將隨鋼中含碳量的增高而消失，碳含量越高則磷所引起的脆性就越大。在含碳量0.02%的軟鋼中，當(dāng)磷含量從0.017%增大至0.103%時(shí)，鋼的沖擊韌性亦隨之增高。同時(shí)脆性轉(zhuǎn)變溫度亦逐漸下降，尤其以磷含量為0.103%時(shí)最為明顯。而當(dāng)磷含量超過0.103%時(shí)則沖擊韌性下降，同時(shí)脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，這顯然對鋼的加工性能不利。磷加入普通鋼特別是含銅鋼中，有明顯的抗大氣腐蝕作用。磷能增加焊裂的敏感性，影響鋼的焊接性能。,3.2 冷彎型鋼的原料,3.2.1生產(chǎn)冷彎型鋼用的原料 錳：在鋼冶煉中是良好的脫氧劑和脫硫劑，它能夠消除或減弱鋼因硫所引起的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。

12、錳已成為普通低合金鋼中的主要的合金元素之一。錳在提高珠光體鋼強(qiáng)度的同時(shí)，使鋼的延展性有所降低。 硅：也是良好的還原劑和脫氧劑。隨著硅含量的增加鋼的彈性極限及屈服強(qiáng)度顯著提高，使鋼的冷彎成形性能降低。硅與氧的親和力比鐵強(qiáng)，焊接時(shí)容易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，提高溶渣和溶化金屬的流動(dòng)性，而引起較嚴(yán)重的噴濺現(xiàn)象，影響焊縫質(zhì)量。 了解以上不同成分因素的影響，在進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)該考慮相應(yīng)的對策。如當(dāng)采用含硫、磷高的鋼種帶鋼材料，生產(chǎn)需要進(jìn)行焊接工序的空心型鋼時(shí)，就應(yīng)該考慮采用適當(dāng)?shù)暮附庸に嚒?3.2 冷彎型鋼的原料,3.2.2.2 涂鍍層材料冷彎成形加工 隨著冷彎型鋼產(chǎn)品應(yīng)用的日益廣泛，越來越多的冷彎型鋼

13、產(chǎn)品采用帶有涂層和復(fù)合鋼板材料制造。這些材料在冷彎成型過程中也各有特點(diǎn)，如： 鍍鋅鋼板：熱鍍鋅鋼板的彎曲性能，與其采用的原板材質(zhì)有關(guān)。在冷彎成形加工時(shí)，不僅要考慮原板的加工特性，同時(shí)還要考慮鍍層的彎曲性能。非合金化的熱鍍鋅鋼板，在原板與鍍層之間生成鐵鋅合金過渡層，因此鍍層不易脫落；而合金化的鐵鋅合金層比純鋅層的硬度高，且塑性差，彎曲加工后，合金層會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的龜裂，但通常冷彎成形不發(fā)生上述現(xiàn)象。至于鍍鋅鋼板的焊接性能，由于鋅的熔點(diǎn)低，因此采用接觸焊的方法生產(chǎn)焊接的空心型鋼時(shí)，電極上有鋅附著，容易生成表面缺陷。鋅的附著量越大，缺陷就越嚴(yán)重。 彩色涂層鋼板：彩色涂層鋼板是在原板（冷軋板或各種鍍層鋼板

14、）上，將丙烯酸、聚酯、硅改性聚酯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯塑料溶膠、有機(jī)溶膠、PVC等涂敷上去。其彎曲加工性能與采用的原板性能有關(guān)，同時(shí)也要考慮帶有涂層的彎曲特性。,Induction Welding Lines.,Application Complex hollow section with high torsional stiffness Materials Mild steel, AHSS, galvanized steel, Aluminum Process Rollforming, HF welding,Resistance Welding Lines.,Applications: Cl

15、osed profiles with weld flange Materials: Carbon steel, AHSS, galvanized steel, stainless steel, aluminum Process: Continuous and Start-Stop operation, distance of weld spot programmable,Laser Welding Lines.,Applications Welded tubes and profiles Materials Mild steel, AHSS, galvanized steel, Al Proc

16、esses Continuous and stitch welding CO2 and Nd:YAG Laser,3.2 冷彎型鋼的原料,3.2.2.3 常用冷彎成形原料的機(jī)械特性 表2.1-1常用各種帶鋼原料的機(jī)械性能,3.2 冷彎型鋼的原料,表2.1-2常用鍍鋅帶鋼原料的機(jī)械性能,表2.1-3寶鋼生產(chǎn)彩色涂層帶鋼原料的涂層性能,3.2 冷彎型鋼的原料,關(guān)于冷彎成形材料的彎曲性能指標(biāo)，由于在開發(fā)一個(gè)新的冷彎型鋼產(chǎn)品時(shí)，用戶要求的產(chǎn)品斷面尺寸，有時(shí)可能會(huì)超出原料性能允許的范圍，特別是型鋼斷面的彎曲部位，彎角的內(nèi)半徑，應(yīng)該符合相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。否則就需要慎重考慮實(shí)施的可能性及需要采取有效的措

17、施。 表面處理鋼板時(shí)應(yīng)注意的問題主要有： 彎曲半徑取決于涂層的韌性。若涂層的延伸性好，則0.30.6mm厚的鋼板的彎曲半徑最好是0.71.5mm。 成形輥的間隙按下式求出： 成形輥間隙=板厚+(涂層厚度+保護(hù)層厚度)(0.151.20) 間隙太小會(huì)損壞涂層，導(dǎo)致涂層產(chǎn)生缺陷。 涂層鋼板成形時(shí)的成形輥數(shù)量較多，成形輥上的變形力分布要均勻且小。 要求成形工具(包括成形輥和導(dǎo)板等)的表面粗糙度要低。 為提高成形速度和保證成品質(zhì)量，有的機(jī)組在成形機(jī)架前用紅外線加熱器將塑料涂層板預(yù)熱到3840，然后再進(jìn)行冷彎成形。,3.2 冷彎型鋼的原料,3.2.2.4 冷彎成形原料的尺寸公差 對冷彎成形所需原料的尺寸

18、偏差檢測項(xiàng)目有：板厚、寬度、板形等。 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對于寬帶鋼厚度公差的規(guī)定，可以參照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。 此外，對于冷彎成形原料帶鋼的寬度允許偏差，要根據(jù)原料的厚度以及產(chǎn)品斷面尺寸允許偏差的要求具體確定。一般冷彎成形所使用的帶鋼寬度的允許偏差，均嚴(yán)于帶鋼標(biāo)準(zhǔn)中一般縱剪帶鋼寬度的允許偏差。 對板形的要求，如帶鋼的不平度會(huì)影響寬幅波紋板產(chǎn)品的外形質(zhì)量；鐮刀彎的存在，會(huì)對冷彎型鋼產(chǎn)品的平直度和扭轉(zhuǎn)帶來不良的影響。特別是對于那些要求平直度和扭轉(zhuǎn)嚴(yán)格的產(chǎn)品，對于原料帶鋼的板形質(zhì)量要求，也應(yīng)該予以充分的重視并采取相應(yīng)的對策。 表3-5熱軋鋼帶(GB352483)坯料尺寸公差 單位：mm,帶鋼的板形與對中問題,微型

