Valcavimas - tai procesas, kurio metu mechaninėmis priemonėmis metalo lakštai formuojami į tam tikras formas. Dažniausiai naudojamas apskritų ir kūginių komponentų gamybai. Tačiau valcavimo technologijos potencialas yra kur kas platesnis - taikant tikslią mechaninę konstrukciją ir optimizuojant procesą, taip pat galima veiksmingai gaminti kampines metalo konstrukcijas, pavyzdžiui, stačiakampius ir kvadratinius komponentus.
Šiuolaikinė valcavimo įranga dabar yra integruota su karūnavimo sistemomis, išmaniąja programine įranga ir didelio tikslumo valdikliais, todėl formavimo tikslumas yra milimetrinis ar net mikrometrinis ir užtikrinama stabili bei pastovi gaminio kokybė.
Ši lanksti ir daugiafunkcinė lakštinio metalo apdirbimo sistema tapo viena pagrindinių šiuolaikinės gamybos įrangos dalių. Nuo metalinių buitinių prietaisų korpusų iki tikslių komponentų kosminėje erdvėje - dėl savo efektyvumo, tikslumo ir didelio pritaikomumo ritininio formavimo technologija plačiai naudojama įvairiuose gamybos scenarijuose.
Nepaisant lakštinio metalo lenkimo metodų sudėtingumo ir įvairovės, valcavimas (šiame kontekste turimas omenyje būtent lakštinio metalo valcavimo procesas) visada vyksta pagal unikalią formavimo logiką. Šiame straipsnyje daugiausia dėmesio bus skiriama valcavimo technologijos principams ir taikymui.
Ritinio formavimo mašinos veikimo principas
Valcavimo technologijoje naudojami specialūs mechaniniai įtaisai ir proceso srautai, kuriais metalo lakštai palaipsniui sulenkiami į iš anksto nustatytas geometrines formas. Įprasti gaminiai yra apskritos (O formos), griovelių (U formos) ir kampuotos (kampuotos) konstrukcinės dalys. Jo pagrindinis veikimo principas - naudojant santykinį judesį tarp ritinių, medžiagą veikiant valdomai lenkimo jėgai, sukeliama plastinė deformacija.
Tradicinės plokščių valcavimo mašinos paprastai turi viršutinius ir apatinius ritinius kaip pagrindinę konstrukciją. Viršutinis ritinėlis atlieka prispaudimo ir padėties nustatymo funkciją, slėgiu fiksuoja medžiagą ir užtikrina stabilų jos gabenimą; apatinis ritinėlis naudojamas kaip aktyviosios pavaros įrenginys, sukamuoju judesiu sukuriantis sukimo momentą ir stumiantis medžiagą, kad ji nuolat lenktųsi išilgai ritinėlio paviršiaus. Tobulėjant technologijoms, šiuolaikinės plokščių valcavimo mašinos yra įvairių konfigūracijų su dviem, trimis ir net keturiais ritinėliais, jų mechaninė konstrukcija ir judėjimo logika taip pat buvo optimizuotos, kad atitiktų skirtingo storio medžiagų, lenkimo spindulių ir gamybos efektyvumo poreikius.
Formavimo proceso metu metalo lakštas turi būti kelis kartus lenkiamas tarp ritinių, kol pasiekia reikiamą formą. Sudėtingoms detalėms (pvz., kraštų apvadams) arba specialiems lenkimo reikalavimams įgyvendinti paprastai reikalingi pagalbiniai procesai arba speciali įranga, skirta papildomam apdorojimui. Reikėtų pažymėti, kad galutinio gaminio matmenų tikslumui ir formos stabilumui įtakos turi daugybė veiksnių, įskaitant medžiagos savybes (pvz., tamprumo modulį, takumo ribą), plokštės storį, tarpą tarp velenų, slėgio pasiskirstymą ir t. t., kuriuos reikia dinamiškai reguliuoti atliekant tikslius skaičiavimus ir stebint realiuoju laiku.
