冷弯成型（精选3篇）
冷弯成型 篇1
1.冷弯型钢的定义和特点
冷弯型钢一般是以热轧或冷轧钢作原材料, 在常温状态下, 经过拉拔、冲压、折弯或辊式弯曲成型机组加工, 加工出热轧方法难以生产的各种薄壁型材。冷弯型钢具有断面合理、强度高、重量轻、金属利用率高等特点, 是一种经济断面型钢, 广泛应用于汽车、航空、建筑等行业。冷弯型钢分为开口断面冷弯型钢、半闭口断面冷弯型钢、闭口断面冷弯型钢。
冷弯型钢特点具体体现在以下几个方面:
1.1辊式冷弯型钢生产较生产同类产品的其它轧机设备简单、重量轻、占地面积小、相对投资少、建设周期短、生产人员少、效率高。
1.2冷弯型钢由于以冷、热轧带钢卷为原材料, 在多道成型辊中弯曲成型, 所以产品表面光洁, 产品断面尺寸精度高, 机械性能良好, 其加工的产品产度可以根据用户的需要灵活调整。
1.3产品的断面形状可按用户的需要设计, 结构合理, 单位重量的断面性能 (断面系数) 较热轧型钢优越, 用于制造结构型钢可以节约钢材10%—40%。
1.4冷弯型钢产品材质多样化, 不仅可以生产一般碳素钢、低合金高强度钢、不锈钢, 而且可以生产各种镀层板、涂层板、多种有色金属的冷弯型材, 适应市场多方面的需求。冷弯型钢生产工艺还可以延伸, 对其进行深度加工有较好的综合效益。
2.冷弯成型的加工工艺
冷弯辊式成型加工工艺分为四种:单张成型工艺、成卷成型工艺、连续成型工艺、联合成型工艺
单张成型工艺是预定尺坏的成型方法。这种方法在坏料成型前将坯料切成定尺长度, 然后用选料辊将坯料送进成型机, 成型后的型材不必经过剪切即可收集入库。这种工艺主要用于小批量, 成型后型材锯切比较困难的情况下。采用单张成型工艺的成型机组设备费用较简单, 工具费用少, 投资低。
成卷成型工艺和连续成型工艺基本相同, 所不同的是连续成型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型机进行成型, 而成卷成型时带卷头尾不对焊, 进行单卷供料成型。这两种工艺机组设备投资大, 占地面积大。
联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、涂层冷弯型钢等。联合加工成型机组的设备最复杂、投资最高。
3.冷弯成型工艺出现的问题
3.1袋型波。袋形波的产生是由于板在弯曲过程中产生了横向拉伸应力和横向应变, 而板料沿厚度方向的应变相对较小, 根据材料变形的泊松关系, 必然会在变形比较集中的部位沿纵向出现收缩, 在力的作用下发生失稳出现了袋状鼓包, 这就是我们常说的袋形波。
3.2边部波浪。边部波浪是一种比袋形波更为常见的缺陷, 它的产生主要是两种作用的综合:第一种同前面袋形波的机理相同, 是由于断面弯曲部分材料受到横向拉伸应力, 产生横向拉伸应变, 在厚度方向应变不大的情况下, 根据泊松关系出现纵向收缩, 而边缘部分由于受到压缩应力产生边部边浪;第二种是边缘部分的材料先是在外力作用下被拉伸剪切变长, 后又再次被压缩剪切产生塑性变形造成边部边浪。这两种作用互相叠加, 形成边部边浪。
3.3纵向弯曲。造成纵向弯曲的原因较多, 其中一个很重要的原因是断面的边部在弯曲侧面时受到张紧力的作用, 力图将整个断面沿纵向拉长, 但张紧力不足以拉长整个刚性断面, 导致轧件前端出现向上或向下弯曲的现象。
4.总结
随着用户对冷弯型钢产品在数量、规格、品种等方面的要求不断提高, 辊式冷弯成型技术也在不断发展, 冷弯型钢材料将向着合金钢、低碳合金钢种类发展, 以求更轻便化和耐用性。冷弯品种将向大型、精小型、复杂截面闭口化趋势发展, 这必将对冷弯型钢产品的进一步深加工提出更高、更新的要求。
参考文献
[1]王有铭.型钢生产理论与工艺.北京:冶金工业出版社, 1996.
[2]石京, 王先进.国外冷弯成型研究最新发展.轧钢, 1998年10月第5期.
[3]冯光纯.发展冷弯型钢.四川冶金, 1999年第1期.
