大型對稱式三輥卷板機(jī)

對稱式三輥卷板機(jī)卷筒直邊的彎卷方法

文/高耀東

摘要：文章介紹了一種在對稱式三輥卷板機(jī)上彎卷簡體直邊的新型方法，該方法克服了傳統(tǒng)方法需要輔助工具或需要將直邊加工掉的缺點(diǎn)，使得卷板效率得到極大的提高，卷板成本得到降低。該方法的使用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：對稱式三輥卷板機(jī)；卷簡直邊；彎卷；新方法

卷板機(jī)用于將鋼板卷制成圓柱或圓錐形筒體，是加工大直徑圓柱或圓錐形簡體的主要設(shè)備，普遍應(yīng)用于機(jī)械加工制造行業(yè)。卷板機(jī)生產(chǎn)效率的提高、耗費(fèi)能源的減少和成本的降低對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的取得至關(guān)重要，是業(yè)界始終追求的目標(biāo)。

1 問題的提出

對稱式三輥卷板機(jī)是實(shí)際中普遍應(yīng)用的一種卷板機(jī)，其滾圓工作原理如圖1所示。上輥是被動輥，可上下移動；下輥是主動輥，是固定輥，當(dāng)板料送人上下輥之間時，鋼板的下表面與兩個輥的最高點(diǎn)相接觸，當(dāng)上輥下壓并超過材料的屈服極限時，板料便產(chǎn)生塑性變形。隨著3個輥軸的旋轉(zhuǎn)，便形成一條弧線，這條弧線的外層纖維被拉伸，內(nèi)層被擠縮，中性層不變，這時鋼板被卷成圓。由于卷板機(jī)的三輥是對稱式的，在彎曲成型過程中，板材前后受力相對均勻，因此能夠較好的解決鋼板的彈復(fù)問題和精度問題。其缺點(diǎn)在于對稱式的卷板機(jī)不能彎卷板材的全部長度，板材兩端有約等于下輥中心距之半的長度仍然是直的。為了彎卷該直邊，可采用壓力機(jī)模壓預(yù)彎或用托板在卷板機(jī)內(nèi)預(yù)彎(如圖2所示)。但是該方法需要使用模具或托板等輔助工具，而且加工不同筒體輔助工具也不一樣，使得該方法卷制成本較高，生產(chǎn)率較低。另外一種方法是卷制時保留直邊，卷制結(jié)束后再加工掉，顯然該方法也會導(dǎo)致卷制成本提高，卷制生產(chǎn)率也較低。

圖1 對稱式三輥卷板機(jī)

(a)用壓力機(jī)模壓預(yù)彎

(b)用托板在卷板機(jī)內(nèi)預(yù)彎

圖2 鋼板預(yù)彎示意圖

2 彎卷直邊的新方法

為了克服傳統(tǒng)彎卷直邊方法的缺點(diǎn)，本文研究并采用了一種新型方法。利用該方法時，卷管分2次進(jìn)行，具體過程如下。

2.1 第一次卷制

保留彎卷直邊不做處理，將鋼板彎卷成如圖3所示的2種形狀簡體，然后在鋼板兩端接口處進(jìn)行焊接，使之成為一個整體。該次卷制最重要的是應(yīng)保證彎卷后鋼板兩端部能夠順利合攏，所以必須合理選擇第一次彎卷的簡體半徑尺 。 的確定由筒體周向的幾何關(guān)系所決定，具體確定方法如下：

首先，圖3(a)所示筒體。為了保證彎卷后鋼板兩端部能夠順利合攏，筒體中性層即環(huán)線ABmC長度應(yīng)與鋼板長度相等，即

式中：a——下輥中心距，而a/2即是兩個直邊的長度；

R’——筒體圓弧段中性層半徑；

D——成品簡體中性層直徑。

式(1)為一超越方程，解之可確定簡體圓弧段中性層半徑，然后由R’計(jì)算出上輥下壓量，對筒體進(jìn)行彎卷即可。

其次，圖3(b)所示筒體。該筒體形成需要先卷制成圖3(a)所示形狀簡體，然后用壓力機(jī)或手工卷成圖3(b)所示形狀。該簡體優(yōu)點(diǎn)是：由于不存在圖3(a)所示簡體A點(diǎn)處的尖點(diǎn)，第二次卷制時比較容易。卷制時與圖3(a)所示筒體相對比，只是半徑不同，只須將式(1)變?yōu)槭?2)，其余相同。

（a）

（b）

圖3 第一次卷制筒體形狀

2.2 第二次卷制

將圖3所示半成品筒體卷制成成品簡體，即直徑為D的圓筒。卷制時按直徑D計(jì)算上輥下壓量，但是必須考慮第一次卷制后鋼板材料存在硬化，材料的實(shí)際屈服極限比卷制前有所增加。

3 結(jié)論

(1)實(shí)際卷制簡體時，由于上輥下壓量的計(jì)算不準(zhǔn)確和材料特性參數(shù)有變化等原因，不論如何筒體都是多次卷制才能達(dá)到成品尺寸，所以本方法不會降低加工效率。由于不需要單獨(dú)彎卷直邊，加工效率反而會得到提高。同時，由于不需要使用模板或拖板等，成本也得到降低。

(2)該方法不需要使用輔助設(shè)備或工具，所以簡單易行，容易普及。

(3)精確計(jì)算第一次卷制簡體的半徑以及相應(yīng)上輥下壓量是至關(guān)重要的。解式(1)或式(2)所示超越方程可以利用計(jì)算機(jī)編制軟件進(jìn)行。由于該方法有著優(yōu)越的特點(diǎn)，所以已在部分企業(yè)中得到應(yīng)用。