Валковая штамповка - это процесс придания металлическим листам определенной формы с помощью механических средств. Обычно он применяется для производства круглых и конических деталей. Однако возможности технологии валковой формовки выходят далеко за их пределы - благодаря точной механической конструкции и оптимизации процесса она также может эффективно производить угловые металлические конструкции, такие как прямоугольные и квадратные компоненты.
Современное валковое оборудование интегрировано с системами венцов, интеллектуальным программным обеспечением и высокоточными контроллерами, что обеспечивает точность формовки на уровне миллиметров и даже микрометров и гарантирует стабильное и постоянное качество продукции.
Эта гибкая и многофункциональная система обработки листового металла стала одним из основных видов оборудования в современном производстве. От металлических корпусов бытовой техники до прецизионных компонентов для аэрокосмической промышленности - технология валковой штамповки широко используется в различных производственных сценариях благодаря своей эффективности, точности и высокой степени персонализации.
Несмотря на сложность и разнообразие технологий гибки листового металла, валковая штамповка (в данном контексте имеется в виду именно процесс прокатки листового металла) всегда подчиняется уникальной логике формования. В этой статье мы рассмотрим принципы и области применения технологии валковой штамповки.
Принцип работы вальцовочного станка
Технология валковой формовки использует специальные механические устройства и технологические процессы для постепенного изгибания металлических листов в заданные геометрические формы. К распространенным видам продукции относятся круглые (О-образные), желобчатые (U-образные) и угловые (угловатые) конструкционные детали. Основной принцип работы заключается в использовании относительного движения между роликами для приложения контролируемого изгибающего усилия к материалу с целью вызвать пластическую деформацию.
Традиционные листопрокатные станки обычно имеют верхний и нижний ролики в качестве основной конструкции. Верхний ролик отвечает за функцию зажима и позиционирования, фиксируя материал посредством давления и обеспечивая его стабильную транспортировку; нижний ролик используется в качестве активного привода для создания крутящего момента посредством вращательного движения, чтобы подтолкнуть материал к непрерывному изгибу вдоль поверхности ролика. С развитием технологий современные листопрокатные станки приобрели различные конфигурации с двумя, тремя и даже четырьмя роликами, а их механическая структура и логика движения также были оптимизированы для удовлетворения потребностей в различных толщинах материала, радиусах изгиба и эффективности производства.
В процессе формовки металлический лист должен пройти несколько циклов гибки между валками, пока не достигнет заданной формы. Для сложных деталей (таких как кромки) или особых требований к гибке обычно требуются вспомогательные процессы или специальное оборудование для дополнительной обработки. Следует отметить, что на точность размеров и стабильность формы конечного продукта влияет множество факторов, включая свойства материала (например, модуль упругости, предел текучести), толщину листа, зазор между роликами, распределение давления и т. д., которые необходимо динамически регулировать с помощью точных расчетов и мониторинга в режиме реального времени.
Эта технология стала основным методом обработки в таких областях, как автомобилестроение, производство стальных конструкций, судостроение и т.д., благодаря своей высокой эффективности, гибкости и экономическим преимуществам, и показала значительную экономическую выгоду при крупномасштабном производстве.
Система рулоногибочного станка
По способу привода валковые гибочные станки можно разделить на механические и гидравлические. Подробнее о классификации валковых гибочных станков по конструктивному исполнению (например, по количеству роликов) вы можете прочитать в нашей предыдущей специализированной статье.
Механическая трехвалковая гибочная машина
Механические трехвалковые вальцегибочные станки можно разделить на симметричные и асимметричные в зависимости от расположения роликов.