冷弯成型 篇2
聚氨酯夹芯板是由两层钢板 (或其他金属板材) 和夹在其间的聚氨酯弹性体芯牢固粘接而形成的复合结构件。其中钢板要通过冷弯成型工艺处理, 并保证一定的表面粗糙度。传统的辊式冷弯成型生产线一般用于生产等截面产品, 但随着现代建筑谋求结构轻量化以适应不同的载荷形式来实现节能减耗目标概念的提出, 从结构途径着手, 采用符合力学理论的变截面设计, 既可以充分利用材料的强度、刚度提高构件承载能力, 还可以实现轻量化以及造型设计的多样化。
本文对聚氨酯夹芯板变截面冷弯成型机系统进行分析, 分析其控制机构与原理, 并简述了其内部软件设置, 最后通过轧制实验进行验证, 为生产实际中聚氨酯夹芯板变截面冷弯成型工艺提供参考。
1 变截面冷弯成型机系统
1.1 机械结构
变截面冷弯成型机包括机座、导轨以及伺服驱动机构等。传统的等截面冷弯成型机中各组机等间距布置, 成型机座轴向固定, 板材在成型辊的旋转带动下断面纵向尺寸恒定, 产品为等截面形式。变截面冷弯成型机中通过转动电机带动转动螺母, 从而带动偏心轴转动, 实现机座转动, 移动电机带动移动螺母, 从而驱动滑板移动, 实现机座移动。成型机的道次与轧辊形状按板材断面要求进行设计配置。
1.2 控制系统
在变截面机组中, 各个成型机独立工作, 其成型辊根据板材截面形状确定的参数和送料速度综合确定位移方向与速度, 成型机组之间协调运转动作, 最终生产出所需截面形状的板材。
在变截面冷弯过程中送料速度是一个重要的影响参数。生产线中, 送料速度除了受送料系统精度影响之外, 板材在通过成型机的辊道之间时, 因各种因素影响会出现咬入间歇、板材打滑、走料停滞、局部卡死等现象, 这不仅使板材送料出现迟滞、波动, 也会造成相关送、出料机构负载变化及控制系统的超载紊乱。在这种情况之下, 应用于多轴伺服电机的多变量运动控制系统应运而生。
本文选用基于CAN总线的运动控制器, 利用其标准化通用接口、控制运算能力、数据库资源、集成软件控制等优势进行送料速度的控制;采用PXI是作为数据测量与控制应用的平台, 利用其优质可靠的定义环境, 高度集成的系统, 良好的同步、触发精度, 图形化界面, 强大地后处理等功能为控制系统搭建可靠稳定的平台。
2 应用试验分析
本文根据变截面冷弯成型机测绘尺寸在Pro/E中建立其三维仿真模型, 并按照实际运行情况进行模拟运动分析, 根据对得出的位移参数, 轧辊轨迹等进行验证, 确立了该三维模型的正确性。
本文选用如图4所示的板材进行试验, 由于本文前述的冷弯成型机系统做了辊角固定的简化, 这里只采法向成型, 实际冷弯辊制中控制板材沿纵向方向的变化 (变截面角<8°) 。
在理想情况下, 试验板材应能在划定位置通过成型辊位移变化实现截面尺寸精确变化, 并且成型辊轨迹变化节奏准确引导板材按设定斜率变形, 关键控制点为图中a、b、c、d四个点。
建立Pro/E与MATLAB的联合模拟仿真, 在后处理中得到伺服电机的模拟仿真曲线与其理论速度特性曲线对比如图5所示。从图中可以看出电机位移响应稍有滞后, 从而引起成型辊轨迹有所偏差, 这一点可以通过选择响应良好的伺服电机来解决。
经过以上仿真, 选用小惯量伺服电机, 以20mm/s的送料速度进行聚氨酯板材的冷弯辊制, 通过传感器测得成型辊处的光栅位置信号与电机速度信号, 进行数据处理得到如图6所示的曲线。从中可以看出, 更换伺服电机后, 其响应特性有所改善 (滞后偏差仅为1μm) , 位置精度也明显提高 (可达4μm) 。
3 结语
冷弯成型 篇3
近几年随着基础工业的蓬勃发展,建筑建材行业日益推广,钢结构建筑被广泛应用于工业建筑和民用建筑等。市场对1.6mm~3.2mm钢板冷压而成的C、Z型檩条,0.4mm~0.6mm彩钢板冷压而成的成型板需求很大,由于厚钢板冷弯成型要求电机的功率较大,如用伺服控制定位则成本较高;而现代变频调速器的出现终于使人们在交流异步电机的应用上有了高效灵活的调速手段,然而在很多领域,人们需要多轴的高精度同步运行,单轴或者多轴的高精度定位控制,即机械系统的伺服运行。为了利用变频器的灵活性来完成伺服任务,人们尝试过许多努力。典型的方案有“A C电机-变频器-PLC-光电编码器“或者“AC电机-变频器-单片机-光电编码器+机械锁定机构”等等。这些方案虽然在逻辑上采取了类似伺服系统的电机轴速和轴位置的检测作为反馈信号以期获得速度或轴位置的精确调整。但由于上述各方案的组成部件之间并非有机结合,系统存在计算速度、运行精度均显粗糙的问题,只能在稳态运行时满足较底的技术要求,动态过程几乎无法确定,完全不能与典型的伺服系统相比拟。丹麦丹佛斯有限公司推出的VLT5000系列变频器专用的伺服控制卡SYNCPOS完全实现了异步电机的伺服功能,并在电机容量上弥补了伺服系统大容量的空缺,为人们提供了一种性价比极高的动力设备。
