Прокатка. Проектирование валков — это инженерная основа любого процесса. профилегибочная машина. Это определяет, как плоская металлическая полоса превращается в готовый профиль — сколько проходов необходимо, какие углы формируются на каждой станции, какую величину упругого восстановления необходимо компенсировать и как валковая оснастка устанавливается на валы прокатного стана.
Согласно Справочник по профилированию (Халмос, 2006) проектирование валков — это область, где “искусство и наука формовки валков встречаются”. Опытные проектировщики используют данные эмпирических исследований, накопленные за десятилетия, для прогнозирования потока материала, деформации кромок и окончательной точности размеров. Новички полагаются на программное обеспечение для автоматизированного проектирования — такое как COPRA® RF (data M Software) или PROFIL — которое значительно сократило цикл проектирования. Ассоциация производителей и переработчиков (FMA) Публикует технические ресурсы и учебные программы для проектировщиков профилегибочных машин.
Риски высоки. Неправильно спроектированный валковый комплект приводит к выходу профилей за пределы допустимых отклонений, чрезмерному количеству отходов, преждевременному износу валков и постоянным проблемам с настройкой. Хорошо спроектированный валковый комплект работает без сбоев годами с минимальной регулировкой.
В данном руководстве описан весь процесс проектирования валков — от анализа готового профиля до маркировки готовых валков для монтажа.
Перед проектированием валков необходимо понять, как материал перемещается в процессе профилирования.
A линия прокатки обычно включает в себя:
На каждом стане полоса изгибается постепенно. Последовательность формования — какие углы формируются в каком проходе — является ключевым моментом в проектировании валков.
Ключевой принцип — постепенная деформация. Каждый проход изгибает материал всего на несколько градусов. Чрезмерный изгиб за один проход приводит к растрескиванию кромок, чрезмерному упругому восстановлению и появлению царапин на поверхности.
Материальные характеристики напрямую влияют практически на все аспекты жизни. инструмент для профилирования дизайн.
Конструктор валков должен знать предел текучести, предел прочности и относительное удлинение материала. Эти свойства определяют:
Для высокопрочных сталей требуется больше проходов и больший радиус прокатки. Холоднодеформированные материалы — предварительно согнутые, растянутые или сжатые ниже температуры отжига — приобретают более высокие пределы текучести и прочности на растяжение в процессе формования. Некоторые нержавеющие стали и специальные сплавы могут демонстрировать упругое восстановление на 15–25 процентов при изгибе на 90 градусов вместо типичных 1–2 процентов.
Пружинный отскок — это эластичное восстановление Материала после выхода из зазора между валками. На него влияют следующие факторы:
При проектировании валка конструктор должен указать угол изгиба, немного больший, чем требуемый конечный угол. После выхода из валка материал возвращается к заданному углу упругости.
Существует несколько методов, позволяющих компенсировать пружинящий эффект:
Сайт пружинение при профилировании В руководстве эта тема рассматривается более подробно с использованием практических методов компенсации.
Расширение (фланец) — это изменение поперечного сечения изделия, полученного методом прокатки, на срезе. В отличие от упругого восстановления, которое влияет на углы, расширение изменяет ширину готового изделия.
В непрерывной полосе внутренние напряжения уравновешиваются. Когда изделие разрезается на отрезки нужной длины, эти напряжения становятся несбалансированными, в результате чего сечение расширяется наружу или внутрь на обоих концах.
Факторы, усиливающие вспышку:
Методы уменьшения или устранения обострения:
Допуски на поступающий материал влияют на конструкцию валков несколькими способами.
Толщина: Зазор между валками устанавливается на уровне максимальной толщины материала. Если фактическая толщина изменяется, зазор меняется, и точность размеров снижается. Для прецизионных изделий необходимо строго контролировать колебания толщины материала.
