冷弯型钢生产工艺产品缺陷分析

85° 137.5 90° 138.0
设计有7架辊组
纵向弯曲试验分析（四道次成形）
纵向弯曲试验分析（五道次成形）
终成形弯角大，型材纵向弯曲大； 终成形弯角小，型材纵向弯曲小； 初成形弯角大，型材纵向弯曲不大。
终成形弯角大，型材纵向弯曲大； 初成形弯角大，型材纵向弯曲不大； 终成形弯角小，型材纵向弯曲小； 中成形弯角大，型材纵向弯曲不大。
D-3 D-4
断面形状
12
24
12
36
12
48
12
60
由图可得出以下结论。 ⑴边缘宽度较大的[D-2]、[D-3]、 [D-4]断面中，边浪的产生很显著。 ⑵边缘宽度较小的[D-1]断面中，边 浪几乎用肉眼观察不到。 ⑶从成型初道次到中道次，剧烈的 板幅收缩成型会产生很大的边浪。 ⑷采用过弯轧辊的No.1- No.9的实 验结果同不采用它的No.10以及No.18No.27的结果是同样的。
10
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（2）边波产生的原因
c dgh
a
b
ef
i
j
(+) 横向应变
纵向应变
(-)
24
22
20 18 16 14
12
D-4 D-3 D-2 D-1
10 8
D-1 D-2
12 24 12 36
不对称率 γ
4
侧向弯曲缺陷分析 侧向弯曲应变测量
12
24
30°
左腰测点 ①
右腰测点 ②
30
纵向膜应变测量
③腿上缘
腰的纵向膜应变
30°
12 ① 30
2源自文库 ②
400 左腰测点① （＋）
200
0 -200
500
1000
-400 -600 -800
腰的纵向膜应变
右腰测点 ② （－）
1）上图表示的是腰的左右部分的纵向薄膜应变。图中的①、②分别是左腰 测点与右腰测点上的 应变值。 ②出现了较大的压缩（－）值， ①出现了少量拉伸（＋）值。
60° 75° 85°
90°
NO.
S2
移动末架成型机架
S4 扭转末架成型机架
S5 过弯末架前成型机架
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扭曲试验结果
H1
H2
θ
水平形心轴倾角θ 型材断面单位长度扭转角φ
γ= H1 /H2
产品的扭曲φ与断面材料的非对称率γ有关。 型材的截面水平型心轴的倾斜角度θ和断面的非对称率γ之间具有大致 的比例关系。 型材断面的扭曲方向均向边腿高起的一侧扭曲。
末道次成型机架
(°/m) 30
20
10 T
-2.4 -1.6 -0.8 0 0.8 1.6 2.4 (mm) 末架轧辊轴向加垫片调整扭曲
3）用扭转成型机架矫正扭曲（S4）
(°/m)
H2
10
5
0
5° 10° 15° θ′
-5
-10
扭转机架矫正
H1 θ′
θ′
4）用扭转成型机架与成型辊加垫片联合矫正扭曲
45° ②腹板的中部
成形区 卸载区 3＃
10-6 -400
腿、腹板的纵向膜应变
纵向弯曲产生的原因
B
腿
D腰
A
C
0+ 左腿
纵向应变示意图
-
腰（腹板）
第一道次 L
板料
+ 右腿
纵向弯曲的矫正原理
1）矫正辊矫正 2）压下矫正 3）调成型线
0
-
E 左腿
+ C
腰（腹板）
E
E
C
-
E 右腿
冗余变形对产品缺陷的影响
纵向弯曲和扭曲
（2）扭曲产生的原因分析
F 由于两腿高不一样，两腿的 的弯曲力不平衡，造成附加 扭矩，正是这一点使断面发 生了扭曲。
C
C Mn0
（3）扭曲的矫正原理 1）扭曲缺陷的矫正一般原理 原理：F.r 的力矩方向与断面的扭曲方向相反
C
r
F
(3) 扭曲的矫正原理
2）移动成型辊矫正扭曲（S2）
H2
H1 θ
Mn
C F
ERW管冷弯成型中产生的边部翘曲（边波）的示意图
轧制载荷引起辊的挠度
薄而长的材料边缘 波浪形状
热轧和冷轧
在轧辊之间没有材料
在轧辊之间有材料
有凸度的轧辊能轧制出边缘平直的板带
一种轧制力大于预期力 另一种轧制力大于预期力
轧制力臂预期大或小，引起辊缝变化
中间部分变薄变长引起“油波”
因钢板中间部分的“油波”，分条后 因钢板中间部分的“油波”，分条后出
侧向弯曲缺陷分析
侧向弯曲时的残余应力分布示意图
拉应力
拉应力
侧向弯曲时的残余应力分布示意图
压应力
3）如果是连续成型到90°，将将有如图所示的膜应变分布。因此 可以说，较高一侧成为弯曲内侧的侧弯的产生，是由于边腿较长 一侧的腹板比边腿较短一侧的腹板更多的压缩应变的缘故。
侧向弯曲缺陷的矫正原理
原理：消除腰、腿左右两部分的纵向膜应变的不平衡。 1）单侧压下矫正（楔形压下）
长腿采用过弯矫正辊，短腿不采用过弯矫正辊。
Mn0 H2
