（機(jī)械電子工程專業(yè)論文）聚氨酯泡沫門片成型機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及成型工藝研究.pdf

摘要 摘要 聚氨酯泡沫門片具有強(qiáng)度高、保溫、隔音、節(jié)能、美觀等優(yōu)良性能， 市場(chǎng)前景良好。本文對(duì)門片成型機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及成型工藝進(jìn)行了研究。 主要研究成果及結(jié)論如下： 1 提出了聚氨酯泡沫門片雙側(cè)同時(shí)成型的創(chuàng)新方案，改進(jìn)了單側(cè)成 型方式的不足。 2 利用修正后的回彈量計(jì)算公式計(jì)算了大圓弧彎曲的回彈量；采用 自由彎曲成型方式和側(cè)面成型方式實(shí)現(xiàn)了大角度翻轉(zhuǎn)；運(yùn)用動(dòng)定輥組合 及斜輥完成了上下鉤的彎曲；確定了不對(duì)稱結(jié)構(gòu)大小邊彎曲角度之間的 關(guān)系：小邊彎曲角取決于大邊彎曲角及不對(duì)稱度 = a r c c o s 1 一島( 1 一c o s 口) 6 2 】；通過(guò)d q a f o r m 軟件模擬了成型角度對(duì)板 料起皺的影響：起皺主要發(fā)生在兩彎曲角處，隨成型角的增大，起皺 趨于明顯。成型角度為2 0 0 時(shí)，邊緣寬度較大一側(cè)的彎曲角處出現(xiàn)起 皺，但起皺區(qū)域比成型角為2 5 。時(shí)小。模擬結(jié)果對(duì)工程設(shè)計(jì)具有一定 的指導(dǎo)意義。 3 在生產(chǎn)線進(jìn)行了成型工藝試驗(yàn)和穩(wěn)定性試驗(yàn)。針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出 現(xiàn)的跑偏、起皺、縱向彎曲等問(wèn)題提出了有效的改進(jìn)措施。最終生產(chǎn)出 滿足用戶要求的產(chǎn)品。 關(guān)鍵詞：聚氨酯泡沫門片，雙側(cè)成型方式，輥壓成型工藝，跑偏，起皺 武漢【程大學(xué)碩士學(xué)位論文 r e s e a r c ho nt h ek e yt e c h n o l o 垂e sa n df o r m i n gt e c h n i c so f p o l y u r e t h a n ef o a md o o re q u i p m e n t a b s t r a c t t h ep o l y u r e m a l l ef o 鋤d o o rh a saw e l lp m s p e c tf o ri t sh i 曲s t r e n g t l l ， h e a tp r e s e a t i o n ，s o u n di n s u l a t i o n ，e n e r g yc o n s e r v a t i o na 1 1 dp r e s e n t a b i l i 吼 t h ek e yt e c h n o l o g i e sa n df b m i n gt e c l l l l i c so fm e p o l y u r e m a i l ef o a md o o r e q u i p m e n th a v eb e e nr e s e a r c h e di n 協(xié)i st 1 1 e s i s t h em a j np f o d u c t i o na s f o l l o w s ： 1 t h eb i l a t e r a lf o r n l i n gm o d e ，w h i c hc a l lm d k e u pt h es h o n a g e so ft l l e o n e s i d e df o 咖i n gm o d e ，i sb m u g h tf o n a r d 2 r e b a u n do fm e g r e a t c i r c l eh a sb e e nc a l c u l 舢e db yu p d a t e df o r m u l a ； aq u a n e rt u mh a sb e e n 西v e nb y 舶ef o 肌i n gm o d ea i l dl a t e r a lf a c ef o m i n g m o d e ；h o o k - f o n l l i n gh a sb e e np mi m oe n e c tb yw e br o l l ；t 量l ea n g u l a r i t i e so f t h ed i s s y m m e t r i c a ls t r u c t u r ea r ea n a l y z e d = a r c c o s 【1 一向( 1 _ c o s 口) 如】；t h e i m p a c to fa n g u l a r i t yo nw r i n k l ei ss i m u l a t e db yd y n a f o i u ：w r i n k l e a c c u r e sb yt h e a 1 1 9 u l a r i t ya n dt h ew r i n g l 【l e a r e ab e c o m e s l a 瑪e rw i t h i n c r e a s i n ga 1 1 9 u l a r i t y o ft h e p a n e l _ w h e nt h ea n g u l a r i 鑼r e a c h e s2 0 。