Cálculos para el posicionamiento de rodillos laterales en curvadoras de chapa de 4 rodillos | MachineMFG

Cálculos para el posicionamiento de rodillos laterales en curvadoras de chapa de 4 rodillos

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1. Introducción

Según el principio del redondeo en tres puntos, la máquina curvadora de chapas utiliza el movimiento giratorio y el cambio de posición relativa del rodillo de trabajo para lograr un curvado elástico-plástico continuo. De este modo, las chapas metálicas se doblan en formas predeterminadas, como cilindros y arcos, así como piezas de trabajo de precisión.

La máquina curvadora de chapa se utiliza ampliamente en diversas industrias, incluyendo la fabricación de calderas, construcción naval, petroquímica, estructura metálica y maquinaria de conformado de chapa.

En función del número de rollos, el máquina curvadora de chapas pueden clasificarse en tipos de dos rodillos, tres rodillos y cuatro rodillos, cada uno con sus características únicas.

En comparación con el tipo tradicional de dos rodillos, el de cuatro rodillos máquina curvadora de chapas tiene varias ventajas, como un centrado más fácil, un borde recto residual más pequeño, una mayor precisión en el enderezado de círculos y una mayor eficiencia de producción.

Además, la máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos es capaz de realizar el preplegado del extremo de la chapa y el laminado de la pieza sin necesidad de torneado, lo que la hace cada vez más importante en chapa metálica formando.

La máquina se compone de un rodillo superior, un rodillo inferior y dos rodillos laterales en la parte delantera y trasera. El rodillo superior gira en una posición fija mientras que el chapa de acero se alimenta a través de la fricción. El sujeciónEl proceso de preplegado, preplegado y laminado de la chapa de acero se controla ajustando la posición del rodillo inferior y de los dos rodillos laterales.

Para mejorar la precisión de laminado de la chapa de acero, es crucial estudiar las posiciones exactas del rodillo inferior y de los dos rodillos laterales. En la actualidad, el control de la posición de estos componentes lo determina el operario mediante repetidos ajustes basados en la experiencia, y la precisión del laminado se supervisa mediante continuas comparaciones y comprobaciones de modelos, lo que se traduce en una baja precisión y eficiencia.

Este artículo propone una fórmula de cálculo del springback radio de curvatura basado en la teoría de recuperación elástica, y estudia los requisitos de posición del rodillo inferior y los dos rodillos laterales en el proceso de laminación de chapa de acero. Se establece un modelo matemático para calcular las posiciones de estos componentes durante la alineación, el preplegado y el curvado.

El estudio determina con precisión el desplazamiento del rodillo inferior y de los rodillos laterales delantero y trasero durante el laminado de la chapa de acero, proporcionando datos precisos de alimentación para el control digital. Los resultados de este método, verificados mediante la práctica de producción, muestran coherencia con las aplicaciones prácticas, lo que permite mejorar la precisión y la eficiencia del laminado.

1. Flujo del proceso de la máquina curvadora de placas de cuatro rodillos

1.1 Estructura y principio de funcionamiento de la máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos

La máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos se compone de varios componentes clave, incluyendo el dispositivo de rodillo superior, dispositivo de rodillo inferior, dispositivo de rodillo lateral, dispositivo de vuelco, estante bajo, base, estante alto y estación de bomba hidráulica.

El rodillo superior sirve de rodillo motriz y es girado por un servomotor a través de un dispositivo de transmisión, siendo su posición fija. El rodillo inferior y el rodillo lateral son rodillos motrices, cuya rotación se acciona por fricción con la placa de acero.

El rodillo inferior se fija en su asiento de rodamiento, que puede moverse verticalmente en una ranura de guía deslizante en el bastidor para adaptarse a diferentes espesores de chapa. Los rodillos laterales se instalan en asientos de rodamientos de rodillos laterales.

