冷弯型钢生产工艺_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。北京科技大学 材料成形与控制工程专业《冷弯型钢生产》 03 冷弯型钢生产工艺 韩静涛 博士/教授/博士生导师 北京科技大学 材料加工工程学科 首席教授 中国钢结构协会冷弯型钢分会 理事长 中国金属

　　北京科技大学 材料成形与控制工程专业《冷弯型钢生产》 03 冷弯型钢生产工艺 韩静涛 博士/教授/博士生导师 北京科技大学 材料加工工程学科 首席教授 中国钢结构协会冷弯型钢分会 理事长 中国金属学会 荣誉理事 3 冷弯型钢生产工艺 3.1 概述 3.2 冷弯型钢的原料 3.3 冷弯成形工艺参数 3.4 冷弯成形辅助工序 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.6 冷弯成形过程的工艺润滑 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3 冷弯型钢生产工艺 3.1 概述 3.2 冷弯型钢的原料 3.3 冷弯成形工艺参数 3.4 冷弯成形辅助工序 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.6 冷弯成形过程的工艺润滑 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.1 概述 3.1 概述 ? 形式特征：冷弯成形是以金属薄板或带卷为原料，通过多架装配了具 有一定形状的成形辊的成形机对坯料逐步进行弯曲变形，从而得到均一 截面产品的塑性加工方法。一般每架成形机装有两个或多个成形辊，每 列成形机组由两架以上的成形机组成。 ? 内容特征：冷弯成形的主要变形为板料的弯曲变形，次要变形为弯曲 角局部的减薄，以及带卷材料的纵向延伸或拉缩。一般，假设变形材料 厚度在成形过程中基本不变。这种加工方法特别适合于外形纵长、批量 较大的高精度产品的加工。此外，在冷弯成形过程中，可以将冲裁、打 孔、压印、纵弯等辅助加工引入进来。 ? 分类特征：冷弯成形工艺可分为4种，即单张(或单件)成形工艺、成卷 成形工艺、连续成形工艺和组合加工工艺。每一种工艺都可分为3个阶段， 即成形前坯料准阶段、成形加工阶段、型材精整阶段。 3.1 概述 ? 单张成形工艺：就是预定尺坯料的成形方法。这种方法在坯料成形之 前将坯料切成定尺长度，然后用选料辊将坯料送进成形机，成形后的型 材不必经剪切即可收集人库。采用这种成形工艺的成形机的速度一般较 低。这种工艺主要应用于小批量、成形后型材锯切比较困难的情况下。 采用单张成形工艺的成形机组的设简单、工具费用少、投资低。但用 这种生产工艺得到的型材边部纵向拉伸较大，因而只有利用侧立辊才能 得到比较的产品形状。 ? 成卷成形工艺和连续成形工艺：工艺基本相同，所不同的是连续成形 时前一卷带材的尾部与后一卷带材的头部经过齐对焊，使坯料带材连续 不断地进入成形机进行成形。而成卷成形时带卷头尾不对焊，进行单卷 供料成形。与单张成形工艺相比，这两种成形工艺更加高效、高产、通 用。 3.1 概述 成卷成形工艺和连续成形工艺的主要优点是： 1) 带卷成本低、切损少，因而降低了材料成本； 2) 由于需要的成形机架数少且不需要额外的导卫装置，因而工具成本低； 3) 可以加工形状比单张成形工艺的产品更复杂的型材； 4) 型材的头尾部扭曲及张开度减小； 5) 由于操作几乎是连续的，因而生产率得到提高。 但这两种成形工艺需要开卷机、活套器、对焊机、定尺飞锯或飞剪等 辅助设，因而其机组设投资较大、占地较大，成形机组的成形速度 较高。目前投产的绝大多数冷弯成形机组均是采用这两种工艺。 图3-1给出了其工艺流程示意图。 3.1 概述 图3-1带卷冷弯成形工艺 1-带卷；2-开卷机；3-坯料；4-矫平机；5-预冲孔机；6-活套辊；7-进料台；8-成形机； 9-侧立辊；10-驱动轴；11-校型机；12-切断装置；13-储料台；14-成形机组 3.1 概述 组合加工工艺：用于加工具有特定要求的冷弯型钢，如高强度冷弯型钢， 闭口焊接冷弯型钢、热处理强化冷弯型钢、周期波纹板、冲孔冷弯型钢、 涂层冷弯型钢等。组合加工成形机组的设复杂、投资。根据产 品的要求这种机组可包括如下设：直缝焊机、对焊机、辊式冲孔机、 辊式压印机、涂层机、热处理设等。 典型冷弯成型生产线 a．开卷机； b．校平机； c．预冲孔机；d．储料活套； e．成型机组； f ．矫直机；g．精冲/切断机； h．收集台架 3 冷弯型钢生产工艺 3.1 概述 3.2 冷弯型钢的原料 3.3 冷弯成形工艺参数 3.4 冷弯成形辅助工序 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.6 冷弯成形过程的工艺润滑 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.2 冷弯型钢的原料 3.2.1生产冷弯型钢用的原料 由于冷弯型钢广泛应用于各行各业，所以使用的原料也就包括了诸多品 种，如普通碳素钢、优质碳素结构钢、低合金钢、耐大气腐蚀钢、不锈钢、 镀层材料（镀锌板、镀铝板等）、彩色涂层板、铜、铝合金、钛合金等等。 各类原料的品种、牌号如下： ? 碳素结构钢：常用碳素结构钢的牌号有Q195、Q215、Q235等； ? 优质碳素结构钢：常用优质碳素结构钢的牌号有08、10、08F、08Al等； ? 低合金钢：常用低合金钢的牌号有：16Mn等 ? 耐大气腐蚀钢：常用耐大气腐蚀钢的牌号有16CuCr、12MnCuCr、 15MnCuCr、15MnCuCr-QT；09CuPCrNi－A、09CuPCrNi－B、09CuP； （车辆用耐大气腐蚀钢09CuPCrNi、09CuPTiRE） 3.2 冷弯型钢的原料 3.2.1生产冷弯型钢用的原料 ? 集装箱用钢：集装箱用钢的牌号有NSF345、NSF390、J335、J490； ? 不锈钢：常用不锈钢的牌号有：301、1Cr18Ni9（302）、0Cr18Ni9 （304）、1Cr18Ni12（305）、0Cr17Ni12Mo2（316）等； ? 镀层材料：在冷弯成形中，通常一般使用普通用途和机械咬合加工性能 的材料，锌层重量为100～350g/m2的热镀锌钢板； ? 彩色涂层板：彩色涂层板表面涂料的种类有：丙烯酸、聚酯、硅改性聚 酯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯－塑料溶胶、有机溶胶以及PVC薄膜等； ? 铜：铜是一种容易冷弯成形的材料，常用的包括有紫铜、黄铜等； ? 铝合金：铝具有耐蚀性、加工性能优良以及外观美的特性。冷弯成形常 用的有纯铝、铝－锰系、铝－镁系； ? 钛合金 3.2 冷弯型钢的原料 3.2.2 在冷弯成形中使用不同的原料需要注意的问题 3.2.2.1 原料的化学成分： 不同的材料具有不同的化学成分组成，各种成分都会对于钢的成形性能 造成不同的影响。需要特别注意的是在进行非常规新产品的孔型设计时， 要特别注意所选用材料的化学成分，根据其特点，应该充分考虑不同的元 素对成形工艺的影响。例如： 碳素钢的强度及其他性能主要取决于钢中碳存在的形式和碳化物的形状、 大小和分布状态等，即主要取决于钢的金相组织。由于冶炼原料、冶炼方 法和工艺操作等的影响，碳素钢中往往会有少量的其他元素存在，如硅、 锰、硫、磷、铜、铬、镍等。这些元素一般被作为碳素钢的杂质或残余元 素看待，而不被作为合金元素。这些元素中有些对钢起到有益的作用，有 些则产生不利的影响，如铜、铬、镍等对碳素钢的冷弯成形加工和焊接性 能会产生不良的影响。 