Válcování je proces, při kterém se kovové plechy mechanicky tvarují do určitých forem. Mezi běžné aplikace patří výroba kruhových a kuželových součástí. Potenciál technologie válcovacího tváření však sahá mnohem dále - díky přesné mechanické konstrukci a optimalizaci procesu lze efektivně vyrábět také úhlové kovové konstrukce, jako jsou obdélníkové a čtvercové součásti.
Moderní zařízení pro válcování jsou nyní integrována se systémy korunky, inteligentním softwarem a vysoce přesnými řídicími jednotkami, které umožňují přesnost tváření na úrovni milimetrů nebo dokonce mikrometrů a zajišťují stabilní a konzistentní kvalitu výrobků.
Tento flexibilní a multifunkční systém pro zpracování plechu se stal jedním ze základních zařízení v moderní výrobě. Technologie válcování je díky své efektivitě, přesnosti a vysoké míře přizpůsobení široce využívána v různých výrobních scénářích, od kovových krytů domácích spotřebičů až po přesné komponenty pro letecký průmysl.
Navzdory složitosti a rozmanitosti technik ohýbání plechů se válcování (v tomto kontextu se konkrétně jedná o proces válcování plechů) vždy řídí jedinečnou logikou tváření. Tento článek se zaměří na principy a aplikace technologie válcování.
Pracovní princip válcovacího stroje
Technologie válcování využívá specifická mechanická zařízení a technologické procesy k postupnému ohýbání plechů do předem nastavených geometrických tvarů. Mezi běžné výrobky patří kruhové (ve tvaru písmene O), drážkované (ve tvaru písmene U) a úhlové (pod úhlem) konstrukční díly. Jejím hlavním principem fungování je využití relativního pohybu mezi válci k působení řízené ohybové síly na materiál, která způsobuje plastickou deformaci.
Tradiční stroje na válcování plechů jsou obvykle vybaveny horním a dolním válcem jako základní konstrukcí. Horní válec je zodpovědný za upínací a polohovací funkci, upevňuje materiál tlakem a zajišťuje jeho stabilní přepravu; spodní válec se používá jako aktivní pohonná jednotka, která vytváří točivý moment rotačním pohybem a tlačí materiál k plynulému ohýbání podél povrchu válce. S rozvojem technologií se moderní válcovací stroje na plechy vyvinuly v různých konfiguracích se dvěma, třemi a dokonce čtyřmi válci a jejich mechanická konstrukce a logika pohybu byly rovněž optimalizovány tak, aby vyhovovaly potřebám různých tlouštěk materiálu, poloměrů ohybu a efektivity výroby.
Během procesu tváření musí plech projít několika cykly ohýbání mezi válci, dokud nedosáhne cílového tvaru. V případě složitých detailů (např. okrajových filetů) nebo speciálních požadavků na ohýbání jsou obvykle zapotřebí pomocné procesy nebo speciální zařízení pro doplňkové zpracování. Je třeba poznamenat, že rozměrovou přesnost a tvarovou stálost konečného výrobku ovlivňuje více faktorů, včetně vlastností materiálu (např. modul pružnosti, mez kluzu), tloušťky plechu, mezery mezi válci a rozložení tlaku atd., které je třeba dynamicky upravovat přesným výpočtem a sledováním v reálném čase.
Tato technologie se díky své vysoké účinnosti, flexibilitě a nákladovým výhodám stala klíčovou metodou zpracování v oblasti výroby automobilů, stavebních ocelových konstrukcí, stavby lodí atd. a vykazuje významné ekonomické přínosy ve velkovýrobě.
Systém ohýbání válců
Podle způsobu pohonu lze ohýbačky válců rozdělit především na mechanické a hydraulické. Podrobnosti o klasifikaci válcovacích ohýbaček podle konstrukčního provedení (např. počtu válců) naleznete v našem předchozím specializovaném článku.
Mechanický tříválcový ohýbač rolí
Mechanické tříválcové ohýbačky lze podle uspořádání válců rozdělit na symetrické a asymetrické typy.
