滾壓工藝簡(jiǎn)介

1、滾壓工藝簡(jiǎn)介冷彎成形(Cold Roll Forming)是一種節(jié)材、節(jié)能、高效的金屬成形新工藝、新技術(shù)。冷彎成形是通過(guò)順序配置的多道次成形軋輥，把卷材、帶材等金屬板帶不斷地進(jìn)行橫向彎曲，以制成特定斷面的型材。在輥式冷彎成型過(guò)程中只有彎曲變形。除坯料彎曲角局部有輕微減薄外，變形材料的厚度在成型過(guò)程中保持不變。這種加工方法特別適合于外形縱長(zhǎng)、批量較大的高精度產(chǎn)品的加工。鋼門(mén)窗料型采用輥式連續(xù)冷彎成型工藝，成型時(shí)前一卷帶材的尾部與后一卷帶材的頭部經(jīng)對(duì)齊對(duì)焊，使坯料帶材連續(xù)不斷地進(jìn)入成型機(jī)進(jìn)行成型。這種成型工藝高效、高產(chǎn)、通用。這種成型工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)帶卷成本低、切損少，因而降低了材料總成本

2、。(2)可以加工形狀復(fù)雜的型材。(3)型材的頭尾部扭曲及張開(kāi)度減小。(4)由于操作幾乎是連續(xù)的，因而生產(chǎn)率得到提高。冷彎成形的產(chǎn)品用于建筑、汽車(chē)制造、礦山機(jī)械制造、農(nóng)業(yè)及輕工機(jī)械制造、造船及交通運(yùn)輸、石油化工電力工業(yè)、儀器儀表、集裝箱、紡織機(jī)械、高速公路、金屬貨架、民用電器及日常用品制造等各個(gè)領(lǐng)域，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著很重要的作用。盡管采用冷彎成形工藝已達(dá)到很大的生產(chǎn)量，但它仍被普遍認(rèn)為是一種“未掌握的藝術(shù)”(Blank Art)，還未上升為科學(xué)。主要原因是冷彎成形作為一種金屬成形加工新技術(shù)，本身具有的特點(diǎn)和規(guī)律尚未被人們完全掌握和認(rèn)識(shí)。彩板門(mén)窗型材的成型絕大多數(shù)采用輥式冷彎成型。這是因?yàn)檫@種工藝

3、的生產(chǎn)效率高（成型速度10-30m/min）、成型精度高（尺寸控制精度0.2-0.5mm）、大批量生產(chǎn)的成本低（成型加工費(fèi)1000元/t左右）。圖5-1 塞柯（SERCONSULT）公司的彩色門(mén)窗型材軋機(jī)我國(guó)自1986年從意大利塞柯（SERCONSULT）公司引進(jìn)彩色門(mén)窗生產(chǎn)線，目前已有70多條門(mén)窗型材生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力達(dá)到15萬(wàn)噸足以滿(mǎn)足門(mén)窗行業(yè)的需要。目前國(guó)內(nèi)鋼門(mén)窗型材生產(chǎn)廠家所采用的成型機(jī)，基本上和塞柯公司的類(lèi)似。這種成型機(jī)一般由24-32道水平輥機(jī)架和矯直輥機(jī)架組成。按型材成型要求配置不同輔助變形輥和立輥。水平輥是傳動(dòng)機(jī)架，承擔(dān)變形的主要任務(wù)。輔助輥是被動(dòng)的，設(shè)立于兩架水平輥間或成組設(shè)立

4、，主要作用是對(duì)平輥無(wú)法壓實(shí)的盲角部分變形、并減少水平輥的道次。立輥設(shè)置在水平輥孔型的同一平面內(nèi)，用于最后幾道的邊部成型。對(duì)于咬口的封閉街面，還要設(shè)置芯子、拉桿、咬口壓痕等部件。軋機(jī)的壓下形式可分為螺旋機(jī)械壓下和液壓壓下。機(jī)械壓下成本較低，液壓壓下操作方便。傳動(dòng)方式為萬(wàn)向軸式，上下水平輥可有較大的調(diào)整范圍，以適應(yīng)多品種門(mén)窗型材的生產(chǎn)。為便于軋輥的更換，外側(cè)機(jī)架與底板多為可翻轉(zhuǎn)的鉸鏈連接。 圖5-2 鋼門(mén)窗輥式連續(xù)冷彎成型工藝示意圖 1-帶卷2-開(kāi)卷機(jī)3-坯料4-對(duì)焊平臺(tái) 5-加熱 6-貼膜 7-進(jìn)料8-成型機(jī)9-輔助輥10-驅(qū)動(dòng)平輥 11-矯直臺(tái)12-飛鋸切斷13-儲(chǔ)料臺(tái)彩板門(mén)窗型材的一般生產(chǎn)工