3.2 冷弯型钢的原料 3.2.1生产冷弯型钢用的原料 溶解在固溶体中的合金元素，一般将提高钢的冷弯成型加工的硬化率， 使钢带变硬变脆，对冷弯成型加工很不利。 ? 硫：一般被认为是残存在钢中的有害元素之一。硫易导致焊缝热裂，在 焊接过程易于氧化，生成SO2气体而逸出，致使焊接金属中产生很多气孔而 疏松，对钢的焊接性能产生不良影响。因此规定优质钢中硫的含量不得大 于0.04%，普 通碳素钢中硫的含量不得大于0.055%。 ? 磷：是固溶强化铁素体的元素，其含量对软钢抗拉强度的影响比其他合 金元素显著。磷提高软钢抗拉强度这一有利因素将随钢中含碳量的增高而 消失，碳含量越高则磷所引起的脆性就越大。在含碳量0.02%的软钢中，当 磷含量从0.017%增大至0.103%时，钢的冲击韧性亦随之增高。同时脆性转 变温度亦逐渐下降，尤其以磷含量为0.103%时为明显。而当磷含量超过 0.103%时则冲击韧性下降，同时脆性转变温度上升，这显然对钢的加工性 能不利。磷加入普通钢特别是含铜钢中，有明显的抗大气腐蚀作用。磷能 增加焊裂的敏感性，影响钢的焊接性能。 3.2 冷弯型钢的原料 3.2.1生产冷弯型钢用的原料 ?锰：在钢冶炼中是良好的脱氧剂和脱硫剂，它能够消除或减弱钢因硫所引 起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。锰已成为普通低合金钢中的主要 的合金元素之一。锰在提高珠光体钢强度的同时，使钢的延展性有所降低。 ?硅：也是良好的还原剂和脱氧剂。随着硅含量的增加钢的弹性极限及屈服 强度显著提高，使钢的冷弯成形性能降低。硅与氧的亲和力比铁强，焊接 时容易生成低熔点的硅酸盐，提高溶渣和溶化金属的流动性，而引起较严 重的喷溅现象，影响焊缝质量。 了解以上不同成分因素的影响，在进行孔型设计时，就应该考虑相应的 对策。如当采用含硫、磷高的钢种带钢材料，生产需要进行焊接工序的空 心型钢时，就应该考虑采用适当的焊接工艺。 3.2 冷弯型钢的原料 3.2.2.2 涂镀层材料冷弯成形加工 随着冷弯型钢产品应用的日益广泛，越来越多的冷弯型钢产品采用带有 涂层和复合钢板材料制造。这些材料在冷弯成型过程中也各有特点，如： ? 镀锌钢板：热镀锌钢板的弯曲性能，与其采用的原板材质有关。在冷弯 成形加工时，不仅要考虑原板的加工特性，同时还要考虑镀层的弯曲性能。 非合金化的热镀锌钢板，在原板与镀层之间生成铁－锌合金过渡层，因此 镀层不易脱落；而合金化的铁－锌合金层比纯锌层的硬度高，且塑性差， 弯曲加工后，合金层会出现细小的龟裂，但通常冷弯成形不发生上述现象。 至于镀锌钢板的焊接性能，由于锌的熔点低，因此采用接触焊的方法生产 焊接的空心型钢时，电极上有锌附着，容易生成表面缺陷。锌的附着量越 大，缺陷就越严重。 ? 彩色涂层钢板：彩色涂层钢板是在原板（冷轧板或各种镀层钢板）上， 将丙烯酸、聚酯、硅改性聚酯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯－塑料溶胶、有机 溶胶、PVC等涂敷上去。其弯曲加工性能与采用的原板性能有关，同时也要 考虑带有涂层的弯曲特性。 Induction Welding Lines. ? Application ? Complex hollow section with high torsional stiffness ? Materials ? Mild steel, AHSS, galvanized steel, Aluminum … ? Process ? Rollforming, HF welding Notice: This presentation contains proprietary and confidential information. It must not reproduced or copied without the written permission of DREISTERN Resistance Welding Lines. ? Applications: Closed profiles with weld flange ? Materials: Carbon steel, AHSS, galvanized steel, stainless steel, aluminum ? Process: Continuous and Start-Stop? operation, distance of weld spot programmable Notice: This presentation contains proprietary and confidential information. It must not reproduced or copied without the written permission of DREISTERN Laser Welding Lines. ? Applications ? Welded tubes and profiles ? Materials ? Mild steel, AHSS, galvanized steel, Al ? Processes ? Continuous and stitch welding CO2 and Nd:YAG Laser Notice: This presentation contains proprietary and confidential information. It must not reproduced or copied without the written permission of DREISTERN 3.2 冷弯型钢的原料 屈服强度 MPa 不大于 195 215 235 伸长率 % 不小于 33 31 26 27 25 39 42 42 28 34 ≥20 ≥18 22 20 22 ≥40 ≥40 弯曲试验 弯心直径d 试样厚度a 0/0.5a 0.5a/a a/1.5a 厚度≤2mm d＝0 厚度＞2mm d=a 厚度＞2mm，d＝0 厚度≤2mm进行杯突试验 3.2.2.3 常用冷弯成形原料的机械特性 表2.1-1 常用各种带钢原料的机械性能 牌号或钢号 Q195 Q215 Q235 08F（P级） 08、08Al、10F（P级） 深冲钢（F级） （GB－5213） St12 St13 St37－2G St44－3G 12MnCuCr（热轧） 15MnCuCr（热轧） 16Mn 1Cr18Ni9 0Cr17Ni12Mo2 抗拉强度 MPa 315～390 335～410 375～460 275～380 275～410 255～345 270～410 270～370 360～510 430～580 421 490 510～660 ≥520 ≥520 a＞1.2 216 a=1.2 216 a＜1.2 235 280 240 ≥215 ≥245 294 343 345 ≥205 ≥205 d=2a d=2a 2a 3.2 加工性能 普通 机械咬合 冲压用 锌层 g/m2 001～350 450～600 001～350 001～275 冷弯型钢的原料 抗拉强度MPa 伸长率% 冷弯试验 1a 2a 270～500 270～420 24 0 0 表2.1-2 常用镀锌带钢原料的机械性能 表2.1-3 宝钢生产彩色涂层带钢原料的涂层性能 弯曲性能 涂层类型 涂料类型 涂层厚度 μ 180°T弯 厚度≤0.7mm（钢窗≤0.8mm） A级 B级 ≥5T ≥5T ≥5T ≥5T ≥5T 厚度＞0.7mm （钢窗＞0.8mm） 90° 90° 90° 90° 90° 聚酯 二次涂层 硅改性聚酯 聚偏氟乙烯 塑料溶胶 一次涂层 聚酯 ≥20 ≥20 ≥20 ≥100 ≥10 ≥3T ≥3T ≥2T ≥1T ≥3T 3.2 冷弯型钢的原料 关于冷弯成形材料的弯曲性能指标，由于在开发一个新的冷弯型钢产品时， 用户要求的产品断面尺寸，有时可能会超出原料性能允许的范围，特别是 型钢断面的弯曲部位，弯角的内半径，应该符合相应材料标准的规定值。 