铁柜板冷弯设备轧辊的设计与制造设计说明书.doc

潍坊学院本科毕业设计编号潍 坊 学 院毕 业 设 计 技 术 报 告课题名称：铁柜板冷弯设备轧辊的设计与制造学生姓名： 朱福祥 学 号：专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 2013级专升本2班 指导教师： 杜国臣 2015 年 05月40潍坊学院本科毕业设计摘 要冷弯成型是通过顺序配置的多道次成型轧辊，把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面的型材。逐渐的，它成为一种节材、节能、高效的金属板料成型新工艺、新技术。近几年，冷弯型材产品作为重要的结构件在建筑、汽车制造、电子工业及机械制造业等许多领域得到了广泛的应用，其产品从普通的导轨、门窗等结构件到一些为特殊用途而制造的专用型材，类型极其广泛。进入21世纪以来，CAD/CAM的应用，使得人机一体化设计理念得以形成，人工整合计算与计算机辅助设计相结合。针对潍坊华孚机械有限公司提出铁柜板冷弯设备轧辊的设计制造的课题；从工程实际出发，本文依据铁柜板截面参数，对冷弯设备中的成型道次、带坯宽度进行计算，应用COPRA2005软件进行辊花图的分析与生成，并且对轧辊各参数予以确定。依据轧辊的设计参数，制订出典型轧辊的加工工艺过程卡片和与其相对应的工序卡片，完成了轧辊的数控程序的编写，达到了轧辊从设计到生产加工的初衷。关键字： 冷弯成型 轧辊设计 COPRA2005软件 工艺设计ABSTRACTRoll forming is configured by the sequential multi-pass roll forming, sheet, strip metal plate with constant lateral bending, and it made a specific section of the profile.It is a sheet mental which is of material-saving,energy-saving and high- efficient forming a new process and new technology. In recent years, as an important structural components ,cold-formed profiles products has been widely used in the construction, automobile manufacturing, shipbuilding, electronics industry and machinery manufacturing industry and many other fields , and from the common rail, doors, windows and other structural parts to special profiles manufactured for special purposes, its type is of extremely broad. Since entering the 21st century, the application of CAD / CAM makes man-machine integration design concept can be formed, combining artificial integration of calculation and computer aided design. Hua Fu Machinery in Weifang. of steel plate cold bending roller equipment design and manufacture of subject; from the view of engineering practice, according to steel plate section parameters, for cold forming equipment of molding, with blank width calculation and application COPRA2005 software for roller diagram analysis and generation of and the parameters of the roll to