， w i n k l ea c c u r so nt 1 1 ew i d e re d g eb yt h ea n g u l 撕哆a n a l o gr e s u l t sh a v ea s t r o n gu s ev a l u e 3 f o m l i n ge x p e r i m e n t so ft h ep o l y u r e t l l a i l ef o a md o o rp m d u c t i o nl i i l e a r es t u d i e d e 豌c t i v em e t h o d st oa v o i d o f f 怕c k i n g ，w r i n 鰣e a f l d l o n g i t u d i n a l b e n d h a v e b e e n p u tf o n a r d h i 曲q u a l i t yp r o d u c t s a r e p r o d u c e da tl a s t k e yw o r d s ：m ep o l y u r e t | l a n ef o a md o o r ，b i l a t e r a lf o m l i n gm o d e ，r o l l f b m l i n gt e c h n o i o g yp r o g r a m m e ，o f r t r a c k i n g ，w r i n k l e 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外， 本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì) 本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本 人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：孝小象 加g 年g 月日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解我院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 即：我院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 版，允許論文被查閱。本人授權(quán)武漢工程大學(xué)研究生處可以將本學(xué)位 論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮 印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 保密0 ， 在年解密后適用本授權(quán)書(shū)。 本論文屬于 不保密o 。 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“”) 學(xué)位論文作者簽名：袁小會(huì) 力z 年彳月力日 指導(dǎo)教帥簽名：蘑i 懂 洲年月j 日 第1 章緒論 1 1 課題的研究目的 第1 章緒論 聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線是武漢工程大學(xué)為江陰貝特門業(yè)有限公司 研制的。本課題的主要任務(wù)是研究聚氨酯泡沫| 、1 片成型機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及 門片的成型工藝。 聚氨酯泡沫門片采用輥壓方式成型，并在空心型腔內(nèi)填充聚氨酯泡 沫，雙層強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，安全可靠，并兼具保溫、隔音、節(jié)省能源等功能， 被廣泛用于車庫(kù)門、民用門窗、商用門窗及工業(yè)廠房門。 國(guó)外，輥壓成型產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用已有百余年的歷史，大致可分為 三個(gè)階段【l j ： 第一階段( 1 8 3 8 一1 9 0 9 ) ：探索研制階段。 此階段，僅少數(shù)幾個(gè)國(guó)家生產(chǎn)輥壓產(chǎn)品，產(chǎn)品產(chǎn)量低、品種少、質(zhì) 量差，僅僅能夠滿足當(dāng)時(shí)建筑部門與車輛等部門的需求。 第二階段( 1 9 1 0 1 9 5 9 ) ：輥壓成型工藝創(chuàng)立并逐步推廣階段。 1 9 1 0 年，美國(guó)首先創(chuàng)立了輥壓成型工藝，并建立了第一套專業(yè)化 輥壓成型機(jī)組，輥壓成型發(fā)展到一個(gè)新階段。但是當(dāng)時(shí)金屬板料的生產(chǎn) 技術(shù)較落后，所以輥壓成型產(chǎn)品的使用和發(fā)展受到限制。 第三階段( 1 9 6 0 年至今) ：輥壓產(chǎn)品迅速發(fā)展的階段。 自1 9 6 0 年后，各國(guó)金屬板料的產(chǎn)量和質(zhì)量都有了明顯的提高，輥 壓成型產(chǎn)品得到廣泛推廣。 盡管輥壓成型產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用已有百余年的歷史，產(chǎn)量和工藝也 達(dá)到了一定的水平，但是由于其成型過(guò)程的復(fù)雜性，仍然被稱為“未掌 握的藝術(shù)” 2 】，設(shè)計(jì)常常憑借經(jīng)驗(yàn)。 國(guó)內(nèi)，輥壓成型技術(shù)起步較晚，直到現(xiàn)在也未形成完整的輥壓成型 理論，甚至連這方面的資料也很缺乏，很多標(biāo)準(zhǔn)也都是借用國(guó)外的。目 前國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的輥壓生產(chǎn)線大多從國(guó)外引進(jìn)，引進(jìn)這樣的生產(chǎn)線需要上 武漢r 程人學(xué)碩士學(xué)位論文 千萬(wàn)，投資巨大。而外商主要提供設(shè)備，對(duì)技術(shù)資料嚴(yán)格封鎖，一旦該 生產(chǎn)線的某一輥輪因磨損而失效，則整條生產(chǎn)線癱瘓。為盡快縮短與世 界先進(jìn)水平的差距和滿足我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，深入研究輥壓成型工 藝和成型規(guī)律是非常必要的。 