否则就需要慎重考虑实施的可能性及需要采取有效的措施。 表面处理钢板时应注意的问题主要有： ? 弯曲半径取决于涂层的韧性。若涂层的延伸性好，则0.3~0.6mm厚的钢 板的弯曲半径是0.7~1.5mm。 ? 成形辊的间隙按下式求出： 成形辊间隙=[板厚+(涂层厚度+保护层厚度)]×(0.15~1.20) 间隙太小会损坏涂层，导致涂层产生缺陷。 ? 涂层钢板成形时的成形辊数量较多，成形辊上的变形力分布要均匀且小。 ? 要求成形工具(包括成形辊和导板等)的表面粗糙度要低。 ? 为提高成形速度和保证成品质量，有的机组在成形机架前用红外线加热 器将塑料涂层板预热到38～40℃，然后再进行冷弯成形。 3.2 冷弯型钢的原料 3.2.2.4 冷弯成形原料的尺寸公差 对冷弯成形所需原料的尺寸偏差检测项目有：板厚、宽度、板形等。 有关标准对于宽带钢厚度公差的规定，可以参照相应的国家标准。 此外，对于冷弯成形原料带钢的宽度允许偏差，要根据原料的厚度以及 产品断面尺寸允许偏差的要求具体确定。一般冷弯成形所使用的带钢宽度 的允许偏差，均严于带钢标准中一般纵剪带钢宽度的允许偏差。 对板形的要求，如带钢的不平度会影响宽幅波纹板产品的外形质量；镰 刀弯的存在，会对冷弯型钢产品的平直度和扭转带来不良的影响。特别是 对于那些要求平直度和扭转严格的产品，对于原料带钢的板形质量要求， 也应该予以充分的重视并采取相应的对策。 表3-5热轧钢带(GB3524—83)坯料尺寸公差 厚度 钢带宽度 ≤100 100-150 150-200 200-300 宽度允许偏差 ±1.00 ±1.20 ±1.50 ±1.80 厚度允许偏差 ±0.15 ±0.20 ±0.20－0.30 ±0.25 －0.35 ±0.20 ±0.25 ±0.30 ±0.35 三点差不大于 0.10 0.12 0.14 0.15 ＜0.20 ＜0.25 4.00-6.0 L≥ 同带差 宽≤150 宽150 单位：mm 长度允许偏差 厚度 偏差 L ＜ 4m 2.00-4.00 带钢的板形与对中问题 微型拉伸弯曲矫直机 完成薄板坯料波浪变 形、侧弯变形等不良 板形的矫正 目 标 坯料问题 工艺调整简单可靠 运行速度快 设占地面积小 力学性能均匀化 对板形截面尺寸改变小 开发了一套适用于冷弯生产的小型拉弯矫 直设，并针对特定钢带进行了矫直工艺 优化。获得了拉伸张力、弯曲压下量和弯 设问题 曲辊距的组合； 拉弯矫直机的矫直效果 3.2 冷弯型钢的原料 mm 热轧钢带 镰刀弯 冷轧钢带 150 不大于 7 6 镰刀弯（mm/m） 切边钢带 不切边钢带 表3-13 我国钢带的不平直度和镰刀弯允许偏差 厚度 不平度 宽度 50-100 100-150 ≤150 ≤0.50 0.50 4 3 5 4 6 5 2 3 3 4 钢带的镰刀弯每米不大于， 总镰刀弯不大于总长度的 0.6% 3.2 力学性能和冷弯试验 牌 号 等 级 ≤16 215/31 235/26 冷弯型钢的原料 拉 伸 试 验 抗拉强度 MPa 100～150 175/27 195/22 150 165/26 185/21 335～410 375～460 表3 - 17碳素结构钢的力学性能 屈服点σs/伸长率δ s，MP/% 钢材厚度 （直径），mm Q215 Q235 A,B A,B, C,D 1640 205/30 225/25 冲击试验 牌 号 等 级 温 度 ℃ V型冲击 （纵向），J （不小于） 试 样 方 向 纵 横 纵 横 40～60 195/29 215/24 60～100 185/28 205/23 冷弯试验B①= ,180? 钢材厚度（直径）a，mm 60 60～100 弯心直径 0.5a a a 1.5a 1.5a 2.0a 2.0a 2.5a 2.0a 2.5a 2.5a 3.0a 100～200 Q215 B B C D 20 20 0 -20 27 Q235 27 3 冷弯型钢生产工艺 3.1 概述 3.2 冷弯型钢的原料 3.3 冷弯成形工艺参数 3.4 冷弯成形辅助工序 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.6 冷弯成形过程的工艺润滑 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.3 冷弯成形工艺参数 冷弯成形机组是生产冷弯型钢的主要设。成形机组的分类有多种方法。 ? 成形机按所生产产品可分为型材成形机和电焊管成形机； ? 按机架形式可分为悬臂式成形机和龙门式成形机； ? 按成形机构造可分为辊式成形机，排辊式成形机和履带式成形机。 目前国内冷弯型材生产家所采用的成形机，除宽幅波纹板机组和近年 来少量引进的成形机外，绝大多数是采用高频直缝焊管机组或由其改装而 成。这种成形机一般由水平辊机架和立辊机架组成。成形过程按坯料成形 的先后顺序可分为带钢边缘成形阶段（I段）、带钢中心部成形阶段（II段） 以及封闭孔阶段（III段）。 水平辊是传动机架，承担管坯变形的主要任务。立辊是被动的，设立于 两架水平辊间或成组设立，主要作用是导向，也参与部分变形，并防止变 形带钢回弹。 3.3 冷弯成形工艺参数 ? 高频焊接与一般焊接不同，因为它不需要金属填料[非填料焊接]。 ? 将钢带边缘加热到熔点，熔融金属和金属氧化物被外界施加的压 力从熔接面上挤出，而其下灼热的、清洁的金属表面被压力锻焊结 合在一起。如果一切条件得当，其强度是所有焊接中的。 焊接挤压点 感应加热线圈末端 钢带边缘将被加热 焊接挤压辊 加热源 钢带边缘开始发红 结合线 钢带边缘开始熔融 热影响区HAZ 钢管毛刺挤出物 碳钢材料高频焊 接显微照片 熔融金属在挤压点 被挤出，底部的热 金属表面形成粘接 完成焊接 3.3 冷弯成形工艺参数 3.3.1 变形区长度 ? 变形区长度：连续式冷弯成形机从架水平辊中心至后一架水平辊中心的距 离。 ? 确定变形区长度的原则：必须保证带钢边缘在成形过程中不产生塑性变形，以防 止边缘鼓包和波浪等缺陷的产生。的变形区长度是在保证这个原则的前提下 小的变形区长度。 对于低碳钢板，相对于弹性极限的相对伸长为0.1%，因此变形区长度的选择应按 带钢边缘的相对伸长不超过0.1%进行计算。对于简单形状的角钢，成形时保持带钢 边缘不产生塑性变形的临界升起角α 约为1°~ 1°25′，由此可得到变形区长度为：L= Hctgα = (40~ 57)H, 即变形区长度为升起高度的50倍左右。 图3-2 变形区长度的计算 对于任意冷弯型材生产机组所需要的变形区长度，它与冷弯型材的总变形量（弯 曲角总和）和形状的复杂程度有关。目前有通用的变形区长度计算方法。 3.3 冷弯成形工艺参数 3.3.2 成形机架间距和数量 ? 成形机架间距的确定：要考虑带钢边部塑性变形、机架的结构设计，以 及导卫装置的安装等多方面的要求。在同一机组里，机架间距可以相同， 也可不同。对于连续式电焊管冷弯机组，其水平辊机架间距可由所生产的 管径Dmax确定：l= KDmax=(5.7~10) Dmax 从而水平辊机架数量n为：n=L/l +1 当L=(40~57) Dmax，l=(5.7~ 10) Dmax时，可得n =7~10架。 