辊切工艺研究

铸造技术Vol 32 No 4FOUNDRY TECHNOLOGYApr.2011辊切工艺研究纪安平(北方激光科技集团设计研究所,江苏扬州225009)摘要:研究了冷弯成型工艺中一种新工艺一辊切技术,通过对其成型过程的分析,指出了輥切轧辊设计的关键参数及其影响因素,并提出了合理化设计的方式方法。在理论和数值分析的基础上,应用分析结论设计了实验过程中轧辊的参数,通过实验,得到辊切过程中札辊设计的关键参数处理方法,对实际生产有重要的指导意义关键词:辊切;有限元;冷弯成型中图分类号:TG33文献标识码:A文章编号: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冷弯成型是一种节材、节能、高效、先进适用的金属成型工艺。冷弯成型中带材的间断性在线切缝是冷弯成型中一种新工艺,这种新工艺增加了冷弯成型产品种类。但由于辊切工序中的轧辊设计比较复杂,设计参数影响因素多,对这种技术应用于工程实际带来定不便本文从工程实际出发,研究辊切工序中轧辊设计的主要参数,为辊切技术应用于冷弯成型工艺中做实图1辊切原理图用技术探讨。Fig 1 Cutting by rollforming冷弯成型中辊切原理片的横向间隙(M)。轧辊在线切缝T艺,其关键过程是带钢在通过辊带材的在线间断性切缝工作过程分析如下:要满足缝的过程中发生了剪切变形。其过程还包含了弹性变目日的在轧辊的辊刃设计必须为间歇性设计。但是在设形、塑性变形、带材开裂裂纹扩张、材料断裂。在弹性计开口与辊切刃部分如何过渡才能使得型材成型质量变形阶段,上下轧辊辊刃挤压带钢,使带钢产生弹性变高表面光洁度、平整度好,是轧辊设计的又一关键因素形,达到屈服极限后金属内部发生塑性变形,得到光亮工作过程如图2,若为尖点过渡,A点与板材接触的切断面;剪切继续进行,在辊刃口处产生应力集中并到将板材顶起直到上辊配合的过程中,A点的轨迹为诱发微小裂纹产生,上下裂纹迅速扩展、重合、带钢断圆弧,其运动过程直到C点才会脱离与带材的接触,开、剪切过程完成(。其过程示意如图1所示这个过程中,上辊与下辊对板材形成的压力使得板材计辊切轧辊的过程中关键参数有:辊径(D),与凹辊部分的轮廓A点所代表的线轮廓形成的尖角咬人角(a)、切分辊中的配合辊片重叠量(△)及配合辊会与板接触并受力,这将会产生辊伤。中国煤化工计中主要参数包含收稿日期:2011-01-29;修订日期:2011-02-22作者简介:纪安平(1983),四川南充人,助理工程师,硕士研究生,主D,aCNMHG宽度决定的,而咬入要研究方向:冷弯成型 CAD/CAF/CAM技术角(α)可以由辊径(D)与配合辊片重叠量(△)计算得Emailjapmail721163.com知。所以,辊切工序中影响产品成型质量关键参数主《铸造技术》4/2011纪安平:辊切工艺研究547本文所做设计的板厚材料都已定,材料屈服强度为235MPa,板材厚度为0.9mm,属于薄板材,据图3所示关系,参考剪切侧向间隙经验公式M=(0.03~下辊转动过程中0.05)h,其中h为板厚,计算可得M=(0.027~材所处不同的位置0.045)mm。利用前面所讲到的剪切间隙影响的是剪切力和断面形状,因此,这里取辊切侧向间隙值为0。虽然增大了剪切力和对加工精度的要求,但是能获得较好的断面形状。图2间断性辊切2.2辊片重叠量(△)Fig. 2 Intermittent cyclical steel cutting with roll轧辊配合切缝辊片重叠量(△)目前并未有成熟的要有配合辊片重叠量(△)配合辊片的横向间隙(M)理论与研究,本文也将通过用实验的方法来研究其存及辊刃与开口部分的过渡设计。在的规律,将针对小型的板厚取重叠量△=0.6、0.9本文实验选用的材料是0.9mm厚的镀锌板(SC1.5mm,分别做数值分析和实验研究。CC),该材料是常用的冷弯型钢材料,具有研究的普遍性。