Симметричный дизайн:
Два параллельных ролика расположены в нижней части, а третий ролик расположен вертикально и по центру над ними. Нижние ролики обеспечивают основную движущую силу, вращаясь, что заставляет материал непрерывно изгибаться между роликами. Это подходит для формирования обычных цилиндрических или конических заготовок.Асимметричный дизайн:
Верхний ролик - главный приводной ролик, расположенный вертикально в центре. Под ним расположен параллельный ролик, а третий ролик смещен вбок. Боковой ролик играет ключевую роль на этапе предварительной гибки, позволяя точно согнуть края листа, что обычно требует вспомогательных устройств для достижения аналогичных результатов в симметричных конструкциях.
Гидравлическая машина для гибки рулонов
Верхний ролик гидравлических вальцегибочных станков выполнен в форме барабана и использует гидравлическую систему для вертикального подъема. Эта особенность значительно повышает приспособляемость машины к материалам различной толщины и обеспечивает прямолинейность краев материала. Гибкость гидравлического привода и регулировки делает его более выгодным для обработки сложных форм или высокоточных требований.
Оба типа вальцегибочных станков имеют свои преимущества в различных областях применения: механические вальцегибочные станки известны своей простой конструкцией и простотой обслуживания, что делает их пригодными для крупномасштабного стандартизированного производства; гидравлические вальцегибочные станки, отличающиеся высокой точностью управления и гибкостью, больше подходят для индивидуальной обработки или производств, требующих строгого качества поверхности.
Различия между холодной и горячей гибкой с точки зрения технологического процесса
В области гибки листового металла существуют различные процессы формовки. Однако, прежде чем выбрать конкретный план прокатки заготовки, необходимо провести различие между двумя основными типами процесса: горячей и холодной гибкой.
Процесс холодной гибки
Под холодной гибкой понимается процесс прямой гибки без предварительного нагрева материала. К основным преимуществам холодной гибки относятся высокая эффективность обработки (нет необходимости в циклах нагрева/охлаждения) и низкая стоимость (нет энергопотребления и потерь на окисление), что делает ее особенно подходящей для регулярной формовки тонких и средней толщины листов. Однако из-за ограниченной пластичности материала при комнатной температуре холодная гибка требует высокой жесткости оборудования и точности формовки, а также затрудняет обработку высокопрочных материалов или заготовок сложного сечения. Если вы планируете приобрести вальцегибочный станок, вам следует всесторонне оценить применимость процесса холодной гибки, исходя из размера партии изделий, свойств материала и требований к точности.
Процесс горячей гибки
Горячая гибка предполагает локальный нагрев заготовки выше температуры рекристаллизации, что значительно повышает пластичность материала, уменьшая сопротивление формовке и повышая точность размеров. К техническим преимуществам горячей гибки относятся:
Высокоточная штамповка: Горячая гибка позволяет добиться стабильной обработки заготовок сложной формы поперечного сечения и большого радиуса кривизны.
Широкая совместимость с материалами: Особенно подходит для материалов, которые трудно поддаются холодной гибке, таких как высокопрочная сталь, титановые сплавы и другие.
Потенциал экономии энергии: По сравнению с холодной гибкой, горячая гибка позволяет снизить требования к мощности приводных систем оборудования. Однако важно отметить, что горячая гибка требует точного контроля температуры нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения для предотвращения ухудшения характеристик материала или окисления поверхности.
Процесс теплой гибки (гибридный процесс)
Теплая гибка - это компромисс между холодной и горячей гибкой. Заготовка нагревается до среднетемпературного диапазона (обычно ниже температуры рекристаллизации), что снижает сопротивление формовке и минимизирует зону термического влияния. К преимуществам теплой гибки относятся:
Лучшая формуемость: Уменьшает обратную пружину и улучшает стабильность размеров.
Снижение внутреннего стресса: По сравнению с холодной гибкой остаточные внутренние напряжения в материале значительно снижаются.
Умеренная стоимость оборудования: Не требует полной высокотемпературной среды, что снижает требования к термостойкости оборудования. Однако при теплой гибке необходимо соблюдать баланс между потреблением энергии на нагрев и эффективностью формования, а также могут наблюдаться локальные различия в производительности из-за температурных градиентов.