本文就本公司生产的冷弯成型设备利用丹佛斯VLT5000系列变频器加专用的伺服控制卡SYNCPOS实现在冷弯成型的定位和同步控制进行分析探讨,力求实现在较低成本实现较高位置精度控制的目的和要求。
2 VLT5000系列变频器的专用伺服控制卡SYNCPOS
VLT5000系列变频器[2]是丹麦丹佛斯公司生产的通用系列产品。它是安装在VLT5000内部的一块高度集成的PCB板,装有SYNCPOS卡的VLT5000变频器便构成了一台可编程序的伺服控制器。该控制器以普通交流异步电动机为控制对象,光电编码器为预定控制点的速度或位置反馈信号。控制器装备有16个开关量输入端子;3个转换精度为10位的模拟量输入端子;10个开关量输出端子;2路与开关量共用端子号的8位模拟量输出端子以及2路继电器输出端子。上述端子的映射内容均可有程序确定,以完成工程所需的I/O任务。此外,还有1个主轴编码器信号输入端子和1个从动编码器输入端子。用该伺服控制卡SYNCPOS可以分别构成单轴定位运行,单轴随动运行,或者多轴虚拟主轴运行(高精度同步运行)等。图示为单轴定位运行(图1)和主轴/从动轴运行方式(图2)
3 SYNCPOS卡的编程、调试及PID参数整定
SYNCPOS向用户提供专用的程序语言及编译环境,另有专门的参数设置,程序语言向用户提供了所有与伺服运行相关的运行功能。如机械限位运行,机械的复位运行等。此外SYNCPOS还向用户提供了通用PLC的绝大多数控制功能,如事件中断运行等。在运行精度方面,如果用户选择了增量型光电编码器,SYNCPOS将按光电编码器的四分相脉冲计数。
SYNCPOS还向用户提供了PID参数整定的专用调试程序TESTRUN。使用TESTRUN用户可以十分方便地将受控轴的动态性能调整到最佳状态。只要系统的动态负荷不超过电机的最大允许倍数,机械系统的预定动态过程将与负荷无关。整定PID参数时,首先打开TESTRUN,在TESTRUN的参数设置窗口中设置响应的运行数据。主要有系统最高运行速度,最大加速度,指定运行步长,及采样速率等。然后逐项设置调整前馈速度。在参数设置的基础上,执行测试运行TESTRUN。每次测试运行后,系统将给出测试图表,分别以曲线(测试曲线与给定曲线的比较)和测试数据给出结论,并指出调整方向。
4 VLT5000系列变频器加定位控制卡(SYNCPOS)在冷弯成型设备应用
4.1 冷弯成型设备的工作原理
4.1.1 冷弯成型设备基本生产工艺及设备构成:
冷弯成型设备组件的一般生产工艺为:开卷——校平——在线伺服运行送料冲孔——冷轧成型——矫直——停车定长切断(或随车切断,即飞剪)——打包;
4.1.2 相对应的部件为:开卷机——校平机——伺服运行送料装置——成型机——成型辊道——矫直装置——液压切断装置——打包机或其它附属设备——电气控制系统等。
4.1.3 冷弯成型设备的飞剪控制系统[3]是一种连续剪切型材的加工机械,相对于停车定长切断系统,可大大提高生产效率。
4.2 冷弯成型设备伺服运行的基本框图(图3)
系统由计算机(PC)、交流变频器、同步及定位控制卡、传感检测及反馈等组成。计算机(PC)通过RS485与VLT5000系列变频器相连,并通过数据线发送位置或速度指令,在线适应性调节或设定PID调节参数,半闭环或闭环位置控制反馈系统由电机轴端装有的增量式光电码盘(或在被传动的物体上设置测量辊和增量式光电码盘转换装置)提供信号(A、A负、B、B负、C、C负脉冲)来完成位置的反馈,位置反馈环中传感元件-增量式光电编码器将运动构件实时的位移(或转角)变化量以A、B相差分脉冲形式长线传输到同步及定位控制卡中进行编码器脉冲计数,以获得数字化位置信息,同步及定位控制卡计算给定位置与实际位置(即反馈到的位置)的偏差后,根据偏差范围采取相应的PID控制策略,将数字控制作用经数模转换变成模拟控制电压,并输出给交流异步电机,最终调节电机运动,完成期望值的反复多次闭环反馈定位控制,在控制原理上实现小误差高精度的位置定位;然后计算机(PC)对执行系统下达运行指令,完成特定的机械抱闸动作、压力机在线冲压运动、液压停剪或随剪切断运动等。
