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1、气垫输送机下型材辊弯成型工艺模具设计及仿真 摘 要 冷弯成型工艺是金属塑性成型工艺中的重要组成部分，是一种具有先进适用性的板金属成型工艺，并具有节能、节材、高效的特点。其成型过程中涉及到力学、弹塑性力学、动力学等方面的理论。成型辊是冷弯成型机组中的最重要的部件，由于冷弯型钢机组的成型道次较多，轧辊用量很大，多品种的轧辊则需要更多的辊片。本文据传统经验及总结的公式下，进行弯曲道次数及角度的理论计算。利用CAD绘制辊花图，配辊图及Proe三维建模，并结合ABAQUS，进行模拟与仿真。本课题源于气垫输送机所需型材，通过冷弯成型达到大量生产，从而减少模具设计过程。仿真分析了对大直径截面在冷弯成型过程的
2、应变能力，不同角度的截面在冷弯成型时出现的不足，以此为依据来判断和指导变截面成型加工，以及轧辊的设计应用。本文对冷弯成型的仿真分析，得出一系列数据结果,可以用来对冷弯成型加工借鉴、参考与设计。 关键词：冷弯成型、CAD、Proe、ABAQUSDesign and Simulation of bending forming process of profile roll with air cushion (A) Abstract Roll forming metal plastic molding process is an important part of the process is an
3、 advanced sheet metal forming process applicability, and has energy, materials, and efficient. The molding process involved in theoretical mechanics, elastic-plastic mechanics, dynamics and other aspects. Roll forming unit forming roll is the most important part, since the forming passes are more co
4、ld-formed steel unit, roll a great amount and variety of rolls require more roll film. This article summarizes the experience and, according to the traditional formula, the theoretical number of passes and bending angle calculations. The use of CAD drawing roll flower diagram with roll chart and Pro
5、e 3D modeling, combined with ABAQUS, simulation and simulation. The issue stems from a desired air conveyor sections, reach mass production by roll forming, thus reducing the mold design process. Simulation analysis of the lack of large-diameter cross-section in the resilience of roll forming proces
6、s, the cross-section of different angles occur when roll forming, as a basis to determine and guide the variable cross-section forming, and design application roll. In this paper, simulation of the roll forming of analysis, the results of a series of data that can be used on the roll forming process
7、 may be a reference and design.Keywords: roll forming, CAD, Proe, ABAQUS目录1绪论11.1引言11.1.1国外的发展与应用11.1.2国内的发展与应用11.2辊弯成型理论与工艺21.2.1冷弯成型钢材变形特点21.2.2弯曲变形条件31.2.3中性层分析31.2.4弯曲角和回弹角61.3选题的意义及主要设计内容72气垫输送机下型材设计计算92.1弯成型双层轧机92.2 气垫输送机下型材参数的确定92.3原始板料宽度的计算102.4 成型道次数计算确定112.4.1 成型道次数影响因素122.4.2 确定成型道次数的方法12
8、2.4.3确定成型所需道次数122.5各道次成型角度的计算122.6定长度法确定弯曲半径分配142.7 辊花图绘制162.7.1成型工作断面的取向172.7.2弯曲的方式172.7.3弯曲角的分配182.7.4成型辊材料182.8 辊径与轴径的确定212.8.1辊径的确定212.8.2轴径的确定222.9 成型道次机架间距的确定232.10本章小结233辊弯成型模具设计与三维造型及装配243.1配辊图绘制243.2典型零件图绘制323.3三维图设计343.3.1三维零件图343.3.2三维造型装配364 ABAQUS仿真模拟374.1仿真方案的确定374.2 ABAQUS建模及参数的确定374