5、藝為：開(kāi)卷縱剪紅外線加熱貼膜成型軋制矯直切斷打捆也有企業(yè)為了降低成本，略去了紅外線加熱和貼膜工序，這種情況下，對(duì)成型軋制軋輥的表面和生產(chǎn)控制有更高的要求。第二節(jié) 型材展開(kāi)尺寸計(jì)算型材展開(kāi)尺寸是確定縱剪下料的依據(jù)。生產(chǎn)中通常根據(jù)理論計(jì)算值先確定基本的尺寸，然后根據(jù)實(shí)際軋制情況作一些調(diào)整。如果算法選得比較好，計(jì)算機(jī)也能直接給出準(zhǔn)確的結(jié)果。一般可按圖形分析法計(jì)算坯料寬度，復(fù)雜斷面要用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行精確計(jì)算。料寬通常按斷面中性層長(zhǎng)度決定。一般認(rèn)為中性層不經(jīng)受彎折或橫向拉伸變形。計(jì)算出的結(jié)果再考慮彎折處金屬變薄及橫向拉伸而加以修正。一個(gè)門(mén)窗型材，不管其外形多么復(fù)雜，總是由直線和圓弧單元組成的。要確定一個(gè)

6、給定型材所需要的帶寬，把它劃分為直線段和圓弧段后，沿中性線對(duì)各段長(zhǎng)度進(jìn)行求和。各彎曲段對(duì)應(yīng)的帶坯寬度由彎曲角的大小和中性線所對(duì)應(yīng)的彎曲半徑 (稱(chēng)為名義彎曲半徑，所確定，即W= rm式中 W一一彎曲段長(zhǎng)度，mm;rm一一名義彎曲半徑，mm一一彎曲角角度，rad.名義彎曲半徑rm為:rm =r+kt式中 r一 彎曲角內(nèi)徑，mmk 一系數(shù) (彎曲因子)t一帶坯厚度，mm.不同的研究者對(duì)彎曲因子k選取的數(shù)值不同。卡爾特普羅菲爾(Kaltprofile)推薦的k值如下： 美國(guó)金屬手冊(cè) (第九版) 推薦的 k值計(jì)算公式為 (參見(jiàn)圖 5-3) 圖5-3 中性線位置與相對(duì)彎曲半徑r/t的關(guān)系美國(guó)金屬學(xué)會(huì)推薦按

7、下表計(jì)算k值： 按德國(guó)DIN6935標(biāo)準(zhǔn)，k值的計(jì)算公式為： 上式可以重新整理為： 計(jì)算板帶寬度的公式有很多，需要注意這些公式的導(dǎo)出條件及其適用范圍。Proksa方法是根據(jù)非線性微分方程公式，由龍格-庫(kù)塔（Runge-Kutta）法求出的；Bogojawlenskij方法是由數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法得出的，適用于U型斷面壁厚1-8mm，r=5-35mm,彎曲角0-90度，板帶寬度為100-350mm；德國(guó)工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)VDI3389是根據(jù)邊緣變形角為90度的精確試驗(yàn)結(jié)果得出的，適用于V或U型斷面；Oehler方法適用于彎曲角為30-150度?？傊?，彎曲因子k值主要取決于彎曲內(nèi)徑與帶坯厚度的比值,而基本上與

8、彎曲角的大小無(wú)關(guān)。如彎曲角內(nèi)徑為零，彎曲角分別為90和180度時(shí),對(duì)應(yīng)的彎曲段長(zhǎng)度為1/3t和2/3t。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中計(jì)算帶坯寬度僅考慮r/t的影響，材料在彎角處減薄較多或材料的強(qiáng)度很高時(shí)需要考慮材料的影響。圖5-4 是一個(gè)專(zhuān)利產(chǎn)品,30平開(kāi)窗的一個(gè)料型。對(duì)于這樣一個(gè)比較復(fù)雜的斷面，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算是非常方便的。表5-1給出了按不同公式計(jì)算得出的數(shù)據(jù)。 圖5-4 30平開(kāi)窗料型斷面表5-1 30平開(kāi)窗料型展開(kāi)寬度計(jì)算值 mm第三節(jié) 軋輥的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù) 目前冷彎型鋼正朝著高精度的方向發(fā)展。以彩色鋼板門(mén)窗料型為例，為保證良好的氣密性、水密性，料型的制造公差在±0.3mm

