冷弯型钢生产工艺

03冷弯型钢生产工艺韩静涛博士/教授/博士生导师北京科技大学材料加工工程学科首席教授中国钢结构协会冷弯型钢分会理事长中国金属学会荣誉理事北京科技大学材料成形与控制工程专业《冷弯型钢生产》3.1概述3.2冷弯型钢的原料3.3冷弯成形工艺参数3.4冷弯成形辅助工序3.5冷弯型钢轧辊孔型设计3.6冷弯成形过程的工艺润滑3.7典型冷弯型钢生产工艺流程3冷弯型钢生产工艺3.1概述3.2冷弯型钢的原料3.3冷弯成形工艺参数3.4冷弯成形辅助工序3.5冷弯型钢轧辊孔型设计3.6冷弯成形过程的工艺润滑3.7典型冷弯型钢生产工艺流程3冷弯型钢生产工艺3.1概述3.1概述形式特征：冷弯成形是以金属薄板或带卷为原料，通过多架装配了具有一定形状的成形辊的成形机对坯料逐步进行弯曲变形，从而得到均一截面产品的塑性加工方法。一般每架成形机装有两个或多个成形辊，每列成形机组由两架以上的成形机组成。内容特征：冷弯成形的主要变形为板料的弯曲变形，次要变形为弯曲角局部的减薄，以及带卷材料的纵向延伸或拉缩。一般，假设变形材料厚度在成形过程中基本不变。这种加工方法特别适合于外形纵长、批量较大的高精度产品的加工。此外，在冷弯成形过程中，可以将冲裁、打孔、压印、纵弯等辅助加工引入进来。分类特征：冷弯成形工艺可分为4种，即单张(或单件)成形工艺、成卷成形工艺、连续成形工艺和组合加工工艺。每一种工艺都可分为3个阶段，即成形前坯料准备阶段、成形加工阶段、型材精整阶段。3.1概述单张成形工艺：就是预定尺坯料的成形方法。这种方法在坯料成形之前将坯料切成定尺长度，然后用选料辊将坯料送进成形机，成形后的型材不必经剪切即可收集人库。采用这种成形工艺的成形机的速度一般较低。这种工艺主要应用于小批量、成形后型材锯切比较困难的情况下。采用单张成形工艺的成形机组的设备简单、工具费用少、投资低。但用这种生产工艺得到的型材边部纵向拉伸较大，因而只有利用侧立辊才能得到比较精确的产品形状。成卷成形工艺和连续成形工艺：工艺基本相同，所不同的是连续成形时前一卷带材的尾部与后一卷带材的头部经过齐对焊，使坯料带材连续不断地进入成形机进行成形。而成卷成形时带卷头尾不对焊，进行单卷供料成形。与单张成形工艺相比，这两种成形工艺更加高效、高产、通用。3.1概述成卷成形工艺和连续成形工艺的主要优点是：1)带卷成本低、切损少，因而降低了材料成本；2)由于需要的成形机架数少且不需要额外的导卫装置，因而工具成本低；3)可以加工形状比单张成形工艺的产品更复杂的型材；4)型材的头尾部扭曲及张开度减小；5)由于操作几乎是连续的，因而生产率得到提高。但这两种成形工艺需要开卷机、活套器、对焊机、定尺飞锯或飞剪等辅助设备，因而其机组设备投资较大、占地较大，成形机组的成形速度较高。目前投产的绝大多数冷弯成形机组均是采用这两种工艺。图3-1给出了其工艺流程示意图。3.1概述图3-1带卷冷弯成形工艺1-带卷；2-开卷机；3-坯料；4-矫平机；5-预冲孔机；6-活套辊；7-进料台；8-成形机；9-侧立辊；10-驱动轴；11-校型机；12-切断装置；13-储料台；14-成形机组3.1概述组合加工工艺：用于加工具有特定要求的冷弯型钢，如高强度冷弯型钢，闭口焊接冷弯型钢、热处理强化冷弯型钢、周期波纹板、冲孔冷弯型钢、涂层冷弯型钢等。组合加工成形机组的设备最复杂、投资最高。根据产品的要求这种机组可包括如下设备：直缝焊机、对焊机、辊式冲孔机、辊式压印机、涂层机、热处理设备等。典型冷弯成型生产线a．开卷机；b．校平机；c．预冲孔机；d．储料活套；e．成型机组；f．矫直机；g．精冲/切断机；h．收集台架3.1概述3.2冷弯型钢的原料3.3冷弯成形工艺参数3.4冷弯成形辅助工序3.5冷弯型钢轧辊孔型设计3.6冷弯成形过程的工艺润滑3.7典型冷弯型钢生产工艺流程3冷弯型钢生产工艺3.2冷弯型钢的原料3.2.1生产冷弯型钢用的原料由于冷弯型钢广泛应用于各行各业，所以使用的原料也就包括了诸多品种，如普通碳素钢、优质碳素结构钢、低合金钢、耐大气腐蚀钢、不锈钢、镀层材料（镀锌板、镀铝板等）、彩色涂层板、铜、铝合金、钛合金等等。