Symetrický design:
Dva paralelní válečky jsou umístěny ve spodní části a třetí váleček je umístěn svisle a uprostřed nad nimi. Spodní válce poskytují otáčením hlavní hnací sílu, která pohání materiál k plynulému ohýbání mezi válci. To je vhodné pro tváření běžných válcových nebo kuželových obrobků.Asymetrický design:
Horní válec je hlavní hnací válec, umístěný svisle uprostřed. Pod ním je umístěn paralelní válec a třetí válec je posunutý do strany. Boční válec hraje klíčovou roli v předohýbací fázi, neboť umožňuje přesné ohýbání okrajů plechu, které obvykle vyžaduje pomocná zařízení k dosažení podobných výsledků u symetrických konstrukcí.
Hydraulický ohýbač rolí
Horní válec hydraulických ohýbaček je navržen ve tvaru bubnu a k dosažení vertikálního zdvihu využívá hydraulický systém. Tato vlastnost výrazně zlepšuje přizpůsobivost stroje různým tloušťkám materiálu a zajišťuje rovnost hran materiálu. Flexibilita hydraulického pohonu a nastavení je výhodnější pro zpracování složitých tvarů nebo požadavků na vysokou přesnost.
Oba typy ohýbaček mají své výhody v různých aplikacích: mechanické ohýbačky jsou známé svou jednoduchou konstrukcí a snadnou údržbou, takže jsou vhodné pro velkou standardizovanou výrobu; hydraulické ohýbačky s vysokou přesností řízení a flexibilitou jsou vhodnější pro zakázkové zpracování nebo pro odvětví, která vyžadují přísnou kvalitu povrchu.
Rozdíly mezi ohýbáním za studena a za tepla z hlediska procesu
V oblasti ohýbání plechů si můžete vybrat z různých tvářecích postupů. Před dokončením konkrétního plánu válcování obrobku je však nezbytné nejprve rozlišit dva základní typy procesů: ohýbání za tepla a ohýbání za studena.
Proces ohýbání za studena
Ohýbáním za studena se rozumí přímé ohýbání bez nutnosti předehřívání materiálu. Mezi hlavní výhody ohýbání za studena patří vysoká efektivita zpracování (není třeba cyklů ohřevu/chlazení) a nízké náklady (bez spotřeby energie a oxidačních ztrát), díky čemuž je vhodné zejména pro pravidelné tváření tenkých a středně silných plechů. Vzhledem k omezené plasticitě materiálu při pokojové teplotě však ohýbání za studena vyžaduje vysokou tuhost zařízení a přesnost tváření a je obtížné zpracovávat vysokopevnostní materiály nebo obrobky složitých průřezů. Pokud plánujete zakoupit ohýbačku, měli byste komplexně posoudit použitelnost procesu ohýbání za studena na základě velikosti šarže výrobku, vlastností materiálu a požadavků na přesnost.
Proces ohýbání za tepla
Při ohýbání za tepla dochází k lokálnímu ohřevu obrobku nad teplotu rekrystalizace, čímž se výrazně zvyšuje plasticita materiálu, a tím se snižuje odpor při tváření a zlepšuje rozměrová přesnost. Mezi technické výhody ohýbání za tepla patří:
Vysoce přesné tváření: Ohýbáním za tepla lze dosáhnout stabilního zpracování složitých tvarů průřezů a obrobků s velkým poloměrem zakřivení.
Široká kompatibilita materiálů: Vhodné zejména pro materiály, které se obtížně tvářejí ohýbáním za studena, jako jsou vysokopevnostní oceli, titanové slitiny a další.
Potenciál úspor energie: V porovnání s ohýbáním za studena může ohýbání za tepla snížit nároky na výkon pohonných systémů zařízení. Je však důležité si uvědomit, že ohýbání za tepla vyžaduje přesnou kontrolu teploty ohřevu, doby udržování a rychlosti chlazení, aby se zabránilo zhoršení vlastností materiálu nebo oxidaci povrchu.
Proces ohýbání za tepla (hybridní proces)
Ohýbání za tepla je kompromisem mezi ohýbáním za studena a za tepla. Obrobek se zahřívá na střední teplotu (obvykle pod teplotou rekrystalizace), což snižuje odpor při tváření a zároveň minimalizuje tepelně ovlivněnou zónu. Mezi výhody ohýbání za tepla patří:
Lepší tvarovatelnost: Snižuje zpětný ráz a zlepšuje rozměrovou stabilitu.
Snížení vnitřního stresu: V porovnání s ohýbáním za studena se výrazně snižují zbytková vnitřní napětí v materiálu.
