通过旋转的滚轴,使坯料弯曲的方法叫滚弯,如图3.32所示。滚弯的实质是连续不断的弯曲,滚弯适用于板材,如飞机上单曲度蒙皮,以及型材和管材的弯曲。
图3.32 滚弯过程
图3.33 三轴滚弯机
1—上滚轮;2—下滚轮;3—手轮;4—导轮。
滚弯机的类型有三轴滚弯机、四轴滚弯机和多轴滚弯机。三轴滚弯机,如图3.33所示,可分为对称式和不对称式两类。对称式三轴滚弯机的特点是中间的上轴辊位于两个侧下辊的中心线上,如图3.34(a)所示,结构简单、应用普遍。其主要缺点是弯曲件两端有较长的一段长度,位于弯曲变形区以外,在滚弯后称为直边。因此,为使板料全部弯曲,要采用特殊的工艺措施。
图3.34 滚弯机轴辊分布和运动方向
1—上轴辊;2、3—下辊;4—板料。
不对称式三轴滚弯机,其轴辊的布置是不对称的,上轴辊位于两下辊之上,而向一侧偏移,如图3.34(b)所示。这样,就使板料的一端边缘也能得到弯曲,剩余直边的长度极短。如在滚制完板料一端后,将板料从滚弯机上取出调头,再放入进行弯曲,就可使板料全部得到弯曲。这种滚弯机的缺点是由于支点距离不相等,滚弯时轴辊受力很大,易产生弯曲,影响滚弯精度,而且弯曲过程中的板料调头也增加了操作程序。
四轴滚弯机相当于在对称式三轴滚弯机的基础上,又增加了一个中间下辊,如图3.34(c)所示。这样既能使板料全部弯曲,又避免了板料在不对称三轴滚弯机上,需进行调头滚弯的麻烦。它的主要缺点是结构复杂、造价高,因此,应用不太普遍。
板料滚弯时,坯料在滚轴作用力和摩擦力的连续加载下,通过轴辊产生塑性弯曲变形。如图3.35所示,坯料经滚弯后所要求得到的曲率半径 R 是由滚弯时的曲率半径 R 0 经过卸载回弹后而获得的。因 R 0 与三轴辊的相对位置有关, R 也就取决于三个轴辊的相对位置和坯料的力学性能及厚度。滚弯时曲率半径 R 0 与轴辊之间的关系,可表示为
图3.35 板材滚弯示意图
式中: t ——材料厚度;
R 0 ——滚弯时零件的曲率半径;
d 1 , d 2 ——分别为上、下轴辊的半径;
a ——两下轴辊之间的半间距;
H ——上、下轴辊之间的相对距离。
两个轴辊之间的半间距 a 和上、下轴辊之间的相对距离 H 均为可调变量。为了滚弯后获得要求的曲率半径 R ,需要调整 a 或 H ,但调节 H 要比改变 a 值更为方便。 H 值可按下式求得
由于板料的回弹量事先难以计算确定,因此,上述关系式不能准确地计算出所需的 H 值来,仅供初卷参考。实际生产中,大都采取试测的方法,即凭经验大体调整好上轴辊的位置后,逐渐试卷直到合乎要求的曲度为止。
(1)通用性好。板材滚弯时,由于钣金件多是较薄的金属板材或型材,均在常温下通过塑性变形滚弯成形,滚弯时不须加热,且一般不用在滚弯机上附加工艺装配。型材滚弯时,只须附加适于不同剖面形状、尺寸的滚轮。
(2)零件的回弹可通过调整滚轮(滚轴)位置的方法加以补偿。
(3)滚弯机床结构简单,使用和维护方便。
(4)滚弯成形效率较低,且精度不高。
等曲度零件即圆筒形零件,是滚弯成形中最简单的一种。在滚制工件前,应先检查滚弯机上、下轴辊是否平行,如不平行,则要进行调整。当采用对称式三轴滚弯机滚弯时,通常采用以下两种措施消除工件的直边段。
(1)板料两端预弯。板料两端预弯时,可利用模具在压力机上进行,如图3.36所示。当板料较薄时,也可以手工预弯,或者用一块已经完成适当曲率的垫板,在三轴滚弯机上对板料预弯,如图3.37所示,垫板厚度应大于工件板厚的两倍。
图3.36 在压力机上预弯板料端部
图3.37 在滚弯机上预弯板料端部
(2)板料两端留余量。下料时,在板料两端留稍大于直边长度的余量,待滚弯后再割去,但割下的余量如不能使用,则会造成材料的浪费。
(3)为使滚弯件不出现歪扭现象,板料放入滚床后,要找正位置。在三轴滚弯机上可利用挡板或轴辊上的定位槽找正,还可以用目测或直角尺找正。在四轴滚弯机上找正时,可调节侧辊,使板边紧靠侧辊对准。
(4)调节轴辊间的距离,以控制滚弯件的曲率。由于弯曲回弹等因素的影响,往往不能一次调节,滚压就可使坯料获得指定的曲率。通常是先凭经验初步调节好轴辊间的距离,然后滚压一段并用样板测量。根据测量结果,对轴辊间的距离做进一步调整,再滚压、测量,如此数次,直至工件曲率符合要求为止。
(5)较大的工件滚弯时,为避免其自重引起的附加变形,应将板料分为三个区域,先滚压两侧区,再滚压中间区。
(6)滚压前,应将轴辊和板料表面清理干净,还要将板料上气割留下的残渣和焊接留下的疤痕铲去、磨平,以免碰伤工件和轴辊。