采用电焊管机组生产冷弯型材时，每架成形机允许的弯曲角在 l0°~30°之间，平均为约等于20°，因而所需要的成形机组的水平辊机架数 量可按其所生产的复杂产品的曲角总和计算，为 n= 0.05∑α i+l， 一般经验值为每个角[不包括对称同时成形角]3架。 定径机架数量一般为4~6架。 3.3 冷弯成形工艺参数 3.3.3 成形辊轴径和底径 焊管机组的成形辊轴径可根据下面经验公式确定： φ 平= k1Dmax 其中系数k1的取值范围如下： D ≤35 35 ~ 250 350~ 660 k1 1.15~1.20 0.75~1.00 0.58~0.72 立辊轴径一般取所生产钢管直径Dmax的一半。 架下成形辊的底径一般取相应轴径的1.9~2.1倍，随后各机架的下成 形辊底径应逐驾增加 0.5~0.65%，以便使成形机架间的带钢保持一定的张 力。上成形辊底径要根据下成形辊低径和上下辊的传动比来确定。但当采 用下成形辊单独传动时，上成形辊底径的选择只需足强度的需要。 立辊的底径应根据水平辊机架间距、孔型系统、结构形式等确定，一般 为所生产钢管1~2倍。 3.3 冷弯成形工艺参数 3.3.4 成形力和成形力矩 冷弯成形力：包括弯曲成形力与模具压紧力两部分。 成形辊的辊缝间隙对成形力有很大影响，一般当辊缝间隙与带钢厚度之 比大于0.3时，成形辊所受的成形力保持在一个较稳定的低值，此值可用如 下的经验公式计算 P=ασs t2 式中，P—成形力，N；σs—带钢的屈服应力，Mpa；t—板厚，mm； α —修正系数，随成形辊形状和尺寸的变化而变化，其值在1.0~3.0 之间。 成形力的计算可以利用数值模拟技术（如差分法，有限元法等）求 得。但这种方法由于过程复杂，加之某些边界条件不甚清楚，因而仍处探 索阶段。 3.3 冷弯成形工艺参数 3.3.4 成形力和成形力矩 成形力矩[轧制总能耗]＝变形力矩＋摩擦力矩＋空转力矩 变形力矩：工件的弯曲成形[10%] 摩擦力矩：轧辊与工件的摩擦阻力＋轧辊与轴承间的摩擦阻力 空转力矩：传动阻力 成形功耗: U=U1+U2+U3 弯曲成形变形功 U1= ασst2β 轧辊/工件摩擦功 U2=μ U1 机械传动损失功 U3=(1.2~1.5)(U1+U2) 式中， σs—带钢的屈服应力/Mpa；t—板厚/mm；α —修正系数； β—弯曲角变化量；μ —摩擦系数。 3.3 冷弯成形工艺参数 3.3.5 成形底线 从成形机的架至后一架，各架下成形辊孔型的点的连线): ? 上山法：底线在成形过程中逐渐上升。 ? 底线水平法：底线在成形过程中是一条水平线。 ? 下山法：底线在成形过程中逐渐下降。 ? 边缘线水平法：边缘线（各架边缘点的连线）在成形过程中保持水平。 在冷弯型材的辊式冷弯加工过程中，一般采用下山法，因为下山法在降 低边缘成形高度从而减小边缘纵向变形的同时，还程度地减小了带钢 横断面上纵向延伸的不均匀性。 成形底线的调整可以通过以下方法实现： ? 有下辊压上装置的可通过压上装置调整。 ? 下辊轴承加不同厚度的垫片。 ? 独立机架与底座之间加不同厚度的垫片。 ? 选择各架下辊的底径。 ? 调整立辊高度。 3.3 冷弯成形工艺参数 图3-3成形底线 冷弯成形功率与带坯厚度的关系 a-上山法；b-底线水平法；c-下山法；d-边缘线m/min; R/t=0.5；低碳钢 3.3 冷弯成形工艺参数 3.3.6 成形速度 ? 辊式成形机组的成形速度为0.5~250m/min，常用的速度范圈为 25~30m/min。影响成形速度的主要因素有：带钢的成分、带钢的屈 服强度和硬度、带钢的厚度、成形操作的难易程度、成形型材的定尺剪切、 成形机架数、需要的辅助加工，以及润滑荆（冷却剂）的应用。 ? 把钛合金加工成复杂的型材要求用下限成形速度( 0.5m/min)。与此相对 应，在理想成形条件下进行的成形可以采用上限成形速度，如对厚度小于 0.9mm、定尺长度很长（25m左右）的铝和退火低碳钢在成形比较缓和时 可达到245m/min。为了达到尽可能高的成形速度，既使总变形量不大，也 常采用较多的成形道次以使每一架成形机上的道次变形量减小。当采用高 速成形时，通常无法进行冲孔、压印、焊接等辅助加工，并且要求逐架进 行润滑。 ? 使用飞剪或飞锯定尺时，往往不能达到成形所允许的速度。大多数 冷弯产品的定尺是通过滑动剪切（或锯切）机座定尺的。成形速度越大， 滑动机座就需移动越长的距离，才能保证准确撤定尺。因此实际允许的 大成形速度往往依赖于剪切周期的大小。 3.3 3.3.7 成形功 冷弯成形工艺参数 ? 冷弯成形的成形功与多种因素有关，其中主要的有带坯厚度、带坯拉 伸强度、成形道次、传动系统的传动效率，以及成形辊与带坯之间的摩擦 等。 ? 利用简单弯曲模型计算的理想成形功仅占实际冷弯所消耗功的10%，其 余部分用于克服辊带接触摩擦和传动阻力。图3-4给出了内弯曲半径为t/2、 弯曲角为90°，成形速度为30m/min的条件下弯曲低碳钢带坯所消功。按此 图计算冷弯4mm厚低碳钢带坯需14.9kW功率，而对应的理想成形功率仅 为14.9kW。 ? 一般，对于小型冷弯成形机功率为7.46~37.3kW; 对于大型冷弯成形机， 功率为37.3~93.25kW。 3 冷弯型钢生产工艺 3.1 概述 3.2 冷弯型钢的原料 3.3 冷弯成形工艺参数 3.4 冷弯成形辅助工序 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.6 冷弯成形过程的工艺润滑 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.4 冷弯成形辅助工序 3.4.1 纵剪 剪机是将轧制出的宽带卷坯从纵向上切成所需宽度带钢的加工机械。通 常纵剪机是在成形机组之处单独工作。但近也出现了在成形机组中引入 纵剪机，从而达到多根型材同时生产的工艺。 ?一般宽带钢的纵剪都采用圆盘剪纵剪机组。剪切方法按圆盘剪是否传动可 分为张力拉入驱动咬入剪切。 ? 张力拉入剪切依靠卷取机的张力拉动坯料进入圆盘剪进行纵切，圆盘剪 是不传动的。其优点是只需采用普通交流电机传动，不需考虑因卷取机卷 径变化所引起的速度变化。其缺点是对于薄带钢(厚度小于2.0mm)所得到的 成卷比较松。张力拉入剪切一般适用于厚度为2.5~5.0mm的宽带卷坯的纵 剪。 ? 驱动咬入剪切圆盘剪和卷取机同步传动，因而需采用直流电机传动，并 对它进行速度控制。一般来说，这种方式圆盘剪与卷取机之间的张力较小， 适用于厚度在0.25~2.0mm之间的薄带钢。有时为了保证带钢在纵剪时无 横向偏移，而在圆盘剪前后设有自由活套坑，实现无张力剪切，此时卷取 机的张力则靠圆盘剪之后的张力辊与卷取机建立。一般采用浮动开卷机进 行跑偏控制。 3.4 3.4.1 纵剪 冷弯成形辅助工序 表3-20 不同材料的纵剪速度 剪切材料 正常值，m/min 纵剪速度随材料而异，一般可按表3-20所示选取。 低碳钢 200 不锈钢 100 铝及铝合金 200 值，m/min 200 300 圆盘剪上下刀片间隙的调整是纵剪工艺中影响的因素。间隙越大，剪切力越 小；但间隙越小，切口质量越好。一般隙可取为带钢厚度的1/10左右。刀片间隙、 重叠量和被剪材料厚度的关系示于表3-21。 