本課題的研究?jī)?nèi)容為聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線包括放料裝 置、門片成型機(jī)、聚氨酯發(fā)泡機(jī)、門片加溫定型部分及跟蹤切斷部分， 其中主要是門片成型機(jī)和聚氨酯發(fā)泡機(jī)。由于成型過(guò)程的復(fù)雜性及聚氨 酯發(fā)泡劑性質(zhì)的特殊性，其設(shè)備主要從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴。近幾年國(guó) 內(nèi)有一些廠家如宜興市晨陽(yáng)冶金材料有限公司、江蘇無(wú)錫市華中冷彎?rùn)C(jī) 械設(shè)備有限公司和任丘市順合門業(yè)設(shè)備廠等開(kāi)始研制此生產(chǎn)線，但都不 太成功。武漢工程大學(xué)于2 0 0 4 年開(kāi)始研制，先后已為鄭州通寶門業(yè)有 限公司、江陰貝特門業(yè)有限公司、漳州杰龍機(jī)電有限公司成功研制了4 套聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線。 1 2 課題研究的意義 輥壓成型時(shí)，金屬板料通過(guò)串列布置的一系列旋轉(zhuǎn)的輥輪組，逐 步形成具有一定截面形狀的產(chǎn)品。成型區(qū)域不僅發(fā)生在每組輥輪中，而 且還發(fā)生在輥輪組間的平緩過(guò)渡區(qū)。金屬板料截面的厚度和面積理論上 保持不變。輥壓成型產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)【3 ?！浚?( 1 ) 產(chǎn)品表面質(zhì)量好：輥壓成型產(chǎn)品經(jīng)數(shù)組輥輪逐步彎曲成型， 每組輥輪的變形量小，產(chǎn)品表面治療好。 ( 2 ) 生產(chǎn)效率高：輥壓成型產(chǎn)品所用材料是卷料，成型過(guò)程、切 斷等環(huán)節(jié)均連續(xù)，相對(duì)沖壓成型而言，不存在手工裝卸、工件定位、夾 緊等中間環(huán)節(jié)，生產(chǎn)效率高。 ( 3 ) 受產(chǎn)品截面形狀限制少，可以生產(chǎn)各種復(fù)雜截面的產(chǎn)品。 ( 4 ) 不受產(chǎn)品長(zhǎng)度的限制：輥壓成型的板料供應(yīng)及成型過(guò)程均連 續(xù)，產(chǎn)品長(zhǎng)度可以根據(jù)需要任意選擇。 - 。 第l 章緒論 ( 5 ) 輥壓產(chǎn)品的材質(zhì)多樣化：一般碳素鋼、各種鍍層板( 如鍍鋅、 鍍錫、鍍鋁等) 、彩鋼板及多種有色金屬( 如銅、鋁、鈦等) 均適合采用 輥壓方式成型。 ( 6 ) 斷面上金屬分布合理，厚度均勻，在結(jié)構(gòu)上使用，可增強(qiáng)剛 度，提高承載能力，節(jié)約金屬材料。 輥壓成型產(chǎn)品具有以上諸多優(yōu)勢(shì)，所以被廣泛用于汽車、建筑、交 通、農(nóng)業(yè)等行業(yè)。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于輥壓成型理論方面的研究及報(bào)道非常 有限，很多參數(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中不得不依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)來(lái)確定。另外，隨 著汽車工業(yè)的發(fā)展和生活水平的提高，轎車開(kāi)始進(jìn)入家庭，車庫(kù)門的需 求量日益增加；進(jìn)入2 l 世紀(jì)，我國(guó)房地產(chǎn)市場(chǎng)每年以2 0 以上的速度 增長(zhǎng)。其中，城鎮(zhèn)住宅6 億平方米，農(nóng)村住宅7 億平方米，公共和工業(yè) 建筑7 億平方米。在總共2 0 多億平方米的建筑中，門窗的需求量高達(dá)5 億平方米；2 0 0 5 年國(guó)家開(kāi)始強(qiáng)制執(zhí)行住宅建筑三步節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，聚氨 酯泡沫作為世界上最好的保溫材料，開(kāi)始浮出水面。隨著汽車工業(yè)、房 地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和住宅節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的推廣實(shí)行，聚氨酯泡沫門的應(yīng)用前 景將十分廣闊。所以，本課題的研究具有較強(qiáng)的理論價(jià)值和工程實(shí)用價(jià) 值。 1 3 輥壓成型技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r【8 1 1 】 輥壓成型過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的彈塑性大變形過(guò)程。早在1 9 世紀(jì)， 國(guó)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始輥壓成型技術(shù)的研究。但是，由于成型過(guò)程的復(fù)雜性 及影響因素的眾多性，研究未能深入。直到7 0 年代，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用才 促使輥壓成型技術(shù)有了新的發(fā)展。國(guó)內(nèi)于8 0 年代初開(kāi)始研究輥壓成型 技術(shù)。下面具體介紹輥壓成型技術(shù)的研究情況及成果。 武漢l 程人學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 1 輥壓成型技術(shù)的試驗(yàn)研究 試驗(yàn)研究是輥壓成型研究的一個(gè)重要組成部分，其主要有兩種形式： 真實(shí)成型試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)。