Mírné náklady na vybavení: Nevyžaduje plně vysokoteplotní prostředí, čímž se snižují požadavky na tepelnou odolnost zařízení. Teplé ohýbání však musí vyvažovat spotřebu energie na ohřev s účinností tváření a může docházet k místním rozdílům ve výkonu v důsledku teplotních gradientů.
Doporučení pro výběr
Ohýbání za studena: Vhodné pro tenké plechy, sériovou výrobu a obrobky s nižšími požadavky na přesnost.
Ohýbání za tepla: Nejlepší pro materiály s vysokou přidanou hodnotou, složitým průřezem nebo obtížně zpracovatelné materiály.
Teplé ohýbání: Ideální pro scénáře vyžadující vysokou rozměrovou přesnost a výkonnost materiálu.
Doporučuje se komplexně posoudit proveditelnost procesu na základě konkrétního materiálu obrobku, tvaru průřezu, výrobní dávky a rozpočtu nákladů v kombinaci s možnostmi technické podpory dodavatele zařízení.
Analýza procesu předohýbání
Při zpracování plechů působí ohýbací tlak pouze na styčnou plochu válců, což znamená, že většina "efektivní délky" materiálu nepodléhá deformaci. Nedeformovaná část se označuje jako "přímá hrana". Přítomnost rovné hrany může způsobit následující problémy:
Smršťování a deformace: Přímá hrana je náchylná k odskočení nebo deformaci během následného zpracování, což ovlivňuje přesnost obrobku.
Materiálový odpad: Plochu rovné hrany nelze efektivně využít, což vede ke zvýšenému plýtvání materiálem.
Předohýbání jako klíčový přípravný proces může výrazně snížit riziko smrštění a deformace při následném zpracování tím, že rovnou hranu předem lokálně plasticky deformuje. Základním principem je řízení velikosti předběžné deformace, vytvoření přechodové zóny mezi oblastí ohybu a oblastí rovné hrany, čímž se vyrovnává rozložení napětí.
Teoretický základ procesu předohýbání
Parametry předohybu (jako je úhel předohybu a přítlak) je třeba přesně vypočítat na základě typu ohybu (symetrický/nesymetrický) a tloušťky plechu.
Symetrické ohýbání: Délka rovné hrany obvykle pozitivně koreluje s tloušťkou plechu a množství předohybu se určuje pomocí vzorce nebo empirických hodnot.
Nesymetrické ohýbání: V důsledku nerovnoměrných sil je oblast přímého okraje náchylná k posunu a je třeba vypočítat parametry před ohýbáním s kompenzací bočních sil.
Metody provádění procesu předohýbání
Na základě procesních požadavků si provozovatel může vybrat z následujících technických řešení:
Ohýbání v lisu: Na oblast rovné hrany se působí svislým tlakem pomocí mechanického lisu, aby se dosáhlo lokální plastické deformace.
Ohýbání šablony: K postupnému ohýbání rovné hrany se používají vlastní formy v kombinaci s válečky.
Ohýbání segmentů: K předohýbání rovné hrany se používá segmentová konstrukce válečků, která působí přítlakem po částech.
Hydraulické ohýbání nárazníkového bloku: Pomocí hydraulických vyrovnávacích zařízení se na rovnou hranu vyvíjí regulovatelný tlak kapaliny, což je vhodné pro vysoce přesné zpracování.
Klíčové kontrolní body procesu předohýbání
Při válcování je nutné zajistit přesné vystředění obrobku, aby se předešlo následujícím problémům:
Twisting: Nesouosost obrobku může vést k deformaci průřezu a ovlivnit přesnost montáže.
Rozměrová odchylka: Nerovnoměrné boční síly mohou způsobit kolísání poloměru ohybu.
Metody centrování:
Centrování bočních válečků: Dynamické nastavení polohy obrobku pomocí bočních válečků.
Boční drážkování válečků: Obrábění vodicích drážek na povrchu bočního válce pro omezení bočního pohybu obrobku.
Šikmé centrování: Při použití nakloněných válců pomáhá gravitace vycentrovat obrobek.
Proces předohýbání optimalizuje rozložení napětí v oblasti rovné hrany, čímž výrazně zlepšuje přesnost tváření a využití materiálu plechů. V praktických aplikacích je nutné komplexně zvolit metodu předohýbání a strategii řízení parametrů na základě struktury obrobku, vlastností materiálu a možností zařízení, aby bylo dosaženo efektivních a stabilních výsledků zpracování.
