国内外冷弯成型研究最新进展 好

1998年10月　第5期Oct.1998　No.5

轧 钢

STEEL ROLL IN G

・45・国内外冷弯成型研究最新进展

石　京　王先进

(北京科技大学压力加工系,100083)

摘　要　介绍了近年来冷弯成型研究在冷弯成型力学、实验分析技术、有限元分析技术等方面取得的进展,及在冷弯成型计算机辅助辊型设计(CARD)方面进行的大量工作,并指出国内CARD工作存在的问题和应采取的对策。

关键词　冷弯成型,冷弯型钢,计算机辅助辊型设计,进展

RECENT PR OGRESS IN RESEARCH ON COLD R OLL

FORMING AT H OM AN D ABR OAD

Shi Jing　Wang Xianjin

(Metal Forming Dept.,University of Science and Technology Beijing,100083)

Abstract　The research on cold roll forming in recent years,including the mechanics of forming,experiment investi2 gation and finite element method and the computer aided roll design(CARD)are introduced.Mean while,the existing problems and relevant resolution method of CARD in our country are pointed out.

K ey w ords　cold roll forming,roll-formed shape,computer aided roll design,progress

1　前言

冷弯型钢是一种轻型、薄壁、断面惯性矩大、用途广泛的高效型材,在汽车、建筑、交通、农业等行业应用极为广泛。目前

又会使已凝固的轧辊外层熔溶量过多,一般在1350～1400℃,当轧辊浇注完毕后随模冷却,冷却时间按轧辊规格及材质而定,一般大于36h。

5　结论

(1)棒材连轧机粗轧机架前段选用珠光体-铁素体球墨铸铁轧辊,硬度为48～53HSD,粗轧后段应用珠光体球墨铸铁轧辊,硬度为53～58HSD较理想。

(2)中轧机架选用珠光体球墨铸铁轧辊,中轧前段硬度为58～63HSD,中轧后段硬度为63～68HSD较理想。

(3)精轧机架选用针状组织球墨铸铁轧辊,硬度为70～75HSD较理想。

(4)轧辊的生产方法采用离心浇铸复合而成,更有利于提高轧辊的综合性能和使用寿命。

参考文献

1　Robert B.corbett.Rolls for the Metal working industries.

Iss-1990.

2　文铁铮,郭玉珍1冶金轧辊技术特性概念1石家庄:河北科学技术出版社1

3　王殿刚,杨和林1铸铁轧辊生产1北京:冶金工业出版社,19881

4　陆文华1铸铁及其熔炼1北京:机械工业出版社,19811 5　俞誓达等1实用轧辊制造技术1钢铁研究学报,1992增刊1

收稿日期,1997-6-18 收修改稿日期,1998-4-6石　京,男,27,博士,(010)62334760-318。

冷弯型钢的品种已超过1万种,并有进一步增加的趋势。全世界冷弯型钢的总产量超过1000万t ,占全世界钢材总产量的3%～4%。

由于冷弯成型影响因素多,产品品种繁多,因此理论解析十分困难,孔型和工具设计任务繁重,长期依靠设计者的经验和反复的试制。70年代国外开始使用计算机进行冷弯工具设计,从此冷弯成型工具设计进入了一个新的发展阶段。国内也于80年代初做了大量、卓有成效的工作。自80年代末以来,国餐又相继在冷弯成型力学、冷弯成型实验分析技术、有限元分析技术等方面取得较大进展,从而有力地推动了冷弯成型研究的发展。

2　冷弯成型理论研究的进展

冷弯成型一直是板成型领域研究得最少的分支之一。近年来,冷弯成型理论研究逐渐展开,其对理论的指导作用也受到重视。

(1)日本学者木内学〔1〕

提出形状函数概念,用来描述冷弯变形区的曲面形状,并引入形状函数S (x )来表示

X =X (x ,y )

Y =Y 1(y )+{Y 2(y )-Y 1(y )}・S (x )