真實(shí)試驗(yàn)研究能反映實(shí)際生產(chǎn)情況，直觀、 可靠、針對(duì)性強(qiáng)，但試驗(yàn)設(shè)備規(guī)模大、投資大；模擬試驗(yàn)研究投資小、 研究具有普遍性，但不能全面地反映變形的真實(shí)情況，只能側(cè)重某一方 面的研究。 目前，國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在真實(shí)成型試驗(yàn)上。研究對(duì)象通常為 槽鋼、焊管、寬幅斷面型鋼等。研究的內(nèi)容涉及型鋼變形過(guò)程的曲面形 狀、縱橫向變形、彎曲回彈、成型力等等。 模擬試驗(yàn)尚處于起步階段。加拿大t e n y r l w a l k e r 等人對(duì)電焊管成型 過(guò)程的軸向應(yīng)變分布進(jìn)行了研究；b y a h u m a n y u n 采用單拉和張力彎曲實(shí) 驗(yàn)研究了輥壓成型對(duì)鍍鋅板鍍層破裂的影響。 1 3 2 輥壓成型技術(shù)的有限元方法研究 有限元法是解決工程技術(shù)問(wèn)題的可靠工具。目前輥壓成型技術(shù)有限 元法研究有兩大趨勢(shì)：開(kāi)發(fā)專門的輥壓成型有限元分析軟件和使用大型 商用有限元軟件包。 日本東京大學(xué)木內(nèi)學(xué)教授采用形狀函數(shù)法研究了焊管輥型、軋輥 數(shù)、軋輥間距等的影響因素；寬幅斷面型鋼、c 型鋼、v 型鋼輥壓成型 技術(shù)及直縫焊管殘余應(yīng)力。 美國(guó)r o l l k r a f t 公司的h a r s t a i n 利用商用有限元軟件分析了鋼管定 徑成型時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變分布、管壁的厚度變化及回彈。 加拿大w 亂e r l o o 大學(xué)的w a l k e r 等人采用非線性有限元軟件 a b a q u s 分析直縫焊管成型過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變，建立了預(yù)報(bào)焊管成型 邊緣失穩(wěn)模型。 國(guó)內(nèi)，蔡松慶首次采用有限元方法研究復(fù)雜焊管成型過(guò)程，但是除 第1 章緒論 了強(qiáng)制位移外，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相差很大；燕山大學(xué)軋鋼研究所利用 m a r c 軟件包研究輥壓成型，在管成型和熱軋h 型鋼領(lǐng)域取得了成果。 1 3 3 輥壓成型技術(shù)的計(jì)算豐幾輔助輥型設(shè)計(jì)( c 朋d ) 系統(tǒng)研究 計(jì)算機(jī)輔助輥型設(shè)計(jì)是解決孔型設(shè)計(jì)復(fù)雜、輥輪圖繪制繁瑣的有效 途徑。下面介紹幾種具有代表性的輥壓成型計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。 c o p r a 軟件：該軟件是德國(guó)d a t a m 公司開(kāi)發(fā)的。具有輥花設(shè)計(jì)、 軋輥設(shè)計(jì)、計(jì)算、成型工藝模擬、毛坯管理、計(jì)算機(jī)數(shù)控制造及工藝優(yōu) 化等功能，目前是應(yīng)用最廣的輥壓成型專業(yè)軟件。 0 r t i c 軟件：該軟件是英國(guó)r o l l s e cd e s i g i l 有限公司開(kāi)發(fā)研制的。 該軟件采用塑性理論和殘余應(yīng)力理論，可以從數(shù)學(xué)上確定成型過(guò)程中的 各種參數(shù)和力學(xué)信息。其最大特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)方法上強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)與理論的結(jié) 合，不僅能對(duì)任意斷面形狀的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且能對(duì)整條輥壓成型生 產(chǎn)線的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。 c a i o f 軟件：該軟件是澳大利亞j o h nl y s a 曲t 公司開(kāi)發(fā)的。采 用由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的材料特性、輥型、縱向拉應(yīng)力與回彈的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué) 模型，進(jìn)行彈塑性理論計(jì)算。 國(guó)內(nèi)，輥壓成型計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工作起步較晚。 北京科技大學(xué)：1 9 8 3 年，北京科技大學(xué)與南京軋鋼廠合作，開(kāi)發(fā)了 一個(gè)方矩管設(shè)計(jì)計(jì)算程序，能對(duì)不同規(guī)格方管進(jìn)行輥型參數(shù)計(jì)算，但程 序比較簡(jiǎn)單；1 9 8 5 年，與廣州異型鋼材廠合作，開(kāi)發(fā)了角鋼、槽鋼、方 管及電焊管的輥型設(shè)計(jì)系統(tǒng)；此后，又相繼與上海寶鋼集團(tuán)、太原鋼鐵 公司、武鋼漢口軋鋼廠、山東煙臺(tái)福山鋼窗廠等單位合作開(kāi)發(fā)了輥壓 c a d 軟件系統(tǒng)。但這些軟件都只能設(shè)計(jì)一個(gè)類型的產(chǎn)品，軟件的應(yīng)用 因此受到限制。 北京市門窗公司：9 0 年代末，北京市門窗公司與原冶金部北京設(shè) 備研究所合作，開(kāi)發(fā)了輥壓成型軋輥輥片計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包。