辊弯成型技术的应用与发展

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1、辊弯成型技术的应用与发展摘要：本文介绍了近年来合作研究辊弯成型开发的技术成果，给出了辊弯成型CAD/CAM技术的应用实例。应用CAD技术，在非对称料型的设计中根据截面的几何特性确定成型基准及工艺，介绍了咬口封闭料型的设计特点，给出了计算机模拟技术在宽幅压型板设计中的实例。应用CAM技术，解决了异型轧辊的计算机辅助加工，基于计算机数控包络法，用一片砂轮可加工出不同的轮廓曲线。辊弯成型CAD/CAM一体化技术的应用取得了良好的效果。对本技术的发展方向，也提出了见解。关键词：CADCAM辊弯成型1.辊弯成型的计算机辅助设计在过去的十多年中，辊弯成型(又称冷弯型钢)的计算机辅助设计技术

2、得到广泛应用。目前面临的问题是计算机可在多大程度“辅助”设计者完成任务。许多人设计轧辊时应用计算机仅代替人工的几何计算，很大程度上仍依赖设计者的实践经验。随着计算机技术的飞速发展，用于辊弯成型的CAD软件应达到更高的水平。首先应向更深的方面发展，计算机能够在更多的方面帮助设计者以得到最优的设计结果。例如，CAD软件应具备如下功能：模拟成形过程，应用人工智能及模糊神经网络技术给出专家水平的指导。其次CAD技术向更广的领域发展，计算机辅助制造，生产管理，成本核算，质量控制以及CAE和CIMS。由德国dataM开发的COPRA是解决辊弯成型设计的集成软件。以下是由COPRA完成的部分

3、冷弯型钢断面的实例。1.1非对称断面日本拓殖大学的小奈弘教授给出了非对称断面成型道次的估算方法。与对称断面相比，不平衡的扭矩会导致板带的扭曲。断面成型过程中板带的几何变形与其静力学特性紧密相关。作者发现若以截面的一个惯性轴作为展开的基准线，一些非对称断面可得到很好的成型质量。1.1.1以惯性主轴作为展开的基准6用于集装箱的部件（图１）是一非对称截面。某公司以最长的直线段作为成型的水平基准，共用12道次成型，并产生明显的扭屈。用COPRA可方便地计算出主惯性轴的角度，以其中一个惯性轴作为成型基准面，只需6道次就获得了比前方法质量更好的断面。图1集装箱部件的成型辊花图图2两侧成形角

4、不同的V型截面图2是天花板吊顶的部件，虽然它的形状简单，但它的成型却不容易，原因在于必须满足板厚0.4mm的情况下每米成型长度上的各向最大挠度不大于0.5mm。成型这一高精度的部件，作者采用的方法是以惯性主轴之一为成型基准，两侧的变形角按不同的值给出，以使两侧的变形扭矩平衡。此外要保证它的脊线的平直度，轧辊的安装调整也是很重要的。采用上述措施，最终生产出的料型达到每米长直线度误差小于0.3mm。1.1.2以水平轴线作为展开的基准图3是按用户要求生产的另一种天花板吊顶用的部件。这是由对称的"T"型吊顶龙骨简化的。尽管它的左侧变形远大于右侧，但它的一个惯性主轴与水平面夹角接近于0度

5、。这种情况下，作者采用了以最长的直线体素为水平位置的展开基准。图3T型断面的成形步骤图4是电控柜部件的截面静力学特性。两惯性主轴的交点靠近右侧体素，作者以右侧体素作为成形展开的第一基准，将底部的水平体素作为第二成形基准。图4电控柜部件的静力学特性6图5非对称断面电控柜部件的成形辊花图1.2咬口料型的成型一些钢门窗料采用彩色涂层钢板为原料经辊弯成形工艺制成。为保证门窗的强度采用封闭截面。焊接方法将破坏钢板表面，因而广泛采用了咬口结构。为避免咬口过程中发生干涉，避免对彩色涂层表面的损伤，同时也保证门窗的气密水密性及配合要求，要求辊型设计及制造达到较高的精度。辊的表面粗糙度Ra≤0.

6、63μm，辊的圆周速度尽可能接近驱动速度，若辊的线速度差较大时，设计上应采用空转结构。对于一般的辊弯成型，成形辊轴线为水平或垂直两种配置。咬口料型的成形广泛应用了空间结构的辅助辊，这种辅辊结构安装在两道主辊之间，轧辊轴线可为任意倾斜角度，它的结构形式不同于主辊及立辊。图6表示了一种辅助辊的装配关系示意。为得到精确的尺寸和形状，在最后的成型道次中采用了芯子。图7是一种彩色涂层钢窗料的成形工艺图。图6用于咬口料型的辅助辊装配示意图1.3宽幅压型板6压型板大多是由又宽又大的薄板经辊弯成型的，极易出现各种缺陷。小奈弘教授依据他的实验给出了十分有用的结论：边浪、袋形波等缺陷是由于变形的应

7、力过大或拉压应力的不同分布造成的。在设计过程中若能够计算出成形区域的应力、应变值，就可以避免缺陷的产生。应用有限元技术以及实验结果，已知在每个道次的成型过程中，板上变形区某一点的应变状态是拉应力和压应力交替变化的，即使很薄的板在不同的层面上应变状态也是不同的。一个重要的结论是：纵向变形是引起诸如残余内应力、边波等缺陷的主要原因[3]。由dataM及其合作者开发的变形技术模块(DTM)是在有限元法和大量实验基础上，根据几何变形条件和材料特性，就能在计算机上实现辊弯成型的变形模拟。DTM可给出每