【文章內(nèi)容簡介】 9的鎳基高溫合金，在熱處理后 材料 強(qiáng)度超過 1500MPa，表面 硬度達(dá)到 HRC43~48， 但是 延伸率僅有 8%~14%。冷滾壓成形的高強(qiáng)螺紋緊固件，在成形過程中 因 強(qiáng)烈的 加工硬化現(xiàn)象 產(chǎn)生一系列問題：（ 1）滾絲輪壽命較短，易崩牙（ 2）毛坯件易產(chǎn)生裂紋、折迭超標(biāo) 。通過 對實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際生產(chǎn)中各種數(shù)據(jù)的研究分析 發(fā)現(xiàn)，溫滾壓成形的高強(qiáng)螺 紋緊固件，無論在工件質(zhì)量或工具壽命都展現(xiàn)出了相對出色的數(shù)據(jù)結(jié)果 。 （ 2）齒輪滾壓成形 齒輪的滾壓成形加工常用范成法進(jìn)行加工 [5]，圖 為 范成法 加工原理示意圖 。 這種成形法可用于 加工各類圓柱齒輪， 具有效率高、刀具損耗小等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，通過合理控制滾壓成形力、成形次數(shù)、刀具前進(jìn)或回轉(zhuǎn)方向可以提高齒輪精度。 甚至能夠加工 5 級精度的齒輪 ， 加工 斜齒輪時(shí)可以解決拔模問題。 圖 齒輪滾壓成形原理示意圖 （ 3 三維曲面成型 三維曲面零件廣泛應(yīng)用于汽車、輪船、飛機(jī)、高鐵、壓力容器等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的加工YX35— 125— 750 彩板瓦成型工藝及成型機(jī)設(shè)計(jì) 4 工藝（如沖壓成形）由于 需要設(shè)計(jì)制造模具和加工設(shè)備，投入大、設(shè)計(jì)制造周期較長，因而適合于單件大批量生產(chǎn)。然而，現(xiàn)如今的市場需求 對于產(chǎn)品的個(gè)性化要求日益提升，產(chǎn)品也要求能夠快速實(shí)現(xiàn)多品種、小批量 的生產(chǎn)。 曲面零件的滾壓成形技術(shù)常見的有增量滾壓成形技術(shù)與 連續(xù)滾壓成形 技術(shù)。增量滾壓成形技術(shù)與傳統(tǒng)的 滾壓成形技術(shù)相似，都是通過布置多道成型輥進(jìn)行加工。這種成形方法 能夠?qū)崿F(xiàn)曲面零件的快速、高效生產(chǎn)，并且降低了生產(chǎn)成本。 連續(xù) 滾壓成形技術(shù)是一種柔性成形技術(shù) 。成形機(jī)構(gòu)以多點(diǎn)控制的柔性輥為成形工具，使板料同時(shí)產(chǎn)生縱向、橫向彎曲變形，加工成形出三維曲面 [6]。 如圖 所示，調(diào)節(jié)離散分布的支撐與調(diào)形機(jī)構(gòu)，能夠使各分段的軋輥橫向 (垂直于軸線方向 )變形，或繞軸線彎曲一定角度。這樣，成形輥整體就會沿軸線方向發(fā)生出現(xiàn)一定撓 度的彎曲變形，上下軋輥之間間隙也會不均勻分布。這樣，板料就會發(fā)生曲面彎曲，如圖 所示。 通過來返往復(fù)加工，最終實(shí)現(xiàn)對板料的成形加工。 圖 曲面成形 (a)基本原理圖 (b)成形試驗(yàn)裝置 YX35— 125— 750 彩板瓦成型工藝及成型機(jī)設(shè)計(jì) 5 在實(shí)際生產(chǎn)過程中， 可根據(jù)客戶需求調(diào)整軋輥改變零件的曲面形狀， 采用自動控制生產(chǎn) ，產(chǎn)品零件具有較好的表面質(zhì)量與成形精度。 滾壓成型的發(fā)展 國內(nèi)外滾壓成型技術(shù)發(fā)展概況 國外滾壓成型技術(shù)的研究，已經(jīng)有將近 200 年的歷史了。大體可以分為三個(gè)階段：1838~1909 年為第一階段，這段時(shí)間是對滾壓成型 的探索階段 ，整體理論研究進(jìn)展緩慢。1910~1959 年是第二階段，這是滾壓成型工藝逐步成熟和推廣使用輥式冷彎成形工藝的階段。第三階段是 1960 年至今，這是滾壓成形理論研究與生產(chǎn)徐蘇發(fā)展的階段。