1、 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页YX35-125-750 波纹瓦成型工艺及专机设计绪论1.1 滚压成型工艺历史及其发展现状滚压加工是将高硬度且光滑的滚柱与金属表面滚压接触，使其表面层发生局部微量的塑性变形后得到改善表面粗糙度的塑性加工法的一种。滚压加工是用滚柱滚压金属表面，将表面凸起部分碾平,而使凹陷部分隆起，加工成平滑如镜的表面。与切削加工不同，是一种塑性加工。被滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间就可以达到 Ry0.1-0.8m，而且加工面硬化后其耐磨性得到提高的同时疲劳强度也增加了 30%等具有切削加工中无法得到的优点。由于可简单地并且低成本地进行零部件的超精密加工，日益被以汽车产业
2、为首的精密机械，化学，家电等产业广泛采用，发挥了很大的优势。滚 压 成 型 工 艺 主 要 是 靠 材 料 的 塑 性 移 动 滚 压 加 工 成 各 种 形 状 复 杂 的 轴 杆 、阀 门 芯 和 特 殊 紧 固 件 等 产 品 。 滚 压 变 形 是 线 接 触 ， 连 续 逐 步 地 进 行 ， 所 需 变形 力 较 小 ， 一 个 行 程 可 生 产 一 个 或 几 个 工 件 。 滚 压 成 型 工 艺 和 切 削 、 磨 削 工艺 相 比 ， 它 不 仅 生 产 效 率 高 、 节 约 材 料 ， 而 且 产 品 强 度 高 、 质 量 稳 定 ， 这 种工 艺 特 别 适 于
3、加 工 的 特 长 短 难 于 切 削 的 工 件 ， 尤 其 对 年 产 上 百 万 件 大 批 量 的产 品 ， 采 用 滚 压 成 型 工 艺 最 为 有 利 ， 经 济 效 益 也 最 为 可 观 。滚 压 成 型 大 约 从 二 十 世 纪 六 十 年 代 在 欧 洲 开 始 的 。 由 于 滚 压 成 型 有 生 产效 率 高 、 节 约 材 料 、 增 加 产 品 强 度 等 优 点 ， 不 仅 螺 纹 紧 固 件 行 业 应 用 ， 汽 车 、自 行 车 等 工 业 部 门 也 采 用 滚 压 成 型 工 艺 加 工 形 状 复 杂 的 零 件 。 随 着 技 术 的进 步 和
4、 生 产 的 发 展 ， 滚 压 成 型 工 艺 越 来 越 受 到 人 们 的 关 注 .实践证明, 用滚压工艺代替冲压不仅能保证零件质量、性能、使用要求, 而且可以降低成本, 提高零件的耐磨性及疲劳强度。目前型材的广泛应用，产品越来越精致，形状越来越复杂，乍看起来，难以制作，但只要学会解剖形体，分析工艺，掌握基本的变形机理，就会对变形性质有准确的判断，解决问题的工艺方法也随之明朗起来。毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页近 些 年 来 ， 冷 弯 型 钢 产 品 作 为 重 要 的 结 构 件 在 建 筑 、 汽 车 制 造 、 船 舶 制造 、 电 子 工 业 及 机 械 制 造 业
5、等 许 多 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 其 产 品 从 普 通 的导 轨 、 门 窗 等 结 构 件 到 一 些 为 特 殊 用 途 而 制 造 的 专 用 型 材 ， 类 型 极 其 广 泛 。冷 弯 型 钢 单 位 重 量 的 断 面 性 能 优 于 热 轧 型 钢 产 品 ， 并 且 具 有 很 高 的 表 面 光 洁度 和 尺 寸 精 度 ， 因 此 冷 弯 型 钢 代 替 热 轧 型 钢 可 以 取 得 既 节 约 钢 材 又 节 省 能 源的 双 重 效 果 ， 所 以 人 们 对 冷 弯 型 钢 的 发 展 给 予 了 高 度 重 视 。 正 是 用 户 对 冷
6、弯型 钢 产 品 的 品 种 、 规 格 、 质 量 等 方 面 的 不 断 渴 求 ， 促 使 冷 弯 成 型 工 艺 技 术 的迅 猛 发 展 。1.2 冷弯成型冷弯成型(Cold Roll Forming)是通过顺序配置的多道次成型轧辊，把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面型材的工艺技术。冷弯成型是一种节材、节能、高效、先进适用的板金属成型工艺。20 世纪八九十年代以来，冷弯成型的工艺技术在我国得到广泛应用。在国内外，由于技术资料缺乏，工程技术人员经常需要进行探索和利用试错法解决工程问题，冷弯成型工艺仍被普遍认为是一种“未掌握的艺术” (Blank Art)，还未上升
