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四辊卷板机卷板过程的分析
- 时间：2018-02-20 20:39
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四辊卷板机是机械装备业，尤其是容器类制造企业必备的非标重型机械设备，主要用于将不同种类（材质）的钢板按照设计、制造要求卷制成筒体类机械部件，属于塑性成型机械设备。本文以W12LSZG-280×3000四辊卷板机的结构参数为依据，以确定其工艺参数为目标，对四辊卷板机的卷板过程进行分析。研究四辊卷板机在整个工艺过程中各个轴辊精确位置的确定方法，建立合理的数学模型并推导下辊、左侧辊和右侧辊在对中、预弯和卷制等工艺中精确的工作位置及其相对于初始位置的位移进给量的数学计算公式，达到实现精确控制各个轴辊工作位置的目的，从而实现四辊卷板机卷制圆筒的自动化生产，并由此获得更好的钢板卷制精度和更高的生产效率。在分析板材塑性弯曲变形理论的基础上，结合现有的卷板理论研究，对卷板工艺参数进行理论分析。现有的理论研究是基于上下轴辊将板材压紧的前提建立数学模型的，亦即上下轴辊表面之间的距离等于板厚，以此为基础，结合四辊卷板机在卷板过程中各轴辊与板材之间的几何关系，对卷板工艺参数的计算公式进行较为完整的理论推导。按照该传统工艺参数的计算方法计算在卷制板厚为200mm，板宽为3000mm，最小卷制半径为2000mm工况下的各个轴辊的位移进给量，以此计算结果作为对四辊卷板机卷板过程进行模拟仿真分析时建立有限元模型的理论参考依据。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对四辊卷板机的卷板过程进行模拟仿真，分别对卷板过程进行四次滚弯模拟和一次滚弯模拟，测量通过仿真得到的滚弯半径，并将仿真得到的半径值与理论计算得到的半径值进行对比分析。
分析结果表明：①一次滚弯模拟比多次滚弯模拟得到的半径要小，这主要是由于在多次滚弯过程中材料是经过多次硬化，而一次成形只产生一次硬化而导致的结果。②以按照传统工艺参数计算方法计算得到的数据为依据建立有限元分析模型对卷板过程进行模拟仿真得到的卷筒半径值比理论计算得到的卷筒半径值偏小，分析原因主要有两个：其一是传统工艺参数计算方法建立数学模型时忽略了板材啮入端直边的影响；其二是传统工艺参数计算方法中建立的数学模型（认为上下辊表面之间距离等于板厚，并且在整个卷板过程中该距离始终保持不变）与其理论分析时的基本假设条件（板材厚度保持不变）相互矛盾，二者不能同时成立。针对导致通过模拟仿真得到的滚弯半径值偏小的两个原因，在现有的卷板理论研究基础上，提出相应的改进方案：考虑啮入端直边的影响，同时在保证板材厚度不变的前提下考虑上下辊之间距离C值的变化，重新建立数学模型，推导卷板工艺参数的计算公式。通过课题研究，探讨了卷板工艺参数在传统计算方法中存在的问题，分析其可能的原因并提出了相应的改进方案，为后续对卷板工艺参数确定方法的持续改进提供了一种有效的思路。
分析结果表明：①一次滚弯模拟比多次滚弯模拟得到的半径要小，这主要是由于在多次滚弯过程中材料是经过多次硬化，而一次成形只产生一次硬化而导致的结果。②以按照传统工艺参数计算方法计算得到的数据为依据建立有限元分析模型对卷板过程进行模拟仿真得到的卷筒半径值比理论计算得到的卷筒半径值偏小，分析原因主要有两个：其一是传统工艺参数计算方法建立数学模型时忽略了板材啮入端直边的影响；其二是传统工艺参数计算方法中建立的数学模型（认为上下辊表面之间距离等于板厚，并且在整个卷板过程中该距离始终保持不变）与其理论分析时的基本假设条件（板材厚度保持不变）相互矛盾，二者不能同时成立。针对导致通过模拟仿真得到的滚弯半径值偏小的两个原因，在现有的卷板理论研究基础上，提出相应的改进方案：考虑啮入端直边的影响，同时在保证板材厚度不变的前提下考虑上下辊之间距离C值的变化，重新建立数学模型，推导卷板工艺参数的计算公式。通过课题研究，探讨了卷板工艺参数在传统计算方法中存在的问题，分析其可能的原因并提出了相应的改进方案，为后续对卷板工艺参数确定方法的持续改进提供了一种有效的思路。
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