畢業(yè)論文-槽鋼輥彎成型過程模具設計及可靠性分析

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更多相關文檔資源請訪問 http://www.docin.com/lzj781219畢業(yè)設計說明書槽鋼輥彎成型過程模具設計學生姓名： 學號： 學 院： 系 名： 專 業(yè)： 指導教師： 年月機械設計制造及其自動化槽鋼輥彎成型過程模具設計及可靠性分析摘要冷彎型鋼產品具有斷面合理、強度高、重量輕、金屬利用率高等優(yōu)點，是一種經濟斷面型鋼，廣泛應用于汽車、航空、輕工、機械制造以及建筑等各個行業(yè)。輥彎成型過程是非常復雜的（本文以槽鋼為例） ，到目前為止，其本身所具有的特點和規(guī)律尚未被人們真正地理解與掌握，生產中的工藝設計和孔型設計仍然主要取決于經驗知識，不僅調試時間長，難以適應市場變化，而且造成資源的巨大浪費，增加成本。本文首先介紹了國內外關于輥彎成型理論研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，其次計算輥彎成型過程的參數(shù)，制定成型制度，確定彎曲角，得出成型道次。并根據(jù)每一道次，確定各尺寸，進行模具設計。本論文的研究結果對于冷彎型鋼產品的開發(fā)、孔型系統(tǒng)的設計提供了可靠的預測模型，為實際生產應用提供了直接依據(jù)，具有重要理論意義和應用價值。關鍵詞：槽鋼，輥彎成型，模具設計Molding tool design for roll forming process of Channel steel and Credibility analysisAbstractThe cold bending section product，with such merits as the high intensity, the light weight, the high metal use factor, is one kind of economic sections, widely applied in the automobile, the aviation, the light industry ,the machine manufacture as well as the construction fields. The roll forming process is extremely complicated(this paper took channel steel as example). And moreover, the influence formation factor is multitudinous. So far, the characteristics and rules of itself have not yet truly understood and grasped. The technological design and the roll pass design of production were still mainly decided by the experience know ledge, which not only delayed the debugging time and was difficult to adapt the market ,but also wasted resources and increased the cost. This paper introduces the theory of domestic and international research on the Roll Forming the status and development trend of roll forming process of calculating the parameters, to develop molding system to determine the bending angle, draw forming pass. In each pass to determine the size of mold design. The researching results of this paper provided the reliable forecasting model for the pass system design of the cold bending section product development and the direct basis for the actual production application, which is of important theoretical significance and the application value.Key word: Channel steel, roll forming , Molding tool design 第 Ⅰ 頁 共 Ⅱ 頁目錄1 引言 11.1 課題的目的和意義 .11.2 冷彎型鋼發(fā)展概述及特點 .31.3 國內外研究現(xiàn)狀 .31.