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1） 滾壓成型產(chǎn)品產(chǎn)量不斷增加； 2） 理論研究工作不斷展開深入； 3）產(chǎn)品種類不斷增加，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新 [7]。 在國內(nèi) ， 滾壓成型生產(chǎn)研究較晚 。 我國冷彎型鋼生產(chǎn)起始于 20 世紀(jì) 5060 年代，生產(chǎn)廠家集中于鞍山、上海、重慶等個(gè)別地區(qū)，主要服務(wù)于農(nóng)機(jī)業(yè)。 20 世紀(jì) 80 年代，是第一次發(fā)展高潮，生產(chǎn)廠家擴(kuò)大到華東、華北、 東北等地區(qū)，服務(wù)范圍也擴(kuò)大到貨車、客車、建筑門窗、公路護(hù)欄、貨架、電器等行業(yè)，但都限于中小型機(jī)組，品種規(guī)格較少，約 2021 種；材質(zhì)均為普碳鋼，全部冷彎型鋼產(chǎn)量約占鋼材總量的 %，與世界各國相比差距很大。 近年來，鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展壯大，滾壓型鋼也迎來了一次高速發(fā)展的浪潮。截止目前，我國共有 1000 多條冷彎型鋼生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力達(dá)到每年 1500 萬噸。今年兩會召開期間，“十三五”規(guī)劃指出：為解決鋼鐵冶金行業(yè)產(chǎn)能過剩問題，國家將進(jìn)一步縮減鋼產(chǎn)量，并關(guān)閉一部分中小型企業(yè)。雖然滾壓型鋼目前市場潛力很大，但重點(diǎn)研 究工作仍應(yīng)該放在使用高新技術(shù)生產(chǎn)綠色環(huán)保高質(zhì)量產(chǎn)品的研發(fā)，以及新工藝、新技術(shù)的開發(fā)。這樣才有利于保持市場 占有率，趕超國際頂尖水平。 滾壓成型技術(shù)發(fā)展趨勢 （ 1） CAD/CAE 技術(shù)應(yīng)用 盡管滾壓型鋼具產(chǎn)量很大，應(yīng)用廣泛。但滾壓成型技術(shù) 仍然被認(rèn)為是一種“未掌握的藝術(shù)” ，它 的特點(diǎn)和規(guī)律還沒有被人們完全認(rèn)識掌握 。 作為一個(gè)復(fù)雜的成形過程，滾壓YX35— 125— 750 彩板瓦成型工藝及成型機(jī)設(shè)計(jì) 6 成形受很多因素的影響 。但產(chǎn)品的最終截面形狀始終是由軋輥所決定的，軋輥的合理設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試將影響到整個(gè)生產(chǎn)過程的效率 [8]。 北方工業(yè)大學(xué)機(jī)電研究所現(xiàn)在所使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 已能夠?qū)崿F(xiàn)對軋輥從設(shè)計(jì)到數(shù)控加工的一體化功能。 滾壓成形過程中材料的橫向彎曲 、 縱向應(yīng)變 、邊緣彎曲等變量，一直是滾壓成形機(jī)理研究的重要內(nèi)容。過去受限于對于材料變形 中微觀變化缺少觀察、研究手段，并沒有取得很大的進(jìn)展。然而由于計(jì)算機(jī)軟件及有限元仿真分析技術(shù)的發(fā)展，滾壓成形工藝發(fā)展得以不斷深入。 無論是利用現(xiàn)有的有限元分析軟件，還是基于其基礎(chǔ)理論的開發(fā)軟件，都可以進(jìn)行變形仿真、應(yīng)力分析等研究。德國 date M 公司所研發(fā)的 COPRA 軟件系統(tǒng)，已能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)品從花型設(shè)計(jì)到生產(chǎn)模擬、成本計(jì)算、質(zhì)量監(jiān)管等整個(gè)過程全面、集成的 軟件解決方案。