9、左右，相應(yīng)地軋輥的制造公差也應(yīng)控制在0.020.03mm之間，這對(duì)于復(fù)雜輪廓的截面來(lái)說(shuō)，用普通的人工設(shè)計(jì)及手工制造來(lái)說(shuō)是不可能達(dá)到的。對(duì)于冷彎成形行業(yè)，初級(jí)的系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)輔助繪圖為主要功能的。由于手工設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)法在一張圖紙上畫(huà)出二、三十道次的變形輥花圖，因而在設(shè)計(jì)每一道軋輥時(shí)需要進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，使得計(jì)算工作量相當(dāng)大和繁瑣。利用計(jì)算機(jī)作圖極大地簡(jiǎn)化了這一過(guò)程，通過(guò)編制的專(zhuān)用程序，可以很快地作出輥花圖和軋輥圖。但是只解決計(jì)算作圖是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。門(mén)窗料型要求有良好的氣密性和水密性，幾何精度要求高；表面質(zhì)量要求也極高，不允許擦傷彩色涂層；而彩色鋼板的厚度一般較薄(0.6-1.0mm)，板帶料寬達(dá)200

10、-400mm；這就極易產(chǎn)生翹曲和折皺等冷彎缺陷，是目前工程應(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題。解決好這一難題對(duì)冷彎成形工藝具有普遍應(yīng)用價(jià)值。冷彎型鋼行業(yè)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)是從軋輥的孔型設(shè)計(jì)開(kāi)始的，軋輥的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（即CAD）技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用已有近十年的歷史。問(wèn)題是在多大程度上可“輔助”人們完成設(shè)計(jì)。一般的CAD代替了人工計(jì)算與出圖，縮短了軋輥的設(shè)計(jì)周期，但這種設(shè)計(jì)依賴(lài)的仍然是幾何關(guān)系和設(shè)計(jì)者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前的CAD要向更高的層次發(fā)展。一是向自身內(nèi)涵的深度發(fā)展，用計(jì)算機(jī)技術(shù)分析成形過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變，為確定成形工藝提供模擬方法，為實(shí)際生產(chǎn)提供最優(yōu)的輥型設(shè)計(jì)。二是向外延擴(kuò)展的廣度發(fā)展，用計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅完成軋輥設(shè)計(jì)，

11、還要實(shí)現(xiàn)輔助制造、生產(chǎn)管理、成本核算、質(zhì)量控制，即實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化（CAD/CAM）甚至是計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）和計(jì)算機(jī)集成制造（CIMS）技術(shù)。由德國(guó)data M開(kāi)發(fā)的COPRA是解決輥彎成型設(shè)計(jì)的集成軟件。對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，一個(gè)好的冷彎型鋼軋輥設(shè)計(jì)軟件應(yīng)具有良好的界面，能適應(yīng)不同的軋機(jī)參數(shù)，能實(shí)現(xiàn)多種方法的設(shè)計(jì)。COPRA是在微機(jī)上AutoCAD平臺(tái)運(yùn)行的一個(gè)優(yōu)秀軟件，該軟件系統(tǒng)地歸納總結(jié)了冷彎成形領(lǐng)域的理論成果、相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)?？捎?jì)算顯示彎曲應(yīng)變水平，計(jì)算各種材料的回彈，優(yōu)化成形過(guò)程，用戶(hù)可以自己定義參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。從斷面設(shè)計(jì)到軋輥制造、成本核算的全過(guò)程都可以由計(jì)算

12、機(jī)很快地完成。冷彎型鋼計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)有完整、系統(tǒng)的理論體系支持，例如計(jì)算板料寬度應(yīng)提供有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或Proksa、Bogojawlenski等計(jì)算方法。根據(jù)不同的材料，給出回彈計(jì)算結(jié)果，修正輥型設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠設(shè)計(jì)彩色鋼板、不銹鋼板、多種金屬的合金板等。根據(jù)斷面計(jì)算出截面面積、重量、重心坐標(biāo)、幾何慣性矩、截面模量、扭轉(zhuǎn)幾何慣性矩、載荷中心坐標(biāo)、失穩(wěn)參量計(jì)算等，為斷面設(shè)計(jì)提供基本力學(xué)參數(shù)，為生產(chǎn)工藝過(guò)程提供變形力學(xué)分析依據(jù)。應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算功能，采用FEM、能量法等對(duì)冷彎變形過(guò)程計(jì)算，給出最大應(yīng)變值、應(yīng)力分布狀況，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，存儲(chǔ)用戶(hù)自定義的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式，存

13、儲(chǔ)和管理本企業(yè)的型材斷面資料、軋輥資料、庫(kù)存管理等。能進(jìn)行輥的成本核算，直接給出鋸切下料表、成品輥的重量。在進(jìn)行冷彎型鋼軋輥設(shè)計(jì)之前，要先確定軋機(jī)的參數(shù)文件。如機(jī)組輥的排列方式、軋輥軸線的位置、驅(qū)動(dòng)直徑、各架次的傳動(dòng)比等。這些參數(shù)可由人機(jī)對(duì)話的方式輸入，也可寫(xiě)成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。一個(gè)生產(chǎn)廠可按不同的機(jī)組，確定幾個(gè)參數(shù)文件，設(shè)計(jì)時(shí)只要選擇對(duì)應(yīng)的軋機(jī)文件即可。軋輥設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)，例如平輥的內(nèi)徑結(jié)構(gòu)尺寸、最大軸向長(zhǎng)度，軋輥的最大、最小直徑，立輥的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)尺寸等都可由參數(shù)文件確定。對(duì)于具體的生產(chǎn)企業(yè)，上述參數(shù)只需一次確定即可。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，只要輸入截面的外形尺寸，計(jì)算機(jī)就能夠排出各道次的輥花圖，隨后可利