表3-21 重叠量△和间隙量c的选取 被剪切钢板厚度, mm 0.1 0.25 0.35 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 c,mm 0.01 0.01 0.02 0.04 0.06 0.07 0.1 0.13 0.14 0.16 △,mm 0.1 0.13 0.2 0.25 0.4 0.5 0.65 0.56 0.5 0.45 被剪切钢板厚度, mm 2.25 3 3.25 3.5 3.8 4 4.35 4.5 4.8 5 c,mm 0.2 0.24 0.27 0.28 0.3 0.33 0.35 0.37 0.38 0.4 △,mm 0.32 0.2 0.13 0.1 0 - 0.05 - 0.08 - 0.13 - 0.18 - 0.2 3.4 3.4.1 纵剪 冷弯成形辅助工序 ?刀片厚度可按(0.06~0.1)D计算，其中D是圆盘刀片的直径。一般刀片厚 度应大于15mm。 ?刀片材质一般采用9CrWSi或T8等工具钢。热处理后的硬度为HS85±2。 剪切厚度在1.6mm以下时，刀片寿命为500~l000t/次；厚度在 3.2mm以下时，刀片寿命为600~2500t/次。纵剪机以一套刀片为一组一起 磨削。一般采用圆周磨，每次正常的磨削量为300~500μ m。 ? 这种纵剪机可能达到的剪切精度是±0.1~±0.5mm。 ? 为了提高纵剪带钢的断口质量，近开发了无毛刺纵剪机。其原理是将 剪切分为两道工序进行。首先是通过调整刀片重叠量使剪刃咬入但不使带 卷断开，然后使用压平辊从上下双向对卷板施加压力，将错位的地方压回， 使之断开。 3.4 3.4.2 开卷 冷弯成形辅助工序 开卷机是带钢卷的拆卷设，主要形式有转盘式、箱式、单筒式、双筒式、 双锥式等。 开卷机将纵剪后的带卷逐渐松开，供给成形生产线中的后续设，因而要 求它具以下3种基本性能： ? 松卷性能：松卷分自由从动松卷和主动松卷两种。自由从动松卷由成形 机组中其余设牵动带卷在开卷机主轴上转动而开卷。这种方式使开转机 简化，但对于表面质量要求较高的带卷容易造成表面擦伤。而主动松卷可 克服这一缺陷，但设投资增加。 ? 制动性能：制动性能可防止辊卷设突然停机或加减速运转时，带卷过 度放卷。此外还可通过此性能调整带卷上的后张力。 ? 防止松弹性能：当带卷开卷接近完成时，带卷尾部的弹性变形将产生急 剧的回弹松弛现象，因此需要设置滑动的压头装置。 3.1 概述 图3-1带卷冷弯成形工艺 1-带卷；2-开卷机；3-坯料；4-矫平机；5-预冲孔机；6-活套辊；7-进料台；8-成形机； 9-侧立辊；10-驱动轴；11-校型机；12-切断装置；13-储料台；14-成形机组 3.4 冷弯成形辅助工序 表3 - 22开卷机的种类和构造 驱动装置 制动 防松弹装置 回转轴 开卷机形式 箱型摇篮式 无 水平台架式 无 无（小型） 有 无（自重） 无 无（自重） 无（外架） 有 有 胀缩轴式 单悬壁式：单旋转 双旋转 双悬臂式：双锥式 胀缩式 无（小型） 有 有 带制动 圆盘制动器 电磁制动器 有 压紧辊 侧面防松装置 3.4 冷弯成形辅助工序 表3 - 22开卷机的种类和构造 四连杆机构式双卷筒开卷机 四棱锥式悬臂胀缩开卷机结构 3.4 3.4.3 活套 冷弯成形辅助工序 ? 为了使带钢连续成形，在带卷与带卷之间进行头部和尾部对焊连接时， 预先要有一定数量的带钢被放出，以保证机组连续运转。这个储存带钢的 装置被称为活套或储料器。 ? 活套装置大多用于中小规模的成形机组中。对于大型辊式冷弯机组，由 于带坯宽度和厚度都较大，要求活套装置也很庞大，因而较少采用活套。 ? 根据带坯在活套装置中的形态，可将活套装置分为3大类：自由活套型、 平行活套型和螺旋活套型。几种活套的主要特点见表3 - 23。 ?由于螺旋活套具有占地面积小、储料长度大、带坯表面无擦伤等一系列优 点，因此尽管其造价较高，但仍被认为是今后的发展方向。 ?螺旋活套大体可分为3种：の型、U型和S型（见图3 -6）。其各自的特点 见表3- 24。 3.4 冷弯成形辅助工序 平行活套型 螺旋活套型 表3 - 23几种活套的主要特点 活套形状 自由活套型 活套框架 楼层式 笼式 开降 滑车 行走台车 横轴台架 竖轴台架 设置位置 地上 地上 半地下 塔式 半地下 天棚上 地下 地上 地上 扭转 占地面积 配条件 有 大 无限制 无 中 作业线上 无 小 作业线上 无 大 作业线上 无 小 作业线上 无 小 无限制 有 中 3.4 冷弯成形辅助工序 a-の型；b-U型；c-S型 1-扭转跨距；2-支柱；3-U字形旋转部；4-S弯曲 图3-6 螺旋式储料器种类 3.4 冷弯成形辅助工序 3.4.5 焊接 直缝管材的焊接主要有电阻焊和熔焊两种方法。从管筒边缘通入某种电 流，利用金属自身的电阻使边缘加热到焊接温度，经过挤压辊压力焊接生 产管材和闭口冷弯型材的方法称为电阻焊，这是辊式冷弯生产中基本的 焊接方法。 电阻焊钢管的焊接方法根据馈入的电流形式及馈电方法可分为： 低频焊 工频焊 高频焊 电阻焊 方波焊 感应焊 接触焊 交流焊 直流焊 3.4 冷弯成形辅助工序 高频焊是电阻焊钢管主要的方法。高频电流频率大多200~450kHz，用 于生产直径6~520mm、壁厚0.5~10mm以上的焊管。高频焊又分为接触 焊和感应焊两种（见图3-7）。 图3-7高频焊方法示意图 a一接触焊；b一感应焊 l-焊腿；2-管坯；3-焊缝挤压辊；4-边缘会合点；5-两条电路(点划线-阻抗器（铁氧体磁棒）；9-前压辊；10-电路；11-边缘会合点 3.4 3.4.6 走行切断 冷弯成形辅助工序 生产过程中在型材前进时将其进行定尺分断的工序称为走行切断。目前， 常用的走行切断有5种形式，如图3-8所示： ? 使用锯片切断的分锯机。 ? 使用滚刀的滚压式飞剪机。 ? 使用上下刀刃的冲切式飞剪机。 ? 使用旋转刀头的飞刀式飞剪机。 ? 使用感应加热拉断的飞剪机。 走行切断设要具以下几种基本性能： ? 确定切断位置，对成品长度能检测和定尺。 ? 在切断过程进行时，维持切断装置的行走速度与作业线成形速度一致。 ? 在型材端部不产生大的变形和毛刺的条件下切断型材。 3.4 冷弯成形辅助工序 图3-8 走行切断的形式 a-锯片式；b-滚压式；c-冲切式；d-飞刀式；e-感应拉断式 切断模具的切断过程 图3.21 凸模的工作过程 a)．凸模与型钢初步接触；b)．型钢的两翼切断； c)．开始冲切封闭部分的弧面；d)．冲切完成。 切断凸模 3 冷弯型钢生产工艺 3.1 概述 3.2 冷弯型钢的原料 3.3 冷弯成形工艺参数 3.4 冷弯成形辅助工序 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.6 冷弯成形过程的工艺润滑 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 冷弯成形的工作效率主要取决于生产工具的孔型和结构。而广泛采用 的生产工具是成形辊。在带材的稳定性和型材的质量方面随着成形速度的 提高，对孔型设计提出了愈来愈高的要求。 在为生产特定产品而进行孔型设计时应考虑的要素有：成形道次、带坯 宽度、辊花设计、成形辊参数，以及成形辊材料等。 3.5 3.5.1 成形道次 冷弯型钢轧辊孔型设计 将带坯冷弯成形为所需的产品是一个逐渐进行的加工过程，在这个过程 中每道次或每对成形辊仅对变形材料施加有限的弯曲变形。只有这样才能 在不拉长带坯的条件下得到所需要的弯曲。成形道次过少，冷弯型材易产 生尺寸超差和扭曲；成形道次太多则增加工具成本。 成形道次数主要取决干材料的性能和型材形状的复杂程度，此外它还与 型材的宽度、成形机架间距、型材的尺寸精度等有关。 材料的厚度、硬度、成分都影响得到所需形状的成形道次数。带坯厚度 越大，成形道次越多。