19、拉伸彎曲矯直機(jī),坯料問題,設(shè)備問題,開發(fā)了一套適用于冷彎生產(chǎn)的小型拉彎矯直設(shè)備，并針對特定鋼帶進(jìn)行了矯直工藝優(yōu)化。獲得了拉伸張力、彎曲壓下量和彎曲輥距的最佳組合；,拉彎矯直機(jī)的矯直效果,3.2 冷彎型鋼的原料,表3-13 我國鋼帶的不平直度和鐮刀彎允許偏差 mm,3.2 冷彎型鋼的原料,力學(xué)性能和冷彎試驗(yàn) 表3 - 17碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能,3.1 概述 3.2 冷彎型鋼的原料 3.3 冷彎成形工藝參數(shù) 3.4 冷彎成形輔助工序 3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì) 3.6 冷彎成形過程的工藝潤滑 3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),冷彎成形機(jī)組是生產(chǎn)冷彎

20、型鋼的主要設(shè)備。成形機(jī)組的分類有多種方法。 成形機(jī)按所生產(chǎn)產(chǎn)品可分為型材成形機(jī)和電焊管成形機(jī)； 按機(jī)架形式可分為懸臂式成形機(jī)和龍門式成形機(jī)； 按成形機(jī)構(gòu)造可分為輥式成形機(jī)，排輥式成形機(jī)和履帶式成形機(jī)。 目前國內(nèi)冷彎型材生產(chǎn)廠家所采用的成形機(jī)，除寬幅波紋板機(jī)組和近年來少量引進(jìn)的成形機(jī)外，絕大多數(shù)是采用高頻直縫焊管機(jī)組或由其改裝而成。這種成形機(jī)一般由水平輥機(jī)架和立輥機(jī)架組成。成形過程按坯料成形的先后順序可分為帶鋼邊緣成形階段（I段）、帶鋼中心部成形階段（II段）以及封閉孔階段（III段）。 水平輥是傳動(dòng)機(jī)架，承擔(dān)管坯變形的主要任務(wù)。立輥是被動(dòng)的，設(shè)立于兩架水平輥間或成組設(shè)立，主要作用是導(dǎo)向，也參與

21、部分變形，并防止變形帶鋼回彈。,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),高頻焊接與一般焊接不同，因?yàn)樗恍枰饘偬盍戏翘盍虾附印?將鋼帶邊緣加熱到熔點(diǎn)，熔融金屬和金屬氧化物被外界施加的壓力從熔接面上擠出，而其下灼熱的、清潔的金屬表面被壓力鍛焊結(jié)合在一起。如果一切條件得當(dāng)，其強(qiáng)度是所有焊接中最強(qiáng)的。,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),3.3.1 變形區(qū)長度 變形區(qū)長度：連續(xù)式冷彎成形機(jī)從第一架水平輥中心至最后一架水平輥中心的距離。 確定變形區(qū)長度的原則：必須保證帶鋼邊緣在成形過程中不產(chǎn)生塑性變形，以防止邊緣鼓包和波浪等缺陷的產(chǎn)生。最佳的變形區(qū)長度是在保證這個(gè)原則的前提下最小的變形區(qū)長度。 對于低碳鋼板，相對于彈性極限

22、的相對伸長為0.1%，因此變形區(qū)長度的選擇應(yīng)按帶鋼邊緣的相對伸長不超過0.1%進(jìn)行計(jì)算。對于簡單形狀的角鋼，成形時(shí)保持帶鋼邊緣不產(chǎn)生塑性變形的臨界升起角約為1 125，由此可得到變形區(qū)長度為：L= Hctg= (40 57)H, 即變形區(qū)長度為最大升起高度的50倍左右。 圖3-2 變形區(qū)長度的計(jì)算 對于任意冷彎型材生產(chǎn)機(jī)組所需要的變形區(qū)長度，它與冷彎型材的總變形量（彎曲角總和）和形狀的復(fù)雜程度有關(guān)。目前有通用的變形區(qū)長度計(jì)算方法。,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),3.3.2 成形機(jī)架間距和數(shù)量 成形機(jī)架間距的確定：要考慮帶鋼邊部塑性變形、機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及導(dǎo)衛(wèi)裝置的安裝等多方面的要求。在同一機(jī)組里

23、，機(jī)架間距可以相同，也可不同。對于連續(xù)式電焊管冷彎機(jī)組，其水平輥機(jī)架間距可由所生產(chǎn)的最大管徑Dmax確定：l= KDmax=(5.710) Dmax 從而水平輥機(jī)架數(shù)量n為：n=L/l +1 當(dāng)L=(4057) Dmax，l=(5.7 10) Dmax時(shí)，可得n =710架。 采用電焊管機(jī)組生產(chǎn)冷彎型材時(shí)，每架成形機(jī)允許的最大彎曲角在l030之間，平均為約等于20，因而所需要的成形機(jī)組的水平輥機(jī)架數(shù)量可按其所生產(chǎn)的最復(fù)雜產(chǎn)品的曲角總和計(jì)算，為 n= 0.05i+l， 一般經(jīng)驗(yàn)值為每個(gè)角不包括對稱同時(shí)成形角3架。 定徑機(jī)架數(shù)量一般為46架。,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),3.3.3 成形輥軸徑和底徑

24、 焊管機(jī)組的成形輥軸徑可根據(jù)下面經(jīng)驗(yàn)公式確定： 平= k1Dmax 其中系數(shù)k1的取值范圍如下： D 35 35 250 350 660 k1 1.151.20 0.751.00 0.580.72 立輥軸徑一般取所生產(chǎn)鋼管最大直徑Dmax的一半。 第一架下成形輥的底徑一般取相應(yīng)軸徑的1.92.1倍，隨后各機(jī)架的下成形輥底徑應(yīng)逐駕增加 0.50.65%，以便使成形機(jī)架間的帶鋼保持一定的張力。上成形輥底徑要根據(jù)下成形輥低徑和上下輥的傳動(dòng)比來確定。但當(dāng)采用下成形輥單獨(dú)傳動(dòng)時(shí)，上成形輥底徑的選擇只需足強(qiáng)度的需要。 立輥的底徑應(yīng)根據(jù)水平輥機(jī)架間距、孔型系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)形式等確定，一般為所生產(chǎn)鋼管最大12倍。,

25、3.3 冷彎成形工藝參數(shù),3.3.4 成形力和成形力矩 冷彎成形力：包括彎曲成形力與模具壓緊力兩部分。 成形輥的輥縫間隙對成形力有很大影響，一般當(dāng)輥縫間隙與帶鋼厚度之比大于0.3時(shí)，成形輥所受的成形力保持在一個(gè)較穩(wěn)定的低值，此值可用如下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 P=s t2 式中，P成形力，N；s帶鋼的屈服應(yīng)力，Mpa；t板厚，mm； 修正系數(shù)，隨成形輥形狀和尺寸的變化而變化，其值在1.03.0之間。 成形力的精確計(jì)算可以利用數(shù)值模擬技術(shù)（如差分法，有限元法等）求得。但這種方法由于過程復(fù)雜，加之某些邊界條件不甚清楚，因而仍處探索階段。,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),3.3.4 成形力和成形力矩 成形力矩軋制