Para formar el radio de curvatura deseado del cilindro, el asiento del cojinete de rodillo lateral se mueve hacia arriba y hacia abajo en dirección inclinada dentro de la ranura de guía deslizante, con un cierto ángulo relativo a la dirección vertical.

El vuelco y el reajuste del rodillo inferior, el rodillo lateral y el rodillo superior se controlan mediante un cilindro hidráulico. La estructura general del equipo se representa en la figura 1.

Fig. 1 Estructura de la máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos

Fig. 1 Estructura de la máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos

1.2 Flujo del proceso de la máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos

El proceso de laminado de chapa de acero suele constar de seis pasos: preparación, alimentación, precurvado, precurvado en el otro lado, conformado por laminación y corrección por arco. Este proceso se representa en la figura 2.

Fig. 2 Proceso tecnológico de la curvadora de chapas de cuatro rodillos

Fig. 2 Proceso tecnológico de la curvadora de chapas de cuatro rodillos

1.2.1 Preparación y alimentación

El rodillo inferior se eleva hasta una posición en la que la distancia entre la línea generatriz superior y la línea generatriz inferior del rodillo superior es ligeramente superior al grosor de la pieza.

El rodillo lateral trasero se eleva hasta una posición en la que la generatriz superior y la generatriz superior del rodillo inferior se encuentran en el mismo plano horizontal y, a continuación, el rodillo lateral delantero se eleva hasta una posición en la que su línea central se encuentra entre los rodillos superior e inferior (como se muestra en la figura 2a).

La pieza se introduce horizontalmente entre los rodillos superior e inferior, con el extremo delantero presionando contra el rodillo delantero. A continuación, el rodillo inferior se eleva para sujetar la chapa de acero (como se muestra en la figura 2b).

Con estos pasos completados, el proceso de preparación y alimentación ha terminado.

1.2.2 Precurvado

El rodillo lateral delantero se devuelve a su posición original y el rodillo lateral trasero se eleva hasta la altura de proceso para la curvatura de precurvado de la chapa de acero (como se muestra en la figura 2c).

El rodillo superior gira en sentido contrario a las agujas del reloj para hacer avanzar la chapa de acero. Cuando el extremo de la placa de acero alcanza la mitad de la distancia entre los dos rodillos, debe medirse para asegurarse de que alcanza la curvatura requerida.

El proceso para precurvar el otro extremo es similar al descrito anteriormente.

1.2.3 Curvado de rodillos

El rodillo lateral delantero se eleva a la altura de proceso para la curvatura requerida, mientras que el rodillo lateral trasero se baja para que ambos rodillos laterales, delantero y trasero, estén al mismo nivel.

El rodillo superior gira en sentido contrario a las agujas del reloj para impulsar el movimiento de la placa de acero hacia delante, provocando su curvatura. Al mismo tiempo, se mide la curvatura de la placa de acero que sobresale utilizando una plantilla, y la altura del proceso se ajusta según sea necesario para lograr el radián deseado (como se muestra en la Figura 2d).

El proceso de corrección del arco es similar al rodillo proceso de plegado.

3. Cálculo del radio de recuperación elástica durante curvado de chapa de acero

Actualmente, la mayoría de las bobinas se fabrican mediante laminado en frío. El fenómeno del springback es bastante pronunciado en este proceso, por lo que se requiere una cantidad adecuada de rebobinado para compensarlo.

Normalmente, el radio de recuperación elástica debe ser inferior al radio deseado de las piezas (preradio de curvatura).

Basándose en la mecánica elástico-plástica, el springback en transformación de chapa depende de factores como el módulo elástico, el módulo elástico reforzado, el límite elástico, el radio de preenrollado y el espesor de la chapa.