Рекомендации по выбору
Холодная гибка: Подходит для тонких листов, серийного производства и заготовок с невысокими требованиями к точности.
Горячая гибка: Лучше всего подходит для материалов с высокой добавленной стоимостью, сложным поперечным сечением или труднообрабатываемых материалов.
Теплый изгиб: Идеально подходит для сценариев, требующих высокой точности размеров и характеристик материала.
Рекомендуется всесторонне оценить целесообразность процесса, исходя из конкретного материала заготовки, формы поперечного сечения, производственной партии и бюджета затрат, а также возможностей технической поддержки поставщика оборудования.
Анализ процесса предварительной гибки
При обработке металлических листов давление при изгибе прикладывается только к зоне контакта роликов, а это значит, что большая часть "эффективной длины" материала не подвергается деформации. Недеформированная часть называется "прямой кромкой". Наличие прямой кромки может вызвать следующие проблемы:
Усадка и деформация: Прямая кромка подвержена рикошету или короблению при последующей обработке, что влияет на точность заготовки.
Материальные отходы: Площадь прямой кромки не может быть эффективно использована, что приводит к увеличению отходов материала.
Предварительная гибка, как ключевой предварительный процесс, может значительно снизить риски усадки и деформации при последующей обработке за счет локальной пластической деформации прямой кромки. Основной принцип заключается в контроле величины предварительной деформации, создании переходной зоны между зоной гибки и зоной прямой кромки, что позволяет сбалансировать распределение напряжений.
Теоретические основы процесса предварительной гибки
Параметры предварительной гибки (такие как угол предварительной гибки и давление) должны быть точно рассчитаны в зависимости от типа гибки (симметричная/несимметричная) и толщины листа.
Симметричный изгиб: Длина прямой кромки обычно положительно коррелирует с толщиной листа, а величина предварительного изгиба определяется по формуле или эмпирическим путем.
Несимметричный изгиб: Из-за неравномерных сил область прямой кромки подвержена смещению, поэтому необходимо рассчитать параметры предварительной гибки, компенсируя боковые силы.
Методы реализации процесса предварительной гибки
В зависимости от технологических требований оператор может выбрать одно из следующих технических решений:
Пресс для гибки: Вертикальное давление прикладывается к области прямой кромки с помощью механического пресса для достижения локальной пластической деформации.
Шаблонная гибка рулонов: Для постепенного изгиба прямой кромки используются специальные пресс-формы в сочетании с роликами.
Сегментная гибка рулонов: Сегментированная роликовая конструкция используется для приложения давления по секциям для предварительного сгибания прямой кромки.
Буферный блок Гидравлическая гибка: Использование гидравлических буферных устройств для подачи контролируемого давления жидкости на прямую кромку, подходит для высокоточной обработки.
Ключевые точки контроля процесса предварительной гибки
В процессе прокатки необходимо обеспечить точное центрирование заготовки, чтобы избежать следующих проблем:
Скручивание: Несоответствие заготовки может привести к искажению поперечного сечения, что повлияет на точность сборки.
Размерное отклонение: Неравномерные боковые силы могут вызвать колебания радиуса изгиба.
Методы центрирования управления:
Центрирование боковых роликов: Динамическая регулировка положения заготовки с помощью боковых роликов.
Боковое рифление роликов: Обработка направляющих канавок на боковой поверхности ролика для ограничения бокового перемещения заготовки.
Наклонное центрирование: При использовании наклонных роликов сила тяжести помогает центрировать заготовку.
Процесс предварительной гибки оптимизирует распределение напряжений в области прямой кромки, значительно повышая точность формовки и использование материала металлических листов. В практических приложениях для достижения эффективных и стабильных результатов обработки необходимо комплексно выбирать метод предварительной гибки и стратегии управления параметрами в зависимости от структуры заготовки, свойств материала и возможностей оборудования.