be determined.According to the design parameters of roll, formulate typical roll machining process card and its corresponding process card, completed the roll of NC program written to roll from design to production and processing of the original intention.Keywords: roll forming; roll design; COPRA2005 software; process design目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1冷弯成型技术及其发展11.1.1冷弯成型技术11.1.2冷弯成型技术国内外发展11.2本课题研究的目的和意义31.3本课题研究的主要内容及实现方法4第2章 铁柜板冷弯轧辊设计分析52.1影响轧辊设计的因素52.1.1材料对轧辊设计的影响52.1.2冷弯成型轧机对轧辊设计的影响52.1.3生产中的弯曲方法对轧辊设计的影响52.2影响轧辊设计的变量分析62.3 本章小结7第3章 铁柜板冷弯设备轧辊设计93.1成型道次的设计93.1.1成型道次数的影响因素93.1.2铁柜板加工的成型道次数的计算103.2 带坯宽度的计算113.3辊花图的设计123.3.1 COPRA2005软件的功能及应用123.3.2 道次截面参数的确定133.3.3 辊花图的确定153.4 辊型参数的设计213.4.1 轧辊宽度的确定213.4.2 轧辊直径的确定223.4.3 轧辊弯曲圆角的确定233.4.4 轧辊间释放间隙的确定233.5 成型辊的材料及热处理233.5.1 GCr15轴承钢及其特性233.5.1 GCr15轴承钢热处理工艺243.6 本章小结24第4章 典型轧辊的加工工艺254.1轧辊成型工艺过程设计254.1.1 轧辊成型工艺过程分析254.1.2 轧辊成型工艺过程卡片编写264.2轧辊加工工序设计264.2.1 轧辊加工工序分析264.2.2 轧辊加工工序卡片编写294.3 CNC精加工轧辊294.4 本章小结30第5章 研究总结与展望31参考文献32附录133致谢40第1章 绪论1.1冷弯成型技术及其发展1.1.1冷弯成型技术辊式冷弯成型，即在一排串联的成型轧机上（图1.1），连续通过金属板和金属板带，顺次使其弯曲，将平板加工成所需的截面形状的塑性加工法。冷弯成型是一种节能、节材、高效的金属板料成型新技术、新工艺。利用这一工艺， 不但可以生产出高质量的型钢产品，而且能够缩短产品开发的周期、提高生产效率，从而提高企业在市场中的竞争力。近年来，冷弯型钢产品作为重要的结构件在建筑、船舶制造、汽车制造、电子工业及机械制造业等诸多领域得到了极为广泛的应用。其产品从普通的导轨、门窗等结构件到一些为特殊用途而制造的专用型材，类型极其广泛。正是用户对冷弯型钢产品的品种、规格、质量等方面的不断渴求，促使冷弯成型技术的迅猛发展。图1.1 冷弯成型设备1.1.2冷弯成型技术国内外发展国外辊弯成型技术工艺己具有100多年历史了，大致分为三个阶段。第一阶段(1838-1909)是探索和试制阶段，这阶段辊弯成型理论和冷弯型钢的研究工作进展缓慢。随着工业运输业的迅速发展，辊弯成型工艺生产的冷弯型钢己经不能满足用户要求。第二阶段(1910-1959)是创立和逐步推广辊式冷弯成型工艺的阶段。第三阶段(1960年到现在)是辊弯成型生产迅速发展的阶段。国外冷弯薄壁型钢的计算理论研究起始于美国，1939年美国的钢铁研究院（AISI）出资在康奈尔大学由乔治-温特教授领头对冷弯薄壁型钢的设计理论进行了研究，并且做了大量的实验。温特教授通过实验得到一个关于冷弯薄壁型钢屈曲计算的经验公式，但当时因为只是经验公式，所形成的理论在实际生产中的指导作用并不很大。国外成型工艺的发展现状是随着冷弯成型理论研究的深入，冷弯型钢的成型工艺也随之改进。产生了四辊式成型、柔性冷弯成型、CTA成型、辊冲的孔加工法等新的冷弯成型工艺。俄罗斯一钢铁厂发明了生产冲孔冷弯型钢的技术，冲孔冷弯型钢的生产工艺是：将带钢开卷送入张力辊和矫直机矫直，剪切机减去头部，经过活套储套器，在自动冲压机上按规定的孔间距离进行冲孔，再用弯曲成型机进行冷弯成型。瑞典Ortic公司和德国的Bemo公司共同开发了一种关于冷弯型钢的弯曲截面和可变形状截面的辊弯成型方式，此方法利用高精度计算机控制的和无限可调的辊子的辊弯成型生产线。