Formowanie rolkowe to proces, który kształtuje blachy w określone formy za pomocą środków mechanicznych. Typowe zastosowania obejmują produkcję okrągłych i stożkowych komponentów. Potencjał technologii formowania rolkowego wykracza jednak daleko poza te zastosowania - dzięki precyzyjnemu projektowaniu mechanicznemu i optymalizacji procesu może ona również skutecznie wytwarzać kątowe struktury metalowe, takie jak elementy prostokątne i kwadratowe.
Nowoczesne urządzenia do formowania rolkowego są obecnie zintegrowane z systemami koronowania, inteligentnym oprogramowaniem i wysoce precyzyjnymi sterownikami, umożliwiając dokładność formowania na poziomie milimetra lub nawet mikrometra oraz zapewniając stabilną i stałą jakość produktu.
Ten elastyczny i wielofunkcyjny system obróbki blachy stał się jednym z podstawowych elementów wyposażenia w nowoczesnej produkcji. Od metalowych obudów urządzeń gospodarstwa domowego po precyzyjne komponenty dla przemysłu lotniczego, technologia formowania rolkowego jest szeroko stosowana w różnych scenariuszach produkcyjnych, dzięki swojej wydajności, precyzji i wysokiemu stopniowi dostosowania.
Pomimo złożoności i różnorodności technik gięcia blachy, formowanie rolkowe (w szczególności odnoszące się do procesu walcowania blachy w tym kontekście) zawsze opiera się na unikalnej logice formowania. Niniejszy artykuł koncentruje się na zasadach i zastosowaniach technologii formowania rolkowego.
Zasada działania maszyny do formowania rolkowego
Technologia formowania rolkowego wykorzystuje specjalne urządzenia mechaniczne i procesy do stopniowego gięcia blach w zadane kształty geometryczne. Typowe produkty obejmują okrągłe (w kształcie litery O), rowkowane (w kształcie litery U) i kątowe (pod kątem) części konstrukcyjne. Jej podstawową zasadą działania jest wykorzystanie względnego ruchu między rolkami do przyłożenia kontrolowanej siły zginającej do materiału w celu wywołania odkształcenia plastycznego.
Tradycyjne maszyny do walcowania płyt są zwykle wyposażone w górne i dolne rolki jako podstawową strukturę. Górna rolka jest odpowiedzialna za funkcję zaciskania i pozycjonowania, mocując materiał poprzez nacisk i zapewniając jego stabilny transport; dolna rolka jest używana jako aktywna jednostka napędowa do generowania momentu obrotowego poprzez ruch obrotowy w celu popychania materiału do ciągłego zginania wzdłuż powierzchni rolki. Wraz z rozwojem technologii, nowoczesne maszyny do walcowania płyt opracowały różnorodne konfiguracje z dwoma, trzema, a nawet czterema rolkami, a ich struktura mechaniczna i logika ruchu zostały również zoptymalizowane w celu zaspokojenia potrzeb różnych grubości materiałów, promieni gięcia i wydajności produkcji.
Podczas procesu formowania blacha musi przejść wiele cykli gięcia między rolkami, aż osiągnie docelowy kształt. W przypadku złożonych detali (takich jak zaokrąglenia krawędzi) lub specjalnych wymagań dotyczących gięcia, zwykle wymagane są procesy pomocnicze lub specjalny sprzęt do dodatkowej obróbki. Należy zauważyć, że na dokładność wymiarową i stabilność kształtu produktu końcowego wpływa wiele czynników, w tym właściwości materiału (takie jak moduł sprężystości, granica plastyczności), grubość płyty, odstęp między rolkami i rozkład nacisku itp.
Technologia ta stała się podstawową metodą przetwarzania w dziedzinie produkcji samochodów, budowy konstrukcji stalowych, przemysłu stoczniowego itp. ze względu na jej wysoką wydajność, elastyczność i zalety kosztowe, a także wykazała znaczące korzyści ekonomiczne w produkcji na dużą skalę.
System giętarek rolkowych
Giętarki rolkowe można przede wszystkim podzielić na mechaniczne i hydrauliczne w oparciu o ich metody napędu. Szczegółowe informacje na temat klasyfikacji giętarek rolkowych według konstrukcji (np. liczby rolek) można znaleźć w naszym poprzednim specjalistycznym artykule.
Mechaniczna giętarka rolkowa z trzema rolkami
Mechaniczne trójrolkowe giętarki rolkowe można podzielić na typy symetryczne i asymetryczne w oparciu o układ rolek.
Symetryczna konstrukcja:
Dwie równoległe rolki są umieszczone na dole, a trzecia rolka jest umieszczona pionowo i centralnie nad nimi. Dolne rolki zapewniają główną siłę napędową, obracając się, co powoduje ciągłe zginanie materiału między rolkami. Nadaje się to do formowania konwencjonalnych cylindrycznych lub stożkowych elementów.Asymetryczna konstrukcja:
Górna rolka jest główną rolką napędową, umieszczoną pionowo pośrodku. Równoległa rolka jest umieszczona poniżej, a trzecia rolka jest przesunięta w bok. Rolka boczna odgrywa kluczową rolę na etapie gięcia wstępnego, umożliwiając precyzyjne gięcie krawędzi arkusza, co zwykle wymaga urządzeń pomocniczych, aby osiągnąć podobne wyniki w projektach symetrycznych.