在滚弯过程中,三根轴辊保持相互平行,并随时改变上轴辊的上下位置,就可弯卷出变曲率零件。上轴辊随时改变的量,虽有指示器表示,但也难控制。因此,有的滚弯机上装有靠模装置,在滚弯过程中,上轴辊依靠模上下移动。采用靠模时,只要靠模做得准确,就能卷制出合乎要求的曲度。但因靠模制造的误差和传动机构的误差,尽管这些误差可以通过调整机构进行修正,却很难消除。尤其是在生产批量较小时,调整靠模时间过长,不合算;另外,在滚弯同一批零件时,由于毛料厚度及材料硬度上的差异,使滚弯的曲度大小不一,较厚或较软的毛料,滚弯的曲度就大些,反之就小些,毛料厚度越大,这种现象越突出。因此,有的工厂不采用靠模滚弯。
不采用靠模滚弯变曲率零件,一般采用的方法是把零件近似地看作由几个不同半径 R 组成的,按半径 R 分段、分次滚弯,即曲率由小往大逐次卷成,如图3.38所示。滚弯时,首先以 R 1 调整上轴辊的位置,毛料从 a 端滚弯到 f 端,使 ef 段曲度符合要求;然后以 R 2 调整上轴辊,从 a 端滚弯到 e 处,使 de 段的曲率符合要求。当上轴辊接近 e 点时,缓慢适量地上升,使曲度圆滑过渡,以防 R 1 和 R 2 间出现棱角。依次从 a 到 d 、从 a 到 c 、从 a 到 b 来完成全部滚弯工序Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ。批量生产时,为提高效率,全批零件的工序Ⅰ都完成后,再进行工序Ⅱ。在各个工序中,最好每个零件都进行检査,检査时采用样板或模胎。
图3.38 不用靠模滚弯变曲率零件示意图
从理论上讲,在滚弯过程中两根下轴辊保持平行,上轴辊倾斜不上下移动(或两根下轴辊成一定角度,上轴辊水平不上下移动),可滚弯制出等曲率的锥形零件。上轴辊在滚弯过程中如连续做上下移动,则可制成变曲率的锥形零件。实际上,还必须使坯料两端在轴辊间送给的速度不同,才能滚弯出符合要求的等曲率或变曲率的锥形零件。因为这种零件,如图3.39所示的两端的曲率不同,展开长度也不同,因此,在滚弯时,要求两端有不同的滚弯速度。曲率大的 B 端速度应慢些,曲度小的 A 端速度应快些。在滚弯时板料同时承受三根轴辊的滚压,轴辊一般是圆柱形,所以根本不可能同时得到几种不同的速度,从而易出现弯曲线与坯料等百分比线不重合而产生的扭曲弯形。为解决这一问题可采用分段滚弯,即将坯料分段送进机床,具体步骤是先按样板在坯料的内表面的两边划出百分比线,如图3.40所示,然后将上轴辊对正百分比线,如图中 a - a′ ,使轴辊在等百分比线的前后两个区间内滚动;再由手工调整坯料,使上轴辊对正 b - b′ ,重复上述操作,逐段滚弯,直至最后获得所需零件。
图3.39 典型锥形零件
图3.40 坯料等百分比线
型材滚弯成形工艺常用于飞机机身结构框的制造过程。型材四轴滚弯机(简称“四轴辊”)是型材滚弯成形的专用设备。型材从四个同步旋转的辊轮间通过,在辊轮作用力和摩擦力的作用下,向前推进并产生弯曲变形,如图3.41所示。四轴型材滚弯成形适合于大曲率半径、截面形状简单的型材零件成形,最适合等曲率、对称截面型材的成形。
图3.41 型材滚弯
(1)型材绕纵轴扭转,产生歪扭畸变。对于非对称截面型材而言,由于型材截面承受弯曲合力的作用点偏离型材零件形心垂面,从而导致零件扭曲。改变这种情况的对策如下。
①在型材滚弯机上增加侧挡装置,使型材受控在一个平面内弯曲。
②若有可能,采用组合滚弯成形,将非对称截面成对组合为对称截面。
(2)型材形状及角度畸变。滚弯过程中,型材各部位受力不均和板料各向异性导致这种畸变。改变这种情况的对策如下。
①提高机床刚性及辊轮质量。
②限制型材缘板变形。
辊轮是与零件直接接触的成形工装,而型材四轴滚弯机需要四套辊轮,两套弯曲辊轮、两套导向辊轮。对于不同的型材零件截面,要选择不同的成套辊轮。一般来说,L形、T形、∏形等截面可选用通用辊轮,其他异型截面则选用专用辊轮。
(1)辊轮的结构形式。辊轮一般为拼合结构,由内侧轮片、外侧轮片和垫板按不同的型材截面形状组合而成,如图3.42所示。
(2)辊轮与零件的间隙。型材内边缘与辊轮之间的合理间隙值选取范围为0.1~0.2 mm。
(3)辊轮直径的选择。
①适当加大上导轮、下导轮直径,使型材与导轮之间有较大的接触面积,以改善型材在导轮间的支撑状态。
②尽量减小弯曲轮和导向轮之间的中心距,缩短型材悬空段长度。
图3.42 组合式辊轮