当带坯的屈服强度较高时，需过弯(约2°)以弥补回弹 的影响。表面带有涂层的带坯也常需要较多的成形道次以保持表面的光滑 程度。 型材形状复杂程度是由弯曲角的个数和总弯曲量的大小决定的，同时它 也受形状对称性的影响。成形角法是用来确定成形道次数的基本方法。 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 N ? ( H / l )ctg? ? 成形角法可表达为： N—成形道次数；H一弯曲高度；l一机架间距；Φ—成形角。 对于简单弯曲型材，推荐的成形角为1°~2°。对于复杂弯曲型材，要考虑 多角共弯的可能性后才能正确地确定成形道次。 ? 形状因子法是确定成形这次的另一种方法。对于对称型材，形状因子定 义为Fnt (mm2)。 这里F为翼缘长度，n为型材右弯角的个数，t为带坯的厚度。图3-9表示 出了形状因子与成形道次的关系。 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 图3-9 利用形状因子确定成形道次的方法 a-对称断面型钢；b-非对称断面型钢 (使用轴径 100以上的成形机例外， No30、38、50、52；原板厚t在0.5mm以下例外，No22、48、49) 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.5.2 带坯宽度 要确定一个给定型材所需要的带宽，先要作一个大比例的断面图，把它 划分为直线段和曲线段后，沿中性线对各段长度进行求和。 各弯曲段对应的带坯宽度由弯曲角的大小和中性线所对应的弯曲半径(称 为名义弯曲半径)所确定，即 W ? rm? 式中，W一弯曲段长度，mm；rm—名义弯曲半径，mm； α 一弯曲角角度，rad。 rm ? r ? kt 名义弯曲半径rm为 式中，r—弯曲角内径，mm；k—系数(弯曲因子)；t—带坯厚度，mm。 弯曲因子k选取方法与数值差异较大，ASTM推荐的k值计算公式为 ? r ? 0.04 ? 0.3 ? k ? ? (r ? 1.0) ? 0.6 ? 0.34 ? 0.45 ? r /t ?1 r /t ?1 r / t ? 1, k ? 0.45 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.5.3 辊花图设计 ? 辊花图是各成形机架变形带坯横截面形状的重叠图，因而辊花图是描述 冷弯成形过程中带钢从带坯变形为所需型材的变形行为的示意图。在辊花 图设计过程中，首先要确定的是成形工作断面的取向、弯曲的次序、弯曲 角的分配和弯曲的方式等。 ? 成形工作断面的取向受多种因素影响。空弯是指仅由上辊或下辊进行的 弯曲，它对断面尺寸的性有很大影响。成形工作断面的取向应尽可能 避免空弯。回弹也是冷弯成形中常见的问题，成形断面的取向应有助于利 用立辊过弯以克服回弹。 ? 在多数情况下，成形断面取向与型钢基本中心线或基本成形面的选择有 关。基本中心线是通过工件全长的一条直线，其位置在整个变形过程中相 对于机架中心不变。对称型钢的基本中心线就是其对称中心线；非对称型 钢的基本中心线是开始成形时的中心线，以防止工件在进一步变形时 发送横向位移。 3.5 3.5.3 辊花图设计 冷弯型钢轧辊孔型设计 ?选择基本中心线的原则是使成形断面两边的水平力相抵消，从而使金属自 由成形而不会受到牵拉。应该使型材断面深处处于基本成形线。型材表 面质量要求较高的部分或涂覆面应处于上下辊速差较小的地方。成形时应 尽量使型材的翼缘向上弯曲，这样可以使型材断面更接近要求，并简化成 形辊。型材断面的取向还应考虑到其他工序(如冲孔)的要求。此外，如有可 能还应使断面取向有利于冷却润滑剂的排出．以防止型材锈蚀。 ?对于复杂断面型材，弯曲的次数是重要的设计内容之一。理想情况下，从 断面中心向两边逐渐弯曲，这样可以使已弯曲成形部分不会进一步受到变 形。但是，考虑到多种其他因素的影响，如避免空弯、减小金属移动、改 善材料流动的平滑性等，也采用其他的弯曲次序。 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 图3-11 基本中心线的选取 a-对称断面 b-非对称断面 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 一般将弯曲的次序分为4类： 1) 同时弯曲方式，适用于单张或连续成形工艺生产开口对称型钢、Z型钢、 波纹板及不对称程度小的槽钢； 2) 顺序弯曲方式，包括由坯料两边向中部顺序进行成形和从坯料中心向两 边顺序进行成形，适用于单张或连续工艺生产闭口型钢、半闭口型钢及 波纹板； 3) 组合弯曲方式，是上述两种方式的组合，这种方式适合于生产有2~5个 弯曲部位的不对称型钢、闭口型钢及半闭口型钢，但不适于生产波纹板； 4) 弯曲整形方式，这种方式先用大弯曲半径预弯出各弯曲角，然后整形， 该法适用于高质量波纹板的弯曲。 弯曲角的分配由成形机的能力、成形道次、机架间距、总变形量等因素 决定。一般，在成形初期取较小的弯曲角以避免强迫咬入；在成形中期应 避免由于弯曲角分配不均而造成的带坯局部异常变形以及型材的表面划伤； 在成形后期采用较小的变形量以防止回弹，保证产品的尺寸精度。 根据上述要求，可采用余弦曲线来分配弯曲角。当成形道次为N，单边 总弯曲角为θ s时，第i道次的弯曲角θ i 为： ?i ? ?s 2 (1 ? cos 180 i ) N 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 型材的弯曲方法有5种，可根据带坯材质和产品断面的形状加以选用，分 别说明如下： 1) 弯曲中心固定法(半径不变，弧长增加)。该法固守弯曲半径的中心，在 半径不变的情况下依靠弯曲角增大来依次增加弯曲弧长，相当于圆管成 形的中央弯曲成形法。该法适用于弯曲圆弧半径大的生产工艺； 2) 弯曲中心内移法(半径不变，弧长增加)。该方法固定弯曲半径，内移弯 曲中心，相当于圆成形的边缘弯曲成形法。该法适用于所有产品的生产， 但弯曲回弹较大； 3) 弯曲中心上移法(半径减小，弧长固定)。该方法随弯曲角的增大，弯曲 弧长不变，弯曲半径减小，相当于圆管成形的圆周变形成形法。该法适 用于波纹板类的宽、薄带坯或非对称易加工产品； 4) 弯曲中心直角坐标系移动法(半径减小，弧长增加)。该方法随弯曲角增 加，弯曲半径变小，弯曲弧长增加。其变化量依赖于实际经验。该法适 用于(3)所生产的产品； 5) 弯曲中心移动与半径变化成函数关系法。该方法随弯曲弧长的增加，弯 曲半径按照指数关系减小，应用面较窄。 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 图3-12 求弯曲角分配的数学 方法图示 a-弯曲中心固定法；b-弯曲中心内移法； c-弯曲中心上移法； d-弯曲中心直角坐标系移动法；e-弯曲中心移动与半径变化成函数关系法 图3-13 弯曲方法 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.5.4 孔型参数设计 在辊花图的基础上可以得到成形辊的尺寸。对于小尺寸型材，成形辊应尽 可能贴紧带坯，但过份接触也会造成擦伤。对每一成形辊不仅要从个体上 而且应从整个变形过程来决定成形辊与带坯在何处接触、何处增大压力和 尺寸、何处减少成形辊，以使材料自由进入下一道次。 对准基本中心线的辊径称为基准辊径。