輥切工藝研究

鑄造技術(shù)Vol 32 No 4FOUNDRY TECHNOLOGYApr.2011輥切工藝研究紀安平(北方激光科技集團設計研究所,江蘇揚州225009)摘要:研究了冷彎成型工藝中一種新工藝一輥切技術(shù),通過(guò)對其成型過(guò)程的分析,指出了輥切軋輥設計的關(guān)鍵參數及其影響因素,并提出了合理化設計的方式方法。在理論和數值分析的基礎上,應用分析結論設計了實(shí)驗過(guò)程中軋輥的參數,通過(guò)實(shí)驗,得到輥切過(guò)程中札輥設計的關(guān)鍵參數處理方法,對實(shí)際生產(chǎn)有重要的指導意義關(guān)鍵詞:輥切;有限元;冷彎成型中圖分類(lèi)號:TG33文獻標識碼:A文章編號:1000-8365(2011)040546-04Research of Cutting by Rollforming ProcessJI An-ping( Northern Laser Technology Group, Yangzhou 225009, China)Abstract: This paper proposed a new molding method how to produce the overlap in cutting rolls byrollforming process, and studied the intermittent cyclical steel cutting with roll. At the same timethe paper proposed the design of experiments according to our theoretical analysis. The experimentsdemonstrate how to design the key point of the process is rationalKey words: overlap in cutting rolls; Finite element; Rollforming冷彎成型是一種節材、節能、高效、先進(jìn)適用的金屬成型工藝。冷彎成型中帶材的間斷性在線(xiàn)切縫是冷彎成型中一種新工藝,這種新工藝增加了冷彎成型產(chǎn)品種類(lèi)。但由于輥切工序中的軋輥設計比較復雜,設計參數影響因素多,對這種技術(shù)應用于工程實(shí)際帶來(lái)定不便本文從工程實(shí)際出發(fā),研究輥切工序中軋輥設計的主要參數,為輥切技術(shù)應用于冷彎成型工藝中做實(shí)圖1輥切原理圖用技術(shù)探討。Fig 1 Cutting by rollforming冷彎成型中輥切原理片的橫向間隙(M)。軋輥在線(xiàn)切縫T藝,其關(guān)鍵過(guò)程是帶鋼在通過(guò)輥帶材的在線(xiàn)間斷性切縫工作過(guò)程分析如下:要滿(mǎn)足縫的過(guò)程中發(fā)生了剪切變形。其過(guò)程還包含了彈性變目日的在軋輥的輥刃設計必須為間歇性設計。但是在設形、塑性變形、帶材開(kāi)裂裂紋擴張、材料斷裂。在彈性計開(kāi)口與輥切刃部分如何過(guò)渡才能使得型材成型質(zhì)量變形階段,上下軋輥輥刃擠壓帶鋼,使帶鋼產(chǎn)生彈性變高表面光潔度、平整度好,是軋輥設計的又一關(guān)鍵因素形,達到屈服極限后金屬內部發(fā)生塑性變形,得到光亮工作過(guò)程如圖2,若為尖點(diǎn)過(guò)渡,A點(diǎn)與板材接觸的切斷面;剪切繼續進(jìn)行,在輥刃口處產(chǎn)生應力集中并到將板材頂起直到上輥配合的過(guò)程中,A點(diǎn)的軌跡為誘發(fā)微小裂紋產(chǎn)生,上下裂紋迅速擴展、重合、帶鋼斷圓弧,其運動(dòng)過(guò)程直到C點(diǎn)才會(huì )脫離與帶材的接觸,開(kāi)、剪切過(guò)程完成(。