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 .31.3.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀 .31.4 冷彎型鋼軋制工藝及設備 .41.5 研究的內容和方法 .52 槽鋼輥彎成型過程參數(shù)計算 62.1 設計原理 .62.2 毛坯參數(shù)計算 .72.2.1 冷彎鋼板彎曲時中性層位置的確定 72.2.2 展開料長度 82.3 成型制度的確定 .92.3.1 各道次彎曲角的選定 92.3.2 道次彎曲半徑的選定 .112.3.3 成型道次確定 .13 2.3.4 成型工作斷面的取向 .142.3.5 彎曲的方式 .142.3.6 彎曲的次序 .163 槽鋼輥彎成型過程模具設計 .173.1 成型輥及孔型設計 173.1.1 成型輥結構的選擇 .173.1.2 閉式孔型設計及構圖 .173.1.3 槽鋼開式孔尺寸及構圖 .203.2 模具設計 213.2.1 第一道次模具設計 .21****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 1 頁 共 45 頁3.2.2 第二道次模具設計 .223.2.3 第三道次模具設計 .253.2.4 第四道次模具設計 .273.2.5 第五道次模具設計 .294 了解疲勞理論以及模具的可靠性分析 .324.1 模具可靠性的內涵 324.2 疲勞理論 324.3 模具可靠性 324.3.1 可靠度 .334.3.2 累積失效概率 .334.3.3 平均壽命 .334.3.4 可靠壽命與中位壽命 .334.3.5 失效率 .335 結論與展望 .345.1 結論 345.2 展望 34參 考 文 獻 35致 謝 .371 引言1.1 本課題研究的意義及目的冷彎型鋼是指通過輥彎成型法或滾壓成型法等以帶材為原料，加工成特定斷面的型材，如圓管、槽鋼、波形板、異型截面鋼材等。輥式成型是一種高效、節(jié)能、節(jié)材的金屬成型工藝。 [1]輥彎成型是槽鋼的主要成型方法，輥彎成型是通過多道次具有特定輪廓型面的成型軋輥，把卷材或單張板材逐漸地進行橫向彎曲以制成特定斷面的金屬型材的工藝方法。輥彎成型過程是一個復雜的成型過程，受到很多因素影響。軋輥是板金屬輥彎成型的關鍵部件，對最后金屬的成型有著至關重要的影響。 [2]****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 2 頁 共 45 頁因此，槽鋼輥彎成型過程的模具設計具有很重要的應用前景與研究意義。1.2 冷彎型鋼發(fā)展概述及特點我國冷彎型鋼生產起始于20世紀50?60年代，只在鞍山、上海、重慶等個別地區(qū)，以服務于農基業(yè)為主。1958年開始生產的冷彎型鋼開始用于汽車、建筑、自行車制造等行業(yè)，其產品僅僅能滿足該行業(yè)自身需要。70年代末僅有6家，在改革開放的有利形式下，國民經濟建設對鋼材品種和質量提出了新的要求，冷彎型鋼的優(yōu)點逐步為人們所認識和接受，冷彎型鋼的生產取得了較大的發(fā)展。例如：由包頭設計研究院為消化吸收國外某些先進技術結合國內市場具體情況而開發(fā)研制的 m219?中口徑焊管成型機組，即CR機組（Composite Roll Mill）屬于一種新型輥式成型機組。直到上世紀80年代是冷彎型鋼的第一次發(fā)展高潮，集中于華東、華北、東北地區(qū)，服務于汽車、客車、建筑門窗、交通運輸、貨架、電器等行業(yè)。21世紀初，我國冷彎型鋼生產面臨第二次發(fā)展高潮，集中于華北、華東、西南地區(qū)。這次發(fā)展的特征是：以原料鋼廠為重點或以用戶服務單位為重點；產品特點是大型( m325?以上） 、精薄或專業(yè)化為主；市場多數(shù)描準鋼結構、汽車、電力、基建等。到目前為止，生產機組達到一千多套，最大管徑達到 m60。全國冷彎型鋼生產能力基本能滿足市場需求量，但出口量很少，只有幾千噸。冷彎型鋼產量占鋼產量的2.4%，產品品種達到2000多種。冷彎型鋼已經成為鋼材品種中不可缺少的一支后起之秀，受到廣大用戶的青睞。國外輥彎成型技術工藝已具有100多年歷史了，大致分為三個階段：第一階段（1838?1909）是探索和試制階段這階段輥彎成型理論和冷彎型鋼的研究工作進展緩慢。