14、用軋輥的編輯模塊設(shè)計(jì)出軋輥的零件圖。由于設(shè)計(jì)軟件可以根據(jù)給定的參數(shù)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)者確定每一道軋輥的設(shè)計(jì)和裝配關(guān)系，因而軋輥的安裝、調(diào)整就不會(huì)出任何問(wèn)題。一旦超過(guò)極限值，就會(huì)得到一個(gè)錯(cuò)誤或警告信息。設(shè)計(jì)者可預(yù)先了解下輥和上輥輥環(huán)的間隙，是否會(huì)發(fā)生碰撞，軋輥的最大直徑是否會(huì)超過(guò)機(jī)架的最大開(kāi)口度，以及是否在軋輥的端面上有足夠的位置做標(biāo)記槽。一般的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件中雖然都包括了尺寸標(biāo)注功能，但逐一地標(biāo)出全部尺寸，仍是費(fèi)時(shí)費(fèi)力的枯燥工作。提供給用戶(hù)一個(gè)專(zhuān)門(mén)的適用于尺寸標(biāo)注的軟件包，這包括單件軋輥尺寸的自動(dòng)標(biāo)注、配輥平面圖尺寸的自動(dòng)標(biāo)注、自動(dòng)標(biāo)注孔型尺寸等功能。尺寸標(biāo)注是自動(dòng)執(zhí)行的，用戶(hù)可以對(duì)標(biāo)注的尺寸移動(dòng)和修

15、改。因?yàn)檫@一過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，不但可以節(jié)省大量的時(shí)間，而且可避免尺寸的漏注和錯(cuò)標(biāo)。根據(jù)不同的用戶(hù)需求可選擇不同的尺寸標(biāo)注方法。設(shè)計(jì)者可以選擇軋輥輪廓的自動(dòng)標(biāo)注、適用于數(shù)控加工要求的自動(dòng)尺寸標(biāo)注。需要說(shuō)明的是，采用計(jì)算機(jī)數(shù)控方法加工要按相交點(diǎn)和切線方式標(biāo)注尺寸，這樣可節(jié)省數(shù)控編程的時(shí)間和避免錯(cuò)誤。有鍵槽和標(biāo)記槽的軋輥圖以及裝配平面圖可自動(dòng)地畫(huà)出來(lái)。圖紙可以按選定的半剖或全視圖的方式繪制。為了方便用戶(hù)應(yīng)用該軟件，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的漢字化環(huán)境，提供了中文菜單，中文對(duì)話框。用戶(hù)可以方便地選擇圖幅和標(biāo)題欄，能在圖上按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)注出表面粗糙度和形位公差，用漢字寫(xiě)出技術(shù)要求等。過(guò)去，要設(shè)計(jì)出好的軋輥，設(shè)計(jì)者必須有豐

16、富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和“技術(shù)絕竅”。在確定成形工藝即輥花設(shè)計(jì)時(shí)，主要的決定是由工程技術(shù)人員作出的。在完成一套軋輥的設(shè)計(jì)之后，設(shè)計(jì)是否成功，在調(diào)試過(guò)程中是否會(huì)出嚴(yán)重的問(wèn)題等，都是設(shè)計(jì)人員十分關(guān)注的問(wèn)題。現(xiàn)有的大多數(shù)軟件只能夠作出幾何設(shè)計(jì)，尚未提供一種可靠的預(yù)先檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)質(zhì)量的方法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，不應(yīng)僅僅是節(jié)省人工、縮短設(shè)計(jì)周期，更重要的是實(shí)現(xiàn)人工設(shè)計(jì)無(wú)法做到的彎曲成形模擬技術(shù)，使得設(shè)計(jì)者能通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)實(shí)際結(jié)果。采用變形技術(shù)模擬軟件能夠用最短的時(shí)間計(jì)算出縱向發(fā)生的應(yīng)變，得到與有限元類(lèi)似的精確結(jié)果。用戶(hù)根據(jù)這些新的模擬方法，不用大型計(jì)算機(jī)和專(zhuān)業(yè)的軟件工程師就可以?xún)?yōu)化自己的軋輥設(shè)計(jì)。輥彎成形的工

