Вальцювання - це процес надання металевим листам певної форми за допомогою механічних засобів. Найпоширенішим застосуванням є виробництво круглих і конічних деталей. Однак потенціал технології вальцювання виходить далеко за ці рамки - завдяки точному механічному проектуванню та оптимізації процесу можна також ефективно виготовляти кутові металеві конструкції, такі як прямокутні та квадратні деталі.
Сучасне обладнання для формування валків тепер інтегроване з системами обтиску, інтелектуальним програмним забезпеченням і високоточними контролерами, що дозволяє досягти точності формування на міліметровому або навіть мікрометровому рівні та забезпечити стабільну і незмінну якість продукції.
Ця гнучка і багатофункціональна система обробки листового металу стала одним з основних елементів обладнання в сучасному виробництві. Від металевих корпусів побутових приладів до прецизійних компонентів для аерокосмічної галузі - технологія вальцювання широко використовується в різних виробничих сценаріях завдяки своїй ефективності, точності та високому ступеню кастомізації.
Незважаючи на складність і різноманітність методів згинання листового металу, вальцювання (в даному контексті мається на увазі процес вальцювання листового металу) завжди слідує унікальній логіці формоутворення. У цій статті мова піде про принципи та застосування технології вальцювання.
Принцип роботи вальцювальної машини
Технологія гнуття використовує спеціальні механічні пристрої та технологічні процеси для поступового згинання металевих листів у задані геометричні форми. Найпоширенішими продуктами є круглі (О-подібні), пазові (П-подібні) та кутові (кутові) конструкційні деталі. Його основний принцип роботи полягає у використанні відносного руху між роликами для застосування контрольованої сили вигину до матеріалу, що викликає пластичну деформацію.
Традиційні листопрокатні верстати, як правило, оснащені верхнім і нижнім роликами в якості основної конструкції. Верхній ролик відповідає за функцію затиску і позиціонування, фіксуючи матеріал за допомогою тиску і забезпечуючи його стабільне транспортування; нижній ролик використовується як активний привід для створення крутного моменту за допомогою обертального руху, щоб штовхати матеріал до безперервного згинання вздовж поверхні ролика. З розвитком технологій сучасні листопрокатні машини розробили різноманітні конфігурації з двома, трьома і навіть чотирма роликами, а їх механічна структура і логіка руху також були оптимізовані для задоволення потреб різної товщини матеріалу, радіусів вигину і ефективності виробництва.
Під час процесу формування металевий лист повинен пройти кілька циклів згинання між валками, поки він не досягне заданої форми. Для складних деталей (наприклад, крайок) або особливих вимог до згинання зазвичай потрібні допоміжні процеси або спеціальне обладнання для додаткової обробки. Слід зазначити, що на точність розмірів і стабільність форми кінцевого продукту впливають численні фактори, включаючи властивості матеріалу (наприклад, модуль пружності, межа текучості), товщину листа, зазор між роликами, розподіл тиску тощо, які необхідно динамічно регулювати за допомогою точних розрахунків і моніторингу в режимі реального часу.
Ця технологія стала основним методом обробки в автомобілебудуванні, виробництві сталевих конструкцій, суднобудуванні тощо завдяки своїй високій ефективності, гнучкості та економічним перевагам, а також продемонструвала значні економічні вигоди у великомасштабному виробництві.
Система рулонних згинальних верстатів
Вальцювальні верстати можна розділити на механічні та гідравлічні, виходячи з їхнього способу приводу. Детальніше про класифікацію вальцезгинальних верстатів за конструктивним виконанням (наприклад, за кількістю вальців) ви можете прочитати в нашій попередній спеціалізованій статті.
Механічний тривалковий рулонний згинальний верстат
Механічні тривалкові вальцювальні верстати можна розділити на симетричні та асиметричні типи залежно від розташування валків.