Ši technologija dėl didelio efektyvumo, lankstumo ir kainos pranašumo tapo pagrindiniu apdirbimo metodu automobilių gamybos, statybinių plieno konstrukcijų, laivų statybos ir kt. srityse, o jos ekonominė nauda didelio masto gamyboje yra labai didelė.
Ritinių lenkimo mašinų sistema
Ritinines lenkimo stakles pagal jų varymo būdą pirmiausia galima skirstyti į mechanines ir hidraulines. Išsamesnės informacijos apie ritininių lenkimo staklių klasifikaciją pagal konstrukcinę sandarą (pvz., ritinių skaičių) rasite ankstesniame specializuotame straipsnyje.
Mechaninės trijų ritinių lenkimo staklės
Mechaninės trijų ritinių lenkimo staklės gali būti skirstomos į simetrines ir asimetrines pagal ritinių išdėstymą.
Simetrinis dizainas:
Du lygiagretūs ritinėliai yra apačioje, o trečiasis ritinėlis yra vertikaliai ir centre virš jų. Sukdamiesi apatiniai volai suteikia pagrindinę varomąją jėgą, todėl medžiaga nuolat lenkiama tarp volų. Tai tinka įprastiniams cilindriniams arba kūginiams ruošiniams formuoti.Asimetrinis dizainas:
Viršutinis velenas yra pagrindinis varantysis velenas, esantis vertikaliai centre. Po juo yra lygiagretus velenėlis, o trečiasis velenėlis yra pasislinkęs į šoną. Šoninis velenėlis atlieka pagrindinį vaidmenį pirminio lenkimo etape, nes leidžia tiksliai sulenkti lakšto kraštus, o tam paprastai reikia pagalbinių įtaisų, kad būtų galima pasiekti panašių rezultatų simetrinėse konstrukcijose.
Hidraulinės ritinių lenkimo staklės
Hidraulinių ritinių lenkimo staklių viršutinis ritinys yra būgno formos, o vertikaliam pakėlimui naudojama hidraulinė sistema. Ši savybė labai pagerina mašinos pritaikomumą prie įvairaus storio medžiagos ir užtikrina medžiagos kraštų tiesumą. Dėl hidraulinės pavaros ir reguliavimo lankstumo yra naudingiau dirbti su sudėtingomis formomis arba laikantis didelio tikslumo reikalavimų.
Abiejų tipų ritinių lenkimo staklės turi atitinkamų privalumų skirtingose srityse: mechaninės ritinių lenkimo staklės pasižymi paprasta konstrukcija ir lengva priežiūra, todėl tinka didelio masto standartizuotai gamybai; hidraulinės ritinių lenkimo staklės, pasižyminčios dideliu tikslumu, valdymu ir lankstumu, labiau tinka nestandartiniam apdorojimui arba pramonės šakoms, kurioms keliami griežti paviršiaus kokybės reikalavimai.
Lenkimo šaltuoju ir karštuoju būdu proceso skirtumai
Lakštinio metalo lenkimo srityje galima rinktis iš įvairių formavimo procesų. Tačiau prieš baigiant rengti konkretų ruošinio valcavimo planą, pirmiausia būtina atskirti du pagrindinius proceso tipus: karštąjį lenkimą ir šaltąjį lenkimą.
Šaltojo lenkimo procesas
Lenkimas šaltuoju būdu - tai tiesioginis lenkimo procesas, kai medžiagos nereikia iš anksto įkaitinti. Pagrindiniai šaltojo lenkimo privalumai - didelis apdirbimo efektyvumas (nereikia kaitinimo ir (arba) šaldymo ciklų) ir nedidelės sąnaudos (nereikia sunaudoti energijos ar patirti oksidacijos nuostolių), todėl šis procesas ypač tinka įprastam plonų ir vidutinio storio plokščių formavimui. Tačiau dėl riboto medžiagos plastiškumo kambario temperatūroje šaltasis lenkimas reikalauja didelio įrangos standumo ir formavimo tikslumo, be to, sunku apdoroti didelio stiprumo medžiagas arba sudėtingo skerspjūvio ruošinius. Jei planuojate įsigyti ritininio lenkimo stakles, turėtumėte visapusiškai įvertinti šaltojo lenkimo proceso pritaikomumą, remdamiesi gaminių partijos dydžiu, medžiagų savybėmis ir tikslumo reikalavimais.