僅少數(shù)幾個國家進行生產，期間生產的產品不僅產量低而且品種與質量都很差，產品僅僅能夠滿足當時建筑部門與車輛等部門的需求。隨著工業(yè)運輸業(yè)的迅速發(fā)展，輥彎成型工藝生產的冷彎型鋼已經不能滿足用戶要求。第二階段（1910?1959）是創(chuàng)立和逐步推廣輥式冷彎成型工藝的階段。在此期間，美國首先創(chuàng)立了輥式冷彎成型工藝，并建立了第一套專業(yè)化輥式****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 3 頁 共 45 頁冷彎型鋼機組，使得冷彎型鋼生產發(fā)展到了一個新階段。但是由于當時的冷軋、熱軋帶材生產落后，影響了冷彎型鋼使用與發(fā)展。第三階段（1960年至今）是冷彎型鋼生產迅速發(fā)展這一時期，由于世界鋼材品種有了重大進步，帶鋼與板材的比重與質量顯著提高，使冷彎型鋼生產應用得到了極大發(fā)展。 [3]冷彎型鋼能得到較為廣泛的應用，主要是其具有如下特點：1）斷面形狀簡單的冷彎型鋼（角鋼、槽鋼等） ，整個斷面的壁厚是一樣的，它們用來制造結構件時，可以簡化裝配工序，并減少結構安裝勞動力；2）逐漸的連續(xù)變形方式，適合大規(guī)模生產；3）高質量的冷軋帶鋼，經過連續(xù)的輥彎成型，仍然可以保持其優(yōu)良的表面質量和精確的尺寸；4）不同架次的冷彎型鋼機組和不同工藝參數(shù)的成型機組，為生產各種規(guī)格、各種斷面形狀的產品提供了技術保證；5）輥彎成型可以同其他生產工序合并成一條多功能的連續(xù)作業(yè)線，這樣就可以大大提高勞動生產率，改善產品質量，降低輔助材料和電力消耗；6）由于加工通常是在常溫下進行，故可以用各種涂鍍層的帶鋼進行加工，而且不至于破壞其表面的涂層和鍍層；7）冷彎成型可生產出一般熱軋難以生產的復雜斷面、品種多樣的薄壁冷彎型材，從而在金屬消耗最少的情況下，獲得最大的強剛度；8）在大規(guī)模生產方面，成型輥費用比沖模少，而使用壽命卻比沖模長得多。用一套裝配式組合成型輥可生產多種規(guī)格的冷彎型鋼，而一套型鋼軋輥只能軋制一種規(guī)格的軋材；9）用冷彎型鋼代替熱軋鋼一般可節(jié)約材料25%?50%，這對于橋梁、車體等笨重結構是非常有利的，而且冷彎型鋼結構、鋼筋混凝土結構、裝配式結構、木結構比起來，最主要的優(yōu)點在于它的不燃性、強度高、結構重量輕，構件適于大批量生產，空間利用率高，施工期限縮短；10）冷彎型鋼的縱向長度不受臺面尺寸的限制，適于加工成型橫斷面形狀復雜而縱向尺寸很長的制件。 [4]所以冷彎型鋼在各個領域得到廣泛應用，各國意識到了冷彎型鋼的發(fā)展?jié)摿Γ?***學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 4 頁 共 45 頁都大量投入資金和精力研究和發(fā)展核心技術，其中輥子的設計開發(fā)尤為重要。1.3 國內外的研究現(xiàn)狀1.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀英國學者提出了人工神經元網(wǎng)絡方法輔助軋輥設計，該系統(tǒng)提供了63個儲存單元和一種學習軋輥模具的方法，該方法是利用先前的設計指導目前的設計得出更好的解決方法。再者系統(tǒng)能引導無經驗的設計者作為培訓教案學習軋輥設計。德國 Data M 軟件公司開發(fā)了一套軋輥設計的軟件，能設計出精確的輥花圖和軋輥模具圖，還能進行有限元模擬分析冷彎成型工藝過程。該有限元分析的模型是自動從輥花圖和軋輥模具圖獲取到 Copra?軟件中。德國 UBCEO 軟件公司的 PROFIL 冷彎軋輥設計軟件，該軟件的目標是讓工程師更好、更快、更安全的設計。并提出了三步質量管理理念，分別是產品邊部應力的校核、產品應力分布分析和計算機有限元模擬分析，保證軋輥設計的安全性。其主要的功能包括產品圖的繪制、產品展開寬計算、邊部應力計算、回彈角計算、輥花圖的自動設計、軋輥模具的自動設計、有限元模擬分析、軋輥加工數(shù)據(jù)輸出、圖紙輸出和成本分析等等。 [5]1.3.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀 我國學者對冷彎成型工藝成型輥設計的優(yōu)化進行了研究，通過反應曲面法建立的數(shù)學模型描述了叫增量成型的影響，輥子半徑對回彈角的影響和最大邊部縱向應變。在優(yōu)化的過程中，回彈角和最大邊部縱向應變分別的在每個機架中設置成基本函數(shù)和約束條件。得到的最小的回彈角便會成為最優(yōu)化的成型角度和輥子半徑。