其過(guò)程示意如圖1所示這個(gè)過(guò)程中,上輥與下輥對板材形成的壓力使得板材計輥切軋輥的過(guò)程中關(guān)鍵參數有:輥徑(D),與凹輥部分的輪廓A點(diǎn)所代表的線(xiàn)輪廓形成的尖角咬人角(a)、切分輥中的配合輥片重疊量(△)及配合輥會(huì )與板接觸并受力,這將會(huì )產(chǎn)生輥傷。中國煤化工計中主要參數包含收稿日期:2011-01-29;修訂日期:2011-02-22作者簡(jiǎn)介:紀安平(1983),四川南充人,助理工程師,碩士研究生,主D,aCNMHG寬度決定的,而咬入要研究方向:冷彎成型 CAD/CAF/CAM技術(shù)角(α)可以由輥徑(D)與配合輥片重疊量(△)計算得Emailjapmail721163.com知。所以,輥切工序中影響產(chǎn)品成型質(zhì)量關(guān)鍵參數主《鑄造技術(shù)》4/2011紀安平:輥切工藝研究547本文所做設計的板厚材料都已定,材料屈服強度為235MPa,板材厚度為0.9mm,屬于薄板材,據圖3所示關(guān)系,參考剪切側向間隙經(jīng)驗公式M=(0.03~下輥轉動(dòng)過(guò)程中0.05)h,其中h為板厚,計算可得M=(0.027~材所處不同的位置0.045)mm。利用前面所講到的剪切間隙影響的是剪切力和斷面形狀,因此,這里取輥切側向間隙值為0。雖然增大了剪切力和對加工精度的要求,但是能獲得較好的斷面形狀。圖2間斷性輥切2.2輥片重疊量(△)Fig. 2 Intermittent cyclical steel cutting with roll軋輥配合切縫輥片重疊量(△)目前并未有成熟的要有配合輥片重疊量(△)配合輥片的橫向間隙(M)理論與研究,本文也將通過(guò)用實(shí)驗的方法來(lái)研究其存及輥刃與開(kāi)口部分的過(guò)渡設計。在的規律,將針對小型的板厚取重疊量△=0.6、0.9本文實(shí)驗選用的材料是0.9mm厚的鍍鋅板(SC1.5mm,分別做數值分析和實(shí)驗研究。CC),該材料是常用的冷彎型鋼材料,具有研究的普遍性。2.3輥刃與開(kāi)口部分的過(guò)渡設計2.1配合輥片的橫向間隙(M)輥刃和開(kāi)口部分過(guò)渡部分,在軋輥運轉過(guò)程中是軋輥配合輥片橫向間隙(M)可以參考對于圓盤(pán)剪與帶材受力漸進(jìn)的一個(gè)過(guò)程,若其間采用曲線(xiàn)的方式剪刃間隙的設計,對于不同的剪刃間隙,剪切力剪刃行過(guò)渡,有利于表面成型質(zhì)量,但怎樣過(guò)渡,尚需探討程曲線(xiàn)基本相同。不同間隙所需要的剪切力是不同的。前已分析,尖點(diǎn)過(guò)渡將會(huì )產(chǎn)生輥傷現象。本文將采用同時(shí),當間隙在小范圍變化時(shí),剪切力變化不大。這說(shuō)圓弧、拋物線(xiàn)、余弦曲線(xiàn)、漸開(kāi)線(xiàn)來(lái)做實(shí)驗探討。圓弧明在一定的間隙變化范圍內間隙對剪切力的影響小于曲線(xiàn)設計是以輥徑最小輥片的最高點(diǎn)為基準做直線(xiàn)與其他因素。間隙增大時(shí),大大增加了塑性變形區域,不軋輥外輪廓曲線(xiàn)在切分節點(diǎn)附近有交點(diǎn),以二者的中利于剪切的進(jìn)行,使所需的剪切力增加。但同時(shí)也使變間點(diǎn)為坐標中點(diǎn),以該直線(xiàn)為X軸,垂直方向為Y方形區拉應力成分增加,更有利于裂紋的擴展,剪切力反向做圓方程。共取3點(diǎn)確定曲線(xiàn)方程,分別是X軸與而可能下降。這兩方面的綜合作用使剪刃間隙在一定軋輥輪廓曲線(xiàn)的兩個(gè)交點(diǎn)與點(diǎn)(0,0.7),可以確定圓方范圍內對剪切力的影響不大。增大剪刃間隙后在鋼板程為的剪切斷面形成“毛刺(bur)”和“塌角( draw-in)”,可見(jiàn)x2+y2=68.9剪刃間隙的變動(dòng)影響更多的是剪切質(zhì)量以同樣的方法做拋物線(xiàn)、余弦曲線(xiàn)、漸開(kāi)線(xiàn)方程以有限元分析的方法對板材剪切加工中的間隙值分別為:進(jìn)行了優(yōu)化,認為當產(chǎn)生裂紋的起始點(diǎn)的最大剪應力方向與刃口連線(xiàn)方向(裂紋擴展方向)一致時(shí),得到的y=-3x+1(2)間隙為上下剪刃最佳間隙2。