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四辊卷板机厂家卷板工艺过程
发布时间:2021-03-29 16:28浏览次数:
概述
 
石化设备制造的主要工艺方法之一是板料筒体成形。通常有两种成形方法:四辊卷板机厂家在压力机上用压模弯制筒体和在辊式卷板机上对板料连续弯曲成形。后者比前者具有的显著优越性可从表 2.1 中看出。
[10]
表 2.1 制造一个厚壁筒体工时的比较
 
Table 2.1 The time comparison of creating a section of thick wall cylinder manufacturing
 
制造方法 筒节直径(mm)
1000 1500 2000
卷圆 100 118.7 125
压制 827 1087.5 922
采用辊式卷板机卷圆时,板料在旋转着的辊子间移动,因塑性弯曲而变成筒形,再某一瞬间,变形区只占板料中很小的一个区段。但在整个变形过程中,这一变形区要沿着整个板料长度连续移动,最终使周边上各处都发生程度相同的永久变形,获得相同的曲率,成为圆筒形状。
通常,一个筒节的卷制成形由板料对中、预弯、卷圆和矫圆等工序组成。
 
2.2.2 对中
 
四辊卷板机厂家将板料置于卷板机上卷曲时,为防止产生歪扭,应将板料对中,使工件母线与辊筒轴线保持严格的平行。如果对中不好,就会造成卷制后的筒节出现端面错口。其中对中

一般在预弯工序前后都要进行。
 
2.2.3 剩余直边与预弯
 
(1)剩余直边的形成
板料放在卷板机上卷圆时,只有钢板与上辊轴接触的部分才能得到弯曲,所以钢板
 
〔10〕
的两端各有一段长度不能发生弯曲,这段长度称为剩余直边。 图 2.2 表示三辊卷板
 
机开始工作的情况。

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

 
图2.2 剩余直边的形成
Fig.2.2 The formation of the remaining straight edge
首先,板料送入上下辊之间,平放在两个下辊O2、O3 之间。然后上辊O1下降,与板面接触后,再压下一个进给量fe1。这时板料的ae段相当于中间受集中载荷的简支梁,各个截面上的弯矩大小如图 2.2b所示。由于弯矩中间最大,并向两端呈线性减少,故板料各截面上的应力水平彼此不同,见图 2.2c。截面aa1上应力为 0,a至c之间的板料处于弹性变形范围,截面上的应力按直线规律分布。越靠近c的截面上,内外侧的应力值越大,
截面cc1处内外侧应力均达到屈服极限σs,ce之间为弹塑性变形范围,截面dd1上的应力

分布近似为一条折线。中间为弹性区,外层为塑性区,由于变形强化作用,塑性区的应力分布线也有一定的斜度。
随着辊子按箭头方向顺时针转动,ae段越过辊子O2的切点而延伸到O2的左面。此时弯矩消失,原处于弹性变形范围的ac段板料恢复平直状态。ce段板料原来既有弹性变形, 又有塑性变形;前者趋于恢复状态,但受后者的制约,所以这一段板料虽不能完全恢复平直,其曲率却会变小,而且从e至c曲率是逐渐减小的。只有e及e右边的板料,因为都通过O1正下方的位置,经历了最大的弯曲变形,尽管由于弹性应力(应力线上的 23 段) 的恢复,曲率半径有所增加(即回弹),但这个曲率半径的增量对板料的各点都是一样的。所以形成了半径恒定的形状,即圆筒形。这就是剩余直边形成的过程。
为避免板料从工作辊间脱出,实际剩余直边通常比理论大。对称弯曲时为(6~20) t(t为板厚);不对称弯曲时为对称弯曲时的(1/6-1/10) 。
(2)预弯
在纵缝焊接后,板料两端的剩余直边被联结起来,成为圆筒上曲率半径较大的一段弧。由于焊缝金属的机械性能与母材不同,母材的热影响区的机械性能也与其他部分有差异。在矫圆时很难把这一段的形状改变得与其它部分一致,并且矫圆时这一段的应力也较大,造成卷板机负荷波动,因此必须在卷圆前设法使剩余部分的曲率与其余部分的曲率一样,这个过程就是预弯。
对于可调式三辊机和四辊机,多数都能弯曲板边并达到较高质量,一般情况下,不必事先进行预弯。办法是移动上辊或下侧辊,缩短图 2.2a 中 ae 段的距离。剩余直边 B
(包括曲率不够的 ce 段)由下式得出(推导过程本文从略):

 
B=ae≈a1f≈
l
2 + dc
R

(2-4)

从式中可看出,由于侧辊直径dc不能改变,R又是产品要求的数值,也不能改变,故减小侧辊中心线间距就可以减小B。但是对于一定材质和截面形状的板料,在e点达到规定的塑性变形程度的弯矩M是个定值。B越小,辊子受力就越大。因此辊子的相对位置不能无限靠近,必须满足:
B≥ M (2-5)
Fc
 
式中:M-板料需要的变形弯矩

Fc-侧辊能承受的最大作用力
根据这一限制条件,可以算出调整卷板机时的辊位偏移量。对于水平下调三辊卷板机:

 
 
式中:X-实际偏移量
X=XT-〔1-
da 2R - t
〕B (2-6)