北京科技大學的朱書棟等對冷彎成型的基本理論進行了全面的研究，得到了冷彎過程中的四種基本變形方式的應力應變表達式和變形功的數(shù)學表達式，對槽鋼等輥彎型鋼的設計和生產有著普遍的指導意義。 [6]我國于1958年開始生產冷彎型鋼，主要開始于汽車、建筑、自行車制造等行業(yè)，其產品僅僅能滿足該行業(yè)自身需要。直到上世紀八十年代才逐漸有所發(fā)展。但是與國外冷彎型鋼生產還有很大差距。總產量仍然很低，約占全國生產鋼材總產量0.5%，而國外已達到5%；從生產設備上看，我國設備比較陳舊，且中小型設備多，大型專業(yè)化設備少，微型機組國內目前尚屬空白。從品種規(guī)格、產品質量****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 5 頁 共 45 頁上看與國外也有很大差別，主要集中表現(xiàn)為：(1)坯料材質不優(yōu)、品種單一、精度差。(2)產品標準遠遠跟不上品種開發(fā)，生產滯后于研究。(3)產品表面質量差、性能不穩(wěn)、定尺率低、還有產品未去除內毛刺。(4)對于深加工產品、國外已做到零件化、部件化，我們則是由使用單位自行 加工成所需零部件。 [7]未來輥彎型鋼生產正在向高效率化、高附加值化、多品種化方向發(fā)展，推動了一系列輥彎新技術的發(fā)展。虛擬制造技術逐漸應用到輥彎成型過程中。先進的系統(tǒng)建模和仿真優(yōu)化技術已應用于輥彎成型中, 并應用于動態(tài)模擬輥彎產品的設計、制造和檢驗的全過程。再加上經驗及合理的推理機制，將形成一個完整的輥彎成型專家系統(tǒng)。使冷彎成型走向更加智能化的生產。 [8]1.4 冷彎型鋼軋制工藝及設備冷彎型鋼軋制工藝按產品的不同分為開口型鋼生產工藝和閉口型鋼生產工藝兩種，如圖1.1,1.2所示。其中開口型鋼生產工藝的相應的設備有：縱剪機組、對焊裝置、輥式成型冷彎機組、剪切裝置或飛鋸。閉口型鋼生產工藝包括圓管和異型管，圓管工藝的相應設備有：縱剪機組、對焊裝置、冷彎成型和定徑機組、高頻焊接設備、剪切裝置（飛鋸或飛剪等） [9]原材料卷板 縱剪 對接 冷彎成型機冷彎或鋸切 包裝入庫 圖1.1 開口型鋼生產工藝流原材料卷板 縱剪 對接 冷彎成型機 高頻焊接件定徑機組 冷彎或鋸切 包裝入庫 圖1.2 閉口型鋼生產工藝流 1.5 研究的內容和方法1、搜集資料綜合，了解并掌握輥彎成型過程理論2、運用 solidworks 軟件及搜集到的資料進行總和、分析，對槽鋼輥彎成型****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 6 頁 共 45 頁過 程各道次進行模具設計3、運用疲勞強度理論，對模具進行可靠性分析2 槽鋼輥彎過程參數(shù)設計此零件供汽車制造車身用，這里采用是涂層鍍鋅鋼板為原材料進行模具設計，這種鋼材變形塑性很好，深沖壓等冷加工性和焊接性很好，強度和硬度均很低，生產成本較低。由單軸拉伸實驗測得材料的彈性模量E為21000MPa，切線模量為368 MPa，密度為7850kg/m，泊松比v為0.3，摩擦系數(shù)p取0.2，坯料寬度經過計算取155mm，板厚為2.0mm的鋼板。原始數(shù)據(jù)：圖2.1 汽車用等邊槽鋼如圖： 厚度 mt2? 總彎曲角 o90?腰長 h6腿長 b5?圓弧半徑 mR2.1 設計原理冷彎型鋼是用經過縱剪的熱軋或冷軋帶鋼為原料，在常溫下，用連續(xù)輥彎成型、拉拔彎曲成型、沖壓折彎成型等方法，加工制造出熱軋方法難以生產的各種斷面型材。其中輥彎成型工藝又是冷彎型鋼的主要加工方法。它是通過一組縱向****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 7 頁 共 45 頁排列的軋輥，將平整的原板逐漸變形，使之達到適合使用要求的形狀。冷彎成型有如下特點：(1) 產品成型不僅發(fā)生在每一架的成型輥上，而且還發(fā)生在兩架成型輥之間的平緩過渡區(qū)內。(2)在彎形過程中，帶鋼坯料厚度和面積在理論上不變。 [10]2.2 毛坯參數(shù)計算制定合理的毛坯就是使輥彎毛坯尺寸最小，材料等級最低，這首先意味著能減小材料耗用量，提高輥彎成型的材料的利用率，降低所用材料的價格，從而使產品成本降低，提高經濟效益。使用合理毛坯進行沖壓，材料各部分的變形都貢獻給有用形狀的形成，無附加變形、未參與變形的附加余料牽制。在機床及模具的狀態(tài)、潤滑條件一定的情況下，材料變形吸收能量最少，變形的應力、應變狀態(tài)最佳，因而板料的成型性能可得到最大程度的發(fā)揮。2.2.1 中性層位置的確定一般可按圖形分析法計算坯料寬度，復雜斷面有時要用放大比例方法進行精確計算。料寬通常按斷面中性層長度決定。一般認為中性層長度不經受彎折或橫向拉伸變形。要確定一個給定型材所需的帶寬，先要做一個打比例的斷面圖，把它劃分為直線段和曲線段后，沿中性線對各段長度進行求和。