各类原料的品种、牌号如下：碳素结构钢：常用碳素结构钢的牌号有Q195、Q215、Q235等；优质碳素结构钢：常用优质碳素结构钢的牌号有08、10、08F、08Al等；低合金钢：常用低合金钢的牌号有：16Mn等耐大气腐蚀钢：常用耐大气腐蚀钢的牌号有16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT；09CuPCrNi－A、09CuPCrNi－B、09CuP；（车辆用耐大气腐蚀钢09CuPCrNi、09CuPTiRE）3.2冷弯型钢的原料3.2.1生产冷弯型钢用的原料集装箱用钢：集装箱用钢的牌号有NSF345、NSF390、J335、J490；不锈钢：常用不锈钢的牌号有：301、1Cr18Ni9（302）、0Cr18Ni9（304）、1Cr18Ni12（305）、0Cr17Ni12Mo2（316）等；镀层材料：在冷弯成形中，通常一般使用普通用途和机械咬合加工性能的材料，锌层重量为100～350g/m2的热镀锌钢板；彩色涂层板：彩色涂层板表面涂料的种类有：丙烯酸、聚酯、硅改性聚酯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯－塑料溶胶、有机溶胶以及PVC薄膜等；铜：铜是一种容易冷弯成形的材料，常用的包括有紫铜、黄铜等；铝合金：铝具有耐蚀性、加工性能优良以及外观美的特性。冷弯成形常用的有纯铝、铝－锰系、铝－镁系；钛合金3.2冷弯型钢的原料3.2.2在冷弯成形中使用不同的原料需要注意的问题3.2.2.1原料的化学成分：不同的材料具有不同的化学成分组成，各种成分都会对于钢的成形性能造成不同的影响。需要特别注意的是在进行非常规新产品的孔型设计时，要特别注意所选用材料的化学成分，根据其特点，应该充分考虑不同的元素对成形工艺的影响。例如：碳素钢的强度及其他性能主要取决于钢中碳存在的形式和碳化物的形状、大小和分布状态等，即主要取决于钢的金相组织。由于冶炼原料、冶炼方法和工艺操作等的影响，碳素钢中往往会有少量的其他元素存在，如硅、锰、硫、磷、铜、铬、镍等。这些元素一般被作为碳素钢的杂质或残余元素看待，而不被作为合金元素。这些元素中有些对钢起到有益的作用，有些则产生不利的影响，如铜、铬、镍等对碳素钢的冷弯成形加工和焊接性能会产生不良的影响。3.2冷弯型钢的原料3.2.1生产冷弯型钢用的原料溶解在固溶体中的合金元素，一般将提高钢的冷弯成型加工的硬化率，使钢带变硬变脆，对冷弯成型加工很不利。硫：一般被认为是残存在钢中的有害元素之一。硫易导致焊缝热裂，在焊接过程易于氧化，生成SO2气体而逸出，致使焊接金属中产生很多气孔而疏松，对钢的焊接性能产生不良影响。因此规定优质钢中硫的含量不得大于0.04%，普通碳素钢中硫的含量不得大于0.055%。磷：是固溶强化铁素体的元素，其含量对软钢抗拉强度的影响比其他合金元素显著。磷提高软钢抗拉强度这一有利因素将随钢中含碳量的增高而消失，碳含量越高则磷所引起的脆性就越大。在含碳量0.02%的软钢中，当磷含量从0.017%增大至0.103%时，钢的冲击韧性亦随之增高。同时脆性转变温度亦逐渐下降，尤其以磷含量为0.103%时最为明显。而当磷含量超过0.103%时则冲击韧性下降，同时脆性转变温度上升，这显然对钢的加工性能不利。磷加入普通钢特别是含铜钢中，有明显的抗大气腐蚀作用。磷能增加焊裂的敏感性，影响钢的焊接性能。3.2冷弯型钢的原料3.2.1生产冷弯型钢用的原料锰：在钢冶炼中是良好的脱氧剂和脱硫剂，它能够消除或减弱钢因硫所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。锰已成为普通低合金钢中的主要的合金元素之一。锰在提高珠光体钢强度的同时，使钢的延展性有所降低。硅：也是良好的还原剂和脱氧剂。随着硅含量的增加钢的弹性极限及屈服强度显著提高，使钢的冷弯成形性能降低。硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，提高溶渣和溶化金属的流动性，而引起较严重的喷溅现象，影响焊缝质量。