5 控制系统设计的几个主要问题
5.1 速度与位置同步
由于钢板在高速冷弯成型过程中,液压剪切刀要根据预设长度切断成型钢板,那么液压剪切刀架就必须在成型钢板将要到达设定长度时加速,当刀架与成型钢板在速度和位置都同步的时候切断成型钢板,然后快速回到原位,这是一个相当复杂的控制过程,往往需要专用的飞剪控制系统来完成,如西门子S7-300加西门子伺服系统或力士乐专用伺服系统等。而丹佛斯VLT5000系列变频器加定位控制卡(SYNCPOS)可以控制多种电机,几十微秒的响应时间在动态过程中也可以实现精确同步。所有参数均数字化调节,所有的操作首先都是基于驱动器之间的“模拟同步”。数字同步用于补偿速度误差来实现绝对的角度和位置同步,消除电机漂移、累计位移的影响。同步控制器持续检查两个轴的位置,当开始出现误差时,立即调整模拟信号。这样从动电机就不会漂移。
5.2 输人信号的控制精度
测量辊圆周长与测量精度范围的比值最终决定产品的生产控制精度,应尽量选择比值大的产品,并选择合适的测量辊材料、测量辊与冷弯件的接触阻尼和弹性系数以增加摩擦系数和接触压力防止测量过程滑料误差的产生。
5.3 输出信号的控制精度
位置环PID控制算法上的不同决定了PID控制得到的控制精度和结果,如:求解方法有阶跃反应法,并根据控制特性采用三种动作特性:1)、仅有比例控制;2)、PI控制;3)、PID控制;并根据速度形、测定值微分形运算式进行PID运算,执行相应的精度要求下的正、反动作运算和控制。
5.4 PID系统参数的整定
计算机(PC)向控制卡发送PID参数,看给定的参数是否符合控制系统的要求,该过程需用在线参数整定实现。参数整定的主要任务是确定K(P)、A(I)、B(D)及采样周期Timer,比例系数K(P)增大,使同步及定位控制卡系统的动作灵敏、响应加快,而过大会引起振荡,调节时间加长;积分系数A(I)增大,能消除系统稳态误差,但稳定性下降;微分控制B(D)可以改善动态特性,使超调量减少,调整时间Timer缩短。具体整定过程需要根据数字位置环的PID器改进控制算法以及参数整定方法来制定现场的适应参数和现场的实际调整设定,并根据不同的产品或负载情况分别整定,否则易形成位置控制过程的振荡现象。而SYNCPOS选件的PID控制器通过内部基准速度向V L T传递所需的输出频率,它的位置控制器包括两部分:1)设置点发生器可生成多条位置曲线并生成一系列调整位置曲线以得到理想位置。一般而言,定位过程为秋千型速度曲线。因而,在一段持续加速阶段后,会有一段恒速阶段,然后再有一段持续减速阶段,最后得到理想位置。2)PID控制器得到设置点发生器生成的曲线位置,然后计算电机达到此设置点位置所需的速度。用户可设置PID控制器参数,直接理论设定路径(有设置点系列确定)的偏差速度和偏差程度[1]。
系统的机械精度控制在一定误差范围内,电气控制精度(编码器脉冲)就可得到提高,并结合VLT5000系列变频器加定同步与位控制卡(SYNCPOS)系统,可以在很多场合达到较高精度位置控制的要求,也能提高位置定位的效率和精度。
主程序设计中考虑了部分设备的故障预警程序段,极大地提高了设备的可操作性和对产品生产质量的控制,也在一定程度上降低了设备的故障检查时间。
6 结束语
实际应用表明:选择丹佛斯VLT5000系列变频器加同步与定位控制卡(SYNCPOS)统能够满足控制系统响应速度快、速度精度高、鲁棒性强的要求,实际应用位置控制精度最高在±0.3 mm左右且可避免累积误差,完全可以替代伺服控制系统。该控制系统可应用于高精度C、Z型钢檀条产品的生产中,特别是类似的其它冷弯成型板材设备产品,即对板材具有孔位高精度要求的在线预冲孔的冷弯成型设备生产线上。
参考文献
[1]丹佛斯.可编程SYNCPOS运动控制器[Z].
[2]丹佛斯V.LT5000变频器操作手册[Z].