各彎曲段對應的帶坯寬度由彎曲角的大小和中性線所對應的彎曲半徑(稱為名義彎曲半徑)所確定，即彎曲段長度: ?mrW? (2.1)式中： mr —— 名義彎曲半徑，mm? —— 彎曲角度，rad名義彎曲半徑 mr (mm)由下式確定：ktrm?? (2.2)式中： r —— 彎曲角內徑，mmk —— 系數(shù)，即彎曲因子t —— 帶坯厚度，mm****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 8 頁 共 45 頁當板料彎曲變形較小時，中性層在板料中間，變形較大時，中性層逐漸向內移動。通常當彎曲內半徑 r 與板料厚度 t 之比小于 12，即 r/t12 時，就必須考慮中性層向內的移動量。該移動量通常是借助實驗方法得到鋼板中性層位置系數(shù) k（表 2.1） 。設ρ為彎曲半徑 mr的中心到中性層的距離，即中性層的彎曲半徑mr表2.1 鋼板中性層位置系數(shù)的確定r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.6 0.7k 0.23 0.29 0.32 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39r/t 0.8 1.0 1.3 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0k 0.40 0.41 0.43 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49已知： mr6? t2 3 查表1.1得 46.0?k 2.2.2 展開料長度計算彎曲件展開料長度的方法，是將彎曲件分成若干直線段或圓弧段的基本幾何單元，分別計算各單元部分的長度，然后求出各單元部分長度的總和。鋼板折彎處展開尺寸的公式為：??ooktrl 180/180/????? (2.3)式中 — 折彎處展開長度— 彎曲區(qū)之間對應角當 o90??時， ??2/ktrl??? (2.4)以圖為例，鋼板可分為兩個 1L一個 ，兩個 3L。 1、 2為直線部分，只需要加減，即 321L?但實際生產中，鋼板折彎成90度，其尺寸標注通常不像圖2.2所示，而是像圖****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 9 頁 共 45 頁2.3所示，為此折彎展開料每一部份可按下式計算：trL??1' (2.5)2'2 (2.6)其中 r --彎曲半徑t-- 為板料厚度而 3L按(2.4)式計算。 [11]圖2.2 圖2.3已知 ml5'1?60'2t 根據(jù)式(2.4) (2.5) (2.6)得 mL471?2 9.83mLL15321???2.3 成型制度的確定在擬訂冷彎型鋼生產工藝時應確定成型制度，用成型工件彎曲部位的彎曲角和彎曲半徑來表征的，成型制度對于以最少的消耗生產合格冷彎型鋼具有決定性意義。2.3.1 各道次彎曲角的選定****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 10 頁 共 45 頁彎曲角的分配由成型機能力、成型道次、機架間距、總變形量等因素決定。一般來說成型時應這樣選定彎曲角：冷彎型鋼的成型過程是連續(xù)的過程，每一道次的變形都對整個過程有影響，而變形角正是確定變形量的參數(shù)，所以它的分配直接關系到產品成型的好壞。通常，變形角的分配由成型機組的能力、成型道次、機架間距、總變形形量等因素決定，可按照下面規(guī)律進行分配：(1) 開始道次的變形角選取稍小。對于型鋼彎曲角 o90來說選取 o10-2范圍較好，這是受咬入條件、邊部拉伸和軋制穩(wěn)定性所限制。(2) 中間道次變形角盡可能大。由于邊部拉伸逐漸減弱，成型工件已經部分成型，具有相當大的剛性，不易偏離成型方向，所以利用材料塑性減少軋制道次。但要避免由于彎曲角分配不均而造成的帶坯局部異常變形以及型材表面劃傷。(3)后面道次變形角越小越好。這是因為斷面形狀的變化造成了彎曲力的減小，而且還減小了回彈，所以要求后面道次變型量減小以保證精度。(4)異型鋼的變型量分配，在許多情況下受幾個彎角同時變形的限制，對斷面上一部分的變形分配會影響到另一部分, 這就要做適當調整。不同成型機組的成型道次計算方法各不相同。一個道次中工件各段的彎曲角根據(jù)彎曲段的寬度、坯料厚度、工件在成型輥中的變形方法、型鋼形狀和尺寸等確定。