瑞典SSAB公司用實(shí)驗y=0.7cos(0.53x)(3)的研究方法對剪切間隙做了一些很有價(jià)值的研究,認r=cos0+sin)(4)為其主要影響因素是板厚和材料的屈服強度。其得到的實(shí)驗數據圖如圖3所示。設計結構如圖43輥切道次重疊量數值分析3.1分析模型建立及簡(jiǎn)化本文采用 ANSYS/ LS-DYNA模塊建立了輥切工藝過(guò)程的有限元模型,動(dòng)態(tài)模擬了帶材的輥切過(guò)程該過(guò)程涉及塑性、接觸及斷裂等多重非線(xiàn)性問(wèn)題。分析中采用了 Cockroft8. Lathem準則,它是基于應力應變3004005006007008(0中國煤化工計算過(guò)程選取軸邊屈服強度/MPH圖3剪切間隙與材料的屈服強度及板厚的關(guān)系CNMHG計+算軋輥整周長(cháng)的ig.3 Relationship between Shear clearance and strength帶材,極大地增加了計算運算量,本文數值計算重點(diǎn)在輥切,所以將其簡(jiǎn)化為輥切過(guò)程。輥切道次軋輥采用Vol, 32 No 4FOUNDRY TECHNOLOGYAp.2011的材料是45Cr,其他道次采用的是軸承鋼,而帶材采與利用有限元軟件計算結果接近,誤差在8%用的是0.9mm鍍鋅板(SCCC),設置軋輥均為剛體,以?xún)葞Р臑樽冃误w4實(shí)驗結果分析3.2計算結果及分析整個(gè)實(shí)驗設計輥片共73個(gè),加工模具73個(gè)。實(shí)仿真結果如圖5所示,在斷裂仿真中,采用了單元驗材料采用61.5mm寬,0.9mm厚的鍍鋅板(SC-刪除法,根據 Cockroft(& Lathem斷裂準則,將那些達CC)帶材。加工出實(shí)驗模具裝配在機組上如圖7到斷裂臨界值的單元刪除,取其相鄰單元的邊作為新所示。的邊界。圖4輥切后Mses應力圖Fig 4 Relationship between Shear clearance and strength圖6輥切道次實(shí)驗and thicknessFig 6 Experiments of cutting by rollforming不同重疊量的輥切過(guò)程所對應的最大輥切應力也4,1輥片重疊量(△)實(shí)驗數據分析不同,其結果如圖6所示。圖6說(shuō)明,在一定范圍內隨著(zhù)重疊量的增加輥切力減小。經(jīng)過(guò)試驗,三種不同的重疊量切分斷面形狀按重疊量為1.5、0.9、0.6mm排列放在一起,當重疊量逐次遞減的時(shí)候,整個(gè)切分斷面中光亮帶變化小,但是連276續、平直性越來(lái)越好,毛刺也越來(lái)越小。實(shí)驗結果說(shuō)明,輥式切分的重疊量減小,斷面的形狀變好。將有限元分析結果與實(shí)驗數據與重疊量結合分析,結果如圖8。245.60.6091.6280.2軋混重疊量/mm圖5輥切力與重疊量關(guān)系圖Fig 5 Relationship bet ween stress and overlap3.3經(jīng)驗公式計算及分析器重疊量不同要求的剪切力也不一樣,輥式剪切力計算可以利用“諾沙里”公式進(jìn)行計算。即p=82(0.4+0.軋輥重疊量/mm(5)圖7重疊量與剪切力及斷面形狀關(guān)系圖式中:E為相對切入深度,b為強度極限,h為板厚,aFig.7 Relationship between overlap and shear stress and為咬入角。scction咬人角a由式(6)確定:從上圖可知,在加工材料板厚確定,輥切重疊量對h+△剪切力與輥切斷面好壞有關(guān),重疊量增大可以改善斷cosa(6)面形狀,但是會(huì )增大剪切力。實(shí)際設計可在這二者中式中:h為帶材厚度。