国外CARD发展情况，随着计算机在工业设计中的重要作用的凸显，20世纪70年代国外开始研究冷弯成型计算机辅助设计软件（CARD）。目前许多公司和组织开发出了自己的冷弯CAD系统，如德国的dataM公司、UBECO公司、英国的MFTFORM公司、澳大利亚的John-Lysagth公司、加拿大的DELTA ENGINEERING公司、日本东京大学、美国的俄亥俄州立大学等。目前对冷弯成型的数值模拟研究并不完善，主要集中于简单断面型材，但已显示了其无比的优越性和强大的生命力。使用数值模拟的手段，我们可以准确的计算分析成型过程、检验工具设计模块、设计结果，从而使工具设计成本和风险性大幅度降低。因此，与有限元分析法相结合是冷弯CARD发展的趋势。我国对冷弯成型理论的研究起步比较晚，但也取得了较大的成就。北京科技大学的朱书栋等对冷弯成型的基本理论进行了全面的研究，得到了冷弯过程中的四种基本变形的应力应变表达式和变形功的数学表达式，对冷弯型钢的孔型设计有着重要的指导意义。近年来，轧钢生产中应用了大量的高新技术适应日趋激烈的产品竞争，如薄板坯连铸连轧技术等均是20世纪80年代以来国际上出现的短流程生产技术，它们代表轧钢发展的新方向。目前，轧钢工艺和理论的发展呈现出新的发展趋势和特点。首先是与力学、数学和计算机科学形成密不可分的交叉体系。力学的研究从独立的力学分析到热、磁、电、化学作用的综合分析，从宏观力学深入到微观领域。逐渐的，冷弯成型理论和技术慢慢发展。基于上述理论的整合与生产效率的提高，上海钢铁工艺研究所、东北大学、北京冶金设备研究所，等多家单位陆续开始了这方面的工作，北京科技大学压力加工系开发了冷弯CARD柔性系统、冷弯CARD专家系统。它们在理论和实践上尽可能的节省工具、成本、减少换辊次数和时间，提高生产力。国内一些生产厂家已经购买了COPRA软件，其大部分是由北方工业大学和dateM公司合作引进（图1.2）。软件引进国内后，由技术人员结合国内生产厂家的实际情况进行改进，达到满足一些厂家的生产需要的目的。目前，冷弯成型领域呈现蓬勃发展的态势。无论是在国内还是国外。冷弯成型的生产和消费比例呈现出稳步增加的态势，尤其是复杂断面的成型，为企业创造了巨大的附加值。 图1.2 德国dataM的COPRA软件1.2本课题研究的目的和意义铁柜板冷弯设备轧辊的设计与制造是针对潍坊华孚机械有限公司提出的课题，其目的是对铁柜板冷弯设备核心部件轧辊进行设计，从工程实际的角度出发，提出铁柜板冷弯设备轧辊设计的思路，并设计整套轧辊图纸，最后制定出典型轧辊的加工工艺。“举一反三”式的应用是本课题研究的重要意义。本课题是以铁柜板的制造为主要研究对象，铁柜板是办公书柜的主要材料，其应用领域非常广泛。我们可以根据报告中的各项公式计算以及软件的实现方法，来对新的产品进行定义，从而丰富我们的产品种类，得到更多的实际收益。1.3本课题研究的主要内容及实现方法本课题研究的主要介绍：铁柜板冷弯设备轧辊设计分析。铁棍板冷弯设备轧辊设计。典型轧辊的加工工艺。针对以上研究内容，我查阅了大量的文献资料：第二、三章的因素分析和计算公式均是参考冷弯成型技术手册（加）哈姆斯（Halmos,G.T.）和冷弯成型技术 （日）小奈弘两本书进行计算和阐述的。并且利用COPRA软件根据产品要求进行轧辊的设计以生产出合格的版型，结合AutoCAD2007软件画出轧辊二维图并结合实际进行轧辊的分割。对轧辊三维参数化设计的方法进行研究，建立轧辊的模拟装配的步骤，然后进行装配仿真、干涉检查，进而对轧辊冷弯设备进行运动仿真。第四章的对于轧辊的加工工艺，结合轧辊数控加工的工作人员所提出的要求与建议，在编写过程中，尤其注意了轧辊外圆尺寸精度，热处理的过程适宜材料的加工成型，使加工出的铁柜板能够符合设计要求。第2章 铁柜板冷弯轧辊设计分析2.1影响轧辊设计的因素对轧辊设计的影响因素是多方面的，来自轧辊材料、加工设备、生产条件等都其有影响。2.1.1材料对轧辊设计的影响我们以尽可能低的价格选用满足指定产品要求的材料，材料的力学性能、表面、厚度偏差、宽度、直线度、平面度公差会影响轧辊设计。材料的力学性能通常可以从材料供应商处得到，当冷弯成型时，有利于根据屈服强度、抗拉强度、伸长率、材料硬度等，进而保证成型性良好。厚度偏差，材料通过轧辊间隙后厚度不能减少，从而，轧辊间隙是最大规格厚度与最大厚度公差、最大镀层厚度、最大压花纹深度计算之和。厚度也影响板带尺寸（板带宽度）。板带尺寸按平均厚度计算，如果厚度为最大正公差、一些尺寸变小，如果厚度为最小负公差，一些尺寸变大。