常見的角分配方式有兩種，一是平均分配方式即： nio/??? (2.8)其中 i — — 第 I 道次彎曲角o— — 最終彎曲角n— — 總成型道次i— — 成型道次一種是余弦分配 ??ninioi 32cs1/cos32????? (2.9)其中 i — — 第 I 道次彎曲角o— — 最終彎曲角****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 11 頁 共 45 頁n— — 總成型道次i— — 成型道次圖2.4 余弦分配的圖形表示輥彎壁厚2毫米以下成型時一個道次中采用的彎曲角列于表 2.2 和 2.3 表 2.2 壁厚 2 毫米以下的成型工件一個道次的總彎曲角與彎曲部分寬度的關系總彎曲角彎曲部分寬度 1?23?45?≤55～15≥150020906055--8075--9393--9090表 2.3 一個道次內彎曲角與坯料厚度的關系坯料厚度（毫米）成型工具0.5～0.8 0.8～1.2 1.2～1.5成型輥輔助立輥導板453022302015221512根據(jù)已知條件得出，該零件最合理的成型制度是：0o 20o 55o 75o 93o 90o2.3.2 各道次彎曲半徑的選定中間各道次斷面彎曲半徑是確定成型制度的另一個重要參數(shù)。若工件成型時的彎曲半徑和彎曲處弧中心距不變，則彎曲段開始部分位于成品型鋼圓角的開始****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 12 頁 共 45 頁處，接近工件中央，而且彎曲順序是從中央到兩邊。若成型時的彎曲半徑不變，可按（2.10）式求出各道次中彎曲部位弧的中心距，如圖2.6??????221190908nnoknC??????? （2.10）其中 ——第n個道次中彎曲部位弧的中心距；k——成品型鋼彎曲部位弧的中心距；1?2——彎曲部位變形中性層的彎曲半徑；n?——規(guī)定道次中的彎曲角。圖 2.5 弧中心距的確定示意圖若工件成型時的彎曲半徑是不變的或變化的，而彎曲處弧中心距是變化的，則彎曲段開始部分位于型鋼邊緣附近且彎曲順序是從兩邊到中央。在這種情況下，彎曲半徑中心距減小，各道次的彎曲半徑可按下式求出：????????KsabRn?018（2.11）其中： nb ——成品型鋼彎曲處弧長，毫米；? ——規(guī)定道次中的彎曲角；S ——工件厚度，毫米；****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 13 頁 共 45 頁K ——系數(shù)，它與相對彎曲半徑有關已知 mbn6?ooooo 9037520?S46.?K得出： 第一道次 mR2 第二道次 mR9.8? 第三道次 3. 第四道次 4第五道次 6若成型時的彎曲半徑不變，則所獲得的成品冷彎型鋼集合尺寸的精度較高，而成型力較大。若成型時采用變化的彎曲半徑，則作用于成型輥上負荷減少，使成品冷彎型鋼幾何尺寸的精度稍有降低。若成型時成型工具的彎曲半徑不變，則壁厚超過1.5毫米的冷彎型鋼采用的彎曲半徑比技術條件規(guī)定的值小1毫米。為使型鋼彎曲部位彎曲半徑達到最小的允許值，成型輥不按計算值的要求加工出圓角，而僅僅稍微磨鈍各棱角即可。 [12]2.3.3 成型道次確定將帶坯輥彎成型為所需的產品是一個逐漸進行的加工過程，在這個過程中每道次或每對成型輥僅對變形材料施加有限的彎曲變形。只有這樣才能在不拉長帶坯的條件下得到所需的彎曲。成型道次過少，冷彎型材易產生尺寸超差和扭曲；成型道次太多則增加工具成本。選擇合理的成型道次，可使冷彎型鋼彎曲部位減薄程度降到最小，使型鋼斷面的直線段和彎曲段平滑過渡，防止型鋼邊緣出現(xiàn)折皺、開裂，從而保證型鋼的鋼性。成型道次數(shù)主要取決于材料的性能和型材形狀的復雜程度，此外，它還與型材的寬度、成型機架間距、型材的尺寸精度等有關。材料的厚度、硬度、成分都影響得到所需形狀的成型道次數(shù)。帶坯厚度越大，成型道次越多。當帶坯的屈服強度較高時，需過彎約2-3度以彌補回彈的影響。表面帶有涂層的帶坯也需要較多的成型道次以保持表面的光滑程度。 成型道次的主要是根據(jù)型鋼斷面形狀及彎形量的分配來確定，一般第一架軋****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 14 頁 共 45 頁輥不參與變形，而最后的兩架軋輥也可以不參與變形，只作為定型中部的成型道次主要是根據(jù)設計經驗來確定，但應遵循下列原則：韌成型段采用較小的彎曲角，使坯料順利咬人，防止跑偏；中成型段可采用大彎曲角；成型后段宜采用較小的彎曲角，以保證成品型鋼符合精度要求，并減小回彈。型材形狀復雜程度是由彎曲角的個數(shù)和總彎曲量的大小決定的，同時它也受型材對稱性的影響。成型角法是用來確定成型道次的基本方法。成型角法可表示為 ： ?ctgLHN??????? （2.12）式中： —— 成型道次數(shù)；H —— 彎曲高度；L —— 機架間距；? —— 成型角。一道工序中，同時彎角不能超過兩個。