但該 i i 科_ _ 露了一 媸。+ 玨 武漢工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 軟件不能自動(dòng)確定工藝參數(shù)，需要軟件操作者憑經(jīng)驗(yàn)輸入。 北方工業(yè)大學(xué)：北方工業(yè)大學(xué)劉繼英等與德國(guó)d a 詛m 公司合作， 引進(jìn)并消化c o p r a 軟件，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的漢字化環(huán)境，在理論和應(yīng)用上 取得了一定的成果。但是，該軟件僅能設(shè)計(jì)圓管和槽鋼。 燕山大學(xué)：自1 9 8 8 年起，劉才教授等與長(zhǎng)春冷彎型鋼廠合作，先 后為長(zhǎng)春冷彎型鋼廠、南京軋鋼總廠開(kāi)發(fā)了方矩管c a d 系統(tǒng)、小型型 鋼孔型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這些軟件在孔型設(shè)計(jì)和理論計(jì)算上取得了突破，有些 已經(jīng)投入使用，效果良好。但商品化程度和智能化程度不高，設(shè)計(jì)過(guò)程 繁瑣、運(yùn)行不夠穩(wěn)定、孔型設(shè)計(jì)后處理不夠完善。 自1 9 世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在輥壓成型技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研 究，并取得了一些成果。但是，研究?jī)H局限在簡(jiǎn)單截面型鋼如：焊管、 槽鋼、寬幅斷面、環(huán)形件、c 型鋼、v 型鋼、方矩形焊管等，像聚氨酯 泡沫門片等復(fù)雜截面異型材的研究尚未涉及。因此，對(duì)復(fù)雜斷面異型材 的輥壓成型技術(shù)進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究是非常必要的。 1 4 聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線的發(fā)展 聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線最初在國(guó)外研制成功。2 0 0 1 年大連舒心科技 建材有限公司從德國(guó)引進(jìn)該生產(chǎn)線，并開(kāi)始生產(chǎn)產(chǎn)品。聚氨酯泡沫門憑 借強(qiáng)大的功能( 安全、保溫、隔音、節(jié)能等) 和漂亮的外觀，迅速被廣 泛用于車庫(kù)門、民用門窗、商用門窗及工業(yè)廠房門。此后，國(guó)內(nèi)一些廠 家：宜興市晨陽(yáng)冶金材料有限公司、江蘇無(wú)錫市華中冷彎?rùn)C(jī)械設(shè)備有限 公司、任丘市順合門業(yè)設(shè)備廠等開(kāi)始研制該生產(chǎn)線，但都不太成功，還 有一些難題( 跑偏、發(fā)泡機(jī)混合頭堵塞等) 尚未解決。下面是宜興市晨 陽(yáng)冶金材料有限公司、江蘇無(wú)錫市華中冷彎?rùn)C(jī)械設(shè)備有限公司和任丘市 順合門業(yè)設(shè)備廠開(kāi)發(fā)的設(shè)備照片。從照片可以清楚地看出：三公司研制 的設(shè)備存在一共同點(diǎn)金屬板料單側(cè)成型，門片平著出來(lái)。單側(cè)成型 方式存在以下不足：板料成型過(guò)程中受力不平衡，板料在成型過(guò)程中容 、；： 第l 章緒論 易跑偏；板料需旋轉(zhuǎn)1 8 0 。，輔助成型輥多，整條生產(chǎn)線較長(zhǎng)，浪費(fèi)資源； 門片平著出來(lái)，增加了聚氨酯發(fā)泡劑的注入的難度。武漢工程大學(xué)于 2 0 0 4 年開(kāi)始研制此生產(chǎn)線，在分析他人設(shè)備不足的基礎(chǔ)上，提出了雙側(cè) 成型的方式，先后已為鄭州通寶門業(yè)有限公司、江陰貝特門業(yè)有限公司、 漳州杰龍機(jī)電有限公司成功開(kāi)發(fā)了4 套不同型號(hào)的聚氨酯泡沫門片生產(chǎn) 線，形成了系列產(chǎn)品。 圖1 1 宜興市晨陽(yáng)冶金材料有限公司設(shè)備圖 圖1 2 江蘇無(wú)錫市華中冷彎?rùn)C(jī)械設(shè)備 有限公司設(shè)備圖 1 5 關(guān)鍵技術(shù)分析 圖1 3 任丘市順合門業(yè)設(shè)備廠 設(shè)備圖 ( 1 ) 成型方式 成型方式的選擇與門片的截面形狀密切相關(guān)，它直接關(guān)系門片質(zhì)量 的好壞。宜興市晨陽(yáng)冶金材料有限公司、江蘇無(wú)錫市華中冷彎?rùn)C(jī)械設(shè)備 有限公司、任丘市順合門業(yè)設(shè)備廠等開(kāi)發(fā)聚氨酯泡沫門生產(chǎn)線失敗的一 武漢工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 個(gè)很重要的原因就是成型方式不合理。本文在分析總結(jié)他人失敗經(jīng)驗(yàn)的 基礎(chǔ)上，提出雙側(cè)成型方式。 ( 2 ) 回彈 回彈是板料彎曲成型時(shí)常見(jiàn)的現(xiàn)象，相對(duì)彎曲半徑大的情況下尤為 明顯。回彈使產(chǎn)品的形狀與要求的不一致，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。自上個(gè) 世紀(jì)初以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)塑性彎曲成型回彈問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究， 研究方法包括理論解析法、數(shù)值模擬法、實(shí)驗(yàn)研究法等瞰】。