將板、帶鋼在輥式冷彎成型機上,經若干架次相對旋轉的成型輥(水平輥、立輥、組合輥)連續彎曲變形以得到要求的形狀尺寸的冷彎型鋼的過程稱為輥式冷彎成型。輥式冷彎成型是金屬壓力加工工藝的一種,其成型過程如圖5-9所示。平板坯的特定部位經漸次彎曲成角度a2、a2、α3、···an,最后成為所要求的斷面。輥式冷彎成型與型鋼熱軋不同之處是,其各道次金屬橫截面積從理論上可視為不變。這種變形也不同于非穩態變形的沖壓成型,從一個角度彎至下一道的某一角度,在板坯全長上不是同時成型的,而是經過一個平緩過渡后,逐漸彎成需要的角度。
輥式冷彎成型和普通軋制過程一樣,冷彎成型時帶坯任意斷面上的金屬流動是穩定的,不隨時間而變化,相鄰兩道次之間帶坯進入軋輥位置,如圖5-10所示,彎曲角由上一道次的αn-1增大到下一道次的αn,彎曲圓弧半徑由rn-1,減小為rn.由于板坯前端部上拾,彎曲角增大,而產生的張力作用于邊部,在相對旋轉的軋輥的作用下,板帶坯沿軋制方向前進并實現彎曲變形。實現板坯彎曲變形的軋輥工作部分稱為軋槽(輥槽),由兩個和兩個以上通過軋輥軸平面所構成的軋槽斷面變形區稱為孔型。因此,輥式冷彎成型亦可視為板坯經若干孔型實現彎曲的穩態變形過程。從上一道輥軸平面(孔型)到下一道輥軸平面(孔型)間距離L稱為平緩過渡區長度。L的大小與機架間距有關,L愈大變形愈緩和。而平緩過渡區又可細分為L1和L2兩個區(見圖5-11).板坯從前道孔型(對應彎曲角an-1)進入下道孔型(對應彎曲角αn),開始時坯料前端部分與軋輥下軋槽接觸,在坯料中形成數值不大的彈性應力。軋件前行與上軋槽接觸,在上下軋槽作用下產生塑性彎曲,即板坯在輥軸平面前(未通過an孔型)已開始了塑性彎曲變形,原來平直的邊部產生縱向扭曲,形成復雜的曲線表面。坯料的橫截面形狀逐漸按孔型輪廓形狀變化。彎折處金屬連續經受彈性到彈塑性變形。隨彎曲角增大,彎曲圓弧半徑減小,彎折處切向正應力和彎矩增加,在板坯料前端已變形部分與軋輥壓緊軋件的共同作用下,板坯邊部出現拉應力,引起邊部拉伸,板坯通過軋輥軸平面之后(通過孔型后),原來產生縱向扭曲的邊部被拉平,輥軸平面前變形區長度不再增加而保持長度不變(L)。
這是平緩過渡區第一階段,整個過程中彎曲角單方向增大(從(an-1增至an+Δan),見圖5-12,并且坯料中性層彎曲圓弧半徑從rn-1減小至rn.通過軸平面后,變形區長度仍有增加,形成平緩過渡區第二階段,彎曲角從an+Δan減小為αn.坯料前端出現彈性變形特征,內應力重新分布,第二階段長度不再增加(L2),在此長度范圍內整個橫截面上內應力彼此相等,呈現第一類殘應力特征。成型過程繼續下去,平緩過渡區保持形狀尺寸不變,其長度通常小于兩機架間距離。
彎曲角變化呈S形,分為三段。在平緩過渡區任一位置上彎曲角大小可用下式表示.
坯料橫截面各個直線部分受縱向拉伸或壓縮變形,與之相鄰的曲線部分受彎曲變形,弄清板坯在相鄰兩道次間彎曲變形行為,對于制定成型方案和設計孔型具有一定的意義。
為將板帶材經連續輥彎變形加工成合格冷彎型鋼而進行的成型方法及工具的設計稱為冷彎成型輥孔型設計。冷彎成型輥孔型設計的依據是:冷彎型材產品標準、成型材料的性能、技術要求、生產機組配置及主要參數。
1. 孔型設計的要求
①. 能夠生產出符合技術要求的產品斷面形狀及尺寸精度。
②. 產品在全長上無水平垂直瓢曲及縱向扭轉。
③. 彎折處減薄及斷面殘余應力最小,產品無邊波、皺折及裂紋。
④. 金屬出人孔型順利,軋輥安裝調整方便。
⑤. 孔型組合配置合理、孔型磨損小、輥耗低、能耗小。
⑥. 操作方便,可達最大機組生產率。
2. 冷彎成型輥孔型設計步驟
①. 確定坯料寬度。
②. 確定型鋼對水平輥中心線的位置。
③. 選擇型鋼成型基本中心線(簡稱基軸)及基準線段。
④. 確定型鋼過渡斷面數量和形狀(俗稱花形圖)。
⑤. 畫斷面配輥圖和單個軋輥及輥片圖。
⑥. 導衛及輔助工具設計及圖紙的繪制。
⑦. 必要的校核。