為彌補回彈，在后幾道工序中應對彎曲角作適當?shù)男拚?[13] 2.3.4 成型工作斷面的取向空彎是指僅由上輥或下輥進行的彎曲，它對斷面尺寸的精確性有很大影響。成型工作斷面的取向受多種因素影響，在多數(shù)情況下，成型斷面取向與型鋼基本中心線或基本成型面的選擇有關。基本中心線是通過工件全長的一條直線，其位置在整個成型過程中相對于機架中心不變。對稱型鋼的基本中心線就是其對稱中心線，對于非對稱型鋼，選擇基本中心線的原則是使成型斷面兩邊的水平力相抵消，從而使金屬自由成型而不會受到牽拉。以防止工件在進一步變形時發(fā)生橫向位移，基本中心線的選擇見圖2.7所示。****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 15 頁 共 45 頁(a) 對稱斷面 (b)非對稱斷面圖2.6 基本中心線的選擇的示意圖圖中基本中心線的選擇成型時應盡量使型材的翼緣向上彎曲，這樣可以使型材斷面更接近要求，并簡化成型輥。 [14]2.3.5 彎曲的方式型材的彎曲方法有五種，可根據(jù)帶坯材質和產品斷面形狀加以選用。 1）彎曲中心固定法該方法是固定彎曲半徑的中心，在半徑不變的情況下依靠彎曲角增大來依次增加彎曲弧長，相當于圓管成型的中央彎曲成型法。該法適用于彎曲弧長半徑大的生產工藝。如圖圖2.7彎曲中心固定法2）彎曲中心內移法該方法是固定彎曲半徑，內移彎曲中心，相當于圓管成型的邊緣彎曲成型法。該法適用于所有產品的生產，但彎曲回彈大。****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 16 頁 共 45 頁圖2.8 彎曲中心內移法3）彎曲中心上移法該方法隨彎曲角的增大，彎曲弧長不變，彎曲半徑減小，相當于圓管成型圓變形成型法。該法適用于波紋板類的寬板、薄帶或非對稱易加工產品。圖2.9 彎曲中心上移法4）彎曲中心直角坐標系移動法該方法其變化量依賴于實踐經驗。該法適用于彎曲中心上移法所適用的產品。圖2.10 彎曲中心直角坐標系移動法5）彎曲中心移動與半徑變化成函數(shù)關系法該方法隨彎曲弧長的增加，彎曲半徑按照指數(shù)關系減小，應用面較窄。 [15]****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 17 頁 共 45 頁圖2.11 彎曲中心移動與半徑變化成函數(shù)關系法2.3.6 彎曲的次序彎曲的次序是重要的設計內容之一。理想情況下，從斷面中心向兩邊逐漸彎曲，這樣可以使已彎曲成型部分不會進一步受到變形。但是，考慮到多種其它因素的影響，如避免空彎、減小金屬移動、改善材料流動的平滑性等，也采用其它彎曲次序。3 等邊槽鋼的孔型及成型輥設計3,1 成型輥及孔型設計3.1.1 成型輥結構的選擇成型輥—般有整體型和組合型兩種結構。整體型為一個加工出孔型的整體輥，而組合型則由數(shù)個簡單輥片組成。所需輥型的成型輥采用整體輥還是組合輥取決于型材斷面的復雜程度。簡單型材常采用整體，但隨著型材斷面復雜程度的增加，應考慮采用組合輥。采用組合輥具有下述優(yōu)點： ****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 18 頁 共 45 頁1）單一輥片加工更為容易；2）單一輥片在熱處理過程中不易開裂；3）單一輥片重量輕，易于進行操作和裝配；4）當成型輥發(fā)生過度磨損和破壞時，只需要更換發(fā)生缺陷的輥片，因而比整 體輥更經濟；5）可以采用不同材質的輥片組成成型輥；6）可用數(shù)量有限的輥片組合成多種形狀的成型輥，實現(xiàn)柔性軋輥，一輥多 用；7）組合輥可以實現(xiàn)整體輥不能做到的細微調整。 [16]本次設計的斷面結構簡單，所以選用整體型。3.1.2 閉式孔型設計及構圖 對于小尺寸的型材，成型輥應盡可能貼近帶坯,但過分接觸也會造成擦傷。對每一成型輥不僅要從個體上而且應從整個變形過程來決定成型輥與帶坯在何處接觸、何處增大壓力和尺寸、何處減小成型輥輥徑,以使材料自由進入下一道次。一般生產尺寸精度較高的產品時，除采用平輥外，還采用中間立輥及必要的導衛(wèi)裝置。一般生產槽鋼的平輥孔型分為3類：開始幾道由于斷面橫向剛度小，容易發(fā)生彎折點偏移現(xiàn)象（總彎曲角 o30以下） ，所以常采用閉式孔；中間道次一般都是從o0-85范圍，可以采用開式孔；最后幾道為保證斷面形狀及尺寸精度要求，多采用精扎孔。由槽鋼各過渡道次尺寸計算可知 1L 2 3 a，構圖示意圖如圖 3.1所示。****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 19 頁 共 45 頁圖3.1 槽鋼閉式孔構圖示意圖1）輥徑設計：輥徑確定首先確定軋輥的基本直徑，基本直徑是指其圓周速度與工件通過軋輥的速度相等處的直徑(即軋制速度)。