9、.2.1 part零件的导入绘制374.2.2 材料属性（property）的设置384.2.3 装配（Assembly）404.2.4 接触（Interaction）的定义414.2.5 载荷（Load）的定义444.2.6 划分网和（mesh）464.2.7 分析步（step）设定474.3仿真结果的分析504.4 本章小结535结论与展望545.1结论545.2展望54致谢55参考文献561绪论1.1引言1.1.1国外的发展与应用 60年代末, 荷兰TWente技术大学CO-JOnkers教授首先提出了气垫带式输送机的理论。之后, 经过大量的试验工作, 终于试制出世界上第一台小型气垫输送
10、机(带宽500mm, 机长约13m )。经过运转, 取得了托辊胶带输送机难以达到的指标, 如摩擦系数降低到0.02-0.002。自1966-1975年, 国外已发展有30多种结构不同的气垫带式输送机用于生产, 并取得了各自的专利。80年代初, 英国西蒙卡维斯公司的技术已经非常成熟, 到1985年已生产5450条气垫带式输送机销往亚欧、拉美、非洲、韩国和加拿大等地区和国家。当年英国蒙卡维斯公司为中国交通部制造了总长4km的气垫带式输送机, 并派技术人员指导安装、操作。目前, 荷兰、西德、美国、英国、加拿大、前苏联等国, 均不同程度生产和应用了气垫带式输送机1.1.2国内的发展与应用 由于气垫带式
11、输送机具有很多优点, 引起了国内科研、设计、高等院校等单位的极大兴趣。早在1973年 (起重运输机械) 杂志就介绍过有关理论和应用技术。1985年我国天津港和大连港分别引进了英国的Simom-Carres公司的气垫带式输送机12条,1986年开始使用。1985年北京煤炭规划设计总院与太原重型机械学院、合肥煤研所、东北大学和我省的鹤壁市太行机械厂等单位, 联合开发这项新技术, 对气垫机领域进行了深入的研究。1986年12月通过国家原机械委、煤炭部、河南省科委的联合鉴定。并在北京矿务局王平村煤矿安装了国内自行设计的第一台大型气垫带式输送机。现煤炭部已批准鹤壁市太行机械厂为生产气垫带式输送机的重点厂
12、家。产品经三十多个使用单位生产运行证明, 该产品结构合理, 制造设备精良, 激光检测手段先进。无论是新建的, 还是改造的单位, 均为一次性安装调试成功, 取得了良好的经济效益和社会效益。北京院在山西省霍州矿务局曹村煤矿改扩建工程的地面生产系统中进行了应用, 共安装4台, 总长330m, 其中最长的一台机长为215m。该矿井扩建工程于1990年7月由中国统配煤矿总公司验收, 当年便达到年产90万t原煤的设计能力, 两年输送原煤170万t。该矿反映: 扩建生产系统工艺设计合理, 气垫带式输送机技术可靠, 操作方便、运行良好, 值得推广。1991年元月, 焦作市火力发电厂( 装机容量20万kw )
13、的输煤系统, 在河南鹤壁市太行机械厂的协助下, 进行T改造, 将四台托辊胶带输送机改装为气垫胶带输送机, 总长522m, 其中最长的一台为186m。为了便于推广, 北京煤炭设计研究院根据中国统配煤炭总公司(89)中煤总基经字132号文, 编制了气垫胶带输送机气室的系列设计。技术规格: B = 500、650、800、1000、1200、1400mm六种, 已批量生产。目前, 国内已有几个厂家生产气垫带式输送机, 煤炭、电力、冶金、化工、农业以及港口码头等, 已初步应用了这种输送机。1.2辊弯成型理论与工艺1.2.1冷弯成型钢材变形特点 金属的弯曲变形如果在常温状态下进行,变形的前后板带厚度是基
14、本保持不变的,成型以后各部位中性轴展开后的长度之和等于原板的宽度,在成型过程中同时存在着弹塑性变形,弯曲位置存在着厚度变薄和加工硬化的现象。冷弯成型的过程表现为板带在轴线方向的弹性拉伸以及横向方向的弹塑性弯曲变形。施加的载荷使板带发生弯曲变形的同时,同时引起板带的横向的大变形和扭转。冷弯成型过程在本质上是板带的轴向小弹性变形与横向大位移的综合问题。 冷弯成型过程需要经过钢板的多道次的连续的辊轧成型,变形复杂,提前很难精确预测出来其变形的效果。直至目前,冷弯成型的技术还是比较多的源于经验,依赖多次试验的方法来获取工艺上的规律,因此在实际生产中新产品的开发周期会比较长。1.2.2弯曲变形条件轧件弯
15、曲变形时，其截面存在着中性线，中性线以上和以下部分，分别存着压应力和拉应力。离中性线越远，应力值越大，当其超过金属的b值 时， 则该处产生更断裂。由此可见，冷弯变形的必要条件使弯曲截面上的最大正应力max 满足条件：s max bmax的大小取决于轧件的厚度、单道次弯曲成度 。弯曲时曲率半径越小，则弯曲程度越大；轧件越厚，在曲率半径相同的情况下，轧件上下边部产生的弯曲正应力愈大因此，为易于冷弯，应使s降低，如采用s较低的钢种，或冷弯成型前进行退火。为防止弯曲时产生裂纹，必须控制各道次轧件的弯曲程度 使max b1.2.3中性层分析图1.1变形前图1.2变形后上图给出了弯曲板件在变形前后的网格变化情况。从图中可以看出,在板件横截面的变形区域内,弯曲件的下层因受拉而伸长,即两横截面间变形后的长度要大于变形前的长度,中性层因受压而缩端,即两横截面间变形后的长度要小于变形前的长度。在伸长和缩短两个区域之间,有一层纤维的长度保持不变,这一层称为中性层。在中性层与横截面上相交所形成的弧线称为中性轴。在一般情况下,弯曲板件弯曲后其中性层向受压表面方向