Z =Z 1(y )+{Z 2(y )-Z 1(y )

}・S (x )ai n o ou i nt ut

并不完整,主要集中于简单断面型材,但已显示了其无比的优越性和强大的生命力。使用数值模拟手段,可以准确地计算分析成型过程、检验工具设计模型、设计结果,从而使工具设计成本和风险性大大降低。因此,与有限元分析法相结合是冷弯CARD发展的趋势。

4　冷弯实验研究进展

实验研究是冷弯成型研究十分重要的组成部分,其主要有两种形式,一是真实成型实验;二是模拟实验,前者优点在于材料变形能真实反应实际生产情况,直观、可靠,针对性强;缺点是实验设备规模大,投资大,费用较高;后者优点在于投资小,方便灵活,不受较多客观条件限制,研究具有普遍性;缺点是不能全面地反映冷弯变形的真实情况,只能侧重研究某一方面。

目前,国内外主要集中在真实成型实验研究上,而且一般是对槽钢、焊管的成型过程进行研究,目的是提高冷弯产品形状、尺寸精度,防止缺陷,探索冷弯变形特征、规律以及合理的变形分配模型。研究的对象一般有型钢变形过程的曲面形状,纵横向变形,弯曲回弹,成型力等等。

冷弯模拟实验尚处于起步阶段,没有成熟的、规范化的标准实验手段,现有的模拟实验研究对象各不相同,研究方式也有区别。如Byahumanyun针对镀锌板冷弯成型中镀层破裂现象,采用单拉和张力弯曲实验,集中研究了冷弯成型对镀锌板镀层破裂的影响。另外,槽钢经冷弯变形切成定尺后,端部常因残余应力作用而产生扭曲现象。为了研究如何消除这一现象,日本学者小奈弘和神马敬设计了两种模拟实验装置,发现若给槽钢的腿部足够的压缩变形,使之产生新的塑性变形,可消除上述缺陷。加拿大Terry.r.Walk2 er等人特意设计了模拟实验装置来研究电焊管成型过程的轴向应变分布。

5　冷弯成型计算机辅助辊型设计(CAR D)系统

国内外研制的冷弯CARD系统很多,其中较为完善的是德国的COPRA系统,澳大利亚的CADROF系统,英国的OR TIC系统。

5.1　COPRA系统

COPRA系统起源于德国慕尼黑大学的一项冷弯研究工程,该系统的主要功能是,优化冷弯成型工艺,进行冷弯工具和轧机的设计,进行工具成本计算,绘制工程图纸,提供与数控机床联接的手段。该系统具有以下特点:

(1)在产生辊花图方面,针对某一产品可按系统本身的设计模型来确定其变形过程,也可按用户新加入的设计模型来设计。系统含有多种计算和分析模型,可检验各变形工步的合理性,优化变形过程设计。

(2)在轧辊设计方面,系统针对所用机组,先建立一个“机器文件”,其中包括机组机架数、速比、最大辊宽、中心距及调节范围等参数,以便设计出的轧辊切实可用,通过与数控机床的联接,可把设计出的轧辊数据转换成机加工程序。

(3)建立了辊片库,最大限度地利用已有的轧辊,节约成本。

5.2　OR TIC系统

OR TIC系统是英国Rollsec Design有限公司开发研制的,其最大特点是在设计方法上强调经验与理论的结合。该系统不仅能对任意断面形状的产品进行工具设计,而且能对整条冷弯生产线上的设备,如机架、飞锯、输出辊道、液压装置等进行设计。OR TIC系统至今已发展了10余年,已为十几个国家设计开发过冷弯新产品及生产线。

6　中国冷弯CAR D技术现状

80年代初期北京科技大学金属压力加工系与广州异型钢材厂合作,在国内最先开展冷弯CARD技术的研究。自80年代中期以来,上海钢铁工艺研究所、东北大学、北京冶金设备研究院等多家单位陆续开始了这方

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