宽度，宽度公差会明显影响产品的某些尺寸。在大多数情况下，板带宽度公差会累加到外沿公差上。如果外沿尺寸很关键，并进行了严格的控制，多余的材料会堆积在中心，产生波浪或其他问题。表面，最终产品的外观要求和原始材料表面会影响轧辊设计。抛光、高光泽面轧辊和偶尔用的不同材料的轧辊以及良好的润滑都有助于减少表面瑕疵和擦伤；压花纹材料的表面一般不会产生轧辊设计困难。这种材料的冷弯成型与普通材料的类似，但要避免过大的压力；具有敏感表面的冷弯成型时，生产线的所有部件都要特别小心，除非设计正确的材料制造，否则进入导向、辅辊、矫直头、切断模和其他导向会给产品留下伤痕。2.1.2冷弯成型轧机对轧辊设计的影响在针对铁皮柜冷弯设备的类型中，我们选用的是通轴双端式轧机，在设计过程中，要考虑到最大轧辊长度受限制、轧辊末端压力使轴弯曲、导向面一定要在板料中心、为防止产品上留下印记，轧辊末端要避免尖角、为了适应不同宽度，上下轴支持设备要便于装卸和调节、轧机中有轴套，轧辊直径增大，道次间距通常也增大。2.1.3生产中的弯曲方法对轧辊设计的影响冷弯成型制件可以分为直线体素和曲线体素，对铁柜板成型截面进行分析中，除了传统的水平、平行安装的成型主辊，本次成型需要考虑到采用辅辊(图2.1)；辅辊的功能类似于主辊、和主辊一样重要，辅辊通常在主道次间放置，为了使辅辊发挥更好的作用，减少残余应力，主辊和辅辊的水平间距应该足够，这样在成型过程中，能保证成品件的弯曲角度要求，使成型精确度提高。 图2.1 辅辊道次成型2.2影响轧辊设计的变量分析上一节介绍了影响轧辊设计的固定因素，本节主要考虑到在设计、生产、运行过程中的变量分析，即在设计过程中存在很多种不确定的因素，即使一个简单的断面成型也有很多种方法，轧辊设计没有确定规则或公式，如果把相同的断面给10个设计者，差不多会生成10种不同的轧辊设计，其中有些可以生产优质的产品，有些则不能。轧辊设计过程中成型道次数的确定、带坯宽度的确定、辊型参数的确定等是直接影响轧辊尺寸变化的理论依据。道次数的多少，对轧辊尺寸的要求也是不同的（表2.1）。道次变形量是衡量辊弯成型设备的一个重要的指标，成型道次直接影响到设备的投资费用，在我国设计者一般都是倾向于选用大的变形角、小道次的方案，以此来降低成型设备的投入费用，但是也带来相应的问题，如带材在加工过程中稳定性比较差，轧辊在局部磨损比较厉害等。并且当成型道次较多时，轧辊的对数也相应增多；反之，则会减少，并且相邻两道次间的轧辊外圆尺寸的变化也要比前者大。带坯宽度的大小，对轧辊尺寸的要求也是不同的，应当考虑的因素也是多方面的，例如料卷厚度、板料在弯曲处变薄的现象；同时也要考虑到理论数据，内弯曲半径和中性层半径的值；通常这些数值是随着设计情况的不同而变化的。辊型参数的确定，轧辊的宽度、直径、弯曲角度等因素的选择与计算都是不确定性的。根据轧辊工作条件，来得出其相应参数多少。2.3 本章小结1、本章针对影响轧辊设计的因素进行分析，提出材料是轧辊设计的主要影响因素。2、基于第一节的介绍，继续对影响轧辊设计的变量因素进行分析，得出成型道次、带坯宽度和辊型参数是其主要影响因素。表2.1 型材不同，道次数的差异第3章 铁柜板冷弯设备轧辊设计轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。因而，轧辊的设计部分是保证及决定冷弯设备加工产品精度的关键。3.1成型道次的设计3.1.1成型道次数的影响因素冷弯成型行业最常见的问题就是成型道次数，而其影响因素又是多方面的： 材料厚度 产品的厚度对道次数有影响，但是实际的效果有争论。而后经学者论证，材料厚度对道次的影响是基于轧机强度的足够与否，若轧机强度足够，在多数情况下，材料厚度越厚，所需道次数应该越少。 板带连续性 连续成型使材料能够在到道次间顺畅的流动。当单张材料离开成型道次后，板料的前引导边会轻微的回弹，然后以直线的方式与下一道次轧辊的导向缘接触；在下一道次的入口处会发生突然地成型，为改善这种急剧的成型，单张成型的成型道次数经常多23道。（表3.1说明其他的几种因素的影响）图3.1 各种辊式弯曲截面型材的成型道次与弯角的关系断面形状对成型道次的影响 各种断面型材按形状可分为四类：对称断面、非对称断面、宽幅断面和圆管；然后，用横轴表示各类断面实际成型的弯角数n，考虑断面型材立边长度、板厚、断面弯曲角数等因子决定的形状因子函数，在纵坐标轴上表示成型道次数N。即若计算出形状因子函数，根据所示关系即可得出成型道次.3.1.2铁柜板加工的成型道次数的计算在道次数的确定方法中，冷弯成型技术手册中又分为对称断面的成型道次的确定和非对称断面成型道次数的确定方法；而针对铁柜板截面（图3.2）来看，我们主要计算非对称断面成型道次的确定方法，而对对称截面成型道次的确定方法不再赘述。