Karšto lenkimo procesas
Lenkimo karštuoju būdu metu ruošinys vietomis įkaitinamas aukščiau jo rekristalizacijos temperatūros, taip žymiai padidinant medžiagos plastiškumą, sumažinant pasipriešinimą formavimui ir pagerinant matmenų tikslumą. Karštojo lenkimo techniniai privalumai:
Aukšto tikslumo formavimas: Karštuoju lenkimu galima stabiliai apdoroti sudėtingo skerspjūvio formas ir didelio kreivumo spindulio ruošinius.
Platus medžiagų suderinamumas: Ypač tinka medžiagoms, kurias sunku formuoti šaltuoju lenkimu, pavyzdžiui, didelio atsparumo plienui, titano lydiniams ir kt.
Energijos taupymo potencialas: Lyginant su šaltuoju lenkimu, karštuoju lenkimu galima sumažinti įrangos pavaros sistemų galios poreikį. Tačiau svarbu pažymėti, kad karštajam lenkimui reikia tiksliai kontroliuoti kaitinimo temperatūrą, išlaikymo laiką ir aušinimo greitį, kad būtų išvengta medžiagos eksploatacinių savybių pablogėjimo ar paviršiaus oksidacijos.
Šiltas lenkimo procesas (hibridinis procesas)
Šiltas lenkimas yra kompromisas tarp šalto ir karšto lenkimo. Ruošinys įkaitinamas iki vidutinės temperatūros (paprastai žemesnės už rekristalizacijos temperatūrą), todėl sumažėja formavimo pasipriešinimas, o šilumos paveikta zona sumažinama iki minimumo. Šiltojo lenkimo privalumai:
Geresnis formuojamumas: Sumažina spyruoklinį atsilenkimą ir pagerina matmenų stabilumą.
Sumažėjęs vidinis stresas: Lyginant su šaltuoju lenkimu, gerokai sumažėja medžiagos liekamieji vidiniai įtempiai.
Vidutinės įrangos sąnaudos: Nereikalauja visiškai aukštos temperatūros aplinkos, todėl sumažėja įrangos atsparumo karščiui reikalavimai. Tačiau šiltasis lenkimas turi suderinti šildymo energijos sąnaudas su formavimo efektyvumu ir dėl temperatūros gradientų gali susidurti su vietiniais našumo skirtumais.
Atrankos rekomendacijos
Lenkimas šaltuoju būdu: Tinka plonoms plokštėms, serijinei gamybai ir detalėms, kurioms keliami mažesni tikslumo reikalavimai.
Karštas lenkimas: Geriausiai tinka didelės pridėtinės vertės, sudėtingo skerspjūvio arba sunkiai apdorojamoms medžiagoms.
Šiltas lenkimas: Idealiai tinka scenarijams, kai reikia didelio matmenų tikslumo ir medžiagų eksploatacinių savybių.
Rekomenduojama visapusiškai įvertinti proceso tinkamumą, atsižvelgiant į konkrečią ruošinio medžiagą, skerspjūvio formą, gamybos partiją ir sąnaudų biudžetą, taip pat į įrangos tiekėjo techninės pagalbos galimybes.
Išankstinio lenkimo proceso analizė
Apdorojant metalo lakštus, lenkimo slėgis veikia tik ritinėlių sąlyčio plotą, todėl didžioji dalis medžiagos "efektyviojo ilgio" nesideformuoja. Nedeformuota dalis vadinama "tiesia briauna". Dėl tiesiosios briaunos buvimo gali kilti šių problemų:
Susitraukimas ir deformacija: Tiesi briauna gali atšokti arba deformuotis vėlesnio apdirbimo metu, o tai turi įtakos ruošinio tikslumui.