Hydrauliczna giętarka rolkowa
Górna rolka hydraulicznych giętarek rolkowych ma kształt bębna i wykorzystuje układ hydrauliczny do podnoszenia w pionie. Ta cecha znacznie poprawia zdolność maszyny do dostosowywania się do różnych grubości materiału i zapewnia prostoliniowość krawędzi materiału. Elastyczność napędu hydraulicznego i regulacji sprawia, że jest to bardziej korzystne w przypadku obsługi skomplikowanych kształtów lub wysokich wymagań dotyczących precyzji.
Oba typy giętarek rolkowych mają swoje zalety w różnych zastosowaniach: mechaniczne giętarki rolkowe są znane ze swojej prostej konstrukcji i łatwej konserwacji, dzięki czemu nadają się do znormalizowanej produkcji na dużą skalę; hydrauliczne giętarki rolkowe, z wysoką precyzją sterowania i elastycznością, są bardziej odpowiednie do niestandardowego przetwarzania lub branż wymagających rygorystycznej jakości powierzchni.
Różnice między gięciem na zimno a gięciem na gorąco pod względem procesu
W dziedzinie gięcia blach do wyboru są różne procesy formowania. Jednak przed sfinalizowaniem konkretnego planu walcowania przedmiotu obrabianego należy najpierw rozróżnić dwa podstawowe typy procesów: gięcie na gorąco i gięcie na zimno.
Proces gięcia na zimno
Gięcie na zimno odnosi się do bezpośredniego procesu gięcia bez potrzeby wstępnego podgrzewania materiału. Kluczowe zalety gięcia na zimno obejmują wysoką wydajność przetwarzania (brak potrzeby cykli ogrzewania/chłodzenia) i niski koszt (brak zużycia energii lub strat utleniania), co czyni go szczególnie odpowiednim do regularnego formowania cienkich i średniej grubości płyt. Jednak ze względu na ograniczoną plastyczność materiału w temperaturze pokojowej, gięcie na zimno wymaga wysokiej sztywności sprzętu i dokładności formowania, a obróbka materiałów o wysokiej wytrzymałości lub elementów o złożonym przekroju jest trudna. Jeśli planujesz zakup giętarki rolkowej, powinieneś kompleksowo ocenić możliwość zastosowania procesu gięcia na zimno w oparciu o wielkość partii produktu, właściwości materiału i wymagania dotyczące precyzji.
Proces gięcia na gorąco
Gięcie na gorąco polega na miejscowym podgrzaniu obrabianego przedmiotu powyżej jego temperatury rekrystalizacji, co znacznie zwiększa plastyczność materiału, zmniejszając w ten sposób opór formowania i poprawiając dokładność wymiarową. Zalety techniczne gięcia na gorąco obejmują:
Wysoka precyzja formowania: Gięcie na gorąco umożliwia stabilną obróbkę elementów o złożonych kształtach przekroju poprzecznego i dużym promieniu krzywizny.
Szeroka kompatybilność materiałowa: Szczególnie nadaje się do materiałów, które są trudne do formowania poprzez gięcie na zimno, takich jak stal o wysokiej wytrzymałości, stopy tytanu i inne.
Potencjał oszczędności energii: W porównaniu do gięcia na zimno, gięcie na gorąco może zmniejszyć zapotrzebowanie na moc układów napędowych urządzeń. Należy jednak pamiętać, że gięcie na gorąco wymaga precyzyjnej kontroli temperatury nagrzewania, czasu utrzymywania i szybkości chłodzenia, aby zapobiec pogorszeniu wydajności materiału lub utlenianiu powierzchni.
Proces gięcia na ciepło (proces hybrydowy)
Gięcie na ciepło jest kompromisem pomiędzy gięciem na zimno i na gorąco. Obrabiany przedmiot jest podgrzewany do średniego zakresu temperatur (zazwyczaj poniżej temperatury rekrystalizacji), co zmniejsza opór formowania przy jednoczesnym zminimalizowaniu strefy wpływu ciepła. Zalety gięcia na ciepło obejmują:
Lepsza formowalność: Zmniejsza sprężynowanie i poprawia stabilność wymiarową.
Zmniejszony stres wewnętrzny: W porównaniu do gięcia na zimno, szczątkowe naprężenia wewnętrzne w materiale są znacznie zredukowane.
Umiarkowany koszt sprzętu: Nie wymaga pełnego środowiska wysokotemperaturowego, co obniża wymagania dotyczące odporności cieplnej sprzętu. Gięcie na ciepło musi jednak równoważyć zużycie energii grzewczej z wydajnością formowania i może powodować lokalne różnice w wydajności ze względu na gradienty temperatury.