非对称断面成型方法，如图3.3所示，分为断面不倾斜成型法和断面倾斜成型法。而我们通常采用断面不倾斜成型法，并且根据截面形状，也理应采用此方法。则我们用此方法来定义形状因子函数，以断面左右的立边长度、，左右弯曲角数、及板厚t的乘积之和，即作为形状因子函数。图3.3表示了形状因子函数与成型道次数N的关系。计算出形状因子函数的值，然后相对应于横坐标成型道次数即可得。图3.2 铁柜板截面形状及其尺寸铁柜板的截面参数（如图3.2所示），且其板材厚度t为0.5 mm，则有： 截面左侧：； ； ；截面右侧： ； ；形状因子函数 =462.5x3x0.5+97x5x0.5 =936.25查图3.3，可得铁柜板冷弯设备的成型道次数为N=16道图3.3 非对称断面的形状因子与成型道次3.2 带坯宽度的计算计算带坯宽度，将最终截面划分直线体素和曲线体素，为了方便计算，假设在成型过程中，直线体素的长度不改变。实际上，材料在弯角处总是变薄，弯曲应力超过屈服点，在弯曲体素的末端不会迅速的降为零，这种改变是逐渐的，即直线体素也有轻微的厚度改变。然而，用于曲线体素的经验系数k计算所得板宽是精确的，虽然引入了直线体素长度和厚度不变的假设。从图3.4可以看出，铁柜板成型截面只有直线体素，带坯总宽度为所有直线体素之和，见表3.1。3.3辊花图的设计辊花图是个成型机架变形带坯横截面形状的重叠图，是描述成型过程中带钢从平帯坯变形为成品的变形示意图。随着冷弯技术的发展，与其相匹配的相关软件逐渐问世，并逐步走向成熟，例如：COPRA2005软件。辊花设计是COPRA2005强大功能中的重要功能，它能完成设计过程中的全部的计算，同时辊花修改变得更简单。表 3.1 带坯宽度计算过程序号长度/mm序号长度/mm110622.5222.5729330822.54400911512带坯总宽度559.5图3.4截面直线体素分段3.3.1 COPRA2005软件的功能及应用COPRA2005是德国data M公司开发并为每一位辊式冷弯成型设计者所开发的软件包，它可以降低计划、设计和工程中的费用，带领设计者完成从辊花设计（弯曲步骤），轧辊设计和技术计算到成型过程的模拟仿真，轧辊原料管理，CNC制造和质量控制，所以深受冷弯技术参与者的喜爱。 随着软件的成熟与发展，COPRA2005代表了辊式冷弯成型的最新技术。正逐渐成为一个全世界范围内50多个国家的设计者所使用的标准工具。 COPRA运行于AutoCAD环境中，也可以作为OEM版本获得。并且通过分析成型过程中板带中的应力、应变情况，COPRA2005可以使设计者在进行轧辊制造以前指定一种合适的成型工艺。在操作方面上，它和所有其他程序一样，在必要的地方，对话框提供解释，为我们设计者提供指导，也可以使我们的学习过程降低到最简。COPRA RF 2005是其功能强大的项目管理器，除了轧辊以外，还可管理冲切一剪切模具以及任意文档；其目标是在一个完整的文档和项目管理。所以新的COPRA RF项目管理器可以管理COPRA项目和数据，总之，它是一个为COPRA RF软件包定制的文档管理系统。图3.5 COPRA2005工作界面3.3.2 道次截面参数的确定每个道次的截面确定各断面方位和道次数后，第一步是确定垂直基准面（也称基准线）。对许多截面来说，在基准面内通过轧机的部分（基准点），在该基准面内以水平直线前进。图3.6中，垂直基准面（）影响边的移动，（a）不好，（d）更好。在确定基准面以后，接下来确定弯曲段的弯曲顺序和每个道次的弯曲量。还要再次检查弯曲部分的导入和解决回弹的过弯要求，以及操作者如何上下移动轧辊以调节成型角度。第一道次轧辊的成型第一道次轧辊有多种功能。拉板料导入边前端进入轧机，完成第一道成型。有时候，也引导板料，为尖角成型开槽。铁柜板成型截面中有较多的弯曲角度，第一道次，也适用于所有道次，其最大允许成型角度，取决于材料的厚度和力学性能，轧辊直径，弯曲段长度，润滑，是否可用上轴驱动等因素。考虑上述种种因素，做出了第一道次成型图（图3.7）图3.6 辊花图中展示了边缘应力跟边的移动有关最后道次的成型限于经济因素，用于补偿回弹的最终的过弯在最后道次进行。假设产品出了最后道次后，产生回弹并获得所需的最终产品形状。如果最终道次是前一个最后道次的复制，会获得更好的产品公差。操作者调节角度无论每个道次有多少弯曲，我们应当给轧机操作者提供关键角度调节的可能。图3.8（a）所示辊花图在每一个道次所有弯角线均成型。