30
末道次前架成型
H1
Mn0 :扭曲扭矩
冗余变形对产品缺陷的影响
边波
边波由一种弹性或弹塑性翘曲引起，是一种常见的缺陷。不仅发生在 加工完的产品里，也发生在从一个道次移动到下一个的半成形的金属板中。
热轧和冷轧
平直的轧辊产生了挠度，材料在纵向方向上边缘的厚度就会小于中间的厚度。
轧辊形状和位置对 的横向分布的影响
冗余变形对产品缺陷的影响
用排辊修正变形线来减小
冗余变形对产品缺陷的影响
纵向弯曲和扭曲
纵向薄膜应变的横向不均或多或少不可避免，但大小可以减小，能用适 当的条件抵消。 纵向的弯曲、翘曲、扭曲能用下面方法防止或减小： ① 用适当数量的道次 ② 检查轧辊轮廓和轧辊位置 ③ 能有效地利用入口导向和中间导向减少纵向薄膜应变
长腿上缘纵向膜应变
12
30°
24 ③
②
30
800 400
0 -400 -800 -1200
长腿上缘纵向膜应变 ③
500 长腿纵向膜应变
1000 右腰测点②
2）图中的②点是右腰 测点上的纵向膜应变值，③点是长腿上端附近的纵向膜应变。随 着③点位置的下移，长腿的纵向膜应变由正变负，延伸至腹板②点产生最大的压应变。
纵向薄膜应变的横向不均或多或少不可避免，但大小可以减小，能用适 当的条件抵消。 纵向的弯曲、翘曲、扭曲能用下面方法防止或减小： ① 用适当数量的道次 ② 检查轧辊轮廓和轧辊位置 ③ 能有效地利用入口导向和中间导向减少纵向薄膜应变
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冗余变形对产品缺陷的影响
图11.7 产品缺陷的示意图 轧辊机架数量对 的大小的影响
冷弯型钢生产工艺 产品缺陷分析
韩飞
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变形的不同类型
横向弯曲
用来将金属板带变形为具有所要求的横截面的产品。
图11.1 冷弯成形中金属板带的横向弯曲
变形的不同类型
冗余变形
纵向弯曲和回复 纵向伸长和收缩 横向伸长和/或收缩 金属平面的剪切 金属厚度方向的剪切 以上各种变形的结合
由带材制成的宽度大和厚度小的产品上产生的典型的边波
边波高Hp(mm/m)
24
22
20
18
9架次
16 14
12
10
8架次
8
6
4
D-4 D-3 D-2
D-1
D-1
12
D-2
12
D-3
12
D-4
12
2
0 10 21 22 23 24 25 26 27 18 （孔型配置号）
24
36
48 60
项目 编号
D-1 D D-2
2.侧向弯曲缺陷分析
侧向弯曲缺陷分析
（1）侧向弯曲试验
变腿的不对称率
H2
30
15° 30° 45° 60° 75° 85° 90°
NO.
0.8
Lκ
H1
不对称率γ = H1 / H2
5.0
5
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κ 侧弯曲率
m -1 80 70 60 50
40 30
20 10
0
1
2
3
侧弯曲率随不对称率的变化关系
2）成型辊轴向移动 （末架加调整垫片实现辊的轴向移动）
24 12
上辊
30
末架成型辊 下辊 在最末道次，进行轧辊的垫片调整，实现轧辊沿轴线方向的移动。
侧向弯曲缺陷的矫正原理
原理：消除腰、腿左右两部分的纵向膜应变 的不平衡。
3）扭转机架矫正
采用扭转成型机架是以材料前进方向为 轴，把通常的成型机台面变为以上下轧辊的 接触点为中心，可以向台面被动侧、驱动侧 方向倾斜的回转成型机。在该扭转成型机架 装入85°轧辊，设置为末道次（90°）的前 道次。本扭转成型机架先是造成成型中的产 品扭曲，在最末道次的水平轧辊中恢复截面 的扭转。
24 12
30
扭转机架矫正
κ （1/m）
15
10
5
0
5°
-5
10° 15° θ
末道成型机架
θ
扭转机架
扭转机架矫正
高腿的拉伸1
θ 扭转成型机架
高腿的拉伸2
末道成型机架
4）用扭转+成型辊移动矫正
扭曲缺陷分析 （1）扭曲试验
5.0
板厚0.8
H1 H2
30
H1 /H2=γ
扭曲矫正试验孔型配置
15° 30°
45°
上辊
24 12
30 下辊
若想消除侧弯，只要从上述所示侧弯的发生原理中消除位于腹板部分左右 的纵向薄膜应变的不平衡即可。具体来说，在腹板压缩应变一侧部分轻度压 延（单侧压下），对这一部分轧辊压下调整使其产生拉伸应变即可。
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侧向弯曲缺陷的矫正原理
原理：消除腰、腿左右两部分的纵向膜应变的不平衡。
