对称式四辊卷圆工艺方法及装置制造方法
【专利摘要】一种对称式四辊卷圆工艺方法，其主要步骤是：划线铣边，送料定位，计算参数，根据要最终成形的圆管曲率半径以及已知的板料厚度和性能参数，通过分析计算，得出两上辊的下压量和正反向卷制的长度；卷制成形即将板料的始端送到指定位置，两上辊下压进行四点弯曲，待达到指定行程时，两下辊先顺时针转动对板料边部滚弯，使边部直线段最小，再次下压使直线段减到最小，然后两下辊再逆时针转动带动板料卷制，卷制完成卸载后最终形成开口的圆管坯；最后将成形后的圆管焊合成形。本发明成形精度高，剩余直线短，生产效率高；设备结构简单，易于定位、更换和维修模具，易于实现自动化和智能化控制；可制造多种型号的管坯，无须多套模具，降低生产成本。
【专利说明】对称式四辊卷圆工艺方法及装置
【技术领域】 [0001] 本发明涉及一种机械加工的方法，特别是滚压成形的方法。
【背景技术】 [0002] 伴随着石油和燃气管道、隧道工程、圆柱形储罐、锅炉设备、压力容器、 冶金、国防等领域的不断发展，圆管件的需求量与日俱增。作为生产圆管件重要方法之一 的滚弯卷板成形目前主要有两辊、三辊和四辊三种卷板方式，两辊卷板机的主要缺陷是不 能卷制厚板和与凸模曲率半径相差较大的圆管；三辊卷板机的主要缺陷是剩余直边较大， 成形精度较差，需要预弯边；传统的四辊卷板机最主要的问题是设备结构复杂、调试维修困 难,生产成本较高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种新型对称式四辊卷板工艺方法。本发明主 要是：四个辊子采用对称式分布，上面两个工作辊可以做坚直方向往复直线运动，两个下辊 为主动辊，可以进行正反两个方向的旋转运动。两上辊下压到指定行程时，下辊靠摩擦力带 动板坯旋转，板坯靠摩擦力带动上辊旋转从而对板坯进行卷制。滚弯成形过程中每一个瞬 时都可以看做四点弯曲过程。两凸模或两凹模的跨距可以调节以适应不同曲率圆管的卷 制。
[0004] 本发明的具体方法如下：
[0005] 1、划线铣边：根据需要卷制的板料长度和宽度先划线，然后在剪板机上切割下料， 板料宽度校准铣边。
[0006] 2、送料定位：将板料送到卷扳机的带有可往复移动送料装置的台面上，并置于上 模辊和下模辊之间的相应位置。两下辊距离可以是固定的，最好该两下辊距离可调。该两 上辊距离可以是固定的，最好该两上辊距离可调。
[0007] 3、计算参数：根据要最终成形的圆管曲率半径以及已知的板料厚度和性能参数， 通过分析计算，得出两上辊的下压量和正反向卷制的长度。具体过程在下文中已给出。
[0008] 4、卷制成形：将板料的始端送到指定位置，两上辊下压进行四点弯曲，待达到指定 行程时，两下辊先顺时针转动对板料边部滚弯，使边部直线段最小，再次下压使直线段减到 最小，然后两下辊再逆时针转动带动板料卷制，卷制完成卸载后最终形成开口的圆管坯。
[0009] 5、焊合成形：最后将成形后的圆管焊合成形，得到所需的圆管件。
[0010] 上述步骤3卷板过程的参数计算
[0011] ①卷板机参数：上辊直径为Dp，下辊直径为Dd，上辊间的跨距为W，下辊间的跨距为 L0
[0012] ②板料的材料参数：弹性模量E，屈服应力〇s，泊松比V，强化模量E1，板厚为t 时。
[0013] ③输入欲卷制筒形件半径R。根据最终成形的半径R，首先求出滚弯曲率半径px， 根据材料力学可知，板材在卷板机上卷圆变形时，其回弹量取决于板材的弹性模量、屈服极 限、预卷制半径和板厚4个因素。经过理论推导和相关文献可确定弹前曲率半径Px公式 如下：
[0014]
【权利要求】
1. 一种对称式四辊卷圆工艺方法，其特征在于：具体方法如下： 1) 划线铣边：根据需要卷制的板料长度和宽度先划线，然后在剪板机上切割下料，板 料宽度校准铣边； 2) 送料定位：将板料送到卷扳机的带有可往复移动送料装置的台面上，并置于凸模辊 和凹模辊之间的相应位置； 3) 计算参数：根据要最终成形的圆管曲率半径以及已知的板料厚度和性能参数，通过 分析计算，得出两上辊的下压量和正反向卷制的长度； 4) 卷制成形：将板料的始端送到指定位置，两上辊下压进行四点弯曲，待达到指定行 程时，两下辊先顺时针转动对板料边部滚弯，使边部直线段最小，再次下压使直线段减到最 小，然后两下辊再逆时针转动带动板料卷制，卷制完成卸载后最终形成开口的圆管坯； 5) 焊合成形：最后将成形后的圆管焊合成形，得到所需的圆管件。