这种情况下，调节辊上下移动以调节上沿的最终角度，同时也会使边腿的角度发生变化。图3.8（b）是一种正确的方法，调节最后一道轧辊即只调节上沿，调节倒数第二道，则只节边腿角度。图3.7 第一道次示意图图3.8 提供给操作者关键角度调节的可能3.3.3 辊花图的确定基于COPRA2005软件，以及相关参数的输入：为预先定义的板带宽度计算方法和展开方法提供自动定义的样板。这样就能确保用户能使用本公司的一些正确的设置。弯曲圆角、弯曲半径和实体长度的多种显示。用户可以定义显示哪一个数值。这在表格中都安排的很清楚，甚至复杂的截面也能够简单地来处理。通过在表中输入单个弯曲角度就可以快速而简单地进行辊花设计。基于以上成型分析，十六道次冷弯成型过程如下（表3.1）。表3.2 铁柜板16道次冷弯成型过程道次数道次成型截面图第一道第二道第三道第四道第五道第六道第七道第八道第九道第十道第十一道第十二道第十三道第十四道第十五道第十六道生成辊花图如图3.9所示。图3.9 铁柜板冷弯成型辊花图3.4 辊型参数的设计3.4.1 轧辊宽度的确定轧辊宽度的尺寸，由辊花图（图3.9）确定。在确定轧辊宽度的尺寸时，把上下轧辊分为几片为好，有利于使轧辊的车削加工能更容易进行；减轻单个轧辊重量，有利于轧辊的组装工作。下面轧辊宽度的求法按（图3.10）所示用第五道成型左侧轧辊进行介绍。利用这些数值求出左侧轧辊宽度方向（即轴向）上的1、2、3各部分尺寸，见表3.3。表3.3 轧辊宽度的计算方法序号计算公式各段宽度/mm19.5xCos258.61221.85xSin7521.11378.6178.613.4.2 轧辊直径的确定图的下辊所标最小外径为60.75mm是第五道次的驱动直径。此数值与第一道次保持一致，这说明第一道次与第五道次的驱动直径相同，进而转速相同，而后随着截面形状的逐步加工，上下辊径将会递增或者递减，以保证相同的进给速度。以第五道左侧轧辊为例，图3.10的轧辊外径1、2、3段（径向）计算过程如表3.4所示。图3.10 第五道成型左侧辊的详细尺寸表3.4 轧辊直径的确定过程序号计算公式各段长度/mm110.21 x Sin254.314221.85 x Cos755.65360.7560.753.4.3 轧辊弯曲圆角的确定最后确定轧辊凹凸部分的弯曲圆角半径，有两种方案在设计过程中都有采用：上下辊圆角匹配 在许多轧辊的设计中，每个弯脚线完全包容断面，其车削和安装精度要求很高，细微的差异就会在弯角上产生问题。只有在凸辊上有圆角 成型过程，板料包裹在凸辊上，弯角线中性层处的材料减薄。弯角线外侧可能接触不到凹辊上的弯角线圆角。在生产实际当中，据调查，大多数的车工更喜欢在要求倒圆角的的位置，标出圆角半径。3.4.4 轧辊间释放间隙的确定轧辊各点直径不同必然引起速度差，不同直径的成型部位，或者轧辊只接触板料的一个面，然后会产生摩擦，会使产品速度不同，增加成型难度。为了减少摩擦，在轧辊设计过程中，我们常用“释放间隙”的方法。如图3.11，上辊大约释放了23度。因为只在断面的下部接触区驱动，减小了上辊和产品间的摩擦，所以在成型线板料处的驱动更均匀。原始的上辊与材料全部接触产生不同速度的摩擦（a），与有释放角的上辊与材料只在相同速度的一点接触。3.5 成型辊的材料及热处理3.5.1 GCr15轴承钢及其特性产品批量是影响成型辊材料选取的主要因素。最常用的成型辊材料有GCr15滚动轴承钢、45优质碳素钢、Cr12MoV、3Cr2W8V模具钢等依据铁皮柜的成型要求，以及结合潍坊华孚机械有限公司意愿，轧辊材料选用 GCr15轴承钢。GCr15钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加低温回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。其主要化学成分为：C（0.95-1.05）、Mn（0.2-0.4）、Si（0.15-0.35）、S（）、P（）、Cr（1.30-1.65）、Mo（）、Ni（）、Cu（）。其力学性能为：抗拉强度：861.3 MPa、屈服强度：518.42 MPa、断后伸长率：27.95%、抗弯强度：1821.61 MPa。GCr15轴承钢的主要用途是制作各种轴承套圈和滚动体.例如:制作内燃机、电动机车、汽车、机床、轧钢机、钻探机,以及高速旋转的个高载荷机械传动轴承的钢球、滚子和套圈. 除做滚珠、轴承套圈等外，有时也用来制造轧辊等冷弯成型的零部件。3.5.1 GCr15轴承钢热处理工艺热处理工艺参数：普通退火：790-810度加热，炉冷至650度后，空冷HB170-207。