Исследование технологии вальцовки изделий сложной формы на четырёхвалковой листогибочной машине

Аннотация

Благодаря возможности независимого управления движением четырёх валков четырёхвалковая листогибочная машина обладает значительными преимуществами перед трёхвалковой в формообразовании изделий сложной формы: она позволяет выполнять вальцовку конических обечаек, обечаек с переменной кривизной, многоугольных профильных обечаек, S-образных гнутых листов и других нестандартных деталей, а также обеспечивает предварительную гибку кромок листа с обеих сторон за один установ с минимальным остаточным прямым участком. В данной статье раскрываются механизм формообразования, классификация нестандартных деталей, полный технологический процесс, типовые дефекты и меры по их устранению, оптимизация технологии ЧПУ и другие аспекты — ключевые моменты технологии вальцовки изделий сложной формы на четырёхвалковой листогибочной машине, что служит технологическим ориентиром для обработки нестандартных обечаек в производстве сосудов под давлением, промышленной пылегазоочистке, металлоконструкциях и оборудовании и других отраслях.

Ключевые слова
: четырёхвалковая листогибочная машина; изделия сложной формы; вальцовка; предварительная гибка кромок; коническая обечайка; переменная кривизна; компенсация пружинения

I. Введение

Вальцовка обычных цилиндрических обечаек — самая базовая операция гибки листа, тогда как вальцовка листа для изделий сложной формы, включая конические обечайки, переходные участки переменного диаметра, составные детали из нескольких дуг, многоугольные обечайки и т. п., относится к сложным операциям пластического формообразования листа. При вальцовке нестандартных деталей на трёхвалковой листогибочной машине существуют такие ограничения, как смещение листа, сложность предварительной гибки кромок и низкая точность формообразования конических обечаек. Четырёхвалковая листогибочная машина состоит из верхнего, нижнего и двух боковых валков (левого и правого); верхний и нижний валки зажимают лист, а боковые валки могут независимо подниматься/опускаться и наклоняться, обеспечивая стабильное удержание листа без проскальзывания и смещения, поэтому в области обработки нестандартных деталей она применяется всё шире. С распространением четырёхвалковых листогибочных машин с ЧПУ программное управление углом наклона боковых валков, величиной прижима и разностью скоростей подачи позволяет стабильно выпускать серийно различные нестандартные обечайки, значительно сокращая количество пробных проходов и повышая стабильность формообразования.

II. Механизм формообразования изделий сложной формы на четырёхвалковой листогибочной машине

При вальцовке обычной цилиндрической обечайки усилие по ширине листа распределяется равномерно, а кривизна гиба одинакова на всех участках. Ключевая особенность вальцовки изделий сложной формы:
разные участки листа по ширине требуют различной кривизны гиба, а скорость подачи различается
。

1. Принцип работы четырёхвалковых вальцов: верхний валок прижимает и создаёт изгибающий момент, нижний валок поддерживает лист, левый и правый боковые валки наклонно поднимаются, прилагая к листу боковое изгибающее усилие; лист зажат верхним и нижним валками, сила трения обеспечивает устойчивость и предотвращает проскальзывание — это основа для изготовления конических обечаек и деталей переменного диаметра.
   

2. Механизм формообразования конической обечайки: периметр большого торца конуса больше, чем у малого, поэтому при вальцовке лист с большого торца должен подаваться быстрее, а с малого — медленнее. За счёт наклонной установки боковых валков подъём со стороны малого торца больше, что создаёт разницу подачи по обеим сторонам листа и обеспечивает формирование конической поверхности.
   

3. Формообразование фасонных деталей с переменной кривизной: изменение величины прижима боковых валков по секциям вдоль длины листа, посекционное управление радиусом гибки, обеспечивающее формирование многосекционных дуг, S-образных поверхностей, многогранных обечаек; для каждого участка отдельно рассчитывается величина пружинения и посекционно компенсируется величина перегиба.
   

4. Эффект пружинения: после снятия нагрузки при вальцовке лист упруго возвращается; у фасонных деталей кривизна в разных местах различается, поэтому величина пружинения неодинакова. Необходимо заранее рассчитать компенсацию пружинения исходя из предела текучести материала, толщины листа и целевой кривизны, при вальцовке выполнять перегиб, чтобы после пружинения размеры соответствовали чертежу.
   

3. Классификация фасонных заготовок и технологические особенности

3.1 Коническая обечайка (наиболее распространённая фасонная деталь)

Конические обечайки делятся на обечайки с постоянной конусностью и переходные обечайки с переменной конусностью, широко применяются в циклонных пылеуловителях, бункерах, переходных участках трубопроводов. Технологические особенности:

1. Раскрой листового металла должен быть точным, с маркировкой большого и малого торцов; при загрузке строго центрировать, совмещая осевую линию с осью валков, чтобы избежать увода.
   