了解以上不同成分因素的影响，在进行孔型设计时，就应该考虑相应的对策。如当采用含硫、磷高的钢种带钢材料，生产需要进行焊接工序的空心型钢时，就应该考虑采用适当的焊接工艺。3.2冷弯型钢的原料3.2.2.2涂镀层材料冷弯成形加工随着冷弯型钢产品应用的日益广泛，越来越多的冷弯型钢产品采用带有涂层和复合钢板材料制造。这些材料在冷弯成型过程中也各有特点，如：镀锌钢板：热镀锌钢板的弯曲性能，与其采用的原板材质有关。在冷弯成形加工时，不仅要考虑原板的加工特性，同时还要考虑镀层的弯曲性能。非合金化的热镀锌钢板，在原板与镀层之间生成铁－锌合金过渡层，因此镀层不易脱落；而合金化的铁－锌合金层比纯锌层的硬度高，且塑性差，弯曲加工后，合金层会出现细小的龟裂，但通常冷弯成形不发生上述现象。至于镀锌钢板的焊接性能，由于锌的熔点低，因此采用接触焊的方法生产焊接的空心型钢时，电极上有锌附着，容易生成表面缺陷。锌的附着量越大，缺陷就越严重。彩色涂层钢板：彩色涂层钢板是在原板（冷轧板或各种镀层钢板）上，将丙烯酸、聚酯、硅改性聚酯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯－塑料溶胶、有机溶胶、PVC等涂敷上去。其弯曲加工性能与采用的原板性能有关，同时也要考虑带有涂层的弯曲特性。Notice:Thispresentationcontainsproprietaryandconfidentialinformation.ItmustnotreproducedorcopiedwithoutthewrittenpermissionofDREISTERNInductionWeldingLines.ApplicationComplexhollowsectionwithhightorsionalstiffnessMaterialsMildsteel,AHSS,galvanizedsteel,Aluminum…ProcessRollforming,HFweldingNotice:Thispresentationcontainsproprietaryandconfidentialinformation.ItmustnotreproducedorcopiedwithoutthewrittenpermissionofDREISTERNResistanceWeldingLines.Applications:ClosedprofileswithweldflangeMaterials:Carbonsteel,AHSS,galvanizedsteel,stainlesssteel,aluminumProcess:ContinuousandStart-Stop®operation,distanceofweldspotprogrammableNotice:Thispresentationcontainsproprietaryandconfidentialinformation.ItmustnotreproducedorcopiedwithoutthewrittenpermissionofDREISTERNLaserWeldingLines.ApplicationsWeldedtubesandprofilesMaterialsMildsteel,AHSS,galvanizedsteel,AlProcessesContinuousandstitchweldingCO2andNd:YAGLaser3.2冷弯型钢的原料3.2.2.3常用冷弯成形原料的机械特性表2.1-1常用各种带钢原料的机械性能牌号或钢号抗拉强度MPa屈服强度MPa不大于伸长率%不小于弯曲试验弯心直径d试样厚度aQ195315～390195330/0.5aQ215335～410215310.5a/aQ235375～46023526a/1.5a08F（P级）275～38027厚度≤2mmd＝0厚度＞2mmd=a08、08Al、10F（P级）