正火：900-920度加热，空冷HB270390。淬火：860度加热，油淬HRC62-66。普通退火 为消除毛坯锻造应力、软化锻件、改善组织、以利切削加工，轧辊毛坯锻造成型后，必须进行球化退火处理。调质 作为轧辊淬火前的预先热处理，调质处理的目的主要是为了细化晶粒，调整硬度，改善切屑加工性能，并获得回火索氏体组织，为最终热处理淬火提供组织保证。淬火与回火 GCr15轴承钢的淬火组织与性能主要与奥氏体的合金度和稳定性有关。淬火温度不同奥氏体的合金度不同，淬火后的硬度和残余奥氏体量也就不同，其回火工艺亦不同。为了使轧辊获得良好的机械性能（高强度、高硬度），又使淬火后变形减小到最低限度，以减轻后续机加工的负担，采用适中温度淬火（1020-1050）及低温（160-180）回火工艺。3.6 本章小结1、本章详细分析成型道次、带坯宽度、辊花图的设计、辊型参数设计、成型辊材料的结果，经计算与分析得出成型道次为16道次，带坯宽度为559.5mm，成型辊的材料选用GCr15轴承钢。2、在轧辊设计过程中，运用了COPRA2005软件，对轧辊参数进行优化并辅助生成辊花图。第4章 典型轧辊的加工工艺第三章我介绍了铁柜板冷弯成型轧辊的具体参数；基于道次成型的渐变性和前十道次轧辊的普遍性，这里我选用第五道次左侧轧辊为代表，并且对其进行编制加工工艺和CNC加工程序。4.1轧辊成型工艺过程设计4.1.1 轧辊成型工艺过程分析分析产品的零件图(图4.1)，我们可以知道轧辊的材料类型、具体形状尺寸、内孔尺寸公差、外圆尺寸公差、淬火硬度、粗糙度等级等信息，为后续工序有了理论依据。了解到轧辊在冷弯设备中，对型材起到了截面尺寸精确成型。对零件图进行工艺审查，通过分析零件的加工要求、结构工艺性，初步制定加工过程。图4.1 第五道次左下轧辊零件图由零件的生产纲领和其应用，确定其生产类型为小批量生产。选择的毛坯类型为锻造件。拟定轧辊零件的加工工艺路线： 加工过程划分为：下料-锻造-退火-粗车-调质-半精车阶段-插键槽、打印-回火、淬火-磨内孔、端面-精车外圆-检验入库。分工序，确定各工序的工序内容，并且对机床、夹具、刀具和量具的选择。确定切削用量及时间定额。确定重要工序的检验项目及检验方法。填写工艺文件。4.1.2 轧辊成型工艺过程卡片编写详见表4.1。4.2轧辊加工工序设计4.2.1 轧辊加工工序分析机械加工工序的安排，一般遵循以下几个原则： 先粗后精 整个零件的加工工序应按照由粗到精的加工阶段对个表面交叉进行。 先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，次要表面的加工，这里主要指键槽的加工。 先面后孔 因为平面一般面积较大，轮廓平整，先加工好平面，便于加工孔时的定位安装，利于保证孔与平面的位置精度。 基准先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。所以第一道工序一般进行定位基准的粗加工或半精加工，然后以精基准定位加工其他表面。热处理及表面处理工序的安排 预备热处理 其目的是改善机械加工性能、消除内应力，主要是时效处理；退火和正火 退火和正火用于经常热加工的毛坯，通常安排在毛坯制造之后，粗加工之前进行。 最终热处理 其目的是为了提高零件材料的硬度及耐磨性，它包括淬火、渗碳及氮化等辅助工序的安排辅助工序包括检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁及平衡去重等，其中检验是最重要，也是必不可少的辅助工序。机床设备的选择机床的精度应与工序的加工精度相适应。表4.1 轧辊机械加工工艺卡片潍坊学院机电工程学院机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片零件号零 件 名 称5B1轧辊工序号工 序 名 称设 备夹 具刀 具量 具名 称型 号名 称规 格名 称规 格名 称规 格010020030040050060070080090100110120130轧辊毛坯的锻造退火人工时效处理粗加工端面和内孔粗加工外圆粗加工键槽打标记淬火、回火精加工内孔和端面精加工外圆抛光检验入库790热处理高温炉普通车床普通车床拉床 830-840磨床数控车床CA6140CA6140L6102MG1432A MJ460专用车夹具专用车夹具专用夹具专用夹具专用夹具普通车刀钻头扩孔刀具普通车刀拉刀陶瓷刀具451/245游标卡尺游标卡尺游标卡尺游标卡尺游标卡尺型I型型型型机床的规格应与工件的轮廓尺寸相适应。 