2. 根据权利要求1所述的对称式四辊卷圆工艺方法，其特征在于：步骤3卷板过程的 参数计算如下： ① 卷板机参数：上棍直径为Dp，下辊直径为Dd，上辊间的跨距为W，下辊间的跨距为L ; ② 板料的材料参数：弹性模量E，屈服应力〇 s，泊松比V，强化模量E1，板厚为t时； ③ 输入欲卷制筒形件半径R，根据最终成形的半径R，首先求出滚弯曲率半径P x，根据 材料力学可知，板材在卷板机上卷圆变形时，其回弹量取决于板材的弹性模量、屈服极限、 预卷制半径和板厚4个因素，经过理论推导和相关文献可确定弹前曲率半径PjZav式如下 ：
式中：R为欲卷制半径mm ;E为钢板的弹性模量MPa ;t为钢板板厚mm !K1为形状系数其 矩形截面取1. 5 ; 〇 s为加工材料的屈服极限MPa 为材料相对强化系数； 对于一台给定的卷板机上下辊直径为已知量，假设上辊直径为Dp，下辊直径为Dd，一般 取Dd= (1.2-2)DP，为适应不同板厚不同曲率半径板料的卷制，上下模跨距可调节，上辊跨 距的范围Dp < W，为方便起见，取上辊跨距取接近上辊直径W = Dp+(10-20);下辊跨距的范 围Dd < L < Dd+Dp+W，当上辊跨距确定时，下辊跨距需要根据卷板尺寸确定，为防止卷板过程 中上下辊对板料发生正挤压，根据几何关系凸模辊的极限下压行程为：
式中：rp为凸模辊半径，rd为凹模棍半径，t为板厚，L为凹模辊跨距，W为凸模辊跨距； 为保证卷板成形精度，需要将筒形件的剩余直边减小到（1.5-2)倍的板厚，因此下压 行程需要满足以下条件：h_-h= Ah，Ah为与卷板厚度有关的参数，对于板厚为（2-6)_。 一般取Ah= (0.5-l)mm根据以上条件进行编程计算，根据几何关系当滚弯半径为Px时， 下模跨距的最小值为：
取L = Lmin为初始下模跨距按四辊卷板机下模跨距控制流程图确定凹模跨距L和下压 行程h的值； ④假设板料从卷板机右侧送入，根据计算出的下压行程h值，将其分为两次下压，h = Iifh20 (1) 首次下压行程为4，凸模下压速度取3-8mm/s。 (2) 然后两凹模棍顺时针转动带动板料反向卷制，卷制速度取6-12m/min，卷制距离 为A a，当初始送料左端端部到对称中心的距离为a时，反卷距离Aa = a-pxa，其中
?式中：L为凹模跨距，Px为弹前曲率半径，!^为下模辊半径，t为板厚， a为弧度单位制； (3) 再次下压行程h2从而达到指定行程h，并将剩余直边减到最小，上模下压速度取 3-8mm/s 〇 (4) 两下模棍逆时针转动带动板料正向卷制，卷制速度取6-12m/min，卷制距离L = 2 R-2 p x a。
3. 根据权利要求1所述的对称式四辊卷圆工艺方法，其特征在于：两下辊距离可调。
4. 根据权利要求1所述的对称式四辊卷圆工艺方法，其特征在于：两上辊距离可调。
5. 权利要求1的对称式四辊卷圆装置，其主要包括有：底座、机架、上下辊、翻到机构、 支撑推料机构、卸料平衡机构和动力机构，底座由槽钢与钢板焊接而成，翻倒机构由翻倒绕 轴、翻倒液压缸组成，装于高机架一侧；支撑推料机构主要由支承辊、滑辊滑道、升降油缸及 升降杆组成，通过螺钉装于固定机架上；卸料平衡机构由丝杆、螺母和平衡梁组成，装于上 辊伸出端一侧，底部定位在底座上；动力机构的主电机、主减速器及液压系统均放置在底座 上；副电机系统主要由电机、减速器和联轴器组成，其特征在于：机架分高机架和矮机架， 机架中部加工有横梁升降滑道，下辊轴承座平移滑道；上辊及轴承座安装于横梁上，上辊轴 承座可以通过左右旋丝杆调节跨距，横梁装于机架升降滑道处，上端与升降液压缸相连；下 辊及轴承安装于下辊轴承座上，下辊轴承座装于左、右机架的水平滑道内，端部与水平液压 缸相连，机架连同油缸、上下辊等通过紧固螺栓安装于整体焊接底座上。
【文档编号】B21D5/14GK104324988SQ201410553825
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】赵军, 徐常富 申请人:燕山大学