钢材成形及弯曲技术

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：在焊接结构制造中，弯曲及成形加工占有相当大的比重。钢材弯曲成形的原理是通过施加外力使钢材发生预期的塑性变形。钢材由于过大的塑性变形，引起冷作硬化，力学性能急剧变坏，因此钢材在冷状态下弯曲成形时，其曲率半径不应小于某一最小允许数值，否则必须在热状态下进行。对称布置辊子的三辊卷板机，辊子的轴承固定在机架的两端，上辊子轴承可以单独或两个同时在垂直平面内移动，以便构成对钢板的压力和获得所要求的弯曲度。

在焊接结构制造中，弯曲及成形加工占有相当大的比重。制造某些焊接结构时，金属材料的80%～90%需进行弯曲和成形加工，如压力容器，各种化工石油塔、罐、釜的圆筒体，锥形或椭圆，球形封头，锅炉的锅筒，焊接管道，各种球形容器等。

钢材弯曲成形的原理是通过施加外力使钢材发生预期的塑性变形。它可以在冷状态下或热状态下进行，这主要取决于钢材弯曲变形的大小。钢材由于过大的塑性变形，引起冷作硬化，力学性能急剧变坏，因此钢材在冷状态下弯曲成形时，其曲率半径不应小于某一最小允许数值，否则必须在热状态下进行。

如图9-12所示的圆筒，在成形时通常当D/δ﹥40时，可在冷状态下进行；当D/δ﹤40时，必须热弯（D为圆筒的直径，δ为钢板的厚度）。

1.卷筒成形

如罐车筒体、锅炉气包筒体的卷圆通常在卷板机上进行，卷板机有三辊和四辊两种，每一种皆有对称和不对称两种类型，如图9-13所示。

对称布置辊子的三辊卷板机，辊子的轴承固定在机架的两端，上辊子轴承可以单独或两个同时在垂直平面内移动，以便构成对钢板的压力和获得所要求的弯曲度。当上辊的中心和下辊的中心平行时，钢板就卷成圆筒形，而与下辊的中心成某一角度时，则卷成锥状。上辊外边的轴承可以拆下，以便从卷板机上取下已卷成圆筒形的钢板。这种卷板机的下辊是主动的，上辊依靠与钢板摩擦而转动。这种卷板机有很大的缺点：成形时板端头出现直边，直边的宽度大约等于两下辊中心距的一半，一般两端各有150～200mm的直边卷不圆。为了解决这个问题，出现了如图9-13b、c、d的辊子布置形式，例如四辊卷板机，上轴主动，两侧辊在箭头方向能调节，下辊上下能略作调节以适应不同厚度的工作，钢板的弯曲是靠侧辊上升所产生的压力来实现的。在没有四辊卷板机时，可以利用预弯边达到卷圆目的。预弯边可以在各种压力机上进行，也可以在三辊卷板机上利用模具进行板边预弯。图9-14将模具1放到下辊2上将钢板3端部放入模具内，上辊4下降施压，钢板端部即可弯曲，模具的曲率比工作的曲率稍大一些，其厚度应大于被卷圆钢板厚度的2～2.5倍。宽度必须超过两下棍子的跨度，应该注意对模具经常检查曲率及调修。避免因用时间过长模具曲率改变出现误差。在卷板机上进行卷圆时，如已知钢板的弯曲半径R，求出各棍子中心距离；或已知辊子中心距离，求出钢板卷成圆筒的半径时，可采用下列公式（见图9-15）。

图9-12 圆筒示意图

图9-13 三辊和四辊卷板机工作示意图

图9-14 三辊卷板机上用模具预弯

图9-15 卷板机辊子尺寸和位置

a）三辊卷板机 b）四辊卷板机

（1）三辊卷板机（见图9-15a）

（2）四辊卷板机（见图9-15b）

假如上辊对下辊可以调节倾斜度时，倾斜度决定于钢板厚度（δ）和锥形圆筒两端弯曲半径的差值，可以用下面公式计算：倾斜度=（h₁-h₂）/δ；式中h₁、h₂为钢板端部上、下辊子中心距。根据预设弯曲半径用三辊卷板机的公式求得2a。

样板放在被弯曲工件的内部检查弯曲度，弯曲度和样板的间隙不得大于1～1.5mm。

对型钢（角钢、槽钢、工字钢、钢管等）弯成全圆或圆弧时，用专用设备进行加工，我国生产的w24-2型3辊型材弯曲机，能冷卷各种方钢、扁钢与型钢等。

在焊接结构中常遇到一些曲面零件，如锅炉、高压容器、化工容器的封头，汽车油箱、罐车罐体的封头等，这些零件一般是利用胎模在水压机（或油压机）上热压成形。

2.折弯成形

折弯成形也是钢材成形的主要形式之一，常采用折弯压力机实现。折弯压力机是对薄、中厚度板进行单角压弯的成形设备。模具通用性强、操作方便、投资较低、使用较广。目前全液压数控三点折弯，使工件的折弯角与直线度达到了很高的精度。三点折弯法的原理是：凹模槽口的2个点与上柱销的1个点组成3点（见图9-16），通过CNC调节柱销高度，精密地确定折弯角度，然后在凸模的作用下，使板料折弯。因三点分布在板料的同一侧（下面），折弯精度不受板料厚度不均的影响。在凸模上有液压垫，压力在整个折弯长度上均匀分布，有效地补偿了滑块与工作台等受力构件的挠度，并用强力折弯的形式消除了板料的回弹量。

3.封头成形

图9-16 板料三点折弯示意图

封头成形法主要有冲压成形、旋压成形、爆炸成形等三种方法。

冲压成形，就是用水压机或油压机借助冲模把毛坯冲压成所需形状。其成形质量好，生产率高，适于批量制造。由于冲压过程毛坯塑性变形较大，对于壁厚较大或冲压深度较大的封头，为了提高材料变形能力，保证封头成形质量，一般都采用热冲压成形。但该法耗能较大，所以在20世纪90年代，我国引进国外技术，开发了封头冲压技术。为了解决冲压中所产生的冷作硬化对封头质量的影响，除了采用先进的设备和必要的工艺措施外，最重要的一条就是所采用的材料要有较大的塑性储备，其屈强比要小于70%～72%。对材料化学成分的控制也十分严格，尤其S、P质量分数必须控制在0.015%以下。

旋压成形就是利用里外辊轮，一个作靠模辊，一个作加压辊，两个辊轮相互配合，能进能退，按设定要求，将工件旋压成各种回转体的加工工艺。现在，旋压技术已进入数控与录返阶段，由于技术上、经济上的一系列优点，其应用已逐渐增多。

爆炸成形是一种高能成形工艺，它利用炸药产生巨大能量的冲击波，通过水等介质把力传递到金属毛坯上，迫使金属毛坯产生塑性变形，通过下模成形得到所要求的形状。制造实践证明，对壁厚8～20mm、Φ600～1600mm封头用爆炸成形通常都是成功的。但对大型厚壁封头，由于爆炸用药多，工艺不易控制。

钢材成形及弯曲技术

相关推荐