17、藝過(guò)程可由該軟件模擬給出。產(chǎn)生的彩色圖形清楚地顯示板料在什么地方產(chǎn)生過(guò)度變形，為避免設(shè)計(jì)失誤和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了直觀可靠的判定依據(jù)。對(duì)于料型斷面比較復(fù)雜而板較薄的彩色鋼板和不銹鋼門(mén)窗，要使其在彎曲過(guò)程中不出現(xiàn)波浪、皺褶等缺陷，最重要的是使其在成形的縱向不產(chǎn)生塑性應(yīng)變。最新的研究成果表明，無(wú)論多薄的板料，在變形區(qū)的應(yīng)變狀態(tài)總會(huì)有拉伸和壓縮兩種應(yīng)變的交變，而拉伸和壓縮的應(yīng)變?cè)诎宓牟煌瑢用嫔嫌诛@出不同的分布。只有在板的各層上都保證非彎區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)變都不超過(guò)材料的彈性極限，才能保證穩(wěn)定地成形。下山法成形在冷彎型鋼的軋輥設(shè)計(jì)中是常用的方法。這種方法的目的是為使板坯邊緣區(qū)域得到最小的邊部應(yīng)變。為使計(jì)算簡(jiǎn)單，通

18、常采用軋制基準(zhǔn)等量下降的方法。最近的研究表明，這種軋制基準(zhǔn)等量下降的方法并不是應(yīng)變值最小的。一種稱(chēng)為邊部應(yīng)變最小的成形方法是只有借助于計(jì)算機(jī)的手段才能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于高斷面的薄壁冷彎型鋼生產(chǎn)，這種成形方法可得到更好的邊緣質(zhì)量以及減少軋件的生產(chǎn)缺陷。這一新的模擬技術(shù)可在個(gè)人計(jì)算機(jī)上應(yīng)用，這特別適合我國(guó)企業(yè)的情況，為用戶(hù)學(xué)習(xí)、改進(jìn)軋輥設(shè)計(jì)技術(shù)提供了方法。即使用戶(hù)無(wú)計(jì)算機(jī)經(jīng)驗(yàn)，或缺少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)也可預(yù)先選擇視點(diǎn)，根據(jù)需要顯示出全部軋輥的三維視圖，從上部或側(cè)面觀察整個(gè)成形過(guò)程。對(duì)于小軋機(jī)能否軋出較大規(guī)格的斷面，也可根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示的結(jié)果判定相鄰軋輥是否會(huì)產(chǎn)生干涉。模擬技術(shù)可根據(jù)不同的材料特性、軋機(jī)參數(shù)給出相應(yīng)的結(jié)

19、果，各種冷彎異型截面成形都可給出應(yīng)變分析的結(jié)果。此外，這一技術(shù)對(duì)冷彎型鋼設(shè)備的生產(chǎn)廠改進(jìn)和優(yōu)化機(jī)組參數(shù)提供了很好的方法。圖5-5. 是用COPRA實(shí)現(xiàn)30平開(kāi)窗料型變形部分道次的過(guò)程模擬。 圖5-5. 用COPRA實(shí)現(xiàn)30平開(kāi)窗料型變形過(guò)程模擬我們?cè)迷撥浖淖冃文M技術(shù)為國(guó)內(nèi)多個(gè)廠家作過(guò)分析模擬，計(jì)算機(jī)給出的結(jié)果與實(shí)際情況吻合的相當(dāng)好。過(guò)去生產(chǎn)的一些料型，雖然也采用了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，但只能根據(jù)幾何關(guān)系設(shè)計(jì)孔型，對(duì)實(shí)際軋制情況無(wú)法判斷和模擬，在調(diào)試過(guò)程中也出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題。我們用這一新的模擬技術(shù)驗(yàn)證，結(jié)果與實(shí)際情況完全一致。有了模擬手段，設(shè)計(jì)質(zhì)量就能采用最優(yōu)化技術(shù)，我們?cè)鶕?jù)用戶(hù)廠里現(xiàn)有條件，采用五

20、道變形就完成了原為十一道才能作出的一個(gè)嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)的截面，并一次試軋成功。 第四節(jié) 彩板門(mén)窗型材變形工藝及設(shè)計(jì)特點(diǎn)型材變形工藝圖俗稱(chēng)輥花圖，是根據(jù)型材的成品斷面，按照與成型順序相反的步驟展開(kāi)，疊加在同一平面內(nèi)，象一朵開(kāi)放的花型。通過(guò)這樣的花型圖，設(shè)計(jì)者可以了解型材的變形情況，配置相應(yīng)的軋輥孔型。圖5-6是圖5-4截面的變形工藝疊加圖。圖5-7是該料型的變形工藝排列圖。 圖5-6 30平開(kāi)窗料型變形工藝疊加圖圖5-7. 30平開(kāi)窗料型變形工藝排列圖彩板鋼門(mén)窗料采用彩色涂層鋼板為原料經(jīng)輥彎成形工藝制成。為保證門(mén)窗的強(qiáng)度采用封閉截面。焊接方法將破壞鋼板表面，因而廣泛采用了咬口結(jié)構(gòu)。為避免咬口過(guò)程中發(fā)生

