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國外彩鋼壓瓦機成型工藝的發展現狀
發布時間:2017-11-11        瀏覽次數:37        返回列表
  隨著彩鋼壓瓦機成型理論研究的深入,冷彎型鋼的成型工藝也隨之有所改進。產生了四輥式成型、柔性冷彎成型、CTA成型、“輥沖”的孔加工法等新的冷彎成型工藝。
  俄羅斯切列波維茨克鋼鐵廠發明了生產沖孔冷彎型鋼的技術。沖孔冷彎型鋼的生產工藝是:將帶鋼開卷送入張力輥和矯直機矯直,剪切機剪去頭部,經過活套儲套器,在自動沖壓機上按規定的孔間距離進行沖孔,再用彩鋼壓瓦機進行冷彎成型。采用這種生產工藝,可使不論是開口型鋼還是閉口型鋼都具有所需的裝配孔,不會降低彩鋼壓瓦機的生產速度,同時可減少廢品和降低生產成本。
  另外還產生了變截面冷彎型鋼夔截面型鋼即型鋼在軸向上的寬度是變化的,作為汽車零件和屋頂材料一等,變截面型鋼有著廣泛的應用)的生產技術。日本拓殖大學的小奈宏教授論述了用計算機控制的冷彎成型機械的變截面型鋼成型技術及設備組成。瑞典Ortic公司和德國Bemo公司共同開發了一種關于冷彎型鋼的彎曲截面和可變形狀截面的輥彎成型方式即Monroe方式。該方法利用高精度計算機控制的和無限可調的輥子(不像傳統的利用固定的輥子)的輥彎成型生產線。并且它可以實現以前只能通過昂貴的方式才能生產的各種曲線形截面、錐形截面以及可變的翼緣形狀。Monroe方法也應用于其他工業的高效率生產,如汽車工業等。目前Bemo公司己經將這種生產方法應用于實際生產幾年了,并且己經為幾項非常大的項目生產出了產品。德國Monroe生產方法己經獲得了2004年的瑞典鋼鐵獎項。
  一、國外彩鋼壓瓦機成型理論的發展
  過去,冷彎型鋼的成型技術大多靠實際生產過程中的經驗積累,并沒有過多的理論研究。隨著冷彎型鋼在各個領域的廣泛應用,各國都意識到冷彎型鋼的發展潛力,所以各國都大量投入資金和精力,研究和發展彩鋼壓瓦機及冷彎成型技術。
  國外冷彎薄壁型鋼的計算理論研究起始于美國,1939年美國的鋼鐵研究院(AISI)出資在康奈爾大學(CornellUniversity)由喬治·溫特(GeorgeWinter)教授領頭對冷彎薄壁型鋼的設計理論進行了研究,并做了大量實驗。溫特教授通過大量實驗從Bryan's基于小變形理論的方程和大撓度理論即VonKarman微分方程得到了一個關于冷彎薄壁型鋼屈曲計算的經驗方法。但當時還是主要通過大量實驗數據的積累來得到經驗公式,形成的理論在實際生產中的指導作用并不很大。
  近年來,隨著彩鋼雙層壓瓦機成型理論研究的逐漸展開,冷彎成型理論的指導作用也受到了重視。日本東京大學木內學提出了用形狀函數來描述冷彎過程中變形區曲面形狀的方法,并通過優化變形功的方法來確定冷彎變形空間曲面。英國KingT.E..和PowellI.J.等人提出了根據塑性增量理論及殘余應力理論,從數學上確定成型過程的應力應變的ORTIC(Oplinised Roll forming Technology Imperfections Calculated)設計方法,通過該方法可以計算型材的幾何形狀、帶寬、軋件變形圖、殘余應力引起的理論缺陷、彎曲角、軋輥軸的負荷及變形所需的機組功率、軋輥的輥形等,對實際生產起到了很好的指導作用。另外,各國學者也針對一些簡單斷面彩鋼壓瓦機冷彎型鋼的變形進行了專門的研究,并提出了一些冷彎變形過程中的應力應變表達式,在生產中也有廣泛的應用。
  二、國外彩鋼壓瓦機CARD發展情況