出现外镰刀弯
现内镰刀弯
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镰刀弯
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扭曲
在矫直带有大的镰刀弯的板料的时候，较长边会起波
扭曲的最终产品偶尔可以通过反向扭转减少
冗余变形对产品缺陷的影响
边波
在由薄的金属成形宽的地板、侧墙板、屋顶的冷弯成型过程中，经常 会看到边波。
边波缺陷分析
（1）边波试验 （1）边波试验
配置表边波试验孔型配置表
冷弯成形中金属板带的附加冗余变形
冗余变形的原因
纵向伸长或收缩
机理：中心部分通常 沿着直线运动，边部常为 竖直上升，同时水平移向 横截面中心。 因为垂直上升和水平 移动，边部通常在纵向伸 长，而中心和中间部分在 纵向收缩。
金属板带的纵向伸长和收缩的产生机理
折弯和辊式冷弯的受力分析
除在横截面平面内受到拉伸 和挤压外，还受到纵向力
纵向弯曲试验分析（六道次成形）
纵向弯曲分析结论
终成形弯角大，型材纵向弯曲大； 中成形弯角大，型材纵向弯曲不大。 终成形弯角小，型材纵向弯曲小； 初成形弯角大，型材纵向弯曲不大；
成形道次对型材的纵向弯曲起的作用不明显，成型辊的配置 （弯角的分配）对型材纵向弯曲起主要作用。
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纵向弯曲分析结论
纵向弯曲分析结论
H1
H2
θ′
θ′
扭转机架与加垫片联合矫正
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5）用成型辊过弯矫正扭曲（S5）
过弯矫正辊安装在末道次前架
(°/m)扭转角 20
15
10
5
0
92°
94° 96°
Mn0 :扭曲扭矩
Mn0 H2
H1
30 末道次前架成型
H1
H2
21
15
24
12
27
9
30
6
H1 /H2 =γ
5）用成型辊过弯矫正扭曲
2013/12/13
冗余变形对产品缺陷的影响
纵向弯曲和扭曲
纵向薄膜应变的横向不均或多或少不可避免，但大小可以减小，能用适 当的条件抵消。 纵向的弯曲、翘曲、扭曲能用下面方法防止或减小： ① 用适当数量的道次 ② 检查轧辊轮廓和轧辊位置 ③ 能有效地利用入口导向和中间导向减少纵向薄膜应变
冗余变形对产品缺陷的影响
作用在金属板带上的横向张力产生的机理
2013/12/13
冗余变形的原因
金属板带平面的横向拉伸和剪切
当凸辊的顶部施加过多的力在 弯曲角的内表面的时候，就会产 生一种鼓起变形。 这种情况下既发生纵向伸长， 又发生横向伸长。
产品角部的鼓起变形
冗余变形的原因
纵向弯曲或回弹
当金属板带进入辊缝时， 每部分沿各自的空间流线移 动，分别在纵向倾斜。一些 流线接近凸辊外部，另外一 些接近凹辊外部。
冗余变形的原因
纵向伸长或收缩
纵向伸长和收缩的大小和横向分布模式对应于保持在金属板带横截 面上的纵向力的平衡。
折弯
冷弯成形
金属板带的纵向伸长和收缩的产生机理
1
冗余变形的原因
金属板带平面的横向拉伸和剪切
除边部成形外，产品的边部和 中间部分（在较低程度上）由轧 辊横向拉伸，被迫朝着半成形的 横截面中心移动。 这种横向移动由带材的中心部 分的横向弯曲引起。
金属板带纵向弯曲的产生机理
冗余变形对产品缺陷的影响
冗余变形极大地影响着获得所要求的产品横截面所需的横向弯曲。它们也影 响着金属板带中的应力应变，成形后的回弹变形，产品中残余应力的分布。
产品缺陷的示意图
冗余变形对产品缺陷的影响
纵向弯曲和扭曲
产品的纵向薄膜应变的横向分布和纵向弯曲或扭曲之间的关系
纵向弯曲 侧向弯曲
L ρ1 ,(κ1)
L
ρ2 ,(κ2)
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扭曲
H2
H1
扭曲
翘曲
纵向弯曲缺陷分析
（1）纵向弯曲试验 板厚t: 0.8，弯曲圆角0.8t
腿（弯边）
腰（腹板）
14.0 30.0
上辊 D/2 θ
D/2 下辊
θ
D
15° 135.0
30° 135.5 45° 136.0
60° 136.5 75° 137.0
2013/12/13
终成形的辊子配置（终成形的弯角分配）对纵向弯曲起决定性 的作用。
初成形的辊子配置（初成形的弯角分配）对型材纵向弯曲起的作 用不明显。
纵向弯曲产生的原因
10-6 400
成型方向 375
①腿的上缘 ②腹板的中部 375
①腿的上缘
0 板料入口
15°
成形区 卸载区 1＃
30°
成形区 卸载区 2＃