圖 為 日本的學(xué)者 對直縫焊鋼管 滾壓 成型過程及變形特性模擬分析的部分 結(jié)果， 并得出采用熱效應(yīng)區(qū)的最外層表面的金屬流動線 ， 以及在壁厚方向等溫焊接方法可以降低最大傾斜角的結(jié)論。 隨著研究的深入，將會不斷有專用于滾壓成形的軟件系統(tǒng)被開發(fā)，有限元分析法也將得到更廣泛的應(yīng)用。 焊管滾壓成形過程 （ 2）柔性滾壓成型技術(shù) 柔性滾壓 成型技術(shù)是將人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到滾壓成型生產(chǎn)中。 柔性滾壓成形 機(jī) 是由一道道相對獨(dú)立存在的生產(chǎn)控制單元共同構(gòu)成的。 圖 是一種單軸YX35— 125— 750 彩板瓦成型工藝及成型機(jī)設(shè)計(jì) 7 柔性滾壓成型機(jī)組。 在實(shí)際生產(chǎn)過程 中，控制電機(jī)將按照數(shù)控程序調(diào)整 各道次的 軋輥的橫向位置、旋轉(zhuǎn)角度和機(jī)架的位置 來生產(chǎn)所需截面形狀的型材。 圖 單軸柔性滾壓成型機(jī) 柔性滾壓成型技術(shù)在 實(shí)際 生產(chǎn)中具有顯著優(yōu)勢。柔性滾壓成型技術(shù)自動化程度高，計(jì)算機(jī)可以自動生成 數(shù)控程序進(jìn)行生產(chǎn)。一條生產(chǎn)線可以生產(chǎn)制造多種花型的產(chǎn)品，大批量生產(chǎn)成本更低。 對于一些復(fù)雜斷面的型材，無需在進(jìn)行軋輥的設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)效率。所以，國內(nèi)外對于柔性滾壓成型技術(shù)將會不斷加大研發(fā)投入。 滾壓成型設(shè)備 滾壓成型生產(chǎn)線一般能夠完成 上料、開卷、校平、切頭、成形、校直、切斷、出料、入 庫 整個(gè)加工工藝流程的自動控制加工 [9]。 常見的滾壓成型機(jī)組有： 寬幅壓型板機(jī)組 ，主要生產(chǎn)各類彩鋼板、波紋瓦、復(fù)合板等寬幅截面型材；小型板式機(jī)組，主要生產(chǎn)角鋼、方鋼管、 C 型鋼等小截面型材；高精度滾壓成型機(jī)組， 能夠在加工范圍內(nèi)根據(jù)產(chǎn)品需求調(diào)整軋輥，同一機(jī)組可生產(chǎn)多種規(guī)格同類型型鋼 ；特色滾壓成型機(jī)組 ，可以快速更換壓輥組，能夠生產(chǎn)各類型的型材，這類機(jī)組是今后的研發(fā)重點(diǎn)。滾壓成型機(jī)是整個(gè)生產(chǎn)機(jī)組的核心部分，可分為懸臂式、雙端式、通軸雙端式、標(biāo)準(zhǔn)式 (傳統(tǒng)式 )、雙層式、成組快換式和并列式。 YX35— 125— 750 彩板瓦成型工藝及成型機(jī)設(shè)計(jì) 8 輕合金滾壓成型機(jī) 輕合 金滾壓成型機(jī)主要用于輕合金薄板材料的加工。成型機(jī)可以通過更換不同的刀具改變材料的成型形狀，能夠進(jìn)行卷邊、彎邊、切邊等成型加工。 成型機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示，可分為動力部分、傳動部分、工作部分、控制部分和檢測部分 [10]。 圖 輕合金滾壓成型機(jī) （ (工件 ) (連主軸 ) ） 動力部分主要功能是將外接電源合理分配到機(jī)床各部位 ， 如異步電機(jī) 、 電磁閥 、 氣壓泵等 。 傳動部分 通過變速器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速把電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞到主軸上 。 工作部分是成型機(jī)的主要部分 。 它由橫向切斷單元 、縱向切斷單元、 卷邊滾壓單元 構(gòu)成。各個(gè)單元獨(dú)立工作，組合完成加工工作?？刂撇糠质浅尚蜋C(jī)的 PLC 電氣控制系統(tǒng)。檢測部分用于檢測成型機(jī)各部分的工作狀態(tài)，并反饋給控制部分調(diào)整成型機(jī)工作狀態(tài) [11]。 