7、为科学。辊 式 冷 弯 成 型 ， 即 在 一 排 串 联 的 成 型 扎 机 上 ， 连 续 通 过 金 属 板 和 金 属板 带 ， 顺 次 弯 曲 ， 将 平 板 加 工 成 所 需 的 截 面 形 状 的 塑 性 加 工 法 。 辊 式 冷 弯 成型 用 于 自 行 车 的 轮 圈 、 伞 的 骨 架 制 造 、 波 纹 瓦 的 制 造 等 。 第 二 次 世 界 大 战 之前 的 欧 美 ， 在 开 始 只 在 钢 管 、 预 制 结 构 、 航 空 飞 机 库 顶 波 纹 板 、 简 易 飞 机 场的 着 陆 底 板 、 飞 机 零 部 件 等 之 后 ， 逐 渐 形 成 了 工
8、业 规 模 的 发 展 。由 于 钢 铁 的 需 求 扩 大 ， 日 本 各 钢 铁 公 司 从 1955 年 开 始 生 产 轻 质 型 钢材 。 轻 质 型 钢 材 在 1957 年 作 为 “一 般 构 造 用 轻 质 型 钢 材 ”被 列 入 日 本 工 业标 准 。 从 此 以 后 ， 经 过 数 次 修 改 ， 沿 用 至 今 。 辊 式 冷 弯 成 型 技 术 在 大 学 、 企业 等 的 研 究 成 果 从 1980 年 中 期 开 始 有 了 飞 跃 式 进 步 。 特 别 是 1990 年 中 期开 始 的 计 算 机 辅 助 设 计 、 理 论 解 析 、 计 算 机 控
9、 制 钢 管 轧 机 、 数 控 冷 弯 成 型 机等 的 开 发 研 究 ， 使 辊 式 冷 弯 成 型 技 术 向 智 能 成 型 技 术 迈 出 了 新 的 一 步 。毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页1.3 滚压成型的产品冷 弯 成 型 的 产 品 有 很 多 种 ， 主 要 包 括 C 型 钢 、 薄 槽 钢 、 薄 V 型 钢 、 薄Z 型 钢 、 带 缘 Z 型 钢 、 帽 型 钢 等 轻 质 型 钢 ， 瓦 垄 钢 板 、 波 纹 钢 板 等 宽 幅 截 面材 ， 钢 板 桩 、 道 路 护 栏 等 大 型 截 面 材 ， 圆 管 、 方 矩 形 管 等 钢 管 。对 于
10、轻 质 型 钢 ， 截 面 各 部 分 的 形 状 、 尺 寸 、 尺 寸 公 差 和 板 厚 都 有 规 定1.4 滚压成型用材料（ 1） 碳 素 钢 中 ， 常 用 的 多 为 含 碳 量 0.2%以 下 的 软 钢 ， 其 成 型 是 容 易 的 。当 纵 方 向 分 布 有 线 状 夹 杂 物 时 ， 就 容 易 引 起 弯 曲 裂 纹 。 特 别 是 必 须 使 用 高 级材 料 的 场 合 ， 最 好 是 用 铝 镇 静 钢 。 如 果 是 球 状 珠 光 体 组 织 ， 含 碳 量 约 在0.6%以 下 ， 都 可 以 作 急 剧 过 渡 的 直 角 弯 曲 。（ 2） 不 锈
11、钢 13 、 18 -8 、 18 等 不 锈 钢 很 好 使 用 。 不 锈 钢 13rCriNrC的 成 型 性 能 稍 差 一 些 。 成 型 速 度 在 825m/min 的 情 况 下 要 防 止 由 于 发 热rC而 烧 伤 表 面 。 必 须 使 滚 轮 的 润 滑 良 好 并 保 持 其 表 面 清 洁 。 当 板 厚 小 于2mm， 弯 曲 半 径 取 为 板 厚 的 2 倍 左 右 是 安 全 的 。（ 3） 由 于 浸 镀 材 料 成 型 困 难 ， 故 必 须 加 大 弯 曲 半 径 。 油 漆 类 涂 覆 材 料 ， 必须 以 尽 可 能 低 的 滚 压 力 加 工
12、。 使 用 韧 性 良 好 的 硬 质 涂 料 作 滚 压 成 型 的 条 件 是 ：将 弯 曲 半 径 加 大 至 板 厚 的 45 倍 。 和 合 金 比 不 锈 钢 的 成 型 性 能 稍 差 。iNi成 型 速 度 要 低 。 对 板 厚 的 要 求 与 不 锈 钢 相 同 。（ 4） 在 冷 作 状 态 下 ， 由 于 加 工 硬 化 而 产 生 裂 纹 ， 所 以 滚 压 成 型 时 必 须gM加 热 ， 用 红 外 线 灯 管 在 入 口 处 和 滚 轮 间 加 热 是 方 便 的 。（ 5） 表 面 被 覆 材 料 由 于 镀 镍 、 镀 铬 材 料 硬 度 大 ， 容 易 产