XT-理论偏移量,三心(上辊、下辊和曲率的中心)共直线时的偏移B-允许的最小理论直边宽
da-上辊直径
 
2R-工件中性面直径t-工件厚度
可见,即使是可调式卷板机,也不能完全消除剩余直边,如筒节圆度要求很高,即使采用四辊机卷圆,也要进行预弯。
(3)常见的预弯方法1)压力机预弯
2)在卷板机上采用垫板预弯
 
3)使用端头滚弯机进行预弯
 
4)在带弯边垫板的三辊卷板机上预弯
5)在可调式卷板机上预弯
本质上,下调式三辊卷板机和四辊卷板机通过侧、下辊(下移)的调整,可变换为不对称式卷板机。
另外,对于端部板边,还有两种处理方式,一种是让板料先预留直边量,进行卷圆然后将其切除掉,再卷一次,这样做的代价就是造成材料的浪费。另一种方式是某些工艺要求不进行预弯,如果纵向对接缝用电渣焊接,则必须保留一定长度的直边区,焊接之后再矫圆,当然这种情况要求卷板机具备足够的能力。
 
2.2.4 卷圆
 
卷圆时,一般分一次进给和多次进给两种〔10〕。卷制厚板时需用多次进给方式。

2.2.5 矫圆
 
矫圆就是在辊式卷板机上使具有封闭外廓的筒节达到规定的圆度和圆柱度。筒节在三个辊子间矫圆,办法是先增大筒节在辊子间的那一段曲率,然后再减小它(还有其它办法,本文从略)。为使筒节在矫圆后得到正确的几何形状,必须保证加压时的曲率大于筒节上任何部分的曲率,同时在加压后还有个把矫圆力逐步而均匀地卸除的减载过程。
筒节的矫圆工序可分为三个连续的步骤:
(1)加载――根据卷板机的结构型式升起侧辊或降下上辊,使筒节在侧辊之间的一段发生弯曲变形;
(2)滚圆――筒节在恒定的弯曲半径下回转;
(3)减载――降低侧辊或升起上辊,使侧辊间的那一部分筒节的变形减小。
筒节安放在卷板机上后,可按两种方法加载:一种方法是先不让筒节转动,把弯曲半径减到矫圆所需的弯曲半径R ' (比筒节理论半径R0要小)后再转动;第二种方法是筒节要放在卷板机上后先让它转动,再逐渐把弯曲半径减到R ' ,剩余圆度的大小与采用哪种方法加载无关。
在辊式卷板机上进行筒节矫圆工序时,正确选定矫圆的弯曲半径R ' 具有重要意义, 筒节达到的矫圆精度在很大程度上取决于这个数值选得是否正确。计算R ' 时,首先要考虑筒体在矫圆前的形状与板料的回弹。通常 R' 按下式确定:[10]

 
R' =
1+
Kf Ro
22.59-A   R
(
(m + 2)E t

)1-m
(2-7)

 
式中:Kφ—筒节形状系数,与预弯方法有关。按经验:压力机上预弯Kφ=0.9~0.95; 卷板机上用垫板预弯Kφ=0.8~0.85;卷板机上不用垫板预弯,弧形部分Kφ=0.7~0.85, 平直部分Kφ=0.65。
R0—— 筒 节 理 论 内 径             A,m——材料强化曲线常数(在相关手册中查取) E——材料弹性模量
所取弯曲半径比计算值大 5%,会使椭圆度增加 1.5mm~3mm。弯曲半径减到计算值

以下,总体对精确度无不良影响,但却会使材料强化程度增大,有时容器的使用条件不允许这样做。
加压至R ' 后就进行滚转,即在恒定的弯曲半径下回转,转数不需过多,为了获得必要的精度,滚 1~1.5 圈就足够了。
椭圆度减至最小值标志着应力沿整个圆周均匀分布,为达到这一目标,必须正确选择减载方式及各周期内的减载量。通常把减少筒节圆周变形的方式称为减载方式(例如每 0.5 转减一次),筒节每次弯曲半径的变量称为减载量,四次减载构成一个减载周期。
最好的减载方式能保证圆周上的变形均匀地依次减少。每 0.5 转减一次载的方式达不到这个要求,因为是在同一直径两端处减少变形,即在圆周的两点减少变形。最恰当的是按每 0.75 和 1.25 转减一次载的方式,即沿圆周上四点减少变形。为了用最小的时间矫圆筒节,≤ f 800mm 的筒节可以每 0.75 转减一次载,> f 800mm 的筒节每 1.25 转减一次载。0.75 转和 1.25 转减载可以达到最小的椭圆度。减载的周期数越多,得到的精度越高。要达到 1~2mm 的精度,四个周期已经足够。从第一周期到第四周期的减载总量依次减少,可以获得最理想的矫圆精度。
 
2.2.6 冷卷及热卷
 
钢板厚度或卷制变形量在设备允许的范围内,采用冷卷最为适宜。因冷卷具有很多优点,如:形状准确,易于操作,价廉,无氧化皮的麻烦,弯曲的伸长量少等。
对超过设备冷卷能力的厚钢板,在卷制时必须加热至其锻造温度或 500~600℃,使钢板具有良好塑性,易于卷制。但是热、温卷也有很多缺点(见 1.1)。
关于热卷时氧化皮的问题,如果采用立式卷板机,可以在很大程度上减少此危害性。但立式卷板机卷出的筒节圆度不如卧式卷制,且筒节成型后取出后放倒也不方便。

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