21、干涉，避免對(duì)彩色涂層表面的損傷，同時(shí)也保證門(mén)窗的氣密水密性及配合要求，要求輥型設(shè)計(jì)及制造達(dá)到較高的精度。輥的表面粗糙度Ra 0.63m，輥的圓周速度盡可能接近驅(qū)動(dòng)速度，若輥的線速度差較大時(shí)，設(shè)計(jì)上應(yīng)采用空轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。圖5-8 用于彩板門(mén)窗料型的輔助輥裝配示意圖對(duì)于一般的輥彎成型，成形輥軸線為水平或垂直兩種配置。咬口料型的成形廣泛應(yīng)用了空間結(jié)構(gòu)的輔助輥，這種輔輥結(jié)構(gòu)安裝在兩道主輥之間，軋輥軸線可為任意傾斜角度，它的結(jié)構(gòu)形式不同于主輥及立輥。圖 5-8表示了一種輔助輥的裝配關(guān)系示意。為得到精確的尺寸和形狀，在最后的成型道次中采用了芯子。圖5-9是彩板推拉鋼窗料的成形工藝圖實(shí)例。 圖 5-9 彩板推拉鋼

22、窗料的成型工藝圖咬口結(jié)構(gòu)是彩板鋼窗封閉截面的常見(jiàn)形式。在成型過(guò)程中，角簡(jiǎn)單的180度的一側(cè)通常用4道次成型，另一側(cè)常用6道次成型。通常上下輥的齒輪傳動(dòng)比為1.3：1，下輥的基準(zhǔn)直徑為140mm.第五節(jié) 軋輥的計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)技術(shù) 彩板門(mén)窗型材軋輥是型材成型的關(guān)鍵部件。軋輥的基本特點(diǎn)是：外形輪廓復(fù)雜且精度高，軋輥的耐磨性應(yīng)滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)的要求。采用常規(guī)的機(jī)械加工，難以保證型面精度，特別是軸向精度和變形圓角。這就給調(diào)試工作帶來(lái)很大的工作量。 數(shù)控加工是CAD/CAM技術(shù)中最能發(fā)揮效益的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，它可以保證產(chǎn)品達(dá)到極高的加工精度和穩(wěn)定的加工質(zhì)量，操作過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)率高生產(chǎn)周期短

23、，它與CAD銜接緊密，可以從產(chǎn)品的數(shù)字定義產(chǎn)生加工指令，保證零件具有精確的協(xié)調(diào)性和互換性，容易嚴(yán)格地控制外形和尺寸精度。生產(chǎn)對(duì)象的幾何形狀越復(fù)雜加工精度要求越高，設(shè)計(jì)更改越頻繁，生產(chǎn)批量越小，數(shù)控加工的優(yōu)越性就越容易得到發(fā)揮。上述特點(diǎn)正適合于門(mén)窗型材軋輥的制造。 數(shù)控加工中一項(xiàng)主要的任務(wù)是數(shù)控編程，由于異型軋輥型面復(fù)雜，軋輥品種多，編程工作量大，編程速度慢成為制約提高生產(chǎn)率的“瓶頸”。據(jù)統(tǒng)計(jì)采用手工編程，一個(gè)零件的編程時(shí)間與機(jī)床的加工時(shí)間之比，平均約為30：1。因此，要充分發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的功能，必須采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床程序編制工作，即由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，編寫(xiě)零

24、件加工程序單。目前，自動(dòng)編程分為兩個(gè)分支，一個(gè)是以語(yǔ)言為代表的語(yǔ)言式自動(dòng)編程系統(tǒng)，它用語(yǔ)句形式描述加工零件的幾何形狀以及進(jìn)刀和走刀方法等，這種系統(tǒng)語(yǔ)言詞匯豐富，定義的幾何類(lèi)形多，系統(tǒng)龐大，占用內(nèi)存大，需使用大型計(jì)算機(jī)，費(fèi)用昂貴，且不易掌握，需專(zhuān)門(mén)的編程人員。另一個(gè)分支是交互式圖形編程系統(tǒng)，它借助于計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)的發(fā)展，直接用交互式方式繪制加工零件的輪廓，通過(guò)計(jì)算和特征點(diǎn)的自動(dòng)求解，按一定格式輸出代碼。這種系統(tǒng)從零件圖形的再現(xiàn)，走刀軌跡的生成，加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬直到數(shù)控加工指令的生成都是通過(guò)屏幕菜單驅(qū)動(dòng)，圖形交互式得到的，具有形象、直觀、效率高的優(yōu)點(diǎn)；這種系統(tǒng)還可通過(guò)文件與其它繪圖軟件交換數(shù)據(jù)，