Ширина: Для строительных изделий, таких как кровельные панели, Стандартный допуск прокатного стана составляет приблизительно ±3/16 дюйма (4,75 мм), что обычно допустимо. Однако рекомендуется дополнительный “биение” — от 0,5 до 1 дюйма (от 12 до 25 мм) дополнительной ширины полосы — для учета сварных швов на концах рулона и отклонений в положении.
Прямолинейность и плоскостность: Входящая полоса должна быть плоской и прямой. Если присутствует изгиб (боковой прогиб) или изгиб (восходящая или нисходящая кривая), он будет усиливаться в процессе формования. роликовая правильная машина Эти проблемы, возникающие до прокатного стана, могут быть устранены еще до того, как они достигнут валков.
Поверхность: Горячекатаная, горячекатаная травленая и промасленная (HRPO) и холоднокатаная сталь устойчивы к царапинам на поверхности. Предварительно окрашенные, оцинкованные и покрытые алюминиево-цинковым покрытием материалы требуют бережного обращения. Направляющие, боковые прокатные станы, правильные станы и отрезные матрицы должны быть изготовлены из соответствующих материалов, чтобы избежать появления царапин на поверхности.
Программа для проектирования профилегибочных валов не работает с чистым листом. Геометрия прокатного стана накладывает жесткие ограничения.
Диаметр вала устанавливается производителем прокатного стана на основе максимальной толщины материала, прочности и ширины. Чрезмерный прогиб вала изменяет зазор между валками в центре вала, что приводит к выходу поперечного сечения за пределы допустимых параметров.
Для толстых материалов и высокопрочных сталей обязательным условием является использование валов большего диаметра с опорой на подшипники с обоих концов. вал для валкоформовщика В справочнике рассматриваются марки материалов — как правило, сталь 40Cr или 45 — и спецификации термообработки.
Если проектировщик валков считает, что диаметр вала прокатного стана недостаточен для предполагаемого продукта, об этом необходимо сообщить до начала проектирования валков. Временные решения — использование валков или хомутов для поддержки валов меньшего диаметра — являются плохой заменой надлежащего проектирования.
Расстояние между осевыми линиями верхнего и нижнего валов определяет максимальную глубину стенки, которую можно сформировать. Более широкие центры позволяют получить более глубокие сечения, но увеличивают прогиб валов. Более узкие центры обеспечивают жесткость, но ограничивают глубину сечения.
В двухвальных и двухвальных прокатных станах с проходным валом горизонтальное межосевое расстояние часто можно регулировать для обеспечения различной ширины профиля. Эта гибкость является ключевым преимуществом. Станки для профилирования С- и Z-образных прогонов.
Линия прохода — это воображаемая горизонтальная плоскость, на которой скорость движения верхней и нижней валков по поверхности полосы одинакова. На этой высоте полоса течет симметрично, не испытывая подъема или спуска.
Если высота линии прокатки задана прокатным станом заранее, конструктор валков должен, исходя из этой фиксированной точки, определить диаметры шага валков на каждом стане.
Количество формовочных проходов — одно из наиболее важных решений в проектировании формовочных валов.
Общее правило: для формирования каждого изгиба требуется от 3 до 5 проходов, чтобы добиться постепенного образования без чрезмерного напряжения. Для сложных профилей с множеством изгибов может потребоваться 20 и более проходов.
Факторы, увеличивающие необходимое количество проходных баллов:
Для дорожное ограждение При производстве толстой высокопрочной стали необходимо больше проходов, чтобы избежать растрескивания кромок и чрезмерного пружинения.
Скорость вращения валков на приводной поверхности определяет скорость полосы. Если верхний и нижний валы имеют разные периферийные скорости, полоса будет либо тянуться, либо толкаться, создавая натяжение или провисание между проходами.
Как правило, диаметр рулонов незначительно увеличивается от первого прохода к последнему. Это постепенное увеличение обеспечивает постоянное натяжение полосы по всей линии и предотвращает образование петель или деформацию между валками.