A través de la derivación teórica, la fórmula de cálculo para el radio de curvatura antes de la recuperación se puede determinar de la siguiente manera:

F1

En la fórmula:

  • R - Radio de preenrollado, mm;
  • E - Módulo elástico del material, MPa;
  • t - Espesor de la chapa de aceromm;
  • σs - Límite elástico de la chapa, MPa;
  • S - Momento estático de la sección, mm;
  • W - Módulo de flexión de la sección, mm;
  • E1 - Fortalecido módulo elástico del acero material de la placa, MPa;
  • k0 - Coeficiente de refuerzo relativo del material;
  • k1 - Coeficiente de sección, se toma 1,5 para la sección rectangular.

4. Cálculo del desplazamiento de trabajo del rodillo lateral

El análisis de la laminado de chapa de acero revela que la posición del rodillo superior permanece invariable durante la laminación y que ésta se realiza principalmente mediante el movimiento vertical del rodillo inferior y el avance en ángulo de los dos rodillos laterales.

Por lo tanto, el laminado preciso de la chapa de acero puede lograrse controlando con precisión la posición de cada rodillo durante el proceso.

A continuación nos centraremos en el modelado matemático y el cálculo de las posiciones de proceso del rodillo inferior y los rodillos laterales durante los procesos clave, como el avance, el precurvado y el enrollado.

El cálculo tiene en cuenta factores como la maquinaria de laminación's, el material y el espesor de la chapa de acero laminada, y el radio de laminación.

Los siguientes símbolos se utilizan normalmente para derivar la fórmula de desplazamiento para el rodillo trasero y ambos lados de la máquina curvadora de chapa:

  • R es el radio de curvatura antes de springback (es decir, el radio que hay que rizar), mm;
  • A es el centro de la curvadora, que se encuentra en la intersección de los ángulos de inclinación de los rodillos de ambos lados;
  • α es el ángulo de inclinación de los rodillos a ambos lados, °;
  • L1 es la distancia del punto a al centro del cilindro superior, en mm;
  • L2 es la distancia del punto a al centro del cilindro inferior, en mm;
  • L3 es la distancia del punto a al centro del balanceo lateral, en mm;
  • D1 es el diámetro del cilindro superior, en mm;
  • D2 es el diámetro del rodillo inferior, en mm;
  • D3 es el diámetro del rodillo lateral, mm;
  • Y1 es el desplazamiento del rodillo inferior, mm;
  • Y2 es el desplazamiento del balanceo lateral trasero, mm;
  • Y3 es el desplazamiento del balanceo lateral delantero, mm.

4.1. Cálculo del desplazamiento del rodillo lateral y del rodillo inferior de la curvadora de chapas

Durante el proceso de alineación de la máquina curvadora de chapa, tal como se representa en la figura 2, el rodillo inferior y ambos rodillos laterales sufren el desplazamiento correspondiente. En la figura 3 se muestra la posición de cada rodillo durante el proceso de alineación.

Fig. 3 Posición de proceso de los rodillos de alineación

Fig. 3 Posición de proceso de los rodillos de alineación

El desplazamiento de los dos rodillos laterales y del rodillo inferior puede calcularse basándose en la relación geométrica, como sigue:

F2

4.2 Cálculo del desplazamiento del balanceo lateral durante el preflexión

Durante el proceso de precurvado de la máquina curvadora, como se muestra en la figura 2, el rodillo inferior y los rodillos delantero y trasero sufren el desplazamiento correspondiente.

Para cumplir los requisitos del proceso de precurvado, en la figura 4 se muestra la posición de proceso de cada rodillo durante el precurvado izquierdo. Durante el precurvado derecho, las posiciones de los rodillos delantero y trasero simplemente se intercambian, mientras que la posición del rodillo inferior permanece invariable.

El valor del parámetro geométrico B puede calcularse utilizando la fórmula de cálculo de la máquina curvadora de chapa asimétrica de tres rodillos. En este artículo, B se considera igual a 2t.

Fig. 4 Posición de proceso de cada rodillo durante el preflexionado

Fig. 4 Posición de proceso de cada rodillo durante el precurvado

Supongamos que "O" es el centro de curvatura antes del springback, "y" representa el ángulo entre el centro de balanceo superior y la línea central de curvatura "OO1"y el ángulo entre el centro de balanceo inferior y la línea central de flexión "OO2.”