25、有利于實(shí)現(xiàn)CAD/CAM一體化技術(shù)。北方工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)就是屬于這種系統(tǒng)，同時(shí)它還帶有加工仿真模塊，可模擬加工過(guò)程，代替試切加工。 該軟件是一個(gè)集成的微機(jī)圖形交互式數(shù)控自動(dòng)編程軟件，可以進(jìn)行零件的圖形定義和加工的自動(dòng)編程，當(dāng)用戶(hù)定義了零件并確定了工藝參數(shù)后；該系統(tǒng)將自動(dòng)生成數(shù)控代碼。其功能主要功能包括：(1) 繪圖與編輯功能： 圖形繪制：包括多種方式定義點(diǎn)、直線、多邊形、輪廓線(多義線)、圓錐曲線、解析曲線和樣條曲線等。命令簡(jiǎn)單、操作方便，可實(shí)現(xiàn)圖素幾乎全部的定義方法。 圖形編輯：包括對(duì)圖形元素間的過(guò)渡（圓角，倒角）、打斷、修剪、形成封閉輪廓及拉伸、刪除、反悔等。 圖形修改：可對(duì)圖形、某組圖

26、形、圖塊進(jìn)行多種移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放、鏡象、拷貝等幾何處理。 顯示處理：可對(duì)圖形進(jìn)行局部縮放、充滿(mǎn)全屏、移動(dòng)鏡頭、中心移動(dòng)等處理。還可隨時(shí)打開(kāi)局部視窗，以便同時(shí)觀察全部圖形和局部圖形，并可執(zhí)形各種操作。 測(cè)量與查詢(xún)：可測(cè)量各種尺寸、距離、角度等；還可查詢(xún)各種圖素的圖形和屬性數(shù)據(jù)。 輔助操作：網(wǎng)格捕捉、特征點(diǎn)捕捉、各種檢取方法等輔助作圖手段。 文件管理功能：包括對(duì)圖形文件存貯、裝載、列表、檢索 與其它系統(tǒng)可通過(guò)文件交換圖形數(shù)據(jù)。 (2) 數(shù)控編程功能： 準(zhǔn)備功能：設(shè)置刀庫(kù)：用于刀具、刀庫(kù)管理。包括刀庫(kù)選擇，刪除，增加， 查詢(xún)；設(shè)置加工參數(shù)：設(shè)置換刀原點(diǎn)和一系列編程中所用參數(shù)。 軌跡計(jì)算功能：自由軌跡

27、：交互式的定義直線/圓弧加工程序；輪廓車(chē)削：沿一輪廓移動(dòng)刀具； 磨削加工：產(chǎn)生輪廓磨削加工程序。 (3) 代碼產(chǎn)生加工模擬功能：設(shè)置后置代碼類(lèi)型：設(shè)置產(chǎn)生同種類(lèi)型的加工代碼；代碼輸出：輸出已編制軌跡加工代碼；加工模擬：對(duì)加工程序的實(shí)際加工模擬，包括對(duì)用戶(hù)自己編制程序的模擬。 打印代碼：將代碼輸出到打印機(jī)；(4) 軌跡編程功能：軌跡連接：使用同一刀具的相鄰加工軌跡相連，避免返回?fù)Q刀原點(diǎn)；軌跡編輯：用于修改已生成的加工軌跡的切削參數(shù)；軌跡刪除：刪除已存在的不合適的加工軌跡。 對(duì)于輪廓中有樣條曲線或二次曲線等復(fù)雜曲線在生成刀心軌跡前可根據(jù)用戶(hù)對(duì)加工離散精度的要求將其離散成多段圓弧。在編程中考慮以下幾

28、個(gè)方便用戶(hù)的功能如倒角圓角的多入多出；搭刀點(diǎn)處的自動(dòng)接刀；很方便利用刀具組的檢查刀具干涉等。 利用計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床的通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控程序的自動(dòng)傳輸，縮短了機(jī)床輔助時(shí)間，減少了代碼輸入錯(cuò)誤，大大提高了機(jī)床的利用率，并降低了廢品率。 過(guò)去，數(shù)控程序的輸入是靠手工方式一個(gè)碼一個(gè)碼地鍵入，一個(gè)較長(zhǎng)的程序要十分鐘左右，與完成一個(gè)零件的精加工的時(shí)間相差不多。人工輸入很難避免錯(cuò)誤，而任何錯(cuò)誤都會(huì)造成工件的報(bào)廢或機(jī)床事故。采用計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床的通訊接口技術(shù)，可將編好的程序快速準(zhǔn)確地送到數(shù)控機(jī)床，提高了機(jī)床的利用率。 由于實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的通訊，幾秒鐘之內(nèi)可實(shí)現(xiàn)上千條語(yǔ)句的傳輸。一片普通的磁盤(pán)可存