Zalecenia dotyczące wyboru
Gięcie na zimno: Nadaje się do cienkich płyt, produkcji seryjnej i elementów o niższych wymaganiach dotyczących precyzji.
Gięcie na gorąco: Najlepsza do materiałów o wysokiej wartości dodanej, złożonych przekrojach lub trudnych w obróbce.
Gięcie na ciepło: Idealny do zastosowań wymagających wysokiej precyzji wymiarowej i wydajności materiałowej.
Zaleca się kompleksową ocenę wykonalności procesu w oparciu o konkretny materiał przedmiotu obrabianego, kształt przekroju, partię produkcyjną i budżet kosztów, w połączeniu z możliwościami wsparcia technicznego dostawcy sprzętu.
Analiza procesu gięcia wstępnego
W przypadku obróbki blachy, nacisk gięcia jest wywierany tylko na obszar styku rolek, co oznacza, że większość "efektywnej długości" materiału nie ulega odkształceniu. Nieodkształcona część jest określana jako "prosta krawędź". Obecność prostej krawędzi może powodować następujące problemy:
Skurcz i deformacja: Prosta krawędź jest podatna na odbicie lub wypaczenie podczas dalszej obróbki, co wpływa na dokładność obrabianego przedmiotu.
Odpady materiałowe: Obszar prostej krawędzi nie może być efektywnie wykorzystany, co prowadzi do zwiększonego marnotrawstwa materiału.
Gięcie wstępne, jako kluczowy proces wstępny, może znacznie zmniejszyć ryzyko skurczu i deformacji w późniejszej obróbce poprzez miejscowe odkształcenie plastyczne prostej krawędzi z wyprzedzeniem. Podstawową zasadą jest kontrolowanie wielkości wstępnego odkształcenia, tworząc strefę przejściową między obszarem gięcia a obszarem prostej krawędzi, równoważąc w ten sposób rozkład naprężeń.
Teoretyczne podstawy procesu gięcia wstępnego
Parametry gięcia wstępnego (takie jak kąt gięcia wstępnego i ciśnienie) muszą być precyzyjnie obliczone na podstawie typu gięcia (symetryczne/niesymetryczne) i grubości blachy.
Gięcie symetryczne: Długość prostej krawędzi jest zwykle dodatnio skorelowana z grubością blachy, a ilość wstępnie wygiętej blachy jest określana na podstawie wzoru lub wartości empirycznych.
Niesymetryczne gięcie: Ze względu na nierównomierne siły obszar prostej krawędzi jest podatny na przemieszczenia, a parametry wstępnego gięcia należy obliczyć poprzez kompensację sił bocznych.
Metody wdrażania procesu gięcia wstępnego
W zależności od wymagań procesowych, operator może wybrać spośród następujących rozwiązań technicznych:
Gięcie na prasie: Pionowy nacisk jest wywierany na obszar prostej krawędzi za pomocą prasy mechanicznej w celu uzyskania lokalnego odkształcenia plastycznego.
Szablon do gięcia rolkowego: Niestandardowe formy w połączeniu z rolkami są używane do wykonywania progresywnego gięcia prostej krawędzi.
Gięcie segmentowe: Segmentowa konstrukcja rolkowa służy do wywierania nacisku w sekcjach w celu wstępnego wygięcia prostej krawędzi.
Blok buforowy Gięcie hydrauliczne: Wykorzystanie hydraulicznych urządzeń buforowych do wywierania kontrolowanego ciśnienia cieczy na prostą krawędź, odpowiednie do precyzyjnej obróbki.
Kluczowe punkty kontroli procesu gięcia wstępnego
Podczas procesu walcowania konieczne jest zapewnienie precyzyjnego centrowania przedmiotu obrabianego, aby uniknąć następujących problemów:
Skręcanie: Niewspółosiowość przedmiotu obrabianego może prowadzić do zniekształcenia przekroju, wpływając na dokładność montażu.
Odchylenie wymiarowe: Nierównomierne siły boczne mogą powodować wahania promienia gięcia.
Metody centrowania kontroli:
Centrowanie rolki bocznej: Dynamiczna regulacja położenia przedmiotu obrabianego za pomocą rolek bocznych.
Rowkowanie rolek bocznych: Obróbka rowków prowadzących na bocznej powierzchni rolki w celu ograniczenia bocznego ruchu przedmiotu obrabianego.
Pochylone centrowanie: Dzięki zastosowaniu pochylonych rolek grawitacja pomaga wyśrodkować obrabiany przedmiot.
Proces wstępnego gięcia optymalizuje rozkład naprężeń w obszarze prostej krawędzi, znacznie poprawiając dokładność formowania i wykorzystanie materiału blach. W praktycznych zastosowaniach konieczne jest kompleksowe wybranie metody gięcia wstępnego i strategii kontroli parametrów w oparciu o strukturę przedmiotu obrabianego, właściwości materiału i możliwości sprzętu, aby osiągnąć wydajne i stabilne wyniki przetwarzania.