本文將先根 據(jù)回彈量的計(jì)算公式進(jìn)行輥輪設(shè)計(jì)，然后再結(jié)合試驗(yàn)，確定軋輥的最終 尺寸。 ( 3 ) 起皺 起皺是薄板成型過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷。本文擬采用專業(yè)材料成型有限 元分析模擬軟件d y n a f o i t m ，研究成型角度對(duì)輥壓成型起皺的影響， 為軋輥的設(shè)計(jì)及成型工藝的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。到目前為止，作者還未 曾見(jiàn)過(guò)采用有限元分析軟件d y n a f o r m 研究輥壓成型起皺影響因素 的文章。 ( 4 ) 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的成型 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型時(shí)，板料往往會(huì)因受力不平衡而跑偏。所以設(shè)計(jì)門 片孔型時(shí)，必須考慮不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱度和變形特點(diǎn)。本文擬從力學(xué) 的角度出發(fā)，對(duì)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)大小邊彎曲角的關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。 ( 5 ) 聚氨酯發(fā)泡機(jī)混合器 聚氨酯發(fā)泡機(jī)混合器作為聚氨酯發(fā)泡機(jī)的核心部件，其混合方式、 結(jié)構(gòu)尺寸及混合器內(nèi)物料的流場(chǎng)，將直接影響物料的混合效果和發(fā)泡質(zhì) 量。其技術(shù)難點(diǎn)為物料混合不均勻、混合頭堵塞等。目前，用于聚氨酯 泡沫門片的發(fā)泡機(jī)混合器在我國(guó)尚屬空白。該難題將通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)、材料的選擇、發(fā)泡料的選擇及反應(yīng)條件的控制來(lái)解決。 ( 6 ) 自動(dòng)切斷裝置 第l 章緒論 自動(dòng)切斷裝置用于實(shí)現(xiàn)門片的自動(dòng)跟蹤、定尺切斷。此難題可通過(guò) 在市面上購(gòu)買的設(shè)備的基礎(chǔ)上，再根據(jù)聚氨酯泡沫生產(chǎn)線的具體要求， 重新加工制造來(lái)解決。 ( 7 ) 聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線試驗(yàn) 聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線作為一個(gè)產(chǎn)品，必須接受實(shí)踐的檢驗(yàn)。試驗(yàn) 是產(chǎn)品投入實(shí)際生產(chǎn)的前提，也為以后的設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。 其中成型方式的確定、回彈量的計(jì)算、成型角度對(duì)起皺的影響、不 對(duì)稱結(jié)構(gòu)大小邊成型角度的確定及聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線的調(diào)試試驗(yàn) 是本論文的研究?jī)?nèi)容。 1 6 難點(diǎn)分析 本文研究的聚氨酯泡沫門片成型機(jī)用于成型門片型腔，其技術(shù)難點(diǎn) 包括： ( 1 ) 門片成型工藝及孔型設(shè)計(jì) 盡管輥壓成型產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用已有百余年的歷史，產(chǎn)量和工藝都 達(dá)到了一定的水平，但由于其成型過(guò)程和受力狀態(tài)非常復(fù)雜，仍然被稱 為一門“未掌握的藝術(shù)”。目前，國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)工作以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主， 缺乏完善的成型理論作指導(dǎo)。試驗(yàn)前，常常無(wú)法判斷金屬變形是否合理， 輥輪設(shè)計(jì)是否合理。另外，滾壓成型工藝還存在一些忌區(qū)【l2 】：彎邊太 短，工件的起翹成形面窄，板料在很大力的作用下才能彎曲至目標(biāo)位置， 成型較困難；彎陸的平面過(guò)寬，平面段易形成畸形邊( 所謂的“荷葉 邊”) ；彎曲半徑過(guò)大，材料不易進(jìn)入屈服成形狀態(tài)，回彈量較大， 產(chǎn)品尺寸往往與輥輪尺寸不一致；孔與槽接近彎曲部位，板料彎曲成 型時(shí)，孔與槽極易變形；回字形彎曲，板料翻轉(zhuǎn)角度很大，成型空間 小，成型較困難；彎曲窄槽過(guò)深，輥輪很薄，強(qiáng)度難以保證等。弄清 輥壓成型的基本理論，合理設(shè)計(jì)成型工藝是輥壓成型設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的主 要理論難題。 武漢l ，程大學(xué)碩： ：學(xué)位論文 k 一 。，v 巴擴(kuò) 圖1 4 輥壓成型工藝忌區(qū) ( a ) 成形邊太窄( b ) 邊緣太寬( c ) 彎曲半徑過(guò)大 ( d ) 孔、輥花離成形線太近 ( e ) 回字形彎曲( f ) 深窄槽 圖1 5 產(chǎn)品斷面形狀 本課題研制的聚氨酯泡沫門片的截面形狀及部分尺寸如圖1 5 所 示。從圖1 5 可以看出門片的截面形狀比較復(fù)雜，屬異形件成型。經(jīng)分 析可知，其難點(diǎn)主要表現(xiàn)為： 聚氨酯泡沫門片存在兩個(gè)大圓弧的成型，圓弧半徑分別為 r 1 6 0 m m 和r 9 0 m m ，板料厚度為o 4 m m 。