  隨著計算機在工業設計中的重要作用的突顯,20世紀70年代國外開始研究彩鋼雙層壓瓦機冷彎成型計算機輔助設計軟件(CARD)。目前許多公司和組織開發出了自己的冷彎CAD系統,如德國的dataM公司、UBECO公司,英國的MFTFORM公司,澳大利亞的John-Lysagth公司,加拿大的DELTA ENGINEERING公司,日本東京大學,美國的俄亥俄州立大學等。其中較為完善、技術領先的是德國的COPRA系統、英國的ORTIC系統和澳大利亞的交互式冷彎輥型的CAD系統。計算機的應用使得輥型設計周期大大縮短,并且產品的質量大大提高。
  ①COPRA系統
  COPRA系統源于1986年德國慕尼黑大學的一項冷彎研究工程,是德國dataM公司研究開發的冷彎成型設計系統。COPRA是面向所有雙層彩鋼壓瓦機軋輥設計者的軟件包,不論是開口的還是封閉型材,從簡單到復雜的形狀,COPRA都能根據設計者的意圖完成專業的軋輥設計。
  由dataM公司開發的變形技術模塊(DTM)是在有限元法和大量實驗基礎上,根據幾何變形條件和材料一特性,在計算機上實現冷彎型鋼的變形模擬。
  目前,dataM公司,在原來的基礎上與中國北方工業大學合作又進一步開發了該軟件,使得冷彎型鋼的CAD/CAM即計算機輔助設計與制造一體化技術得到了廣泛應用,在應用COPRA這一優秀軟件的基礎上,計算機能夠模擬成形過程,即實現了冷彎型鋼生產的仿真,并且在更多的方面幫助設計者得到最優的設計結果,能夠快速做出工藝方案,估算成本,完成鍛件下料一計劃。設計的輥型輪l郭數據可以自動轉化為計算數控加工指令代碼,并經計算機傳送到數控機床,提高了機床的利用率。由于實現了計算機與數控機床之間的通訊,幾秒鐘之內可實現上千條語句的傳送。一張3寸的小磁盤可存儲2000~3000片軋輥的加工數據。對于復雜型面軋輥的精加工,可提高機床利用率40%~50%。輥片數據的保存、重復生產及輥片的修復是十分方便的。而且這樣也避免了以往的人工輸送數控程序的繁瑣和錯誤。利用包絡法磨削及新型刀具材料一實現高精度的輥型輪廓加工。計算機輔助制造技術以及計算機仿真技術的應用,使軋輥設計質量和制造質量得到了保證,并且使設計者能很快得到最優的設計工藝及設計參數,將可能出現的問題盡可能在模擬過程中解決。同時,提高了復雜輪廓輥形的制造精度。
  ②ORTIC系統
  ORTIC系統是英國RollsecDesign有限公司開發研制的,其最大特點是在設計方法上強調經驗與理論的結合。該系統不僅能對任意斷面形狀的產品進行工具設計,而且能對整條冷彎生產線上的設備,如機架、飛鋸、輸出輥道、液壓裝置等進行設計。ORTIC系統至今己發展了10余年,己為十幾個國家設計開發過冷彎新產品及彩鋼壓瓦機生產線。
  ③澳大利亞交互式冷彎輥型CAD系統
  澳大利亞John-Lysagth公司開發出交互式冷彎輥型的CAD系統,采用由實驗測定的材料一特性、輥型、縱向拉伸力與回彈的相互關系的數學模型,由彈塑性理論計算各彎曲角的彎曲能分布,根據帶材變形過渡區假設計算縱向應變值、冷彎成型過程的回彈、彎曲能分布及縱向應變值,由屏幕上設計“滾花圖”,進而初步設計輥型圖,直到繪出圖形。
  目前對冷彎成型的數值模擬研究并不完整,主要集中于簡單斷面型材,但己顯示了其無比的優越性和強大的生命力。使用數值模擬手段,可以準確地計算分析成型過程、檢驗工具設計模型、設計結果,從而使工具設計成本和風險性大大降低。因此,與有限元分析法相結合是冷彎CARD發展的趨勢。
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