26、總能耗變形力矩摩擦力矩空轉(zhuǎn)力矩 變形力矩：工件的彎曲成形10% 摩擦力矩：軋輥與工件的摩擦阻力軋輥與軸承間的摩擦阻力 空轉(zhuǎn)力矩：傳動(dòng)阻力 成形功耗:U=U1+U2+U3 彎曲成形變形功 U1= st2 軋輥/工件摩擦功 U2=U1 機(jī)械傳動(dòng)損失功U3=(1.21.5)(U1+U2) 式中，s帶鋼的屈服應(yīng)力/Mpa；t板厚/mm；修正系數(shù)； 彎曲角變化量；摩擦系數(shù)。,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),3.3.5 成形底線 從成形機(jī)的第一架至最后一架，各架下成形輥孔型的最低點(diǎn)的連線稱為成形底線。成形底線的分布大致有4種(見圖33): 上山法：底線在成形過程中逐漸上升。 底線水平法：底線在成形過程中是一條水

27、平線。 下山法：底線在成形過程中逐漸下降。 邊緣線水平法：邊緣線（各架邊緣點(diǎn)的連線）在成形過程中保持水平。 在冷彎型材的輥式冷彎加工過程中，一般采用下山法，因?yàn)橄律椒ㄔ诮档瓦吘壋尚胃叨葟亩鴾p小邊緣縱向變形的同時(shí)，還最大程度地減小了帶鋼橫斷面上縱向延伸的不均勻性。 成形底線的調(diào)整可以通過以下方法實(shí)現(xiàn)： 有下輥壓上裝置的可通過壓上裝置調(diào)整。 下輥軸承加不同厚度的墊片。 獨(dú)立機(jī)架與底座之間加不同厚度的墊片。 選擇各架下輥的底徑。 調(diào)整立輥高度。,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),圖3-3成形底線 圖 3-4 冷彎成形功率與帶坯厚度的關(guān)系 a-上山法；b-底線水平法；c-下山法；d-邊緣線水平 v=30m/m

28、in; R/t=0.5；低碳鋼,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),3.3.6 成形速度 輥式成形機(jī)組的成形速度為0.5250m/min，常用的速度范圈為2530m/min。影響最佳成形速度的主要因素有：帶鋼的成分、帶鋼的屈服強(qiáng)度和硬度、帶鋼的厚度、成形操作的難易程度、成形型材的定尺剪切、成形機(jī)架數(shù)、需要的輔助加工，以及潤滑荊（冷卻劑）的應(yīng)用。 把鈦合金加工成復(fù)雜的型材要求用下限成形速度( 0.5m/min)。與此相對應(yīng)，在理想成形條件下進(jìn)行的成形可以采用上限成形速度，如對厚度小于0.9mm、定尺長度很長（25m左右）的鋁和退火低碳鋼在成形比較緩和時(shí)可達(dá)到245m/min。為了達(dá)到盡可能高的成形速度，既

29、使總變形量不大，也常采用較多的成形道次以使每一架成形機(jī)上的道次變形量減小。當(dāng)采用高速成形時(shí)，通常無法進(jìn)行沖孔、壓印、焊接等輔助加工，并且要求逐架進(jìn)行潤滑。 使用飛剪或飛鋸定尺時(shí)，往往不能達(dá)到成形所允許的最大速度。大多數(shù)冷彎產(chǎn)品的定尺是通過滑動(dòng)剪切（或鋸切）機(jī)座定尺的。成形速度越大，滑動(dòng)機(jī)座就需移動(dòng)越長的距離，才能保證準(zhǔn)確撤定尺。因此實(shí)際允許的最大成形速度往往依賴于剪切周期的大小。,3.3 冷彎成形工藝參數(shù),3.3.7 成形功 冷彎成形的成形功與多種因素有關(guān)，其中最主要的有帶坯厚度、帶坯拉伸強(qiáng)度、成形道次、傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，以及成形輥與帶坯之間的摩擦等。 利用簡單彎曲模型計(jì)算的理想成形功僅占實(shí)

30、際冷彎所消耗功的10%，其余部分用于克服輥帶接觸摩擦和傳動(dòng)阻力。圖3-4給出了內(nèi)彎曲半徑為t/2、彎曲角為90，成形速度為30m/min的條件下彎曲低碳鋼帶坯所消功。按此圖計(jì)算冷彎4mm厚低碳鋼帶坯需14.9kW功率，而對應(yīng)的理想成形功率僅為14.9kW。 一般，對于小型冷彎成形機(jī)功率為7.4637.3kW; 對于大型冷彎成形機(jī)，功率為37.393.25kW。,3.1 概述 3.2 冷彎型鋼的原料 3.3 冷彎成形工藝參數(shù) 3.4 冷彎成形輔助工序 3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì) 3.6 冷彎成形過程的工藝潤滑 3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝,3.4 冷彎成形輔助工序,3

31、.4.1 縱剪 剪機(jī)是將軋制出的寬帶卷坯從縱向上切成所需寬度帶鋼的加工機(jī)械。通?？v剪機(jī)是在成形機(jī)組之處單獨(dú)工作。但最近也出現(xiàn)了在成形機(jī)組中引入縱剪機(jī)，從而達(dá)到多根型材同時(shí)生產(chǎn)的工藝。 一般寬帶鋼的縱剪都采用圓盤剪縱剪機(jī)組。剪切方法按圓盤剪是否傳動(dòng)可分為張力拉入驅(qū)動(dòng)咬入剪切。 張力拉入剪切依靠卷取機(jī)的張力拉動(dòng)坯料進(jìn)入圓盤剪進(jìn)行縱切，圓盤剪是不傳動(dòng)的。其優(yōu)點(diǎn)是只需采用普通交流電機(jī)傳動(dòng)，不需考慮因卷取機(jī)卷徑變化所引起的速度變化。其缺點(diǎn)是對于薄帶鋼(厚度小于2.0mm)所得到的成卷比較松。張力拉入剪切一般適用于厚度為2.55.0mm的寬帶卷坯的縱剪。 驅(qū)動(dòng)咬入剪切圓盤剪和卷取機(jī)同步傳動(dòng)，因而需采用直流