13、 生 裂 纹 。 但 是 镀铜 和 黄 铜 的 材 料 可 以 滚 压 成 型 ， 而 镀 锌 和 镀 镉 的 材 料 是 不 容 易 成 型 的毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页1.5 滚压成型的应用我们经常看到铺设道路时，轧路机将凹凸不平的马路压得很平整。滚压工具的加工原理也是如此，用滚柱滚压金属表面，将表面凸起部分碾平,而使凹陷部分隆起，加工成平滑如镜的表面。与切削加工不同，是一种塑性加工。 被滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间就可以达到 Ry=0.1-0.8m，而且加工面硬化后其耐磨性得到提高的同时疲劳强度也增加了 30%等具有切削加工中无法得到的优点。由于可简单地并且低成本地进行零
14、部件的超精密加工，日益被以汽车产业为首的精密机械，化学，家电等产业广泛采用，发挥了很大的优势。近 些 年 来 ， 滚 压 型 钢 产 品 作 为 重 要 的 结 构 件 在 建 筑 、 汽 车 制 造 、 船 舶 制造 、 电 子 工 业 及 机 械 制 造 业 等 许 多 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 其 产 品 从 普 通 的导 轨 、 门 窗 等 结 构 件 到 一 些 为 特 殊 用 途 而 制 造 的 专 用 型 材 ， 类 型 极 其 广 泛 。毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页2 滚压成型工艺设计思路及方案选定2.1 滚压成型的特点滚压成型工艺就是通过滚压使板料
15、达到一定的设计形状要求的一种工艺。板料的滚压成型是将长的金属带料于前后直排的数组成型辊轮中通过，随着辊轮的回转，在将带料向前送进的同时又顺次进行弯曲加工以成型出所需断面形状的加工方法。这种加工方法具有如下特征：1） 适合于长的等断面制件的大量生产，由于是辊轮送进，所以就有可能与冲孔、起伏成形、焊接、切断等其他加工装置连动进而使多种工艺的连续化生产成为可能。2） 由于成尺寸制件的冲压弯曲必须大型设备，因而滚压成型是经济的。但是，在制件尺寸不长的多品种小批量生产的情况下，冲压弯曲却是经济的。3） 用拉拔设备成形时，容易产生翘曲扭转等缺陷，但是用滚压成形即可防止这些弊端。4） 由于板厚方向没有压下量
16、，与轧压相比，滚压成形设备的强度底而结构简单。5） 由于经各辊轮孔型的变形量小，故加工表面良好，涂覆材料也适用。6） 由于是做弯曲加工，所以对于很小的尖角成形是不合适的，能成形的尖角大小，取决于材料的弯曲性能。滚压成型在工艺上与弯曲工序极为相似，其设计要点主要有：1）断面的展开长度和弯曲展开一样，也要考虑中性层的移动。2）在弯曲半径很小时，要考虑到拉伸将截面宽度的增大。3）以轮廓外形所制定的轴线在各工步中保持一致。4）每对辊轮对型材壁的弯曲角度有所限制，否则将产生滚压不畅（卡壳） 、制品不光滑、起皱现象。5） 起始变形时，竖壁弯曲和底部弯曲不能同时进行。6） 最后一对成形辊轮形状应考虑弹性回跳
17、数据。毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页最后，滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间可以达到 Ry011018m,而且由于工硬化提高其耐磨耗性的同时疲劳强度提高 30 %,拥有在切削加工中无法得到的特性。由于可简单而低成本的进行零部件的超精密加工,滚压加工日益被以汽车产业为首的精密机械、化学、家电等产业广泛应用,发挥其优势。2.2 滚压成形原理滚压成型是以长的金属薄板或带卷为原材料，由若干对成型辊轮为成型工具，随着辊轮的旋转运动，将坯料向前送进的同时逐步进行弯曲成型，以获得所需断面形状的一种塑性加工方法。其成型过程是平板坯的特定部位渐次弯曲成角度，最后成为所要求的断面。图 2-1 所示为滚压 U
18、 形断面的工作原理。金属带料从第一对辊轮进入，经过 2、3、4 对辊轮的顺次弯曲成型，型材从第 4对滚轮处连续不断的输出。图 2-1 滚压成型原理2.3 加工条件2.3.1 加工前表面由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工后的表面粗糙度受凸起部分的高度及形状（即加工前状态）的影响。毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页如果加工前表面状态粗糙（凸起部分高，凹陷部分深），则不能将凸起部分完全填埋凹陷部分，造成加工表面粗糙。另外，凸起部分的形状也影响加工后的表面。由车床或镗床单点切削得到的规则的凹凸形状，且为容易碾压的高度时，可得到最理想的表面。一般加工前的表面状况越好，加工后的表面状况越好