机床的生产率应与零件的生产类型相适应。 机床的选择应与工厂现有的加工条件相适应。工艺装备的选择 工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济效益。应根据生产类型、具体加工条件等选择工艺装备 夹具的选择：单件、小批量生产应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、机床用平口虎钳、分度头等。 刀具的选择：一般采用通用刀具或标准刀具，必要时可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。 量具的选择 单件、小批量生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分尺等。4.2.2 轧辊加工工序卡片编写详见附录1。4.3 CNC精加工轧辊 精车轧辊外圆，依据零件图（图4.1）将工步的加工内容、所用刀具、刀具型号及切削用量等见附录1。表4.2 CNC精加工轧辊程序序号程序段 O1000；N010G50 X200 Z220;N020M04 S800 T0101;N030G00 X120.8 Z10;N040G01 Z-79.11F0.15;N050U20.665 W-9.63 F0.15;N060U-4.225 W-9.06;N070G01 X150;N080G00 Z10;N090G01 X120.5 F0.15; N100G01 Z-79.41; N110U20.665 W-9.63 F0.15; N120U-4.225 W-9.06;N130G01 X150;N140G00 Z100;N150M05;N160M30;4.4 本章小结1、本章主要任务是第五道次左下轧辊的加工工艺过程的编制，以及工序卡片中各参数的确定。 2、对于该轧辊的外圆轮廓的精加工进行数控编程。第5章 研究总结与展望本设计是针对潍坊华孚科技机械有限公司提出的太阳能支架冷弯设备的设计进行的，文章内容包括了：针对影响轧辊设计的因素进行分析，提出材料是轧辊设计的主要影响因素。基于第一节的介绍，继续对影响轧辊设计的变量因素进行分析，得出成型道次、带坯宽度和辊型参数是其主要影响因素。并且详细分析成型道次、带坯宽度、辊花图的设计、辊型参数设计、成型辊材料的结果，经计算与分析得出成型道次为16道次，带坯宽度为559.5mm，成型辊的材料选用GCr15轴承钢。在轧辊设计过程中，运用了COPRA2005软件，对轧辊参数进行优化并辅助辊花图的生成。同时对第五道次左下轧辊的加工工艺过程的编制，以及工序卡片中各参数的确定。而且对于该轧辊的外圆轮廓的精加工进行数控编程。本研究中所用方法以及所得结论对于工程实际来说具有非常重要的意义。 虽然冷弯成型在国内发展速度较快，但仍然存在不足，我们应该重视冷弯成型理论的研究，并积极推广计算机辅助辊型设计。在已有成果的基础上，继续与有关高校、科研部门及企业联合协作，是我国冷弯成型的辊型设计工作达到一个新的水平。参考文献1 （加）哈姆斯（Halmos,G.T.）主编. 冷弯成型技术手册M. 化学工业出版社，2009.12 李登超主编. 辊式冷弯成型理论和工艺 M. 化学工业出版社，2011.43 林清安. Pro/ENGINEER 零件设计基础篇（上）M. 北京大学出版社，20004 林清安. Pro/ENGINEER 零件设计基础篇（下）M. 北京大学出版社，20005 林清安. Pro/ENGINEER 零件设计高级篇（上）M. 北京大学出版社，20006 林清安. Pro/ENGINEER 零件设计高级篇（下）M. 北京大学出版社，20007 黄圣杰，张益三，洪立群. Pro/ENGINEER 高级开发实例M. 电子工业出版社，20028 张红旗，曹文钢.PRO/ENINEER 二次开发技术的应用与研究J.计算机辅助设计与制造.2002，（2）：48509 （日）小奈弘、（中）刘继英主编.冷弯成型技术M. 化学工业出版社，200010 杜国臣、王士军主编. 机床数控技术（第二版）M. 北京大学出版社，200911 张鹏、孙有亮主编. 机械制造技术基础M. 北京大学出版社，200812 崔高建主编. 冷弯型钢成型技术的发展现状M.13 郭克希、王建国主编. 机械制图M. 机械工业出版社，200614 王长春、孙步功主编. 互换性与测量技术基础（第二版）M. 北京大学出版社，201015 范顺成. 机械设计基础 M. 4版 北京：机械工业出版社，200416 纪名刚 机械设计 M. 8版. 北京