32、電機(jī)傳動(dòng)，并對它進(jìn)行速度控制。一般來說，這種方式圓盤剪與卷取機(jī)之間的張力較小，適用于厚度在0.252.0mm之間的薄帶鋼。有時(shí)為了保證帶鋼在縱剪時(shí)無橫向偏移，而在圓盤剪前后設(shè)有自由活套坑，實(shí)現(xiàn)無張力剪切，此時(shí)卷取機(jī)的張力則靠圓盤剪之后的張力輥與卷取機(jī)建立。一般采用浮動(dòng)開卷機(jī)進(jìn)行跑偏控制。,3.4 冷彎成形輔助工序,3.4.1 縱剪 縱剪速度隨材料而異，一般可按表3-20所示選取。 表3-20 不同材料的縱剪速度 圓盤剪上下刀片間隙的調(diào)整是縱剪工藝中影響最大的因素。間隙越大，剪切力越?。坏g隙越小，切口質(zhì)量越好。一般隙可取為帶鋼厚度的1/10左右。刀片間隙、重疊量和被剪材料厚度的關(guān)系示于表3-2

33、1。 表3-21 重疊量和間隙量c的選取,3.4 冷彎成形輔助工序,3.4.1 縱剪 刀片厚度可按(0.060.1)D計(jì)算，其中D是圓盤刀片的直徑。一般刀片厚度應(yīng)大于15mm。 刀片材質(zhì)一般采用9CrWSi或T8等工具鋼。熱處理后的硬度為HS852。剪切最大厚度在1.6mm以下時(shí)，刀片壽命為500l000t/次；最大厚度在3.2mm以下時(shí)，刀片壽命為6002500t/次?？v剪機(jī)以一套刀片為一組一起磨削。一般采用圓周磨，每次正常的磨削量為300500m。 這種縱剪機(jī)可能達(dá)到的剪切精度是0.10.5mm。 為了提高縱剪帶鋼的斷口質(zhì)量，最近開發(fā)了無毛刺縱剪機(jī)。其原理是將剪切分為兩道工序進(jìn)行。首先是通

34、過調(diào)整刀片重疊量使剪刃咬入但不使帶卷斷開，然后使用壓平輥從上下雙向?qū)戆迨┘訅毫?，將錯(cuò)位的地方壓回，使之?dāng)嚅_。,3.4 冷彎成形輔助工序,3.4.2 開卷 開卷機(jī)是帶鋼卷的拆卷設(shè)備，主要形式有轉(zhuǎn)盤式、箱式、單筒式、雙筒式、雙錐式等。 開卷機(jī)將縱剪后的帶卷逐漸松開，供給成形生產(chǎn)線中的后續(xù)設(shè)備，因而要求它具備以下3種基本性能： 松卷性能：松卷分自由從動(dòng)松卷和主動(dòng)松卷兩種。自由從動(dòng)松卷由成形機(jī)組中其余設(shè)備牽動(dòng)帶卷在開卷機(jī)主軸上轉(zhuǎn)動(dòng)而開卷。這種方式使開轉(zhuǎn)機(jī)簡化，但對于表面質(zhì)量要求較高的帶卷容易造成表面擦傷。而主動(dòng)松卷可克服這一缺陷，但設(shè)備投資增加。 制動(dòng)性能：制動(dòng)性能可防止輥卷設(shè)備突然停機(jī)或加減速運(yùn)轉(zhuǎn)

35、時(shí)，帶卷過度放卷。此外還可通過此性能調(diào)整帶卷上的后張力。 防止松彈性能：當(dāng)帶卷開卷接近完成時(shí)，帶卷尾部的彈性變形將產(chǎn)生急劇的回彈松弛現(xiàn)象，因此需要設(shè)置滑動(dòng)的壓頭裝置。,3.1 概述,圖3-1帶卷冷彎成形工藝 1-帶卷；2-開卷機(jī)；3-坯料；4-矯平機(jī)；5-預(yù)沖孔機(jī)；6-活套輥；7-進(jìn)料臺；8-成形機(jī)； 9-側(cè)立輥；10-驅(qū)動(dòng)軸；11-校型機(jī)；12-切斷裝置；13-儲料臺；14-成形機(jī)組,3.4 冷彎成形輔助工序,表3 - 22開卷機(jī)的種類和構(gòu)造,3.4 冷彎成形輔助工序,表3 - 22開卷機(jī)的種類和構(gòu)造,四棱錐式懸臂脹縮開卷機(jī)結(jié)構(gòu),四連桿機(jī)構(gòu)式雙卷筒開卷機(jī),3.4 冷彎成形輔助工序,3.4.3

36、 活套 為了使帶鋼連續(xù)成形，在帶卷與帶卷之間進(jìn)行頭部和尾部對焊連接時(shí)，預(yù)先要有一定數(shù)量的帶鋼被放出，以保證機(jī)組連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)儲存帶鋼的裝置被稱為活套或儲料器。 活套裝置大多用于中小規(guī)模的成形機(jī)組中。對于大型輥式冷彎機(jī)組，由于帶坯寬度和厚度都較大，要求活套裝置也很龐大，因而較少采用活套。 根據(jù)帶坯在活套裝置中的形態(tài)，可將活套裝置分為3大類：自由活套型、平行活套型和螺旋活套型。幾種活套的主要特點(diǎn)見表3 - 23。 由于螺旋活套具有占地面積小、儲料長度大、帶坯表面無擦傷等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此盡管其造價(jià)較高，但仍被認(rèn)為是今后的發(fā)展方向。 螺旋活套大體可分為3種：型、U型和S型（見圖3 -6）。其各自的特點(diǎn)

37、見表3- 24。,3.4 冷彎成形輔助工序,表3 - 23幾種活套的主要特點(diǎn),3.4 冷彎成形輔助工序,圖3-6 螺旋式儲料器種類 a-型；b-U型；c-S型 1-扭轉(zhuǎn)跨距；2-支柱；3-U字形旋轉(zhuǎn)部；4-S彎曲,3.4 冷彎成形輔助工序,3.4.5 焊接 直縫管材的焊接主要有電阻焊和熔焊兩種方法。從管筒邊緣通入某種電流，利用金屬自身的電阻使邊緣加熱到焊接溫度，經(jīng)過擠壓輥壓力焊接生產(chǎn)管材和閉口冷彎型材的方法稱為電阻焊，這是輥式冷彎生產(chǎn)中最基本的焊接方法。 電阻焊鋼管的焊接方法根據(jù)饋入的電流形式及饋電方法可分為：,交流焊,直流焊,方波焊,高頻焊,工頻焊,低頻焊,接觸焊,感應(yīng)焊,電阻焊,直流焊,3

38、.4 冷彎成形輔助工序,高頻焊是電阻焊鋼管最主要的方法。高頻電流頻率大多200450kHz，用于生產(chǎn)直徑6520mm、壁厚0.510mm以上的焊管。高頻焊又分為接觸焊和感應(yīng)焊兩種（見圖3-7）。 圖3-7高頻焊方法示意圖 a一接觸焊；b一感應(yīng)焊 l-焊腿；2-管坯；3-焊縫擠壓輥；4-邊緣會(huì)合點(diǎn)；5-兩條電路(點(diǎn)劃線）；6-管坯； 7-感應(yīng)圈；8-阻抗器（鐵氧體磁棒）；9-前壓輥；10-電路；11-邊緣會(huì)合點(diǎn),3.4 冷彎成形輔助工序,3.4.6 走行切斷 生產(chǎn)過程中在型材前進(jìn)時(shí)將其進(jìn)行定尺分?jǐn)嗟墓ば蚍Q為走行切斷。目前，常用的走行切斷有5種形式，如圖3-8所示： 使用鋸片切斷的分鋸機(jī)。 使用滾