除基本直徑外，軋輥其它部分均與工件有相對滑動，使產品表面劃傷、軋輥磨損及能耗增加等。因而，軋輥基本直徑的選定對產品質量有著直接影響。上下成型輥基本直徑的比值，應等于相應減速箱圓柱齒輪的分速比。為保證工件平直，防止產生折皺，各架軋輥之問應有一定張力，一般各道次基本直徑較前道次大0.25%～0.40%。整體輥式成型機組基準輥徑設計，對于整體輥式成型機組，基準輥徑為：??stHD????0 （3.1）其中 —— 成型機上下輥直徑，為最大中心距， mt —— 帶坯厚度， m? —— 輥縫可調量，約 30；s —— 逐架輥徑差， 8.****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 20 頁 共 45 頁?ctgDH21?? （3.2）??S5.12 （3.3）30~23??D （3.4）??SBH?5 （3.5）0~3?a （3.6）151c （3.7）2） 過渡斷面圓弧半徑： ??KSaLR???2180 （3.8）3）上輥圓弧段水平投影為： tgn （3.9）4）下輥圓弧段水平投影為： ??2taSRm?? （3.10）5）下輥水平段寬度為： Lb3 （3.11）6）下輥孔型寬度 1b 是閉式孔構圖的關鍵尺寸。一般選其等于上道次彎曲水平投影寬，這樣就可不產生咬邊現(xiàn)象。但這樣選取時板坯與孔型側壁間間隙較大，可能會產生橫向移動，故一般按下述原則選取。對于第一道閉式孔：1??Bb （3.12）****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 21 頁 共 45 頁對于后面閉式孔采取前后兩道次料寬水平投影平均值，或比平均值小1 mm即： ??2'1'nb??? （3.13）式中： 1'?nb 為前道次彎曲料寬水平投影' 本道次彎曲料寬水平投影或如下式： ????????2cos2cos211111 nnnnnn aLmbaLmb ?????? （3.14）式中： 1?nb 為前道次（ n－1 道）下輥水平段寬a 為前道次（ n－1 道）彎曲角；1?nm 第n-1道彎曲部位水平投影寬第n 道彎曲部位水平投影寬1L 槽鋼腿長直段長度7）斜輥片水平投影寬： ??21bc?? （3.15） 8）上輥片寬： 1??ba （3.16）9）上輥片水平直線段： nL23? （3.17）10）上輥斜輥片水平投影： ??212a?? （3.18）3.1.3 槽鋼開式孔尺寸及構圖開式孔用在彎曲角超過30°的中間道次。開式孔又分為兩種，即上輥用直輥片或斜輥片兩類，選用上輥片為直輥片，其示意圖見圖3.2所示。****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 22 頁 共 45 頁圖3.2 槽鋼開式孔型構圖示意圖相應尺寸R、b、a、m、n、 1c、 5a按相應公式(3.8)～(3.11)及式(3.7)式(3.18) 確定。 [16][17]并有： ????30~os13???L （3.19）tgbDH372 （3.20）76BH??? （3.21）'2?A （3.22）????????21' tgR （3.23）3.2 模具設計參數(shù)設計很重要，但是輥子的材料選擇也很重要。輥子的材料直接影響輥出來產品質量。其中產品批量是影響成型輥材料選取的主要因素。最常用的成型輥材料有GCr15滾動軸承鋼，45優(yōu)質碳素鋼，Cr12MoV、3Cr2W8V模具鋼等。當生產批****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 23 頁 共 45 頁量增加時，應采用表面硬化、磨光的工具鋼，如GCr15。這種鋼比高合金工具鋼便宜，而且易于機加工和熱處理。在這種材料的成型輥上鍍一層鉻（25μm）可減少劃傷并增長重磨返修周期。但同時也要考慮經濟因素，最終選出最佳的材料保證產品的優(yōu)良。 [18]3.2.1 第一道次模具設計由成型制度可得已知條件如圖所示 圖 3.3 第一道次尺寸可計算出第一道次零件如圖所示: 圖3.4第一道次上輥****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 24 頁 共 45 頁圖 3.5 第一道次下輥圖3.6 第一道次模具裝配3.2.2 第二道次模具設計由已知得，第二道次彎曲角度為 55°，零件尺寸如圖 3.7，可計算出第二道次，零件尺寸：****學 院 ****屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 25 頁 共 45 頁圖 3.7 第二道次零件第二道次模具為下圖：圖 3.8 第二道次上輥