29、儲(chǔ)二、三千片軋輥的加工數(shù)據(jù)。這樣做可提高數(shù)控機(jī)床的利用率，對(duì)復(fù)雜型面軋輥的精加工，大約可提高利用率4050%。消滅了人為輸入錯(cuò)誤，減少了廢品，有力地避免了由于程序錯(cuò)誤造成的事故。便于輥片數(shù)據(jù)的保存。重復(fù)生產(chǎn)及輥片的修復(fù)是十分方便的。 圖5-10 加工淬火軋輥的8工位數(shù)控車(chē)床彩板門(mén)窗軋輥應(yīng)采用新的切削加工工藝，實(shí)現(xiàn)淬火后車(chē)削精加工，從而大大提高了產(chǎn)品精度和產(chǎn)品使用壽命，簡(jiǎn)化了工藝流程，縮短了產(chǎn)品研制周期。圖5-10是用8工位數(shù)控車(chē)床加工淬火軋輥。圖5-11是數(shù)控車(chē)床加工的高精度鋼門(mén)窗軋輥。 圖5-11 數(shù)控車(chē)床加工的高精度鋼門(mén)窗型材軋輥由于對(duì)軋輥使用性能的特殊要求，軋輥一般都要選擇較硬的材料并經(jīng)

30、過(guò)淬火處理，其硬度很高。在以前的加工工藝中，對(duì)于精度要求特別高的軋輥，只有在熱處理前留一定的余量，熱處理后再采用磨削工藝做精加工；對(duì)于精度要求不特別高的軋輥，一般在熱處理前加工到尺寸，熱處理后再采用手工拋光的辦法，但這種方法不能消除熱處理的變形，軋輥精度特別是形狀精度有較大的誤差，從而影響金屬的成型。 隨著制造技術(shù)的發(fā)展，特別是刀具材料和切削工藝的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了涂層硬質(zhì)合金、超硬硬質(zhì)合金、陶瓷材料、立方氮化硼等新型刀具材料。新型刀具材料的出現(xiàn)不僅大大提高了刀具耐用度和切削加工生產(chǎn)率，提高了加工精度和表面質(zhì)量，而且解決了許多難加工材料的加工問(wèn)題，可用車(chē)削加工部分代替以前使用的磨削加工，大大提高

31、高硬度淬火材料的切削加工生產(chǎn)率。為此我們經(jīng)過(guò)大量的切削實(shí)驗(yàn)和切削工藝參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，選擇了合適的刀具材料牌號(hào)，確定了在數(shù)控加工中的切削工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了軋輥淬火后車(chē)削精加工，從而大大提高了軋輥精度和軋輥使用壽命，簡(jiǎn)化了軋輥制造的工藝流程，縮短了新的型鋼斷面的研制和開(kāi)發(fā)周期，并降低了生產(chǎn)成本新型軋壓彎曲成形加工工藝 從目前成形加工機(jī)床市場(chǎng)中的最新技術(shù)水平可以看出，對(duì)于各種不同的成形加工任務(wù)有著不同的解決方案。然而這些不同的解決方案的數(shù)量繁多，以至于無(wú)法對(duì)當(dāng)前最新的成型技術(shù)水平進(jìn)行評(píng)估?，F(xiàn)在，一種新的相對(duì)彎曲的成形加工工藝技術(shù)。圖1 利用更高水平的新型軋壓彎曲成形加工工藝技術(shù)生產(chǎn)出的精密成形工件 這種

32、新型的工藝技術(shù)使高強(qiáng)度鋼材和鋁合金材料的成形加工工藝過(guò)程更加可靠。該成形加工工藝技術(shù)涉及彎曲機(jī)床中的軋輥，該軋輥機(jī)構(gòu)按照彎曲成形管材的壁厚進(jìn)行軋制。這種成形加工工藝技術(shù)被德國(guó)人稱(chēng)之為流動(dòng)成形彎曲工藝。并由該項(xiàng)工藝技術(shù)的發(fā)明者Klingelnberg有限責(zé)任公司在國(guó)際上申請(qǐng)了專(zhuān)利保護(hù)。它所采用的彎曲成形技術(shù)與到目前為止的任何一種彎曲成形工藝有著根本的不同，如與著名的滾壓彎曲工藝有著根本性的區(qū)別。 這種新型的成形加工工藝技術(shù)提供了全新的成形加工可能性，使得原來(lái)無(wú)法完成的成形加工任務(wù)現(xiàn)在也可以順利完成。采用這種工藝技術(shù)加工的工件具有精確的彎曲變形輪廓、極高的彎曲變形重復(fù)精度和很少的變形內(nèi)應(yīng)力?？梢允褂酶喾N類(lèi)的材料，從有色金屬材料到高強(qiáng)度鋼材，可以加工滾壓成型的有縫管材和無(wú)縫管材，特殊形狀的型材以及不同橫截面