Размеры шпонок различаются от прокатного стана к прокатному стану и от валкового комплекта к валковому комплекту из-за отсутствия отраслевой стандартизации. Размер шпонки зависит от передаваемого крутящего момента, в то время как диаметры валов рассчитаны на прогиб.
Конструктор валков должен убедиться, что размеры шпоночных пазов в валках соответствуют размерам шпоночных седел прокатного стана. Несоответствие приводит к проскальзыванию, преждевременному износу или катастрофическому разрушению.
Схема расположения материала в раме представляет собой схематическое изображение в боковом ракурсе, показывающее предполагаемый поток материала на каждом этапе обработки. Она отображает последовательность изгиба, величину углов формования на каждом этапе и потенциальные точки концентрации напряжений.
Процесс начинается с разбиения готового поперечного сечения на прямые и криволинейные элементы. Каждый элемент измеряется от осевой линии (вертикальной направляющей плоскости).
Для каждого изогнутого элемента рассчитайте длину дуги, используя внутренний радиус и угол изгиба. Сложите длины прямых элементов. Это даст общую длину заготовки — ширину полосы, необходимую для формирования профиля.
Затем, отталкиваясь от готовой формы, распределите общее количество углов изгиба по доступным проходам. Типичный подход предполагает постепенное распределение углов: меньший угол первого прохода (около 15 градусов, в зависимости от толщины) для обеспечения плавного ввода полосы и меньший угол последнего прохода (около 5-8 градусов) для бережного закрытия.
Избегайте резких “скачков”.” в формирующем угле между проходами. Большие скачки создают чрезмерное напряжение на кромке и увеличивают риск растрескивания.
Беспрепятственный вход имеет решающее значение. Передний край ленты должен войти в первый проход без посторонней помощи. Небольшой начальный угол изгиба обеспечивает самоподавание.
Медленное начало, медленный финал. При первом и последнем проходах следует применять меньшие приращения изгиба. Более быстрая формовка в промежуточных проходах допустима, если деформация кромки остается ниже предела прочности материала.
При необходимости закрепите края. Для обеспечения жестких допусков конструктор валков может предусмотреть наличие краевых ловушек — небольших канавок в валках, которые захватывают края полосы и предотвращают их расхождение.
Рассмотрим вид сверху. На схеме, показанной сверху, изображен боковой поток материала. Асимметричные участки могут скручиваться или смещаться вбок. Боковые валки, расположенные между основными проходами, направляют материал и предотвращают его разлет.
Простой С-образный канал: Базовый С-образный канал может быть сформирован несколькими способами:
Каждый подход приводит к различному распределению напряжений. Опытные конструкторы выбирают последовательность, которая минимизирует деформацию кромок с учетом конкретных требований к материалу и допускам.
Асимметричные сечения Требуется более тщательное руководство. профилегибочная машина для стоек Для изготовления асимметричных профилей используются дополнительные боковые ролики и направляющие для удержания полосы по центру на протяжении всего процесса формования.
Ребристые панели При четном числе ребер, симметричных относительно центральной линии, линия прохода остается ровной на протяжении всего процесса формирования. При нечетном числе ребер центральное ребро формируется первым, а центральная горизонтальная плоская часть поднимается до полной высоты ребра в процессе формирования.
Выбор материала валков влияет на стоимость, износостойкость, качество поверхности и характеристики формования.
| Материал | Характеристики | Приложения |
|---|---|---|
| Углеродистая сталь AISI 1045 | Хорошая обрабатываемость, умеренная износостойкость. | Профили с малым объемом некритичных операций |
| инструментальная сталь AISI D2 | Высокая износостойкость, хорошее сохранение твердости. | Высокосерийное производство, абразивные материалы |
| инструментальная сталь AISI O1 | Хорошая стабильность размеров в процессе закалки | Прецизионный инструмент |
| Твердосплавные вставки | Исключительная твердость и износостойкость | Высокоскоростные линии, материалы с покрытием |
Сайт Справочник по профилированию Рекомендуется выбирать материал валков, исходя из объема производства, твердости материала, требований к поверхности и бюджета. Твердосплавные валки имеют гораздо более высокую первоначальную стоимость, но служат в 10-20 раз дольше, чем стальные валки, при больших объемах производства.