2.3辊刃与开口部分的过渡设计2.1配合辊片的横向间隙(M)辊刃和开口部分过渡部分,在轧辊运转过程中是轧辊配合辊片横向间隙(M)可以参考对于圆盘剪与带材受力渐进的一个过程,若其间采用曲线的方式剪刃间隙的设计,对于不同的剪刃间隙,剪切力剪刃行过渡,有利于表面成型质量,但怎样过渡,尚需探讨程曲线基本相同。不同间隙所需要的剪切力是不同的。前已分析,尖点过渡将会产生辊伤现象。本文将采用同时,当间隙在小范围变化时,剪切力变化不大。这说圆弧、抛物线、余弦曲线、渐开线来做实验探讨。圆弧明在一定的间隙变化范围内间隙对剪切力的影响小于曲线设计是以辊径最小辊片的最高点为基准做直线与其他因素。间隙增大时,大大增加了塑性变形区域,不轧辊外轮廓曲线在切分节点附近有交点,以二者的中利于剪切的进行,使所需的剪切力增加。但同时也使变间点为坐标中点,以该直线为X轴,垂直方向为Y方形区拉应力成分增加,更有利于裂纹的扩展,剪切力反向做圆方程。共取3点确定曲线方程,分别是X轴与而可能下降。这两方面的综合作用使剪刃间隙在一定轧辊轮廓曲线的两个交点与点(0,0.7),可以确定圆方范围内对剪切力的影响不大。增大剪刃间隙后在钢板程为的剪切断面形成“毛刺(bur)”和“塌角( draw-in)”,可见x2+y2=68.9剪刃间隙的变动影响更多的是剪切质量以同样的方法做抛物线、余弦曲线、渐开线方程以有限元分析的方法对板材剪切加工中的间隙值分别为:进行了优化,认为当产生裂纹的起始点的最大剪应力方向与刃口连线方向(裂纹扩展方向)一致时,得到的y=-3x+1(2)间隙为上下剪刃最佳间隙2。瑞典SSAB公司用实验y=0.7cos(0.53x)(3)的研究方法对剪切间隙做了一些很有价值的研究,认r=cos0+sin)(4)为其主要影响因素是板厚和材料的屈服强度。其得到的实验数据图如图3所示。设计结构如图43辊切道次重叠量数值分析3.1分析模型建立及简化本文采用 ANSYS/ LS-DYNA模块建立了辊切工艺过程的有限元模型,动态模拟了带材的辊切过程该过程涉及塑性、接触及断裂等多重非线性问题。分析中采用了 Cockroft8. Lathem准则,它是基于应力应变3004005006007008(0中国煤化工计算过程选取轴边屈服强度/MPH图3剪切间隙与材料的屈服强度及板厚的关系CNMHG计+算轧辊整周长的ig.3 Relationship between Shear clearance and strength带材,极大地增加了计算运算量,本文数值计算重点在辊切,所以将其简化为辊切过程。辊切道次轧辊采用Vol, 32 No 4FOUNDRY TECHNOLOGYAp.2011的材料是45Cr,其他道次采用的是轴承钢,而带材采与利用有限元软件计算结果接近,误差在8%用的是0.9mm镀锌板(SCCC),设置轧辊均为刚体,以内带材为变形体4实验结果分析3.2计算结果及分析整个实验设计辊片共73个,加工模具73个。实仿真结果如图5所示,在断裂仿真中,采用了单元验材料采用61.5mm宽,0.9mm厚的镀锌板(SC-删除法,根据 Cockroft(& Lathem断裂准则,将那些达CC)带材。加工出实验模具装配在机组上如图7到断裂临界值的单元删除,取其相邻单元的边作为新所示。的边界。图4辊切后Mses应力图Fig 4 Relationship between Shear clearance and strength图6辊切道次实验and thicknessFig 6 Experiments of cutting by rollforming不同重叠量的辊切过程所对应的最大辊切应力也4,1辊片重叠量(△)实验数据分析不同,其结果如图6所示。图6说明,在一定范围内随着重叠量的增加辊切力减小。经过试验,三种不同的重叠量切分断面形状按重叠量为1.5、0.9、0.6mm排列放在一起,当重叠量逐次递减的时候,整个切分断面中光亮带变化小,但是连276续、平直性越来越好,毛刺也越来越小。实验结果说明,辊式切分的重叠量减小,断面的形状变好。将有限元分析结果与实验数据与重叠量结合分析,结果如图8。