做出合理的安排,取其二者間最優(yōu)組合。當重疊量分別為1.5、0.9、0.6mm咬入角a分別4.2兒斗實(shí)驗數據分析為:17°、14、13°。強度極限=235MPa,板厚h=中國煤化工示表面明顯不0.9mm,相對切入深度可參考圓盤(pán)剪設計中對相對切樣。CNMHG配確定那兩種曲線(xiàn)入深度的考慮,查表可得E=0.41,分別計算剪切力分所對應的是網(wǎng)面那一側的切口,對于單側的識別辦法別為:236.1、258.5、268.5N。是通過(guò)計算切口數的方法來(lái)區分?！惰T造技術(shù)》4/2011紀安平:輥切工藝研究余弦曲線(xiàn)對應切口表1切縫輥凹口過(guò)度曲線(xiàn)與實(shí)驗結果漸開(kāi)線(xiàn)對應切口Tab 1 Comparison of different Curve of experiments result軋輥凹口過(guò)度曲線(xiàn)實(shí)驗對應效果拋物線(xiàn)圓弧曲線(xiàn)余弦曲線(xiàn)漸開(kāi)線(xiàn)曲線(xiàn)很好輥片重疊量(△)、配合輥片的橫向間隙(M)及輥刃與圓弧曲線(xiàn)對應切口拋物線(xiàn)曲線(xiàn)對應切口開(kāi)口部分的過(guò)渡設計。為工程實(shí)際提供了實(shí)驗依據,圖8輥后切分實(shí)驗結果圖Fig8 Comparison of different design of experiments對輥切工藝應用于工程實(shí)際有參考意義從圖中可以看出,余弦曲線(xiàn)與漸開(kāi)線(xiàn)曲線(xiàn)對應的軋輥輪廓所對應的切口處好于圓弧曲線(xiàn)與拋物線(xiàn)對應參考文獻的切口。最優(yōu)為漸開(kāi)線(xiàn)輪廓,它對應的切口無(wú)論是切[1] George T. Halmos. Roll Forming Handbook.劉繼英,艾正青.冷彎成型技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社入還是切出都沒(méi)有輥傷現象,而余弦曲線(xiàn)對應切口在2009切出的時(shí)候會(huì )有小幅度的凹痕。四種曲線(xiàn)所對應缺陷[2 idha Hambli, Maria Reszka, Fracture criteria identification改善情況如表1所示using an inverse technique method and blanking5結語(yǔ)experiment [J]. International Journal of Mechanical本文從工程實(shí)際出發(fā),研究了輥切工藝中軋輥設sciences.2002(44):1349-1361計的關(guān)鍵參數,輥徑(D),咬入角(a)、切分輥中的配合北京英佳華科技有限公司BEIJING YING JIA HUA KE JI YOU XIAN GONG SI硌礦砂我公司是南非和印度鉻礦的代理經(jīng)銷(xiāo)公司,常年經(jīng)銷(xiāo)南非和印度進(jìn)口鉻礦砂?？捎糜阼T造,耐火材料,引流砂、冶金。該產(chǎn)品質(zhì)地好、耐直接進(jìn)囗,火度高。用于鑄造、鑄件表面光潔度好;用于引流砂,開(kāi)澆率高。經(jīng)我價(jià)格全國優(yōu)惠,國大中型企業(yè)使用,效果良好我公司經(jīng)銷(xiāo)的鉻礦砂通過(guò)SG質(zhì)量驗證,技術(shù)指標如下備有現貨,Cr,O2>46%SiO,<0.8%雙迎來(lái)電治談。Cao<0. 2Cr: Fe=l: 5Cr,O,≥55%SiO,≤0.5%酸耗值:5地址:北京市海淀區大慧寺19號院9號樓耐火度:1850℃郵編:100061粒度:20~70日40~70目電話(huà):010-6211792950~100日20-100目中國煤化工CNMHG70-150目325目:劉晚于150/1283712