相對(duì)彎曲半徑非常大，成型 過(guò)程中，材料不易達(dá)到屈服狀態(tài)，回彈量大。本文擬通過(guò)減小輥輪半徑 補(bǔ)償回彈。 門片兩邊均需翻轉(zhuǎn)9 0 0 ，成型高度達(dá)7 7 m m ，各變形點(diǎn)離基準(zhǔn)直 線很遠(yuǎn)，成型過(guò)程中容易傷油漆。本文擬通過(guò)自由彎曲成型和側(cè)面成型 來(lái)解決。 左右鉤彎邊短，成型空間小，板料在很大力的作用下才能彎曲至 第1 章緒論 預(yù)期的位置，而這力可能超過(guò)油漆的附著力，導(dǎo)致門片表面被劃傷；門 片屬空心結(jié)構(gòu)，剛度小，易失穩(wěn)；成型空間小，輥輪布置較困難。本文 擬通過(guò)斜輥和動(dòng)定組合輥來(lái)解決。 門片存在不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，板料在成型過(guò)程中容易跑偏，影響門片的 外形和尺寸的精確度。本文擬通過(guò)合理確定不對(duì)稱結(jié)構(gòu)大小邊的成型角 來(lái)解決。 聚氨酯泡沫門片的成型難點(diǎn)占了輥壓成型忌區(qū)中的4 點(diǎn)，可見(jiàn)其成 型難度系數(shù)很高。 ( 2 ) 聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線的安裝調(diào)試。 輥壓成型是金屬帶材經(jīng)過(guò)順序多架輥式成型機(jī)，逐漸彎曲加工而得 到所需的幾何斷面型材的加工過(guò)程。成型輥輪數(shù)量多，而且互相約束， 影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素眾多。雖然，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者和一些研究機(jī)構(gòu)對(duì)輥壓 生產(chǎn)線在調(diào)試過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案多有提及，但都是泛泛而 談，針對(duì)性不強(qiáng)。另外，由于輥壓成型件的品種繁多，所以輥壓成型線 調(diào)試的隨機(jī)性很大，往往只能依靠調(diào)試人員的工作經(jīng)驗(yàn)和大量的高成本 的成形試驗(yàn)來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的合理性加以佐證?？梢?jiàn)，安裝調(diào)試是開(kāi)發(fā)聚氨酯 泡沫門片生產(chǎn)線的另一個(gè)難點(diǎn)。 1 7 本文的研究?jī)?nèi)容 針對(duì)聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線面臨的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)難點(diǎn)，本文的主 要研究?jī)?nèi)容如下： ( 1 ) 針對(duì)聚氨酯泡沫門片的截面形狀，參考前人的設(shè)計(jì)理論和經(jīng) 驗(yàn)，確定聚氨酯泡沫門片的成型方案。 ( 2 ) 對(duì)聚氨酯泡沫門片輥壓成型機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及門片成型難點(diǎn)一 一大圓弧成型、大角度翻轉(zhuǎn)、不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型、上下鉤彎曲及成型角度 對(duì)起皺的影響進(jìn)行研究。 ( 3 ) 在綜合考慮輥壓成型理論、聚氨酯泡沫門片截面形狀及成型 武漢【一程大學(xué)碩十學(xué)位論文 難點(diǎn)的基礎(chǔ)上確定門片的成型工藝方案，并進(jìn)行輥輪設(shè)計(jì)。 ( 4 ) 對(duì)研制的聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線進(jìn)行成型試驗(yàn)和穩(wěn)定性試驗(yàn) 研究，驗(yàn)證聚氨酯泡沫門片成型工藝、孔型設(shè)計(jì)及輥輪設(shè)計(jì)的合理性。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題，分析原因，改進(jìn)軋輥，以提高生產(chǎn)線的工作 性能，為該技術(shù)在工程中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)積累。 第2 章關(guān)鍵技術(shù)及成型難點(diǎn)研究 第2 章關(guān)鍵技術(shù)及成型難點(diǎn)研究 本文研究的聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)及成型難點(diǎn)大 圓弧成型、大角度翻轉(zhuǎn)、不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型、上下鉤彎曲及起皺在第1 章 進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析介紹，本章將對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析。 2 1 大圓弧彎曲成型 回彈是金屬板料彎曲成型時(shí)常見(jiàn)的現(xiàn)象，相對(duì)彎曲半徑大的時(shí)候尤 為明顯?；貜椀慕Y(jié)果，使得彎曲半徑和彎曲角發(fā)生變化，與模具的尺寸 不一致，達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。 回彈主要是由金屬板料彈性變形引起的。金屬板料彎曲時(shí)，外層受 拉應(yīng)力，內(nèi)層受壓應(yīng)力。彈塑性彎曲時(shí)，這兩種應(yīng)力盡管超過(guò)屈服應(yīng)力 盯。