39、刀的滾壓式飛剪機(jī)。 使用上下刀刃的沖切式飛剪機(jī)。 使用旋轉(zhuǎn)刀頭的飛刀式飛剪機(jī)。 使用感應(yīng)加熱拉斷的飛剪機(jī)。 走行切斷設(shè)備要具備以下幾種基本性能： 確定切斷位置，對成品長度能檢測和定尺。 在切斷過程進(jìn)行時(shí)，維持切斷裝置的行走速度與作業(yè)線成形速度一致。 在型材端部不產(chǎn)生大的變形和毛刺的條件下切斷型材。,3.4 冷彎成形輔助工序,圖3-8 走行切斷的形式 a-鋸片式；b-滾壓式；c-沖切式；d-飛刀式；e-感應(yīng)拉斷式,切斷模具的切斷過程,圖3.21 凸模的工作過程 a)凸模與型鋼初步接觸；b)型鋼的兩翼切斷； c)開始沖切封閉部分的弧面；d)沖切完成。,切斷凸模,3.1 概述 3.2 冷彎型鋼的原料

40、 3.3 冷彎成形工藝參數(shù) 3.4 冷彎成形輔助工序 3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì) 3.6 冷彎成形過程的工藝潤滑 3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),冷彎成形的工作效率主要取決于生產(chǎn)工具的孔型和結(jié)構(gòu)。而最廣泛采用的生產(chǎn)工具是成形輥。在帶材的穩(wěn)定性和型材的質(zhì)量方面隨著成形速度的提高，對孔型設(shè)計(jì)提出了愈來愈高的要求。 在為生產(chǎn)特定產(chǎn)品而進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的要素有：成形道次、帶坯寬度、輥花設(shè)計(jì)、成形輥參數(shù)，以及成形輥材料等。,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),3.5.1 成形道次 將帶坯冷彎成形為所需的產(chǎn)品是一個(gè)逐漸進(jìn)行的加工過程，在這個(gè)過程中每道次

41、或每對成形輥僅對變形材料施加有限的彎曲變形。只有這樣才能在不拉長帶坯的條件下得到所需要的彎曲。成形道次過少，冷彎型材易產(chǎn)生尺寸超差和扭曲；成形道次太多則增加工具成本。 成形道次數(shù)主要取決干材料的性能和型材形狀的復(fù)雜程度，此外它還與型材的寬度、成形機(jī)架間距、型材的尺寸精度等有關(guān)。 材料的厚度、硬度、成分都影響得到所需形狀的成形道次數(shù)。帶坯厚度越大，成形道次越多。當(dāng)帶坯的屈服強(qiáng)度較高時(shí)，需過彎(約2)以彌補(bǔ)回彈的影響。表面帶有涂層的帶坯也常需要較多的成形道次以保持表面的光滑程度。 型材形狀復(fù)雜程度是由彎曲角的個(gè)數(shù)和總彎曲量的大小決定的，同時(shí)它也受形狀對稱性的影響。成形角法是用來確定成形道次數(shù)的基本

42、方法。,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),成形角法可表達(dá)為： N成形道次數(shù)；H一彎曲高度；l一機(jī)架間距；成形角。 對于簡單彎曲型材，推薦的成形角為12。對于復(fù)雜彎曲型材，要考慮多角共彎的可能性后才能正確地確定成形道次。 形狀因子法是確定成形這次的另一種方法。對于對稱型材，形狀因子定義為Fnt (mm2)。 這里F為翼緣長度，n為型材右彎角的個(gè)數(shù)，t為帶坯的厚度。圖3-9表示出了形狀因子與成形道次的關(guān)系。,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),圖3-9 利用形狀因子確定成形道次的方法 a-對稱斷面型鋼；b-非對稱斷面型鋼 (使用軸徑 100以上的成形機(jī)例外， No30、38、50、52；原板厚t在0.5mm

43、以下例外，No22、48、49),3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),3.5.2 帶坯寬度 要確定一個(gè)給定型材所需要的帶寬，先要作一個(gè)大比例的斷面圖，把它劃分為直線段和曲線段后，沿中性線對各段長度進(jìn)行求和。 各彎曲段對應(yīng)的帶坯寬度由彎曲角的大小和中性線所對應(yīng)的彎曲半徑(稱為名義彎曲半徑)所確定，即 式中，W一彎曲段長度，mm；rm名義彎曲半徑，mm； 一彎曲角角度，rad。 名義彎曲半徑rm為 式中，r彎曲角內(nèi)徑，mm；k系數(shù)(彎曲因子)；t帶坯厚度，mm。 彎曲因子k選取方法與數(shù)值差異較大，ASTM推薦的k值計(jì)算公式為,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),3.5.3 輥花圖設(shè)計(jì) 輥花圖是各成形機(jī)架變形帶

44、坯橫截面形狀的重疊圖，因而輥花圖是描述冷彎成形過程中帶鋼從帶坯變形為所需型材的變形行為的示意圖。在輥花圖設(shè)計(jì)過程中，首先要確定的是成形工作斷面的取向、彎曲的次序、彎曲角的分配和彎曲的方式等。 成形工作斷面的取向受多種因素影響?？諒澥侵竷H由上輥或下輥進(jìn)行的彎曲，它對斷面尺寸的精確性有很大影響。成形工作斷面的取向應(yīng)盡可能避免空彎?；貜椧彩抢鋸澇尚沃谐Ｒ姷膯栴}，成形斷面的取向應(yīng)有助于利用立輥過彎以克服回彈。 在多數(shù)情況下，成形斷面取向與型鋼基本中心線或基本成形面的選擇有關(guān)。基本中心線是通過工件全長的一條直線，其位置在整個(gè)變形過程中相對于機(jī)架中心不變。對稱型鋼的基本中心線就是其對稱中心線；非對稱型鋼的

45、基本中心線最好是開始成形時(shí)的中心線，以防止工件在進(jìn)一步變形時(shí)發(fā)送橫向位移。,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),3.5.3 輥花圖設(shè)計(jì) 選擇基本中心線的原則是使成形斷面兩邊的水平力相抵消，從而使金屬自由成形而不會(huì)受到牽拉。應(yīng)該使型材斷面最深處處于基本成形線。型材表面質(zhì)量要求較高的部分或涂覆面應(yīng)處于上下輥速差較小的地方。成形時(shí)應(yīng)盡量使型材的翼緣向上彎曲，這樣可以使型材斷面更接近要求，并簡化成形輥。型材斷面的取向還應(yīng)考慮到其他工序(如沖孔)的要求。此外，如有可能還應(yīng)使斷面取向有利于冷卻潤滑劑的排出以防止型材銹蝕。 對于復(fù)雜斷面型材，彎曲的次數(shù)是重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。理想情況下，從斷面中心向兩邊逐漸彎曲，這