Симетричний дизайн:
Два паралельні вальці розташовані внизу, а третій вальці розміщений вертикально і по центру над ними. Нижні ролики забезпечують основну рушійну силу, обертаючись, що змушує матеріал безперервно згинатися між роликами. Це підходить для формування звичайних циліндричних або конічних заготовок.Асиметричний дизайн:
Верхній ролик - головний ведучий ролик, розташований вертикально в центрі. Під ним розміщений паралельний ролик, а третій ролик зміщений збоку збоку. Бічний ролик відіграє ключову роль на етапі попереднього згинання, забезпечуючи точне згинання країв листа, що зазвичай вимагає допоміжних пристроїв для досягнення аналогічних результатів у симетричних конструкціях.
Гідравлічний рулонний згинальний верстат
Верхній ролик гідравлічних вальцезгинальних верстатів виконаний у формі барабана і використовує гідравлічну систему для досягнення вертикального підйому. Ця особливість значно покращує пристосованість верстата до різної товщини матеріалу і забезпечує прямолінійність країв матеріалу. Гнучкість гідравлічного приводу і регулювання робить його більш вигідним для обробки складних форм або вимог до високої точності.
Обидва типи вальцезгинальних верстатів мають свої переваги в різних сферах застосування: механічні вальцезгинальні верстати відомі своєю простою конструкцією і легким обслуговуванням, що робить їх придатними для великомасштабного стандартизованого виробництва; гідравлічні вальцезгинальні верстати з високою точністю управління і гнучкістю більше підходять для обробки на замовлення або галузей, які вимагають жорстких вимог до якості поверхні.
Відмінності між холодним і гарячим згинанням з точки зору процесу
У галузі згинання листового металу існують різні процеси формування на вибір. Однак перед тим, як завершити розробку конкретного плану прокатки заготовки, важливо спочатку розрізнити два основних типи процесів: гаряче і холодне згинання.
Процес холодного згинання
Холодне згинання - це процес прямого згинання без необхідності попереднього нагрівання матеріалу. Основними перевагами холодного згинання є висока ефективність обробки (відсутність необхідності в циклах нагрівання/охолодження) і низька собівартість (відсутність споживання енергії і втрат на окислення), що робить його особливо придатним для регулярного формування тонких і середніх товстих листів. Однак через обмежену пластичність матеріалу при кімнатній температурі холодне згинання вимагає високої жорсткості обладнання і точності формування, а також ускладнює обробку високоміцних матеріалів або заготовок складного перерізу. Якщо ви плануєте придбати вальцювальний верстат, вам слід всебічно оцінити застосовність процесу холодного згинання, виходячи з розміру партії продукції, властивостей матеріалу і вимог до точності.
Процес гарячого згинання
Гаряче згинання передбачає локальне нагрівання заготовки вище температури рекристалізації, що значно підвищує пластичність матеріалу, зменшує опір формоутворенню та покращує точність розмірів. До технічних переваг гарячого згинання відносяться
Високоточне формування: Гаряче згинання дозволяє досягти стабільної обробки заготовок складних форм поперечного перерізу та великого радіусу кривизни.
Широка сумісність матеріалів: Особливо підходить для матеріалів, які важко піддаються холодному згинанню, таких як високоміцна сталь, титанові сплави та інші.
Потенціал енергозбереження: Порівняно з холодним згинанням, гаряче згинання може зменшити енергоспоживання систем приводу обладнання. Однак важливо зазначити, що гаряче згинання вимагає точного контролю температури нагріву, часу витримки та швидкості охолодження, щоб запобігти погіршенню характеристик матеріалу або окисленню поверхні.
Процес теплого згинання (гібридний процес)
Тепле згинання - це компроміс між холодним і гарячим згинанням. Заготовка нагрівається до середнього температурного діапазону (зазвичай нижче температури рекристалізації), що зменшує опір деформації та мінімізує зону термічного впливу. До переваг теплого згинання відносяться
Краща здатність до формування: Зменшує пружинення та покращує стабільність розмірів.
Зменшення внутрішнього стресу: У порівнянні з холодним згинанням, залишкові внутрішні напруження в матеріалі значно зменшуються.
Помірна вартість обладнання: Не вимагає повністю високотемпературного середовища, що знижує вимоги до термостійкості обладнання. Однак при теплому згинанні необхідно збалансувати споживання теплової енергії з ефективністю формоутворення, і можуть виникати локальні відмінності в продуктивності через температурні градієнти.