Твердость поверхности валков обычно указывается в единицах Роквелла C (HRC). Типичные технические характеристики:
Для станки для профилирования кабельных лотков При высокоскоростной обработке оцинкованной полосы рулоны с твердостью 55–60 HRC обеспечивают наилучшее соотношение затрат и износа.
Правильная термообработка позволяет достичь желаемой твердости при минимизации деформаций. Закалка и отпуск являются стандартным процессом для валков из инструментальной стали. Конструктор валков должен указать требования к термообработке, а поставщик валков должен проверить твердость после обработки.
Изношенные валки можно повторно закалить, но каждый цикл уменьшает толщину стенки валка. В конечном итоге валок необходимо заменить.
Радиус, применяемый к кромкам валков — в месте перехода поверхности валка к внутренней или боковой поверхности — влияет на качество продукции, маркировку и срок службы инструмента.
Выпуклые рулоны (радиус, обработанный на кромке валка) отталкивает материал во время формовки. Если это движение не компенсируется должным образом, получается более острый угол, чем предполагалось.
Вогнутые валки (кромка прокатного стана, обработанная до касательной точки) втягивает материал внутрь во время формовки. Они обеспечивают более точный угол, но требуют более тщательной центровки вдоль фрезерного стана.
Захваты представляют собой небольшие канавки или желобки, вырезанные на поверхности валка для захвата краев полосы и удержания их в нужном положении. Края захватов могут быть очень острыми и легко повреждаются. Для снижения риска повреждения рекомендуется использовать небольшой радиус (от 0,020 до 0,060 дюйма / от 0,5 до 1,5 мм) на краях захватов.
Когда изделие должно иметь острый внутренний радиус, конструктор валков может указать в качестве варианта направляющие валки — валы с канавкой, которая предварительно формирует линию изгиба. Малый радиус в вершине направляющей канавки предотвращает концентрацию напряжений и образование трещин.
Современное программное обеспечение для проектирования валков превратило этот процесс из искусства, зависящего от индивидуального опыта, в более систематическую инженерную дисциплину.
Большинство программных пакетов работают по схожему принципу:
Независимо от сложности программного обеспечения, опыт дизайнера остается крайне важным. К решениям, требующим человеческого суждения, относятся:
Сайт Справочник по профилированию отмечает, что моделирование методом конечных элементов (МКЭ) могут моделировать процесс формовки валков с удивительной точностью в контролируемых условиях. Однако для таких симуляций требуются мощные компьютеры и длительное процессорное время, недоступные большинству проектировщиков валков. Результаты исследований постепенно внедряются в коммерческое программное обеспечение, но человеческий фактор остается незаменимым.
Типичный комплект для профилирования содержит от 40 до 500 валков и распорок. Без четкой системы идентификации установка и переналадка становятся хаотичными.
Наиболее распространенная система маркировки присваивает каждому рулону код, состоящий из трех групп:
Группа 1 — Местоположение:
Пример: 3Т4 = 3-й проход, верхний вал, 4-й вальец со стороны привода
Группа 2 — Работа и поставщик:
Группа 3 — Материал:
Для боковых роликов используется другой код расположения: “IN” для стороны привода (упор вала) и “OUT” для стороны оператора.
Правильно составленная схема установки подобна карте для монтажа рулонов. Она определяет местоположение, разметку, длину и контур каждого рулона и прокладки на каждом проходе.
Высококачественные схемы настройки также показывают, какие линии сгиба формируются на каждом проходе. Эта информация позволяет оператору определить и скорректировать правильный проход при устранении пружинения, вместо того чтобы совершать распространенную ошибку, “сжимая” последний проход для исправления всех проблем.