46、樣可以使已彎曲成形部分不會(huì)進(jìn)一步受到變形。但是，考慮到多種其他因素的影響，如避免空彎、減小金屬移動(dòng)、改善材料流動(dòng)的平滑性等，也采用其他的彎曲次序。,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),圖3-11 基本中心線的選取 a-對稱斷面 b-非對稱斷面,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),一般將彎曲的次序分為4類： 同時(shí)彎曲方式，適用于單張或連續(xù)成形工藝生產(chǎn)開口對稱型鋼、Z型鋼、波紋板及不對稱程度小的槽鋼； 順序彎曲方式，包括由坯料兩邊向中部順序進(jìn)行成形和從坯料中心向兩邊順序進(jìn)行成形，適用于單張或連續(xù)工藝生產(chǎn)閉口型鋼、半閉口型鋼及波紋板； 組合彎曲方式，是上述兩種方式的組合，這種方式適合于生產(chǎn)有25個(gè)彎曲部位的不對

47、稱型鋼、閉口型鋼及半閉口型鋼，但不適于生產(chǎn)波紋板； 彎曲整形方式，這種方式先用大彎曲半徑預(yù)彎出各彎曲角，然后整形，該法適用于高質(zhì)量波紋板的彎曲。 彎曲角的分配由成形機(jī)的能力、成形道次、機(jī)架間距、總變形量等因素決定。一般，在成形初期取較小的彎曲角以避免強(qiáng)迫咬入；在成形中期應(yīng)避免由于彎曲角分配不均而造成的帶坯局部異常變形以及型材的表面劃傷；在成形后期采用較小的變形量以防止回彈，保證產(chǎn)品的尺寸精度。 根據(jù)上述要求，可采用余弦曲線來分配彎曲角。當(dāng)成形道次為N，單邊總彎曲角為s時(shí)，第i道次的彎曲角i 為：,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),型材的彎曲方法有5種，可根據(jù)帶坯材質(zhì)和產(chǎn)品斷面的形狀加以選用，分別說

48、明如下： 彎曲中心固定法(半徑不變，弧長增加)。該法固守彎曲半徑的中心，在半徑不變的情況下依靠彎曲角增大來依次增加彎曲弧長，相當(dāng)于圓管成形的中央彎曲成形法。該法適用于彎曲圓弧半徑大的生產(chǎn)工藝； 彎曲中心內(nèi)移法(半徑不變，弧長增加)。該方法固定彎曲半徑，內(nèi)移彎曲中心，相當(dāng)于圓成形的邊緣彎曲成形法。該法適用于所有產(chǎn)品的生產(chǎn)，但彎曲回彈較大； 彎曲中心上移法(半徑減小，弧長固定)。該方法隨彎曲角的增大，彎曲弧長不變，彎曲半徑減小，相當(dāng)于圓管成形的圓周變形成形法。該法適用于波紋板類的寬、薄帶坯或非對稱易加工產(chǎn)品； 彎曲中心直角坐標(biāo)系移動(dòng)法(半徑減小，弧長增加)。該方法隨彎曲角增加，彎曲半徑變小，彎曲弧

49、長增加。其變化量依賴于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。該法適用于(3)所生產(chǎn)的產(chǎn)品； 彎曲中心移動(dòng)與半徑變化成函數(shù)關(guān)系法。該方法隨彎曲弧長的增加，彎曲半徑按照指數(shù)關(guān)系減小，應(yīng)用面較窄。,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),圖3-13 彎曲方法 a-彎曲中心固定法；b-彎曲中心內(nèi)移法； c-彎曲中心上移法； d-彎曲中心直角坐標(biāo)系移動(dòng)法；e-彎曲中心移動(dòng)與半徑變化成函數(shù)關(guān)系法,圖3-12 求彎曲角分配的數(shù)學(xué)方法圖示,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),3.5.4 孔型參數(shù)設(shè)計(jì) 在輥花圖的基礎(chǔ)上可以得到成形輥的尺寸。對于小尺寸型材，成形輥應(yīng)盡可能貼緊帶坯，但過份接觸也會(huì)造成擦傷。對每一成形輥不僅要從個(gè)體上而且應(yīng)從整個(gè)變形過程來決定

50、成形輥與帶坯在何處接觸、何處增大壓力和尺寸、何處減少成形輥，以使材料自由進(jìn)入下一道次。 對準(zhǔn)基本中心線的輥徑稱為基準(zhǔn)輥徑。對于整體輥式的成形機(jī)組，基準(zhǔn)輥徑D0為： 式中，H成形機(jī)上下輥?zhàn)畲笾行木啵琺m；t帶坯厚度，mm； 輥縫可調(diào)量，約30mm左右；逐架輥徑差，取0.8mm或0.51%D0，對于波紋板成形，最終35道次去510%D0。 對于組合輥式的冷彎機(jī)組，基準(zhǔn)輥徑D0為： 式中，d0輥軸直徑，mm；h組裝鍵鍵高，mm；a車削量，mm； b產(chǎn)品斷面高度，mm；c成形輥的最小保留厚度，mm；,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),圖3-14 輥徑的求法,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),3.5.5 冷彎型

51、鋼軋輥材料 3.5.5.1 軋輥材料選擇的原則 軋輥材質(zhì)選擇的總原則是適應(yīng)其工作環(huán)境。任何材料都不是萬能的，通常所說好的材料都有其特定的工作環(huán)境和工藝要求，關(guān)鍵在于是否適合使用的工作環(huán)境。材料的耐磨性不僅取決于材料本身，還與磨損條件有著極大的關(guān)系。對于同一個(gè)材料，在不同的磨損系統(tǒng)中所表現(xiàn)出耐磨性會(huì)產(chǎn)生較大差異。不同的工作環(huán)境應(yīng)當(dāng)使用不同材質(zhì)的軋輥，不同軋機(jī)工作環(huán)境不同，軋輥的材質(zhì)就應(yīng)當(dāng)不同。相同軋機(jī)，不同工作機(jī)架，例如粗成型和精成型，擠壓、定徑、矯直，工作環(huán)境不同，所用的軋輥材質(zhì)也應(yīng)當(dāng)不同。一種新材料工模具的研究開發(fā)，都要使其符合該種工模具的工作環(huán)境和工藝的要求，使其盡可能地達(dá)到理想狀態(tài)。 在

52、具體選擇軋輥材質(zhì)時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮： 1）要有高的耐磨性和合適的硬度； 2）要有足夠的強(qiáng)度和韌性； 3）特殊工況下工作的軋輥還應(yīng)有一定的紅硬性，熱強(qiáng)性和耐激冷激熱性； 4）要有一定的冷加工和熱加工性能。,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),冷彎型鋼軋輥的特點(diǎn)： 冷彎型鋼軋輥屬于異型軋輥，即輥身直徑變化較大。具有形狀復(fù)雜、規(guī)格品種繁多而生產(chǎn)批量很少的特征，基本上一張圖紙只生產(chǎn)12件產(chǎn)品，成品大的可達(dá)810t/件，小的只有510kg/件，精密冷彎型鋼使用的軋輥每件甚至不足1kg。,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),3.5.5.2 軋輥材料的現(xiàn)狀 軋輥設(shè)計(jì)是冷彎型鋼機(jī)組最基本的部分之一。軋輥設(shè)計(jì)包括兩方面