El ángulo "φ" representa el ángulo entre la línea "O1O2" entre el centro de balanceo superior y el centro de balanceo inferior, y la línea entre el centro de balanceo superior y el centro de flexión.

El ángulo "θ" representa el ángulo entre la línea "AO3" entre el centro de la máquina dobladora y el centro del rodillo lateral, y la línea "OO3" entre el centro del rodillo lateral y el centro de plegado.

A partir de estas relaciones geométricas, se puede llegar a la siguiente conclusión:

F3

En la fórmula, el parámetro geométrico B es el valor desde el centro del rodillo inferior O2 a OO1que puede calcularse según la fórmula de la máquina curvadora de chapas asimétrica de tres rodillos.

En este artículo, B = 2t, y los demás parámetros son los mismos que los anteriores.

Supongamos que F es la intersección de OO2 y AO3y β es el ángulo entre F y la línea media de los rollos superior e inferior.

F4

En △ AFO2según el teorema del seno:

F5

Así:

F6

Del mismo modo, en △ AFO2:

F7

Así:

F8

En △ AFO2:

F9

Así:

F10

Eso es:

F11

Por lo tanto, el desplazamiento entre los dos rodillos laterales y el rodillo inferior es:

F12

Cuando el lado derecho está precurvado, Y1 no cambia, Y2 e Y3 pueden intercambiarse.

4.3 Cálculo del desplazamiento del rodillo lateral durante la flexión continua

En el continuo proceso de plegado de la máquina curvadora de chapas representada en la figura 2, los dos rodillos laterales están colocados simétricamente, y el rodillo inferior y los rodillos laterales delantero y trasero tienen desplazamientos correspondientes.

Para cumplir los requisitos del proceso de plegado continuo, en la figura 5 se muestra la posición de cada rodillo durante el proceso.

Posición de proceso de cada rodillo durante el plegado continuo

Fig. 5 Posición de proceso de cada rodillo durante el curvado continuo

Según la relación geométrica, en △OAO3a partir del teorema del seno:

F13

Así:

Supongamos que O es el centro de curvatura antes del springback, λ es el ángulo entre OO2 y OO3entonces:

En △OAO3

Así:

Si Y1 no cambia, Y2=Y3=L3-AO3de modo que el desplazamiento de los rodillos de ambos lados y el rodillo inferior es:

5. Resultados reales de la verificación

Se llevó a cabo un estudio experimental utilizando un W1220 x 2500 laminadora de chapacon una chapa de 10 mm de espesor de material Q235 y un radio de laminación de 700 mm.

Los resultados del experimento mostraron que había un error absoluto de 4,8 mm entre el radio del círculo real y el radio del círculo requerido, lo que daba lugar a un error relativo de 0,68%. Basándose en estos resultados, se determinó que la corrección era suficiente para cumplir los requisitos de precisión.

Tras analizar los datos de las pruebas de los múltiples intentos de ajustar el radio de recuperación elástica, se descubrió que la principal causa de error era la suposición de que la placa estaba sufriendo una flexión pura durante el cálculo del radio de recuperación elástica, y no tener en cuenta el impacto de la fuerza de extrusión y la fricción.

Sin embargo, el análisis técnico demostró que el cálculo del desplazamiento era exacto y cumplía los requisitos del proceso.

6. Conclusión

Este artículo presenta un análisis del proceso de laminación de una máquina de cuatro cilindros. laminadora de chapa. Combinando la fórmula de cálculo del radio de recuperación elástica con métodos matemáticos y mecánicos, el artículo analiza la posición de cada rodillo durante el proceso de trabajo de la máquina.

Los resultados del cálculo se probaron en una máquina curvadora de placas de cuatro rodillos.

Los resultados del experimento demostraron que este método puede reducir significativamente el número de pruebas y mejorar la precisión y la eficacia del proceso de laminación.

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