Medžiagų atliekos: Tiesiosios briaunos plotas negali būti efektyviai išnaudojamas, todėl didėja medžiagų atliekos.
Išankstinis lenkimas, kaip pagrindinis pirminis procesas, gali gerokai sumažinti susitraukimo ir deformacijos riziką vėlesnio apdorojimo metu, nes tiesioji briauna iš anksto lokaliai plastiškai deformuojama. Pagrindinis principas - kontroliuoti išankstinės deformacijos dydį, sukuriant pereinamąją zoną tarp lenkimo zonos ir tiesiosios briaunos zonos, taip subalansuojant įtempių pasiskirstymą.
Teorinis išankstinio lenkimo proceso pagrindas
Išankstinio lenkimo parametrai (pvz., išankstinio lenkimo kampas ir slėgis) turi būti tiksliai apskaičiuoti atsižvelgiant į lenkimo tipą (simetrinis/nesimetrinis) ir lakšto storį.
Simetriškas lenkimas: Tiesiosios briaunos ilgis paprastai teigiamai koreliuoja su lakšto storiu, o išankstinio lenkimo kiekis nustatomas pagal formulę arba empirines vertes.
Nesimetrinis lenkimas: Dėl nevienodų jėgų tiesioji kraštinė gali pasislinkti, todėl reikia apskaičiuoti pirminio lenkimo parametrus kompensuojant šonines jėgas.
Išankstinio lenkimo proceso įgyvendinimo metodai
Atsižvelgdamas į proceso reikalavimus, operatorius gali rinktis iš šių techninių sprendimų:
Preso lenkimas: Mechaniniu presu vertikaliai spaudžiama tiesioji briauna, kad būtų pasiekta vietinė plastinė deformacija.
Šablonų lenkimas: Laipsniškam tiesiosios briaunos lenkimui atlikti naudojamos specialios formos ir ritinėliai.
Segmentų lenkimas: Segmentinio ritinėlio konstrukcija naudojama spaudžiant sekcijomis, kad būtų iš anksto sulenktas tiesus kraštas.
Buferinis blokas Hidraulinis lenkimas: Naudojant hidraulinius buferinius įtaisus, tiesiajai briaunai taikomas kontroliuojamas skysčio slėgis, tinkamas labai tiksliam apdorojimui.
Pagrindiniai išankstinio lenkimo proceso kontrolės taškai
Valcavimo proceso metu būtina užtikrinti tikslų ruošinio centravimą, kad būtų išvengta šių problemų:
Sukimas: Dėl netinkamo ruošinio suderinimo gali atsirasti skerspjūvio iškraipymų, o tai turi įtakos surinkimo tikslumui.
Matmenų nuokrypis: Dėl netolygių šoninių jėgų gali svyruoti lenkimo spindulys.
Centravimo kontrolės metodai:
Šoninių ritinėlių centravimas: Dinamiškai reguliuokite ruošinio padėtį naudodami šoninius ritinėlius.
Šoninių ritinėlių grioveliai: Šoninio ritinėlio paviršiuje išpjaunami kreipiamieji grioveliai, kad būtų apribotas šoninis ruošinio judėjimas.
Pasviręs centravimas: Naudojant nuožulnius ritinėlius, sunkio jėga padeda centruoti ruošinį.
Išankstinio lenkimo procesas optimizuoja įtempių pasiskirstymą tiesiosios briaunos srityje, todėl žymiai pagerėja metalo lakštų formavimo tikslumas ir medžiagos panaudojimas. Praktiniame taikyme būtina visapusiškai parinkti išankstinio lenkimo metodą ir parametrų valdymo strategijas, atsižvelgiant į ruošinio struktūrą, medžiagos savybes ir įrangos galimybes, kad būtų pasiekti veiksmingi ir stabilūs apdorojimo rezultatai.