53、：一是軋輥孔型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是軋輥材質(zhì)設(shè)計(jì)，兩者缺一不可。兩者相結(jié)合，便可以提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長軋輥使用壽命、降低軋輥消耗。 目前國內(nèi)外冷彎型鋼軋輥傳統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的材料均為合金鍛鋼。美國設(shè)計(jì)使用D2、H13；德國設(shè)計(jì)使用X155CrVMo121、X40CrMoV5-1；日本設(shè)計(jì)使用SKD11、SKD61；中國設(shè)計(jì)使用Cr12MoV、3Cr2W8V、Cr12、9Cr2Mo、GCr15、 42CrMo。 表7-1 冷彎型鋼軋輥的化學(xué)成分,3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì),3.5.5.3不同材質(zhì)軋輥分析 1）GCr15：價(jià)格低、易選購、好鍛造，可以制造部分小型軋輥。但是其抗熱裂性和抗剝落性差，

54、軋輥孔型表面容易產(chǎn)生裂紋和點(diǎn)蝕。 2) Cr12：屬高碳高鉻冷作模鋼。它的含碳量和含鉻量大大高于GCr15，所以耐磨性能高于GCr15。但是網(wǎng)狀碳化物和碳化物偏析大幅度增加，機(jī)械性能各向異性，在生產(chǎn)和使用中不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生開裂和掉肉。 3) Cr12MoV：亦屬高碳高鉻冷作模鋼。針對Cr12的缺點(diǎn)，降低了含碳量，由百分之2.002.30降到百分之1.451.70，增加了鉬和釩，使其性能大大提高。不僅保持了高硬度，高耐磨性，而且增加了淬透性，穩(wěn)定性等綜合性能。這是我國能與美國D2、徳國X155CrVMo121、日本SKD11相媲美的一個(gè)鋼種。但價(jià)格較貴，生產(chǎn)比較難，應(yīng)用不普遍。 4) 9Cr2、

55、9Cr2Mo、9Cr2MoV：屬冷軋輥用合金工具鋼。9Cr2的化學(xué)成分和性能與Cr15基本相同，9Cr2Mo在9Cr2的基礎(chǔ)上加了Mo，9Cr2MoV又增加了V，對細(xì)化晶粒，提高淬透性都有好處，添加V還可以進(jìn)一步增加鋼的耐磨性，所以近幾年在冷軋輥中得到較為廣泛的應(yīng)用。,3.1 概述 3.2 冷彎型鋼的原料 3.3 冷彎成形工藝參數(shù) 3.4 冷彎成形輔助工序 3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì) 3.6 冷彎成形過程的工藝潤滑 3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝,3.6 冷彎成形過程中的工藝潤滑,冷彎成形過程中因軋輥與帶坯之間表面摩擦而造成表面擦傷和發(fā)熱，因此必須在成型過程中對成形輥

56、施加潤滑和冷卻。,圖3-17 冷彎成形工藝潤滑劑的問題,3.6 冷彎成形過程中的工藝潤滑,冷彎成形用潤滑劑大體上分為非水溶性潤滑劑和水溶性潤滑劑。非水溶性潤滑劑是添加了油脂和擠壓劑的輕質(zhì)礦物油。這種潤滑劑滑性能好，防銹能力強(qiáng)，但容易產(chǎn)生打滑，而且單耗高、成本高。水溶性潤滑劑可分為乳化液型、有機(jī)可溶型(半透明乳化液)、無機(jī)溶解型(溶液)。 應(yīng)用最廣的是水溶性乳化液。它的附著油膜厚，且潤滑性和防銹能力良好。但要注意防止殘留在型材表面的潤滑劑在存放過程中油水分解而造成局部銹蝕。有機(jī)溶解型潤滑劑盡管潤滑性能稍差，但通過表面活性劑的作用，它對型材和設(shè)備的污染程度低，從而可保持生產(chǎn)環(huán)境潔凈。 選擇合適的潤

57、滑方式，要考慮到帶坯種類、成品形狀、潤滑劑種類等多方面的要求。 對于未酸洗的熱軋鋼板，最好采用容易清洗，而且在成形過程中具有滲透力的耐高壓的金屬粉末劑給油方式。 對于酸洗的熱軋板帶和冷軋鋼板，則以采用清潔性良好的水溶性潤滑劑的給油方式為好。 對于有機(jī)涂層板，一般不使用潤滑劑，而采用保護(hù)性聚乙烯塑料帶。,3.6 冷彎成形過程中的工藝潤滑,圖3-18 冷彎成形潤滑方式,3.1 概述 3.2 冷彎型鋼的原料 3.3 冷彎成形工藝參數(shù) 3.4 冷彎成形輔助工序 3.5 冷彎型鋼軋輥孔型設(shè)計(jì) 3.6 冷彎成形過程的工藝潤滑 3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3 冷彎型鋼生產(chǎn)工藝,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)

58、工藝流程,3.7.1開口冷彎型鋼的生產(chǎn)工藝流程 開口冷彎型鋼（主要包括一般的開口、鎖口以及異型斷面型鋼）的生產(chǎn)工藝流程的示意圖如右。 這類冷彎型鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是： 原料準(zhǔn)備段（從上卷、開卷、預(yù)矯直、切頭尾、帶鋼頭尾對焊到活套貯料等工序）保證了冷彎成型機(jī)組生產(chǎn)的連續(xù)性。如果采取單卷間斷生產(chǎn)時(shí)，則不需要設(shè)置帶鋼頭尾對焊和活套貯料裝置； 成型部分的彎曲變形工藝、成型機(jī)架的形式和組成，都與所加工的冷彎型鋼產(chǎn)品的斷面形狀、尺寸和材料品種有密切關(guān)系； 成型后的精整工序包括有成品矯直、定尺切斷、檢查、收集打捆、包裝等工序，由于都是開口型鋼，如無特殊要求，相對于其他的產(chǎn)品要簡單一些。,縱剪帶鋼卷 上卷

59、開卷 預(yù)矯直 切頭尾 帶鋼頭尾對焊 活套貯料 成型 成品矯直 定尺切斷 檢查收集 打捆包裝 稱重 標(biāo)記 入庫,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,圖3-19 帶尖角冷彎型鋼的生產(chǎn)工藝 圖3-20 采用冷彎與壓彎組合生產(chǎn)冷彎型鋼,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3.7.2閉口冷彎型鋼的生產(chǎn)工藝流程 閉口冷彎型鋼主要包括圓管、方矩管、異形管、閉口異形材等。閉口冷彎型鋼的成形方式有直接彎曲成材和由圓鋼變形成材兩種。按照型材的閉口方式，閉口冷彎型鋼可分為焊接閉口型鋼和咬口閉口型鋼。有關(guān)焊接圓管的生產(chǎn)工藝已在其他書籍中有詳細(xì)的說明，這里僅介紹直接彎曲成形閉口型鋼和圓管再成形閉口型鋼的生產(chǎn)工藝。 圖3-2