245.60.6091.6280.2轧混重叠量/mm图5辊切力与重叠量关系图Fig 5 Relationship bet ween stress and overlap3.3经验公式计算及分析器重叠量不同要求的剪切力也不一样,辊式剪切力计算可以利用“诺沙里”公式进行计算。即p=82(0.4+0.轧辊重叠量/mm(5)图7重叠量与剪切力及断面形状关系图式中:E为相对切入深度,b为强度极限,h为板厚,aFig.7 Relationship between overlap and shear stress and为咬入角。scction咬人角a由式(6)确定:从上图可知,在加工材料板厚确定,辊切重叠量对h+△剪切力与辊切断面好坏有关,重叠量增大可以改善断cosa(6)面形状,但是会增大剪切力。实际设计可在这二者中式中:h为带材厚度。做出合理的安排,取其二者间最优组合。当重叠量分别为1.5、0.9、0.6mm咬入角a分别4.2儿斗实验数据分析为:17°、14、13°。强度极限=235MPa,板厚h=中国煤化工示表面明显不0.9mm,相对切入深度可参考圆盘剪设计中对相对切样。CNMHG配确定那两种曲线入深度的考虑,查表可得E=0.41,分别计算剪切力分所对应的是网面那一侧的切口,对于单侧的识别办法别为:236.1、258.5、268.5N。是通过计算切口数的方法来区分。《铸造技术》4/2011纪安平:辊切工艺研究余弦曲线对应切口表1切缝辊凹口过度曲线与实验结果渐开线对应切口Tab 1 Comparison of different Curve of experiments result轧辊凹口过度曲线实验对应效果抛物线圆弧曲线余弦曲线渐开线曲线很好辊片重叠量(△)、配合辊片的横向间隙(M)及辊刃与圆弧曲线对应切口抛物线曲线对应切口开口部分的过渡设计。为工程实际提供了实验依据,图8辊后切分实验结果图Fig8 Comparison of different design of experiments对辊切工艺应用于工程实际有参考意义从图中可以看出,余弦曲线与渐开线曲线对应的轧辊轮廓所对应的切口处好于圆弧曲线与抛物线对应参考文献的切口。最优为渐开线轮廓,它对应的切口无论是切[1] George T. Halmos. Roll Forming Handbook.刘继英,艾正青.冷弯成型技术手册[M].北京:化学工业出版社入还是切出都没有辊伤现象,而余弦曲线对应切口在2009切出的时候会有小幅度的凹痕。四种曲线所对应缺陷[2 idha Hambli, Maria Reszka, Fracture criteria identification改善情况如表1所示using an inverse technique method and blanking5结语experiment [J]. International Journal of Mechanical本文从工程实际出发,研究了辊切工艺中轧辊设sciences.2002(44):1349-1361计的关键参数,辊径(D),咬入角(a)、切分辊中的配合北京英佳华科技有限公司BEIJING YING JIA HUA KE JI YOU XIAN GONG SI硌矿砂我公司是南非和印度铬矿的代理经销公司,常年经销南非和印度进口铬矿砂。可用于铸造,耐火材料,引流砂、冶金。该产品质地好、耐直接进囗,火度高。用于铸造、铸件表面光洁度好;用于引流砂,开浇率高。经我价格全国优惠,国大中型企业使用,效果良好我公司经销的铬矿砂通过SG质量验证,技术指标如下备有现货,Cr,O2>46%SiO,<0.8%双迎来电治谈。Cao<0. 2Cr: Fe=l: 5Cr,O,≥55%SiO,≤0.5%酸耗值:5地址:北京市海淀区大慧寺19号院9号楼耐火度:1850℃邮编:100061粒度:20~70日40~70目电话:010-6211792950~100日20-100目中国煤化工CNMHG70-150目325目:刘晚于150/1283712