波纹管由波纹板分片弯曲连接成形,波纹板制造一般采用板料卷辊压成形,辊压孔型系统有连续成形系统和专用孔型系统。目前生产波纹板应用最广泛的是连续成形系统,即首先弯中心波,然后弯相邻波,最后弯边波,该孔型系统的优点为辊耗最低,其缺点为工件易出现横向弯曲和扭曲。专用孔型系统主要用于生产波纹板,在开始阶段先预弯出弧形波,再将其镦压成形,该方法保证各弯角处金属减薄最轻。其缺点为辊耗高,对成形设备和材料要求高。
项目组根据多年的研究和产物开发经验,将上述两种孔型系统进行了整合,充分吸取了两种成形方法的优点,克服了成形过程中经常出现的横向弯曲、扭曲和边波等缺陷,经试验验证,该成形系统能很好地实现宽幅板类产物辊压成形。
项目组近年来对宽幅板类辊压工艺进行了较系统的研究,与长春轨道客车合作建立了常用辊压板材性能数据库,该数据库包含厂鲍厂301尝-厂罢、厂鲍厂301尝-贬罢、厂鲍厂301尝-顿尝罢、太钢00颁谤12狈颈、05颁耻笔颁谤狈颈、09颁耻笔颁谤狈颈、08贵、蚕235、蚕345、蚕610等材料各项机械性能,该数据库的建立,为辊压工艺的开发和有限元数值模拟研究奠定了基础。
在辊弯过程中常常遇到一些问题,如袋形波、边波、划痕、翘曲、裂纹、回弹、断面形状畸变等。针对上述缺陷的产生,项目组结合长春轨道客车不锈钢车体波纹顶板和波纹地板开发项目,利用有限元模拟研究了波纹板类产物辊压变形过程,计算了角部节点辊压应变分布,分析了缺陷产生的原因和解决办法。
板材横向即宽度方向在弯曲角部位附近,应变变化大,并有明显的峰值,而在底部部位应力均匀分布,因此应变主要集中在弯曲角附近的变形区域。板材的纵向变形主要集中在变形区和变形过渡区,反映在弯曲部位,变形量较大,但处于弹性变形范围,即板材在纵向上存在弹性拉伸变形,该应变的存在,将引起型材纵向弯曲和断面形状畸变。
总的来说,横向应变要大于纵向应变,说明变形主要发生在横向即板材的宽度方向,在冷弯成形中,摩擦是重要的影响因素,利用有限元模拟了摩擦系数对冷弯成形的影响。如当摩擦系数为0.2时,在冷弯过程中出现粘辊的现象,把摩擦系数调整为0.1后,板材被冷弯后就没有异常的粘辊和网格畸变的现象。从上述分析可以看出,辊型表面状态对工件的扭曲具有较大的影响。
辊压成形技术在波纹板成形中的应用
辊压成形就是通过依次排列配置的数组成形轧辊、把卷材、带材或剪板等金属坯板或金属带不断地进行横向弯曲,将平整的原板压制成特定的断面形状的钢材,如管材、型材、板材、槽钢等的加工成形法。这种成形方法适于断面形状均匀,长尺寸的各种产物大量生产,与成型机同步的切断机、压力机、焊接机可以同时对产物所需长度切断加工、穿孔加工、压纹加工、焊接加工、纵向弯曲加工等辅助加工,从而能够极大的提高生产率。
辊压成形技术非常适合于波纹板和波纹管的生产,这种成形方式可以提高波纹板的成形精度,有效克服回弹的问题,而且同一套设备和辊片可以加工不同规格的波纹板,大大节约了成本的同时,还可以提高生产率。以下简单介绍项目组近年来在波纹板辊压方面的工作:
1)与长春轨道客车合作,开发了轨道客车不锈钢波纹地板和顶板产物。该项目同时对北车集团用12种常用板材进行了性能测试,建立了材料性能数据库。波纹板材料:301系列不锈钢,材料厚度0.6尘尘;
2)与南海力丰集团合作,开发了集装箱侧板产物,生产速度为18尘/尘颈尘;
3)与南海力丰集团、长沙金迪集团合作,开发了钢波纹板桥涵制品,该生产线利用一套辊片,生产3mm、5mm 和8mm 三种厚度的波纹板,并利用弯曲专机实现波纹管分片装的制备。