何志強(qiáng)

（長鋼（集團(tuán)）鍛壓機(jī)械制造有限公司 設(shè)計(jì)院，山西 長治046011）

1 引言

近年來，隨著我國航空航天、軍工、造船、石油化工、冶金、壓力容器、工程機(jī)械、金屬構(gòu)件等行業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)對卷板機(jī)的需求量不斷增大，對卷板的精度要求也越來越高。同時對卷板機(jī)卷制能力的要求也越來越高，所卷制鋼板厚度越來越大，屈服極限越來越高，有的達(dá)到1000～1500MPa 甚至更高，像工程機(jī)械的挖斗、彎臂等。而且有的工件卷筒直徑又比較小，這種情況下，卷板時工作輥受力很大，特別是預(yù)彎板頭時受力更大，但因卷筒直徑較小，設(shè)計(jì)時根據(jù)板材彎曲后的回彈計(jì)算結(jié)果，上工作輥直徑又不能取得太大。在卷制過程中，上工作輥是完成卷板的核心部件，在受力較大時則產(chǎn)生撓變，對鋼板產(chǎn)生的壓力分布不均，使卷制工件不能很好地合口，直線度和曲率達(dá)不到技術(shù)要求，直接影響工件的卷制質(zhì)量。

要解決以上問題，需對工作輥進(jìn)行撓度補(bǔ)償。所謂撓度補(bǔ)償就是采取相應(yīng)措施來彌補(bǔ)或消除卷板機(jī)工作輥產(chǎn)生的撓曲變形，使工作輥產(chǎn)生一個與受力方向相反的變形量（與實(shí)際工作時產(chǎn)生的變形量相似），從而使工作輥在卷板受力后發(fā)生較小的撓曲變形或者不發(fā)生撓曲變形。如何提高上工作輥剛度，減少撓變，是亟需解決的技術(shù)難題。

以下介紹幾種工作輥撓度補(bǔ)償方法及其特點(diǎn)。

1.1 上工作輥設(shè)計(jì)成腰鼓形

圖1 上工作輥設(shè)計(jì)成腰鼓形

如圖1 所示，該方法在設(shè)計(jì)時將上工作輥設(shè)計(jì)成腰鼓形，即工作輥的工作部分直徑從中間向兩端逐漸變小。這是一種通過改變工作輥幾何形狀來對其撓度進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā＞戆鍟r，上輥受到向上的卷制力發(fā)生向上的撓曲變形，正好與腰鼓形的中間部分抵消，使上輥基本趨于平直的狀態(tài)。該設(shè)計(jì)方法在卷板機(jī)中應(yīng)用較為廣泛，被多數(shù)設(shè)計(jì)者采用。但是為了滿足各種工件和不同工藝的補(bǔ)償要求，幾何補(bǔ)償中弧形修正量不宜太大，而且需要進(jìn)行縝密計(jì)算，否則會導(dǎo)致矯正過多或矯正不足的現(xiàn)象，進(jìn)而影響到板料卷板的精度。這種幾何補(bǔ)償方法雖能起到一定的補(bǔ)償效果，但計(jì)算和制造比較困難。

1.2 為上工作輥加設(shè)支承

該方法為上工作輥加設(shè)支承梁及支承輥。設(shè)計(jì)時支承梁的剛度要足夠，這就要求支承梁的高度要足夠大，同時支承輥的高度可以調(diào)整，以滿足卷制不同板材時工作輥撓度不同的需求，其調(diào)節(jié)方式可以采用機(jī)械調(diào)節(jié)方式或液壓調(diào)節(jié)方式。通過調(diào)節(jié)支承輥的高度可以使上工作輥向下產(chǎn)生一定的預(yù)變形，與卷板時上工作輥產(chǎn)生的向上的變形剛好抵消，從而達(dá)到撓度補(bǔ)償?shù)哪康摹＿@種方法多用于卷制寬度尺寸較大的卷板機(jī)，如船用卷板機(jī)及石油儲運(yùn)罐體的卷制，如圖2 所示。由于增加了支承輥及支承梁的因素，卷制圓筒形工件時，工件的直徑相對較大，必須能繞過工作輥上面的支承梁方可，因此該類卷板機(jī)只能卷制圓弧板件或卷筒直徑較大的工件。

1.3 設(shè)置可升降支承

圖2 卷板機(jī)加設(shè)支承

該方法為上工作輥設(shè)置可升降支承梁及支承輥，適用于卷筒直徑較小，同時要求板端預(yù)彎的工件，如圖3 所示。當(dāng)進(jìn)行板端預(yù)彎時，受力較大，工作輥會產(chǎn)生撓曲變形，此時把支承梁降下來，對上工作輥進(jìn)行支承，減少其變形，預(yù)彎結(jié)束后，卷圓時，將支承梁升起，筒體可以從上工作輥與支承輥中間穿過。

圖3 卷板機(jī)設(shè)置可升降支承

1.4 使用反壓力方案

該方案通過反壓力作用來減小上工作輥撓度，如圖4 所示。在機(jī)架外側(cè)安裝兩個液壓缸，分別垂直向上給上輥兩端施加反壓力，使上輥中間段產(chǎn)生向下的彎曲變形，從而消除因上輥撓度不足而產(chǎn)生的變形。在卷板時，輔助缸產(chǎn)生壓力，對上輥產(chǎn)生的撓度進(jìn)行補(bǔ)償； 在空程向下時，輔助缸僅充液跟隨下行，不產(chǎn)生壓力。采用比例減壓閥還可調(diào)節(jié)補(bǔ)償量。反壓力補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢在于補(bǔ)償量隨負(fù)載變化而變化，缺點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大，造價較高，同時存在適應(yīng)性較差，可補(bǔ)償?shù)膿隙惹€種類有限等問題。國外有公司曾生產(chǎn)過這種機(jī)型，國內(nèi)目前僅有少數(shù)廠家生產(chǎn)。

圖4 使用反壓力補(bǔ)償方案

2 小結(jié)

以上幾種撓度補(bǔ)償方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合卷板機(jī)使用工況、制造成本等，選用合適的補(bǔ)償方案。

[1]胡亞民，邢偉榮，等.中國金屬成形行業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展.北京：中國鍛壓協(xié)會，2008：10.

[2]潘殿生，潘志華，阮康平，等.數(shù)值模擬在折彎機(jī)機(jī)械補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，45（2）.

[3]吳國富.解析板料折彎機(jī)的撓度補(bǔ)償[J].裝備機(jī)械，2003，（3）.