2. Боковой валок устанавливается под углом; со стороны малого диаметра боковой валок поднимается на большую высоту, создавая разницу хода между большим и малым торцами.
   

3. Применяйте низкоскоростную вальцовку с многопроходной постепенной формовкой; запрещается слишком большое обжатие за один проход во избежание складок и коробления листа.
   

4. Оба торца должны быть предварительно подогнуты для устранения прямых участков на торцах, обеспечения совпадения кромок под сварной шов и сокращения объема правки.
   

3.2 Фасонные детали переменной кривизны / комбинированные из нескольких дуговых сегментов

Радиус заготовки непрерывно изменяется вдоль образующей, например, раструб, S-образная гнутая плита, составной переходный корпус. Технологические особенности: преимущества четырехвалковой машины с ЧПУ очевидны; заготовку разбивают на сегменты и создают технологические узлы, для каждого сегмента задают величину прижатия бокового валка, динамически регулируют положение валков в процессе вальцовки, поэтапно контролируют радиус гибки; после завершения каждого сегмента своевременно измеряют длину дуги и кривизну, корректируя параметры следующего сегмента.

3.3 Многоугольные фасонные обечайки (треугольные, квадратные)

Многоугольная обечайка состоит из прямых участков и дуговых углов; формуется методом сегментной вальцовки на четырехвалковой машине, пластическая деформация сосредоточена в углах, а прямые участки остаются прямыми. Технологические особенности: углы предварительно подгибают отдельно, контролируя угол гибки, чтобы избежать чрезмерной деформации углов; формовку выполняют по сегментам, после каждого сегмента измеряют длину стороны и диагональ, предотвращая коробление обечайки.

IV. Полный технологический процесс вальцовки фасонных изделий

4.1 Предварительная технологическая подготовка

1. Технологический разбор чертежа: определение толщины заготовки, материала, размеров, угла конусности, допуска кривизны; расчет развертки листа, припуска на резку, величины компенсации пружинения; для толстых листов и высокопрочной стали необходимо учитывать пределы холодной гибки, при необходимости — предварительный подогрев.
   

2. Предварительная обработка листа: правка стального листа, удаление заусенцев и окалины; разметка осевой линии листа, границ большого и малого концов, линий пошагового контроля.
   

3. Проверка оборудования: проверка износа поверхности валков, гидравлической системы, точности синхронизации; для станков с ЧПУ — ввод параметров заготовки и предварительное формирование программы вальцовки.
   

4.2 Операция предварительной подгибки концов

Качество стыковки сварного шва фасонных деталей в первую очередь зависит от предварительной подгибки концов. Четырехвалковая листогибочная машина позволяет выполнить предварительную подгибку обоих концов за один установ без переворота листа. Концы листа подаются между верхним и нижним валками, боковой валок поднимается и создает давление, благодаря чему на концах возникает пластический изгиб и устраняется остаточная прямая кромка. Величина опускания при предварительной подгибке определяется в зависимости от толщины листа и целевого радиуса, одновременно вводится компенсация пружинения; после завершения подгибки радиус проверяется шаблоном.

4.3 Многопроходное формообразование вальцовкой

Для фасонных деталей строго запрещено одноразовое формование с большим обжатием; применяется многопроходная постепенная вальцовка с малым обжатием:

1. Конусная обечайка: задайте наклон боковых валков, включите низкую скорость; подача листа на большом торце — быстрая, на малом — медленная; после каждого прохода корректируйте разницу хода боковых валков и постоянно измеряйте диаметры большого и малого торцов.
   

2. Детали с переменной кривизной: по узлам сегментов динамически изменяйте параметры прижатия боковых валков и выполняйте формообразование по сегментам.
   

3. После каждого прохода ослабьте верхний валок, извлеките шаблон и проверьте кривизну; по фактическим значениям скорректируйте величину прижатия для следующего прохода.
   

4.4 Стыковка кромок, правка формы и контроль

После формообразования до почти закрытого состояния остановите вальцовку, выполните проверку стыка кромок и отрегулируйте смещение кромок; после замыкания выполните общую калибровку круглости / конусности, устраните искажение и овальность обечайки. Контролируемые параметры: профиль поперечного сечения, прямолинейность образующей, зазор стыка, смещение кромок; после положительного результата нанесите маркировку и снимите изделие со станка.

4.5 Постобработка

Сварка, дефектоскопия, правка; для изделий с большой деформацией допускается локальная правка пламенем.