Для быстросменные профилировочные станки При работе с кассетным оборудованием таблицы настроек имеют особенно важное значение. Когда замена всего плота происходит за считанные минуты, оператор не может позволить себе гадать о положении крена.
На основе полевого опыта и Справочник по профилированию, Это наиболее часто встречающиеся ошибки в проектировании валков, задокументированные в Прокатка металла (Википедия) и отраслевые публикации:
Попытка формирования сложных профилей за меньшее количество проходов, чем может выдержать материал, приводит к растрескиванию кромок, чрезмерному упругому восстановлению и появлению царапин на поверхности. Для неизвестных материалов или новых профилей всегда лучше использовать больше проходов.
Проектирование валков на основе номинальных свойств материала — без учета колебаний толщины, твердости или состояния поверхности — приводит к непостоянным результатам в производстве. Необходимо закладывать соответствующие допуски в конструкцию валков.
Асимметричные профили создают боковые силы, которые смещают полосу вбок во время формовки. Боковые вальцы между основными проходами необходимы для таких профилей. Экономия на направляющих приводит к расширению, искривлению и смещению кромок.
Слишком острые кромки зажима могут скалываться и трескаться в процессе производства. Примените небольшой радиус ко всем кромкам зажима. Убедитесь, что глубина зажима достаточна для захвата ленты без чрезмерного усилия.
Внешние волокна полосы растягиваются в процессе формования. Если это растяжение превышает предел равномерного удлинения материала, происходит растрескивание кромок. Всегда рассчитывайте деформацию кромок на каждом проходе, особенно для высокопрочных материалов.
Для станки для изготовления солнечных опорных профилей Благодаря созданию профилей с малыми радиусами изгиба и расчетам деформаций по кромкам, удается предотвратить дорогостоящие отказы в полевых условиях.
Моделирование напряжений при формовании становится стандартом в проектировании валков для промышленного применения. Теперь программное обеспечение может прогнозировать... концентрация стресса На каждом проходе, выявляя потенциальные трещины или деформации до начала обработки каждого отдельного валка. ASTM International Стандарты по обработке металлов предоставляют эталонные методы для оценки напряжений, возникающих при формовке, и поведения материала.
Например, система COPREDIA от data M Software рассчитывает и графически отображает напряжения формования на каждом проходе. Конструкторы используют эти данные для перераспределения углов изгиба, добавления проходов или изменения радиусов перед окончательным формированием комплекта валков.
Прямая связь между программным обеспечением для проектирования валков и обрабатывающими центрами с ЧПУ снижает количество ошибок при переносе данных и ускоряет доставку. Конструктор выводит программу для ЧПУ непосредственно из системы САПР. Оператор загружает программу и начинает резку — никаких промежуточных чертежей, никакого ручного ввода данных.
Вместо того чтобы проектировать каждый комплект валков с нуля, ведущие производители используют параметризованные шаблоны. Например, шаблон профиля велорейсинговой трубы хранит стандартную схему расположения валков, материалы валков и допуски. Конструктор корректирует несколько ключевых параметров — высоту полотна, ширину фланца, длину кромки — и программное обеспечение генерирует полный комплект валков.
Такой подход значительно сокращает время проектирования и стандартизирует качество во всех семействах продуктов.
Схема изгиба — это схематическое изображение в виде сбоку, показывающее, как полоса изгибается на каждом этапе формовки. Она разбивает готовый профиль на прямые и изогнутые элементы, рассчитывает длины дуг и углы изгиба, а также распределяет эти углы по доступным этапам формовки. Это важнейший инструмент планирования в проектировании валков.
Для простых профилей обычно требуется от 6 до 10 проходов. Для сложных профилей с множеством изгибов может потребоваться 20 и более проходов. Практическое правило: для каждого изгиба требуется от 3 до 5 проходов. Точное количество зависит от свойств материала, соотношения радиуса и толщины и требований к допускам.