19、，同时滚压头的磨耗也少。如果需要，可增加一道工序。2.3.2 加工前尺寸由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工前后工件的直径将发生变化（内径将扩大，外径将减小）。为了能加工到尺寸公差范围内，应考虑这个变化量决定前工序的尺寸。直径的变化量与工件的材质、硬度、滚压量有关，所以最初进行 23 次试加工后决定其尺寸。2.3.3 润滑和清洗由于滚压加工是利用滚柱碾压进行加工，将产生细微粉尘。粉尘不仅影响表面质量，而且加速滚压头的损耗，所以有必要大量注入切削液以清除粉尘。滚压加工时应使用粘度低的切削液。粘度高的切削液虽然润滑性好，可是清洗性能差，不适于滚压加工。本公司备有滚压加工专用的滚压润滑油，
20、只要在低粘度切削液中掺入 5%的滚压润滑油，即可发挥其杰出性能。2.3.4 加工部分的壁厚滚压加工是用滚柱滚压加工部分的表面，使其致密化。所以，为了能够承受加工压力，待加工部分应有充分的壁厚（内径的 20%）。壁厚太薄或部分薄时，加工后将发生起伏或真圆度下降。通常按以下方法解决这个问题：减少滚压量；利用夹具支撑外周；在削薄壁厚以前实施滚压加工。毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页2.3.5 加工部分的硬度滚压头可加工的工件硬度上限值为 40HRC，但是也特制加工高硬度工件(硬度上限值为 55HRC)用的滚压头。滚压加工高硬度工件时，加工部分由于承受压力大，工具寿命缩短。所以为得到所需精度的加
21、工面，主要措施是减少滚压量。2.3.6 转速和进给量向右旋转滚压头进行滚压加工；也可固定滚压头，工件旋转也可得到同样结果。转速与进给速度根据加工直径不同而不同。2.4 滚压成型设备滚压成型机有两类：一类为悬臂式，辊轮主轴为单边支承，是薄壁小断面成形用的设备；另一类为闭式，主轴为双边支承，是厚壁大断面成形用的设备。彩钢瓦厚度比较小，加工面积比较大，并且原材料厚度比较小（0.5mm） ，采用闭式滚压成型机，并且是工件两边的悬臂辊轮同时进行滚压加工。2.5 辊轮设计滚压成型中，辊轮设计是最重要的技术，但是，在理论上并不完整，而以经验和推断占八成，理论占二成，实验因素很多。2.5.1 制作形状 考虑所
22、需形状的时候，首先要避免制件断面形状出现太深的沟槽，对于弯曲半径，要考虑材质的弯曲性能，避免急剧过度的尖角，死尖角成型是难以达到精度要求的。这些是首要的基本条件。毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页2.5.2 花型展开图 当着手设计时，要考虑所需断面的形状，接着，绘制把弯曲条件逐渐展开直至回复到平板料的展开草图，对如图 2-2 所示那样的将展开过程的形状叠放在同一张纸上的花型展开图进行分析研究。这种方法，无论是对于形状简单的断面还是复杂的断面都是有效的研究方法，进而就可以从整体上考察一个辊轮孔型移至另一个辊轮孔型的时候，高度方向和宽度方向的弯曲加工有无不合理的地方。图 2-2 花型展开图2.
23、5.3 成型直边角度 如图 2-3 所示，成型材料的最大高度是基于以直线关系上增加为出发点，其设计方法为控制成型直边高度使之合理化。对于软质材料用 3 左右即可，但边缘部分的延伸过大就有发生边缘皱纹的危险。对不锈钢也有资料认为135，但是只要取 125对大部分金属材料都是安全可行的。如果在图中把辊轮的工位间距取为 d，定出各工位上的成型高度就可以作出花型展开图和各辊轮孔型的设计图。 23456712345图 2-3 成型直角边的角度和成型高度毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页2.5.4 导向线的确定为了使板料从平板状态向前移动直至成行出所需断面形状，就需要有水平导向线和垂直导向线。水平导向线从辊轮开始到最后一组辊轮为止保持在同一水平面上，为确定成行辊轮的节圆直径的基准。垂直导向线垂直于辊轮轴线，是从第一组辊轮至最后一组辊轮使得在次导向线两侧的成行加工量都是均等的一条基准线，在对称断面中，次导向线与断面中线一致。图 2 - 4 花型展开图边 缘 成 形 图 2-5 边缘成形法中 心 成 形 （ ， ）图 2-6 中心成形法1）保持弯曲弧的长度一定，一面使弯曲角度加大一面减小半径并急剧作弯曲的方法。除钢材之外也用于强力铝合金的成形中.管件成形中的圆形成形就是