60、1閉口冷彎型鋼的生產(chǎn)方法 a-鋼板直接彎曲成所需形狀的成形方法；b-圓管變方管成形法,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,這類冷彎型鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是： 原料準(zhǔn)備段（從上卷、開卷、預(yù)矯直、切頭尾、帶鋼頭尾對焊到活套貯料等工序）與生產(chǎn)開口冷彎型鋼的工藝相同，也是保證了冷彎成型機(jī)組生產(chǎn)的連續(xù)性； 閉口冷彎型鋼產(chǎn)品生產(chǎn)的最大的特點(diǎn)是，帶鋼在彎曲成型后，其兩側(cè)邊緣經(jīng)過焊接，使型鋼斷面形成一個(gè)封閉的空心形狀。為了達(dá)到這一要求，需要在斷面成型之后，進(jìn)行對縫的焊接。因此，設(shè)置對縫焊接工序（包括對縫焊接毛刺的刨除和焊縫冷卻），也就是閉口冷彎型鋼生產(chǎn)工藝與其它冷彎型鋼生產(chǎn)工藝的重要差別之一； 為了保證產(chǎn)品最終

61、尺寸的準(zhǔn)確性，在焊接后，需要再進(jìn)行整型工序； 根據(jù)產(chǎn)品的使用要求，有部分產(chǎn)品的焊縫需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，為此設(shè)置了焊縫探傷檢查的裝置； 由于產(chǎn)品使用的要求，部分成品的端面不允許帶有鋸切毛刺，因此需要設(shè)有銑削毛刺的裝置。,高頻焊接 去除外(內(nèi))毛刺 焊縫冷卻 整形 （焊縫探傷檢查） 成品矯直 入庫 檢查收集 打捆包裝 稱重 標(biāo)記,縱剪帶鋼卷 上卷 開卷 預(yù)矯直 切頭尾 帶鋼頭 尾對焊 活套貯料 成型 ,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,圖3-22門框的直接成形焊接工藝 圖3-23可用圓管再成形生產(chǎn)的閉口型鋼斷面示意圖,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,圖3-24 方矩管標(biāo)準(zhǔn)外圓弧彎曲半徑,3.7 典

62、型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3.7.3寬幅冷彎型鋼的生產(chǎn)工藝流程 這類冷彎型鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是： 由于寬幅冷彎型鋼是采用單卷帶鋼為原料，所以原料準(zhǔn)備段與前面兩種生產(chǎn)工藝流程有所不同，該部分只包括上卷、開卷、預(yù)矯直、切頭尾及帶鋼頭尾對焊等工序，這種冷彎成型機(jī)組是以單卷間歇式生產(chǎn)； 如果一些以一個(gè)或兩個(gè)固定品種規(guī)格產(chǎn)品為主的、專業(yè)化的寬幅冷彎型鋼成型機(jī)組，也有采用單張板為原料進(jìn)行生產(chǎn)的。這時(shí)準(zhǔn)備段的工序則可以大大簡化，如上所述的上卷、開卷、預(yù)矯直、切頭尾等工序，均可省去，而以置放成垛板材的臺架上料工序代替； 當(dāng)生產(chǎn)涂層帶卷為預(yù)料的產(chǎn)品時(shí)，要根據(jù)原材料的技術(shù)要求，以及生產(chǎn)地的氣候條件，具體考慮是否在

63、準(zhǔn)備段增加設(shè)置坯料成型前的預(yù)熱設(shè)備； 對于寬幅冷彎型鋼成型后的產(chǎn)品收集，與其它的開口或閉口冷彎型鋼產(chǎn)品有所區(qū)別，特別是那些薄壁的寬幅冷彎型鋼的堆垛工序，需要考慮采用垛板機(jī)械來收集。,縱剪帶鋼卷 上卷 開卷 預(yù)矯直 切頭尾 成型 定尺切斷 檢查收集 打捆包裝 稱重 標(biāo)記 入庫,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,圖3-25 寬幅冷彎型鋼,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,3.7.4帶有沖孔（切口）冷彎型鋼的生產(chǎn)工藝流程 這類冷彎型鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是： 采用帶鋼坯料在彎曲成型前進(jìn)行沖孔切口，使生產(chǎn)的帶有沖孔切口的冷彎型鋼，可以在一條冷彎成型生產(chǎn)線上一次完成，而有別于將成型后好的冷彎型鋼，下線后再

64、進(jìn)行沖孔切口加工。簡化了生產(chǎn)工序，提高了生產(chǎn)效率； 原料準(zhǔn)備段從上卷、開卷、預(yù)矯直、切頭尾、帶鋼頭尾對焊等工序部分與開口冷彎型鋼生產(chǎn)工藝相同； 帶沖孔切口冷彎型鋼的沖孔切口工序，是在帶鋼進(jìn)入成型機(jī)之前進(jìn)行的，這樣在原料準(zhǔn)備段中要求設(shè)置壓力式?jīng)_孔切口機(jī)； 為保證原料準(zhǔn)備段各相關(guān)工序能有節(jié)奏運(yùn)行，需設(shè)置活套緩沖段，以滿足其需要； 帶有沖孔切口的冷彎型鋼成型機(jī)部分，由于所要生產(chǎn)的產(chǎn)品斷面范圍比較大，成型工藝及成型機(jī)配置的適應(yīng)能力，都應(yīng)有較大的靈活性； 帶有沖孔切口的冷彎型鋼成品，對其定尺切斷有較高的要求，一方面由于產(chǎn)品斷面形式的多樣化，要求切斷設(shè)備要有較強(qiáng)的適應(yīng)性，另一方面由于這類冷彎型鋼產(chǎn)品，很多都直接用作零部件，不少用戶要求提供的成品定尺長度的精度，十分嚴(yán)格，因而需要配置的切斷設(shè)備，要保證能夠具有高精度定尺切斷的能力; 沖切冷彎型鋼按其加工變形方式可分為兩大類：在普通冷彎成形基礎(chǔ)上增加沖裁沖孔方式而得到的沖孔冷彎型鋼和采用部分沖裁或局部成形的沖延冷彎型鋼。,活套緩沖 成型 成品矯直 定尺切斷 檢查收集 打捆包裝 稱重 標(biāo)記 入庫,縱剪帶鋼卷 上卷 開卷 預(yù)矯直 活套緩沖 切頭尾 帶鋼頭 尾對焊 夾送輥送料 帶鋼沖孔 （切口） ,3.7 典型冷彎型鋼生產(chǎn)工藝流程,圖3-30 沖孔冷彎型鋼,韓靜濤 博士 北京科技大學(xué) 塑性加工研究室 010 62332572 ,