Растрескивание кромок происходит, когда деформация внешнего волокна превышает равномерное удлинение материала. Это случается, когда используется слишком мало проходов, когда радиусы изгиба слишком острые или когда высокопрочные материалы формуются с недостаточными углами формования. Правильная конструкция валка, включающая достаточное количество проходов и соответствующие радиусы, предотвращает растрескивание кромок.
Пружинное восстановление компенсируется перегибом — заданием угла изгиба, немного большего, чем требуемый угол, чтобы упругое восстановление вернуло материал в правильное положение. Методы включают прямой перегиб, ложные изгибы (обратный изгиб для создания противоположных напряжений) и переменную высоту линии подачи для приложения контролируемого натяжения во время формования.
Выбор материала для валков зависит от объема производства, твердости материала, требований к поверхности и бюджета. Инструментальная сталь AISI D2 (55–60 HRC) является наиболее распространенным выбором для общего производства. Твердосплавные пластины предпочтительны для высокоскоростных линий или материалов с абразивным покрытием, несмотря на более высокую первоначальную стоимость.
Выпуклые валы имеют радиус, выточенный на кромке, который отталкивает материал во время формовки. Вогнутые валы обрабатываются до точки касания, втягивая материал внутрь. Вогнутые кромки обеспечивают более точные углы, но требуют более точной центровки прокатного стана.
Срок службы валков зависит от твердости материала, объема производства, скорости формования и абразивности полосы. Стальные валки в обычном производстве обычно служат от 2 до 5 лет. Твердосплавные валки могут служить в 10-20 раз дольше. Изношенные валки приводят к образованию профилей, выходящих за пределы допустимых отклонений, поэтому их следует регулярно осматривать и при необходимости повторно закалять или заменять.
Схема настройки — это инструкция, в которой указаны расположение, маркировка, длина и контур каждого валка и прокладки в комплекте. Хорошие схемы настройки также указывают, какие линии сгиба формируются на каждом проходе, помогая операторам определить правильную точку регулировки при точной настройке профиля.
Проектирование валков — это инженерная дисциплина, которая преобразует плоскую полосу в прецизионный профиль. Она требует понимания поведения материала, геометрии прокатного стана, механики формования и практических производственных ограничений.
Конструктор валков должен проанализировать готовое поперечное сечение, выбрать необходимое количество проходов, рассчитать размеры заготовки и углы формовки, указать материалы валков и термообработку, составить схемы расположения валков и подготовить графики настройки — и все это до того, как будет разрезан хотя бы один кусок стали.
Правильный подход означает бесперебойное производство, стабильное качество и минимальное время простоя. Неправильный подход приводит к постоянным корректировкам, чрезмерному браку и недовольству операторов.
В компании Believe Industry Company наша инженерная команда с 2005 года разработала тысячи комплектов валов для самых разных применений. кабельные лотки и каналы для крепления солнечных батарей на структурные прогоны и дорожные ограждения. Независимо от того, требуется ли вам стандартная оснастка или полностью индивидуальная конструкция валков для нового профиля, наши инженеры работают по чертежам вашего изделия, обеспечивая поставку готовых к производству валков.
Свяжитесь с нами сегодня для консультации по проектированию валков и получения расценок на оснастку — наши инженеры ответят в течение 24 часов.
Введение. Доставка профилировочного станка в ЕС без...
Читать далее
Введение. Станок для профилирования фальцевых кровельных панелей...
Читать далее
Покупка станка для профилирования Z-образных прогонов обойдется в шестизначную сумму...
Читать далее
Приобретение станка для формовки шарообразных профилей на заказ — это серьезное решение...
Читать далее
English English 
Español
Русский
العربية
Português
Türkçe
Deutsch
Français
Ελληνικά
ไทย