Рекомендації щодо відбору
Холодне згинання: Підходить для тонких пластин, серійного виробництва та заготовок з низькими вимогами до точності.
Гаряче гнуття: Найкраще підходить для матеріалів з високою доданою вартістю, складного поперечного перерізу або складних в обробці.
Теплий вигин: Ідеально підходить для сценаріїв, що вимагають високої точності розмірів і характеристик матеріалу.
Рекомендується всебічно оцінити доцільність процесу, виходячи з конкретного матеріалу заготовки, форми поперечного перерізу, виробничої партії та бюджету витрат, а також можливостей технічної підтримки постачальника обладнання.
Аналіз процесу попереднього згинання
При обробці металевих листів тиск згинання прикладається тільки до зони контакту роликів, а це означає, що більша частина "ефективної довжини" матеріалу не зазнає деформації. Недеформована частина називається "пряма кромка". Наявність прямої кромки може спричинити наступні проблеми:
Усадка і деформація: Пряма кромка схильна до відскоку або викривлення під час подальшої обробки, що впливає на точність заготовки.
Матеріальні відходи: Неможливо ефективно використовувати площу прямої кромки, що призводить до збільшення відходів матеріалу.
Попереднє згинання, як ключовий попередній процес, може значно знизити ризики усадки і деформації при подальшій обробці за рахунок локальної пластичної деформації прямої кромки заздалегідь. Основний принцип полягає в тому, щоб контролювати величину попередньої деформації, створюючи перехідну зону між зоною згину і зоною прямої кромки, тим самим врівноважуючи розподіл напружень.
Теоретичні основи процесу попереднього згинання
Параметри попереднього згинання (такі як кут попереднього згинання і тиск) повинні бути точно розраховані на основі типу згинання (симетричне/несиметричне) і товщини листа.
Симетричний вигин: Довжина прямої кромки зазвичай позитивно корелює з товщиною листа, а величина попереднього вигину визначається шляхом виведення формули або емпіричних значень.
Несиметричний вигин: Через нерівномірність зусиль пряма ділянка схильна до зміщення, і параметри попереднього згинання необхідно розраховувати, компенсуючи бічні зусилля.
Методи реалізації процесу попереднього згинання
Виходячи з вимог технологічного процесу, оператор може вибрати одне з наступних технічних рішень:
Пресове згинання: Вертикальний тиск прикладається до області прямого краю за допомогою механічного преса для досягнення локальної пластичної деформації.
Згинання рулонів за шаблоном: Спеціальні форми в поєднанні з роликами використовуються для виконання прогресивного згинання прямої кромки.
Згинання рулонів сегментів: Сегментована конструкція роликів використовується для прикладання тиску в секціях для попереднього згинання прямої кромки.
Гідравлічне згинання буферного блоку: Використання гідравлічних буферних пристроїв для створення контрольованого тиску рідини на пряму кромку, що підходить для високоточної обробки.
Ключові контрольні точки процесу попереднього згинання
Під час процесу прокатки необхідно забезпечити точне центрування заготовки, щоб уникнути наступних проблем:
Скручування: Неправильне вирівнювання заготовки може призвести до викривлення поперечного перерізу, що впливає на точність збірки.
Відхилення розмірів: Нерівномірні бічні сили можуть спричинити коливання радіуса вигину.
Методи контролю центрування:
Центрування бічних роликів: Динамічне регулювання положення заготовки за допомогою бічних роликів.
Бічні роликові канавки: Обробка напрямних канавок на бічній поверхні ролика для обмеження бічного переміщення заготовки.
Похиле центрування: За допомогою похилих роликів сила тяжіння допомагає відцентрувати заготовку.
Процес попереднього згинання оптимізує розподіл напружень у зоні прямої кромки, значно підвищуючи точність формоутворення та використання матеріалу металевих листів. У практичному застосуванні для досягнення ефективних і стабільних результатів обробки необхідно комплексно підбирати метод попереднього згинання і стратегії управління параметрами, виходячи зі структури заготовки, властивостей матеріалу і можливостей обладнання.