這種成型機(jī)具備一定的數(shù)控自動化加工水平 ， 適用于一些中小型合金產(chǎn)品（如臉盆、鍋等）的加工成型。 當(dāng)成型機(jī)開始工作時(shí) ， 夾緊缸電磁 閥得電 ， 氣體進(jìn)入夾緊氣缸推動活塞向下運(yùn)動夾緊工件，工作氣缸電磁閥得電，工作臺運(yùn)動，當(dāng)?shù)毒叩竭_(dá)指定位置后 ，主軸轉(zhuǎn)動開始加工工件 。加工完成后，主軸停止運(yùn)動，壓緊缸電磁閥和工作臺電磁閥得電，工作臺和壓緊氣缸回到原點(diǎn)，更換零件開始下一次加工。 YX35— 125— 750 彩板瓦成型工藝及成型機(jī)設(shè)計(jì) 9 d 副輥擺動式滾壓成形 1,2— 驅(qū)動輪 3,4— 進(jìn)給輪 e 側(cè)輥擺動式4 輥滾壓成形 1,2— 驅(qū)動輪 3,4— 進(jìn)給輪 拱形支架滾壓成型機(jī) 拱形支架滾壓成型機(jī)用于 U 型鋼的生產(chǎn)。 根據(jù)國內(nèi)外滾壓成型機(jī)加工方式，其滾壓成型原理大致有 5 種 [12]： 1）不對稱 3 輥式滾壓成形，如圖 ； 2）側(cè)輥進(jìn)給式 4 輥滾壓成形，如圖 ； 3） 6 輥擺動式滾壓成形，如圖 ； 4）副輥擺動式 4 輥滾壓成形，如圖 ； 5）側(cè)輥擺動式 4 輥式滾壓成形，如圖 。 圖 U 型鋼滾壓成形原理圖 現(xiàn)有研究結(jié)果表明， 對于兩端直線長度不大于 80mm 的 U 型鋼，采用 3 輥式原理設(shè)計(jì)的成型機(jī)，無論結(jié)構(gòu)上采用何種方式都無法實(shí)現(xiàn)其成形加工。只有基于 4 輥或 6 輥原理設(shè)計(jì)的成型機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)。其中“ 側(cè)輥擺動式 4 輥滾壓成形 原理”式成型機(jī)，無論滾壓性能、結(jié)構(gòu)形式、控制方式、生產(chǎn)成本都具有相當(dāng)優(yōu)越性。 GW1 型拱形支架滾壓成型機(jī)正是基于這種原理設(shè)計(jì)的 [13]，是目前國內(nèi)比較先進(jìn)的礦用 U 型鋼滾壓設(shè)備。該設(shè)備適用于 18U、 25U、 29U、 36U 四種 U 型鋼經(jīng)調(diào)質(zhì) (屈服極限≤ 600MPa)后的半圓拱可縮性支架、三心拱直 腿可縮性支架、三心拱曲腿可縮性支架、圓a 不對稱 3 輥滾壓成形 1,2— 驅(qū)動輪 3— 進(jìn)給輪 b 側(cè) 輥進(jìn)給式4 輥滾壓成形 1,2— 驅(qū)動輪 3,4— 進(jìn)給輪 c 6 輥擺動式滾壓成形 1,2,4— 驅(qū)動輪 3,5,6— 進(jìn)給輪 YX35— 125— 750 彩板瓦成型工藝及成型機(jī)設(shè)計(jì) 10 形等可縮性支架的梁和腿。生產(chǎn)的產(chǎn)品完全符合《 巷道金屬支架系列 》 MTl4386 標(biāo)準(zhǔn) 。 彩鋼板滾壓成型機(jī) 現(xiàn)在市場上使用的彩鋼板有多種規(guī)格，常見的有 470 型、 600 型、 750 型、 760 型、820 型、 900 型等。 各種型號的彩鋼板都是彩色冷軋鍍鋅板滾壓成型而成，具有良好的耐腐蝕性和較高的機(jī)械強(qiáng)度，適用于各類鋼結(jié)構(gòu)建筑物的屋面需求 [14]。這里就上海浦東國際機(jī)場二期航站樓屋面使用的 YX51— 360 型彩鋼板成型機(jī)組進(jìn)行介紹。 YX51— 360 型彩板成型機(jī)組將板料滾壓成型 與曲面成型結(jié)合起來， 能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)品的正反曲面彎弧。 成型板料曲線光滑合理，無瑕疵。 機(jī)組主要由液壓放料機(jī)、輥壓成型主機(jī)、液壓成型剪、正反曲面彎弧機(jī)構(gòu)、 PLC 控制臺、液壓站等組成 [15]。 滾壓成型機(jī)是整套機(jī)組核心。 成型機(jī)通過 16 道軋輥能夠 生產(chǎn)普通 YX51—