对称式三辊卷板机卷筒直边的弯卷方法

文/高耀东

摘要：文章介绍了一种在对称式三辊卷板机上弯卷简体直边的新型方法，该方法克服了传统方法需要辅助工具或需要将直边加工掉的缺点，使得卷板效率得到极大的提高，卷板成本得到降低。该方法的使用，取得了较好的经济效益和社会效益。

关键词：对称式三辊卷板机；卷简直边；弯卷；新方法

卷板机用于将钢板卷制成圆柱或圆锥形筒体，是加工大直径圆柱或圆锥形简体的主要设备，普遍应用于机械加工制造行业。卷板机生产效率的提高、耗费能源的减少和成本的降低对企业的经济效益和社会效益的取得至关重要，是业界始终追求的目标。

1 问题的提出

对称式三辊卷板机是实际中普遍应用的一种卷板机，其滚圆工作原理如图1所示。上辊是被动辊，可上下移动；下辊是主动辊，是固定辊，当板料送人上下辊之间时，钢板的下表面与两个辊的最高点相接触，当上辊下压并超过材料的屈服极限时，板料便产生塑性变形。随着3个辊轴的旋转，便形成一条弧线，这条弧线的外层纤维被拉伸，内层被挤缩，中性层不变，这时钢板被卷成圆。由于卷板机的三辊是对称式的，在弯曲成型过程中，板材前后受力相对均匀，因此能够较好的解决钢板的弹复问题和精度问题。其缺点在于对称式的卷板机不能弯卷板材的全部长度，板材两端有约等于下辊中心距之半的长度仍然是直的。为了弯卷该直边，可采用压力机模压预弯或用托板在卷板机内预弯(如图2所示)。但是该方法需要使用模具或托板等辅助工具，而且加工不同筒体辅助工具也不一样，使得该方法卷制成本较高，生产率较低。另外一种方法是卷制时保留直边，卷制结束后再加工掉，显然该方法也会导致卷制成本提高，卷制生产率也较低。

图1 对称式三辊卷板机

(a)用压力机模压预弯

(b)用托板在卷板机内预弯

图2 钢板预弯示意图

2 弯卷直边的新方法

为了克服传统弯卷直边方法的缺点，本文研究并采用了一种新型方法。利用该方法时，卷管分2次进行，具体过程如下。

2.1 第一次卷制

保留弯卷直边不做处理，将钢板弯卷成如图3所示的2种形状简体，然后在钢板两端接口处进行焊接，使之成为一个整体。该次卷制最重要的是应保证弯卷后钢板两端部能够顺利合拢，所以必须合理选择第一次弯卷的简体半径尺 。 的确定由筒体周向的几何关系所决定，具体确定方法如下：

首先，图3(a)所示筒体。为了保证弯卷后钢板两端部能够顺利合拢，筒体中性层即环线ABmC长度应与钢板长度相等，即

式中：a——下辊中心距，而a/2即是两个直边的长度；

R’——筒体圆弧段中性层半径；

D——成品简体中性层直径。

式(1)为一超越方程，解之可确定简体圆弧段中性层半径，然后由R’计算出上辊下压量，对筒体进行弯卷即可。

其次，图3(b)所示筒体。该筒体形成需要先卷制成图3(a)所示形状简体，然后用压力机或手工卷成图3(b)所示形状。该简体优点是：由于不存在图3(a)所示简体A点处的尖点，第二次卷制时比较容易。卷制时与图3(a)所示筒体相对比，只是半径不同，只须将式(1)变为式(2)，其余相同。

（a）

（b）

图3 第一次卷制筒体形状

2.2 第二次卷制

将图3所示半成品筒体卷制成成品简体，即直径为D的圆筒。卷制时按直径D计算上辊下压量，但是必须考虑第一次卷制后钢板材料存在硬化，材料的实际屈服极限比卷制前有所增加。

3 结论

(1)实际卷制简体时，由于上辊下压量的计算不准确和材料特性参数有变化等原因，不论如何筒体都是多次卷制才能达到成品尺寸，所以本方法不会降低加工效率。由于不需要单独弯卷直边，加工效率反而会得到提高。同时，由于不需要使用模板或拖板等，成本也得到降低。

(2)该方法不需要使用辅助设备或工具，所以简单易行，容易普及。

(3)精确计算第一次卷制简体的半径以及相应上辊下压量是至关重要的。解式(1)或式(2)所示超越方程可以利用计算机编制软件进行。由于该方法有着优越的特点，所以已在部分企业中得到应用。