73Q41.车厢边梁冷弯成型孔型设计-北科陈显

2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳401车厢边梁冷弯成型孔型设计陈显，刘靖，韩静涛（北京科技大学材料学院,北京100083）摘要：冷弯型钢以其众多优点得到了广泛的应用。本文通过对冷弯型钢生产工艺的分析，结合车厢边梁的结构特点，设计了合理的孔型系统，给出了辊花图，并介绍了辊式冷弯成型的孔型结构和孔型尺寸的确定方法。关键词：冷弯成型；孔型设计；边梁；槽钢ThePassDesignofColdRollFormingforGirderofTheCarriageCHENXian,LIUJing,HANJingtao(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,100083)Abstract：Coldrollformingisbroadlyappliedbecauseoflotsofmerits.ProductionprocessofColdrollformingbeinganalyzed,Thispaperdesignsrationalpasssystemaccordingtothestructurecharacteristicofgirder,givesoutthedeformingillustration,andintroducesthemethodsofconfirmingthepassstructureandthedimension.Keywords：coldrollforming;thepassdesign;girder;groovesteel1前言连续辊式冷弯成型是以金属薄板或带卷为原料，并通过多架装配了具有一定形状的成型辊的成型机对坯料逐步进行弯曲变形，从而得到要求截面的产品的一种塑性加工方法。其断面结构合理、品种规格繁多、几何尺寸精确，体现了现代社会对材料轻量化、合理化、功能化的使用要求，目前在建筑、交通、机械、家电等各行各业得到广泛应用。2结构及技术要求车厢边梁断面结构如图1所示，每根长18994mm。本产品材料为不锈钢SUS301L－HT，其力学性能如下：σs＝685～830MPa，σb＝930～1140MPa，δ＝20％。厂家技术要求：表面不允许有划伤，全长弯曲不大于10，全长高低方向挠度不大于10，全长扭曲不大于10，内卡样板检测间隙小余0.5。图1车厢边梁断面结构图2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳4023孔型设计3.1孔型系统该产品为典型槽钢，属对称型钢。在成型过程中，两侧受力相同，带刚不易产生翻转，故采用对称孔型，以型钢底面为轧制基准面，且使型钢对称线与轧制中心线重合。由于对腰宽尺寸的精度有要求，故采用固定圆弧半径和腰宽法对两个弯曲角进行同时弯曲。底线采用下山法。3.2坯料宽度的计算准确计算出坯料的宽度是保证型材断面尺寸精确和选取带卷的基本条件，并能消除由于料宽误差引起的一些缺陷（如裂纹、开裂等），还能减小断面各部分残余应力，改善型材的使用性能。通常使用的方法是将型材断面划分为直线段和圆弧段，然后沿中性线求出各段的长度，最后累加即为坯料的宽度。mmtr75.4419==查表得48.0=k中性层半径mmktrRz92.20=+=故mmRLz84.321802==απ坯料宽度：mmLLLB68.26122321=++=其中1L—腿部长度；2L－弯曲部分长度；3L－腰部长度。3.3变量确定将带坯冷弯成型为所需产品是一个逐渐进行的加工过程，在这个过程中每道次仅对带坯施加有限的弯曲变形。其中弯曲角为变量，弯曲角偏小则成型不稳定；弯曲角偏大则弯曲处金属流动受阻，尺寸精度差。一般前两架和后两架弯曲角稍小些，中间道次弯曲角稍大些，使成型稳定，易保证尺寸精度。将本产品的成型道次定为8道次，各道次弯曲角分别为8°、20°、32°、46°、60°、72°、84°、90°。3.4辊花图辊花图是描述辊式冷弯成型过程中带钢从平带坯变形为所需型材的变形行为的示意图。根据以上确定的变量，可绘制辊花图如下：图2辊花图2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳4034孔型配制轧辊有整体辊和组合辊两种。组合辊具有以下优点：易加工，且在热处理过程中不易开裂；重量轻，易于安装、调试和操作；当成型辊发生过度磨损和破坏时，只需更换发生缺陷的辊片，因而比整体辊更经济。由于组合辊有很多优点，所以目前大部分采用组合辊。孔型配制的合理与否直接影响孔型设计的成败。在成型初期应避免强迫咬入；在成型中期应避免带坯局部异常变形以及表面划伤；在成型后期，为了防止回弹，弯曲角的实际分配应考虑适度的过弯，以保证产品的尺寸精度。本套孔型共需8道次，再在前面加上一道水平导入辊，最后加上一道整型辊，共需10道次。为了防止钢带在成型过程中出现横向位移，前两道次采用闭式孔型，其余采用开式孔型。DHDBD1D3D4a1b1D2bb2aa1aDBDHbb1D1D2D4图3闭式孔图4开式孔4.1闭式孔型计算：以第二道次(图2)为例,弯曲角°=20α(1)成型下辊计算()mmtgSRLb12.120222=++=α°20圆弧对应的弧长mmRLz30.73.5720=×=边长直线段mmLLLA54.6721=−+=mmtgRAbz94.671cos22=+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=ααmmbbb256221=+=mmbtgDDH46.290211=+=α()mmSDD46.3025.1212=+=mmtgDD78.319605223=°××+=2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳404（2）成型上辊计算mmRtgLa7.118223=+=αmmba255111=−=mmtgaDDB60.2392124=−=α4.2开式孔型计算开式孔型示意图如图4。开式孔型的计算方法与闭式孔型相同。4.3各道次计算结果表1孔型计算结果架次第1架第2架第3架第4架第5架第6架第7架第8架α（°）820324660728490b(mm)115.22120.12125.2131.52138.56145.42153.421581b(mm)262.22256255.2231.52210.56189.42168.42158a(mm)114.66118.7123.4128.14133.94139.6146.21501a(mm)261.22255253.2230208188161150HD(mm)240.5241241.5242242.5243243.5244BD(mm)288.6289.2289.8290.4291291.6292.2292.81D(mm)261.16290.46322.74345.55367.21378.42386.223842D(mm)273.16302.46329355.90384.53395.74403.543964D(mm)268239.60208.69184.92162.72148.80151.54146.45结束语在进行孔型设计时，应充分考虑各种因素，制定合理的孔型系统，进行精确的孔型配制，并根据实际情况结合经验做出调整。只有孔型精确、合理，才能生产出合格的冷弯型钢产品，满足用户的要求。参考文献[1]王先进，涂厚道.冷弯型钢生产及应用[M].北京：冶金工业出版社，1994.2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳405[2]林时宪.国外冷弯型钢[M].北京：冶金工业出版社,1984.[3]赵艳红.冷弯型钢成型轧辊的设计方法.山西机械，2003（2）：30～32.[4]冯英强.C型钢的孔型设计方法.焊管，2003（2）：38～40.