辊弯成型工艺缺陷分析

图5 不同轧辊直径对板料边缘纵向应变的影响
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对纵向弯曲，袋形波，边波产生原因的 分析及应对方法
• 纵向弯曲的产生机理：造成纵向弯曲的原因较多，其中一 个很重要的原因是断面的边部在弯曲侧面时受到张紧力的 作用，力图将整个断面沿纵向拉长，但张紧力不足以拉长 整个刚性断面，导致轧件前端出现向上或向下弯曲的现象。 • 应对办法：1 在设计时，要注意合理分配变形量，尤其是 在后面几道，变形量不易过大。2 另外可以使用侧辊和过 弯辊，对型材进行预弯，且使型材断面的中性线与成品型 材的中性线重合，使型材上下所受的力平衡，从而避免纵 向弯曲。3 如果在加工过程中发现纵向弯曲，可根据实际 情况增加部分轧辊，尤其注意后面几道。4 此外在条件允 许的情况下换用比较薄的板也不失为一种比较有效的方法。 其它如使用矫直机进行矫直，变更机架间距，采用托辊， 调整各架次的轧辊间隙等措施均可减小或消除纵向弯曲。 需要注意的是，通过调整各架次的轧辊间隙来减轻纵向弯 曲需要有熟练的技术才行。
辊弯成型的部分缺陷分析
辊弯成型是带材在辊式成形机上连续弯曲成具 有规定形状和尺寸的截形的塑性变形工艺。在实 际的辊弯生产中，金属板带受到不同的变形，包 括横向变形和冗余变形。其中横向变形是辊弯成 形过程中最重要，必不可少的变形。横向变形将 加工材料变形为具有所要求的横截面的产品，它 通过一系列具有轮廓的轧辊来逐渐成型。而冗余 变形则是在加工过程中产生的多余的，不需要的 变形。冗余变形包括：纵向弯曲和回复；纵向伸 长和收缩；横向伸长和收缩；金属平面的剪切； 金属厚度方向的剪切；以及以上各种变形的结合。
影响辊弯成型过程中型材纵向应变 的因素
实验表明，成型速度、轧辊间隙、轧辊直径、摩擦以及道 次间距等都会对纵向残余应力的产生造成影响，详细可见 下面几个图像
图1 道次间距对纵向应变的影响
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图2 成型速度对纵向应变的影响
图3 不同轧辊间隙的纵向应变
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图4 最终产品截面在不同轧辊间隙下的纵向应变和横向应变
• 袋形波的产生机理：袋形波的产生主要是由于板在弯曲过 程中产生了横向拉伸应力和横向应变，而板料沿厚度方向 的应变相对较小，必然会在变形比较集中的部位沿纵向出 现收缩变形。袋形波主要是弹性变形。 • 应对方法：1 在设计中须注意让后面道次变形量要小。当 出现袋形波时，可以在后面适当添加道次以减小变形量。 2 为防止出现袋形波，型材边缘不要设计的过宽。3 袋形 波主要是板料的弹性变形，因此可以通过给板料施加拉力 使之减缓。施加拉力的一种方法就是改变轧辊半径，使每 后一道轧辊的半径都比前一道轧辊大。在轧辊角速度一定 的情况下，后面的轧辊比前面的轧辊的线速度快，通过摩 擦力拖拽板料，从而对板产生拉力，减小袋形波。
边波的产生机理：边波是一种比袋形波更为常见的缺陷， 它的产生主要是两种作用的综合：第一种同前面袋形波的 机理相同，第二种是边缘部分的材料先是在外力作用下被 拉伸剪切变长，后又再次被压缩剪切产生塑性变形造成边 浪。这两种作用互相叠加，形成边波。 • 应对方法：1 在设计初期应注意断面边缘宽度不宜过大， 可参照断面边缘宽和板厚的比F/t接近或小于40的比例进 行设计，如果在后面的道次会对边缘进行其它变形，这个 比例可适当放宽。2 变形角不宜过大，可参照经验公式进 行分配。3 另外同前面袋形波的消除类似，可增大后面道 次轧辊的驱动直径以减轻或消除边部波浪。4 如果在轧制 过程中出现边部波浪，可以适当添加部分道次，对前面的 几个道次尤为注意。5 另外在条件允许的情况下，也可以 选用较厚的板。
• 上述多余变形所造成的产品缺陷有例如纵 向弯曲和扭曲，边波，袋形波，角部褶皱， 边角裂纹和撕裂等。如下图所示
• 上述缺陷中，纵向弯曲、翘曲、扭曲是辊弯成型 产品中最常见的缺陷，这些缺陷是由纵向薄膜应 变的横向分布不均造成的，这种非均匀性是辊弯 成形中金属板带变形的基本特征之一。纵向薄膜 应变的横向不均是不可避免的，然而其应变大小 却是可以改变的。它的非均匀性分布可以用适当 的条件来抵消，比如说：轧辊数量、轧辊轮廓、 轧辊位置、成型线、机架之间的距离等。轧辊是 将金属板料加工成所需截面形状的工具，轧辊的 设计情况将最终影响到辊弯产品的质量。在轧辊 的设计过程中需要考虑很多影响因素，包括：所 需的轧辊数量、加工材料宽度、辊花的设计、轧 辊设计参数以及轧辊材料等。轧辊数量需要依靠 金属板料的材料特性和厚度以及所需加工产品截 面的复杂程度来决定。