对于整体辊式的成形机组，基准辊 径D0为： D0 ? H ? (t ? ? ? ? ) 式中，H—成形机上下辊中心距，mm；t—带坯厚度，mm； α —辊缝可调量，约30mm左右；β—逐架辊径差，取0.8mm或 0.5~1%D0，对于波纹板成形，终3~5道次去5~10%D0。 对于组合辊式的冷弯机组，基准辊径D0为： D0 ? d0 ? 2(h ? a ? b ? c) 式中，d0—辊轴直径，mm；h—组装键键高，mm；a—车削量，mm； b—产品断面高度，mm；c—成形辊的小保留厚度，mm； 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 图3-14 辊径的求法 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.5.5 冷弯型钢轧辊材料 3.5.5.1 轧辊材料选择的原则 轧辊材质选择的总原则是适应其工作环境。任何材料都不是的，通常 所说好的材料都有其特定的工作环境和工艺要求，关键在于是否适合使用的 工作环境。材料的耐磨性不仅取决于材料本身，还与磨损条件有着极大的关 系。对于同一个材料，在不同的磨损系统中所表现出耐磨性会产生较大差异。 不同的工作环境应当使用不同材质的轧辊，不同轧机工作环境不同，轧辊的 材质就应当不同。相同轧机，不同工作机架，例如粗成型和精成型，挤压、 定径、矫直，工作环境不同，所用的轧辊材质也应当不同。一种新材料工模 具的研究开发，都要使其符合该种工模具的工作环境和工艺的要求，使其尽 可能地达到理想状态。 在具体选择轧辊材质时应从以下几个方面考虑： 1）要有高的耐磨性和合适的硬度； 2）要有足够的强度和韧性； 3）特殊工况下工作的轧辊还应有一定的红硬性，热强性和耐激冷激热性； 4）要有一定的冷加工和热加工性能。 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 冷弯型钢轧辊的特点： 冷弯型钢轧辊属于异型轧辊，即辊身直径变化较大。具有形状复杂、规 格品种繁多而生产批量很少的特征，基本上一张图纸只生产1～2件产品， 成品大的可达8～10t/件，小的只有5～10kg/件，精密冷弯型钢使用的轧辊 每件甚至不足1kg。 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.5.5.2 轧辊材料的现状 轧辊设计是冷弯型钢机组基本的部分之一。轧辊设计包括两方面：一是轧辊孔型和结构设计， 二是轧辊材质设计，两者缺一不可。两者相结合，便可以提高生产效率、保证产品质量、延长轧 辊使用寿命、降低轧辊消耗。 目前国内外冷弯型钢轧辊传统设计使用的材料均为合金锻钢。美国设计使用D2、H13；德国设 计使用X155CrVMo121、X40CrMoV5-1；日本设计使用SKD11、SKD61；中国设计使用 Cr12MoV、3Cr2W8V、Cr12、9Cr2Mo、GCr15、 42CrMo。 表7-1 冷弯型钢轧辊的化学成分 钢号 C Si Mn P 不大于 化 学 成 分 % S Cr 0.025 0.030 0.030 0.035 0.035 0.030 0.030 0.035 1.40 ～ 1.65 11.50 ～ 13.00 11.00 ～ 12.50 1.00 ～ 1.30 0.80 ～ 1.10 4.75 ～ 5.50 注 Ni ≤0.30 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.30 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.25 1.10 ～ 1.75 0.40 ～ 0.60 0.20 ～ 0.30 Mo W V 标准号 GCr15 Cr12 Cr12MoV 35CrMoV 0.95 ～ 0.15 ～ 0.25 ～ 1.05 0.35 0.45 2.00 ～ 2.30 1.45 ～ 1.70 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 0.025 0.030 0.030 0.035 0.035 0.030 0.030 0.035 GB/T 18254 GB/T 1299 0.15 ～ GB/T 0.30 1299 0.10 ～ GB/T 0.20 3077 0.30 ～ 0.17 ～ 0.40 ～ 0.38 0.37 0.70 0.37 ～ 0.17 ～ 0.50 ～ 0.44 0.37 0.80 0.32 ～ 0.80 ～ 0.20 ～ 0.45 1.20 0.50 40Cr 4Cr5MoSiV1 3Cr2W8V 65Mn GB/T 3077 0.80 ～ GB/T 1.20 1299 7.50 ～ 0.20 ～ GB/T 1299 9.00 0.50 GB/T 1222 0.30 ～ ≤0.40 ≤0.40 0.40 0.62 ～ 0.17 ～ 0.90 ～ 0.70 0.37 1.20 2.20 ～ 2.70 ≤0.25 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.5.5.3不同材质轧辊分析 1）GCr15：价格低、易选购、好锻造，可以制造部分小型轧辊。但是其抗 热裂性和抗剥落性差，轧辊孔型表面容易产生裂纹和点蚀。 2) Cr12：属高碳高铬冷作模钢。它的含碳量和含铬量大大高于GCr15，所 以耐磨性能高于GCr15。但是网状碳化物和碳化物偏析大幅度增加，机械性 能各向异性，在生产和使用中不稳定，容易产生开裂和掉肉。 3) Cr12MoV：亦属高碳高铬冷作模钢。针对Cr12的缺点，降低了含碳量， 由百分之2.00～2.30降到百分之1.45～1.70，增加了钼和钒，使其性能大 大提高。不仅保持了高硬度，高耐磨性，而且增加了淬透性，稳定性等综 合性能。这是我国能与美国D2、徳国X155CrVMo121、日本SKD11相媲 美的一个钢种。但价格较贵，生产比较难，应用不普遍。 4) 9Cr2、9Cr2Mo、9Cr2MoV：属冷轧辊用合金工具钢。9Cr2的化学成 分和性能与Cr15基本相同，9Cr2Mo在9Cr2的基础上加了Mo，9Cr2MoV 又增加了V，对细化晶粒，提高淬透性都有好处，添加V还可以进一步增加 钢的耐磨性，所以近几年在冷轧辊中得到较为广泛的应用。 3 冷弯型钢生产工艺 3.1 概述 3.2 冷弯型钢的原料 3.3 冷弯成形工艺参数 3.4 冷弯成形辅助工序 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.6 冷弯成形过程的工艺润滑 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.6 冷弯成形过程中的工艺润滑 冷弯成形过程中因轧辊与带坯之间表面摩擦而造成表面擦伤和发热，因 此必须在成型过程中对成形辊施加润滑和冷却。 图3-17 冷弯成形工艺润滑剂的问题 3.6 冷弯成形过程中的工艺润滑 冷弯成形用润滑剂大体上分为非水溶性润滑剂和水溶性润滑剂。非水溶 性润滑剂是添加了油脂和挤压剂的轻质矿物油。这种润滑剂滑性能好，防 锈能力强，但容易产生打滑，而且单耗高、成本高。水溶性润滑剂可分为 乳化液型、有机可溶型(半透明乳化液)、无机溶解型(溶液)。 应用广的是水溶性乳化液。它的附着油膜厚，且润滑性和防锈能力良 好。但要注意防止残留在型材表面的润滑剂在存放过程中油水分解而造成 局部锈蚀。有机溶解型润滑剂尽管润滑性能稍差，但通过表面活性剂的作 用，它对型材和设的污染程度低，从而可保持生产环境洁净。 选择合适的润滑方式，要考虑到带坯种类、成品形状、润滑剂种类等多 方面的要求。 ? 对于未酸洗的热轧钢板，采用容易清洗，而且在成形过程中具有渗 透力的耐高压的金属粉末剂给油方式。 ? 对于酸洗的热轧板带和冷轧钢板，则以采用清洁性良好的水溶性润滑剂 的给油方式为好。 ? 对于有机涂层板，一般不使用润滑剂，而采用保护性聚乙烯塑料带。 3.6 冷弯成形过程中的工艺润滑 图3-18 冷弯成形润滑方式 3 冷弯型钢生产工艺 3.1 概述 3.2 冷弯型钢的原料 3.3 冷弯成形工艺参数 3.4 冷弯成形辅助工序 3.5 冷弯型钢轧辊孔型设计 3.6 冷弯成形过程的工艺润滑 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.7.1 开口冷弯型钢的生产工艺流程 开口冷弯型钢（主要包括一般的开口、锁口以及异 型断面型钢）的生产工艺流程的示意图如右。 这类冷弯型钢产品生产工艺的特点是： ? 原料准段（从上卷、开卷、预矫直、切头尾、带 钢头尾对焊到活套贮料等工序）保证了冷弯成型机组生 产的连续性。如果采取单卷间断生产时，则不需要设置 带钢头尾对焊和活套贮料装置； ? 成型部分的弯曲变形工艺、成型机架的形式和组成， 都与所加工的冷弯型钢产品的断面形状、尺寸和材料品 种有密切关系； ? 成型后的精整工序包括有成品矫直、定尺切断、检 查、收集打捆、包装等工序，由于都是开口型钢，如无 特殊要求，相对于其他的产品要简单一些。 纵剪带钢卷 ↓ 上卷 ↓ 开卷 ↓ 预矫直 ↓ 切头尾 ↓ 带钢头尾对焊 ↓ 活套贮料 ↓ 成型 ↓ 成品矫直 ↓ 定尺切断 ↓ 检查收集 ↓ 打捆包装 ↓ 称重 ↓ 标记 ↓ 入库 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 图3-19 带尖角冷弯型钢的生产工艺 图3-20 采用冷弯与压弯组合生产冷弯型钢 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.7.2 闭口冷弯型钢的生产工艺流程 闭口冷弯型钢主要包括圆管、方矩管、异形管、闭口异形材等。闭口冷 弯型钢的成形方式有直接弯曲成材和由圆钢变形成材两种。按照型材的闭 口方式，闭口冷弯型钢可分为焊接闭口型钢和咬口闭口型钢。有关焊接圆 管的生产工艺已在其他书籍中有详细的说明，这里仅介绍直接弯曲成形闭 口型钢和圆管再成形闭口型钢的生产工艺。 图3-21闭口冷弯型钢的生产方法 a-钢板直接弯曲成所需形状的成形方法；b-圆管变方管成形法 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 这类冷弯型钢产品生产工艺的特点是： ? 原料准段（从上卷、开卷、预矫直、切头尾、带 钢头尾对焊到活套贮料等工序）与生产开口冷弯型钢 的工艺相同，也是保证了冷弯成型机组生产的连续性； ? 闭口冷弯型钢产品生产的的特点是，带钢在弯 曲成型后，其两侧边缘经过焊接，使型钢断面形成一 个封闭的空心形状。为了达到这一要求，需要在断面 成型之后，进行对缝的焊接。因此，设置对缝焊接工 序（包括对缝焊接毛刺的刨除和焊缝冷却），也就是 闭口冷弯型钢生产工艺与其它冷弯型钢生产工艺的重 要差别之一； ? 为了保证产品终尺寸的准确性，在焊接后，需要 再进行整型工序； ? 根据产品的使用要求，有部分产品的焊缝需要进行 质量检查，为此设置了焊缝探伤检查的装置； ? 由于产品使用的要求，部分成品的端面不允许带有 锯切毛刺，因此需要设有铣削毛刺的装置。 高频焊接 ↓ 纵剪带钢卷 去除外(内)毛刺 ↓ ↓ 焊缝冷却 上卷 ↓ ↓ 整形 →┐ 开卷 （焊缝探伤检查） ↓ ↓ ←┘ 预矫直 成品矫直 切头尾 ↓ ↓ 入库 带钢头 ↓ 尾对焊 检查收集 ↓ ↓ 活套贮料 打捆包装 ↓ ↓ 成型 称重 ↓ ↓ 标记 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 图3-22门框的直接成形焊接工艺 图3-23可用圆管再成形生产的闭口型钢断面示意图 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 图3-24 方矩管标准外圆弧弯曲半径 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.7.3 宽幅冷弯型钢的生产工艺流程 这类冷弯型钢产品生产工艺的特点是： ? 由于宽幅冷弯型钢是采用单卷带钢为原料，所以原料准 段与前面两种生产工艺流程有所不同，该部分只包括上卷、 开卷、预矫直、切头尾及带钢头尾对焊等工序，这种冷弯成 型机组是以单卷间歇式生产； ? 如果一些以一个或两个固定品种规格产品为主的、专业化 的宽幅冷弯型钢成型机组，也有采用单张板为原料进行生产 的。这时准段的工序则可以大大简化，如上所述的上卷、 开卷、预矫直、切头尾等工序，均可省去，而以置放成垛板 材的台架上料工序代替； ? 当生产涂层带卷为预料的产品时，要根据原材料的技术要 求，以及生产地的气候条件，具体考虑是否在准段增加设 置坯料成型前的预热设； ? 对于宽幅冷弯型钢成型后的产品收集，与其它的开口或闭 口冷弯型钢产品有所区别，特别是那些薄壁的宽幅冷弯型钢 的堆垛工序，需要考虑采用垛板机械来收集。 纵剪带钢卷 ↓ 上卷 ↓ 开卷 ↓ 预矫直 ↓ 切头尾 ↓ 成型 ↓ 定尺切断 ↓ 检查收集 ↓ 打捆包装 ↓ 称重 ↓ 标记 ↓ 入库 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 图3-25 宽幅冷弯型钢 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 3.7.4 带有冲孔（切口）冷弯型钢的生产工艺流程 纵剪带钢 卷 ↓ 上卷 ↓ 开卷 ↓ 预矫直 ↓ 活套缓冲 ↓ 切头尾 ↓ 带钢头 尾对焊 ↓ 夹送辊送 料 ↓ 带钢冲孔 （切口） ↓ 这类冷弯型钢产品生产工艺的特点是： ? 采用带钢坯料在弯曲成型前进行冲孔[切口]，使生产的带有冲孔[切 口]的冷弯型钢，可以在一条冷弯成型生产线上一次完成，而有别于将 成型后好的冷弯型钢，下线后再进行冲孔[切口]加工。简化了生产工序， 提高了生产效率； ? 原料准段[从上卷、开卷、预矫直、切头尾、带钢头尾对焊等工序] 部分与开口冷弯型钢生产工艺相同； ? 带冲孔[切口]冷弯型钢的冲孔[切口]工序，是在带钢进入成型机之前 进行的，这样在原料准段中要求设置压力式冲孔[切口]机； ? 为保证原料准段各相关工序能有节奏运行，需设置活套缓冲段， 以满足其需要； ? 带有冲孔[切口]的冷弯型钢成型机部分，由于所要生产的产品断面范 围比较大，成型工艺及成型机配置的适应能力，都应有较大的灵活性； ? 带有冲孔[切口]的冷弯型钢成品，对其定尺切断有较高的要求，一方 面由于产品断面形式的多样化，要求切断设要有较强的适应性，另 一方面由于这类冷弯型钢产品，很多都直接用作零部件，不少用户要 求提供的成品定尺长度的精度，十分严格，因而需要配置的切断设， 要保证能够具有高精度定尺切断的能力; ? 冲切冷弯型钢按其加工变形方式可分为两大类：在普通冷弯成形基 础上增加冲裁冲孔方式而得到的冲孔冷弯型钢和采用部分冲裁或局部 成形的冲延冷弯型钢。 活套缓冲 ↓ 成型 ↓ 成品矫直 ↓ 定尺切断 ↓ 检查收集 ↓ 打捆包装 ↓ 称重 ↓ 标记 ↓ 入库 3.7 典型冷弯型钢生产工艺流程 图3-30 冲孔冷弯型钢 韩静涛 博士 北京科技大学 塑性加工研究室/div
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