卷板弯曲变形的原因与对策

卷板弯曲变形的原因与对策

何文心

河钢承钢板带事业部河北省承德市067000

摘要：本文首先介绍了卷板过程中产生的桶状，分析了产生桶状变形的原因，并重点提出了防止桶状变形的措施。

关键词：卷板弯曲变形；原因；措施

卷板属于钢材中板材的一种，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板。基于此，本文通过对板材卷制过程中出现桶状变形的原因进行了阐述,并分析了在实际生产中弥补及消除的几种方法。

一、卷板机概述

卷板机是一种利用工作辊使板料弯曲成形的设备，可成形筒形件、锥形件等不同形状的零件，是非常重要的一种加工设备。卷板机的工作原理是通过液压力、机械力等外力的作用，使工作辊运动，从而使板材压弯或卷弯成形。根据不同形状的工作辊的旋转运动及位置变化，可加工出椭圆形件、弧形件、筒形件等零件。

20世纪60年代，我国开始研制卷板机，最早出现的卷板机是对称式三辊卷板机侧，其结构相对简单，不能使板材端部预弯。到70年代，一些企业对卷板机的研制初见成效，例如，长冶锻压机床厂成功地研制出了四辊卷板机，能直接预弯板材端部，但结构体积巨大，生产周期长。随后，该企业又研制出了液压水平下调式三辊卷板机和全液压四辊卷板机，能一次成型筒形件，极大地提高了工作效率。80年代，国外出现了数字控制的三、四辊卷板机，该机具有工作辊自动调平、下辊倾斜可水平升降等功能。该机结构紧凑合理，重量轻，受到市场的广泛欢迎。

二、卷板过程中产生桶状

在卷板加工过程中，常会遇到卷制出的筒体出现中间大两头小的情况，这种现象称为桶状(腰鼓形)变形。对于材质性能相同的中薄板，板材宽度(沿设备长度方向尺寸)越大，卷制的筒体直径越小，越容易产生变形。当卷板的宽度超过5m时(在这种情况下，先拼焊平板再卷制)，桶状变形将更为明显。变形给焊接或内部装配带来极大的不便，如果变形过大，必须通过对工件进行整形才能满足后面工序的要求，但为种变形的整形较为困难。为了尽量减少整形量，一次性卷制出合格筒体，有必要对变形原因进行分析，并采取适当措施加以预防或补救。

三、产生桶状变形的原因

在卷板机的工作过程中，上辊向下压，两侧辊旋转(四辊卷板机是上辊旋转，上下辊夹住钢板，两侧辊斜向上升施压)，使板材绕上辊周围连续弯曲，从而卷出筒体。依据卷板机的结构形式，将各辊轴在工作过程中的受力情况视为简支梁来分析。通常，卷扳机上辊较粗，刚性好；而侧辊或下辊较细，刚性不如上辊。若卷板时上辊下压力过高，侧辊刚度不足时，辊轴在卷制筒体过程中就会变形而出现挠曲，如图1所示。特别是对辊轴较长的卷扳机(如大于5m)，当压紧力和卷板力接近设备极限能力时，辊轴更容易发生这种变形，从而使卷板机上下辊沿长度方向的间隙大闰不一致，中间间隙大、两端间隙小，进而造成辊轴两端对板材压紧力大、中间压紧力小的情况，也就是说，在卷制筒体时，在同一层板材上，沿辊轴长度方向上的各点受力不均，应力应变不一致，使卷出的筒体中间部位弯曲半径变大，从而形成桶状。如果卷筒时料宽度超过5m，且卷制的筒体直径相对较小时(如小于1000)，则卷出的筒体会出现明显的桶状变形。

四、防止桶状变形的措施

从以上分析可知，为了卷制出理想的筒体，保持上下辊轴间的间隙均匀一致，保证其具有相同的压紧力和弯曲力十分重要。为达到这一目的，应采取相应措施防止辊轴变形或补偿和消除辊轴变形。根据具体情况，可分别采取以下措施。

1、卷板机各辊轴应有足够的刚性，以避免在卷制最大尺寸的板料时各辊轴也不至于发生过大的变形。然而，辊轴的刚度与其截面模量有关，由于受设备结构等因素的限制，不可能将辊轴做得特别粗。在这种情况下，应建议设备制造商根据卷板机的长度、材质性能和板厚等不同参数，设计各辊轴带轻微的弧形(只适用于一定的板材厚度范围)，即纠正辊轴弧形，如图2所示。

图3用橡胶垫块调整辊轴之间的间隙

弧形修正目的是为了在卷板过程中，当上、下辊受力出现挠曲变形后，夹持板材的部分基本趋于平直，保证夹持板材的上、下辊之间的间隙一致，从而使板材沿辊轴长度方向各点受力均匀，见图2b。弧形尺寸的大小应根据材质及适用的板料厚度范围等参数，由经验丰富的专业技术人员进行慎密计算。

2、卷板机下辊中间部位应带有辅助支承滚轮以增强下辊的刚性，辅助支承滚轮的数量根据设备长度设定；或辊轴弧形修正与辅助支承滚轮两者兼而有之。目前，国外大多数知名卷板机制造商都已采取对辊轴进行弧形修正及对下辊增加辅助支承的方法来设计、制造较长的卷板机，但各厂家根据自己的经验所采取的修正方法有所不同，我国也已有少数具有这方面经验的厂家制造了此类卷板机。这样在卷制不同尺寸的简体时，适当调整辅助支承滚轮向上的压力，使下辊在卷制筒体的过程中首先具有一个向上的反变形，上辊向上加压后使下辊的反变形消除，上、下辊很好地与材料贴合在一起，从而保证板材同一层面的各点受力一致，变形相同，进而消除桶状变形，卷制出合格的筒体。该办法比单纯对辊轴进行弧形修正能适应更广泛的板材范围，效果也更好。

3、对已有的既无弧形修正又不带辅助支承滚轮的卷板机，尽量不要在设备极限能力时卷制简体，而应将筒体分段卷制后拼接，使卷板机各辊轴的刚性能承受卷板时的压紧力和卷板力而不变形，这是最基本也是最容易做到的。

4、在不影响对板材的压紧和卷制的情况下，适当降低E辊的压力，减少每次的压下量，从而减少各辊轴的挠曲变形，使上、下辊之间的间隙基本保持一致，这样就可以减少成形简体的桶状变形量。

5、在卷板过程中板料和上辊之间垫两块橡胶垫块进行辅助调整，以保持板材在辊轴长度方向所受压紧力和弯曲力基本一致，如图3所示。橡胶垫块的形状如图3b所示，尺寸可视板宽尺寸的大小取其3/4或2/3即可(全长最佳)，尺寸取略小于上辊周长的一半，值为上、下辊的挠曲变形量之和，此值很难进行精确计算，因此，在实际牛产中可把上下辊当做简支梁变形进行概算或估算。

卷制筒体时，不断移动垫块的位置，使其始终和上辊及板材保持接触，以保证板材沿辊轴长度方向各点受力基本相同，达到减少筒体尺寸误差的目的。对桶状变形误差不太大的工件，在卷制过程中，可沿板宽方向在中间部位用较薄的矩形橡胶垫进行粗略调整，这样对筒体的桶状变形也可有一定的弥补甚至消除作用。

参考文献

[1]金国明.卷板过程中产生桶状变形的原因与对策[J].现代制造工程,2014(09).

[2]贾玉斌，刘世红.卷板弯曲变形的原因与对策[J].机械工人(热加工)，2014(05).