，但實(shí)際上從拉應(yīng)力過(guò)渡到壓應(yīng)力時(shí)，中問(wèn)總會(huì)有一段應(yīng)力小于屈服 應(yīng)力療。的彈性變形區(qū)。由于彈性區(qū)的存在，卸載后成型件必然會(huì)產(chǎn)生回 彈。相對(duì)彎曲半徑較大時(shí)，彈性變形區(qū)占的比例更大，回彈更為明顯。 另外，金屬板料彎曲時(shí)，塑性變形的同時(shí)總會(huì)存在彈性變形。因此，卸 載后總變形中必然有一部分變形發(fā)生回彈。 本論文研究的聚氨酯泡沫門片兩大圓弧中性層的曲率半徑分別為 島= 1 6 0 m m 和島：= 9 0 m m ，板料厚度為o 4 m m 。相對(duì)彎曲半徑非常大， 回彈量大。本文將采用模具補(bǔ)償?shù)姆椒ê皖A(yù)先在板料上壓出兩道筋來(lái)保 證門片的幾何精度。 馬扶南在文獻(xiàn)口3 中對(duì)目前常用的回彈量計(jì)算公式進(jìn)行修正，得到 大圓弧彎曲成型回彈量的計(jì)算公式： 臚毒弘。，efl z l j ，一金屬板料厚度，p 一回彈前圓弧中性層曲率半徑，e 一彈性模量，島 一回彈后圓弧中性層曲率半徑，盯。材料的屈服強(qiáng)度 i 。 o 武漢上程人學(xué)碩士學(xué)位論文 聚氨酯泡沫門片兩大圓弧回彈后的中性層的曲率半彳仝分別為 島。= 1 6 0 m m 和島：= 9 0 m m ，金屬板料厚度為f = 0 4 m m ，彈性模量 e = 2 0 6 g p a ，屈服極限以= 2 3 5 m p a ，代入大圓弧成型回彈量計(jì)算公式( 2 1 ) 得： p t2 盤2 i ：j j i ! 墊2 6 。5 州聊 占f 2 0 6 1 0 o 4 曠盎2 矗亟羞巫叫6 8 m 止r 2 0 6 1 0 o 4 n 、見(jiàn)分別為回彈前兩大圓弧中性層曲率半徑 回彈后兩大圓弧圓心角分別為：吼。= 2 7 。，島：= 4 1 7 。，根據(jù)回彈前后 應(yīng)變中性層長(zhǎng)度不變求回彈前兩大圓弧的圓心角。 日b = 風(fēng)l 島， 暑 以：盟l ：些嘗芒：8 0 2 。 口， 4 6 8 ” 粥鉑：j 島= 警= 警7 1 _ 4 0 鼠、院分別為回彈前兩大圓弧圓心角 圖2 1 大圓弧回彈前尺寸 設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)減小輥輪的圓弧半徑和成型大圓弧前在板料上壓 出兩道筋來(lái)補(bǔ)償和減小回彈量，使板料回彈后能與用戶的要求相符。試 驗(yàn)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)回彈后兩大圓弧的尺寸與設(shè)計(jì)要求存在少許差別，可 以通過(guò)改變第9 組輥輪上下輥之間的間隙實(shí)現(xiàn)微調(diào)。 第2 章關(guān)鍵技術(shù)及成型難點(diǎn)研究 2 2 大角度翻轉(zhuǎn) 本課題研究的聚氨酯泡沫門片采用雙側(cè)成型方式成型。板料通過(guò) 5 - 8 組輥輪時(shí)被分為左右兩側(cè)；通過(guò)1 0 1 4 組輥輪時(shí)，左右兩側(cè)板料翻 轉(zhuǎn)9 0 0 ，從水平狀態(tài)變?yōu)榇怪睜顟B(tài)，成型高度7 7 m m 。由于各輥輪的角 速度相同，而各變形點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑不同，所以門片各變形點(diǎn)的線速度不 等。隨成型角度的增加，各變形點(diǎn)的線速度差越來(lái)越大，大到一定程度 時(shí)，門片表面油漆被擦傷；門片右側(cè)彎曲處空間小，成型高度大，對(duì)輥 輪的強(qiáng)度要求較高。本文采用自由彎曲成型方式和側(cè)面成型方式來(lái)解決 此難題，如圖2 2 所示。板料在第1 0 一1 3 組輥輪中僅在彎曲處與上下輥 輪同時(shí)緊密接觸，其它位置僅與下輥輪緊密接觸，板料處于被放松狀態(tài)， 實(shí)現(xiàn)自由彎曲，避免門片表面被劃傷，如圖2 2 ( a ) 所示；第1 3 組輥輪的 下輥立式安裝，實(shí)現(xiàn)側(cè)面輔助成型，減小各變形點(diǎn)的速度差，解決成型 高度大、門片表面易被劃傷的難題，如圖2 2 ( b ) 所示。 函一一 2 3 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型 2 3 1 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)概述 圖2 2 大角度翻轉(zhuǎn) 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型時(shí)，若設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱變形力，從而 導(dǎo)致成型件出現(xiàn)扭曲、側(cè)向彎和長(zhǎng)度方向橫截面形狀尺寸變化等缺陷。 武漢 程大學(xué)碩士學(xué)位論文 所以，設(shè)計(jì)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)不成型工藝時(shí)，必須充分考慮變形金屬的不對(duì)稱 度和變形特點(diǎn)。否則，難以生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。 烏克蘭金屬研究所通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究得出結(jié)論：不對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)扭轉(zhuǎn) 等的影響可用其不對(duì)稱度來(lái)衡量 9 】。不對(duì)稱度用下式表示： 凹= 2 ( a 一6 2 ) ( 6 l + 6 2 )( 2 2 ) 式中6 l 、分別為斷面受彎最大、最小邊的寬度 金屬板料在輥壓成型過(guò)程，受彎單元體從一組輥輪移到另一組輥輪 產(chǎn)生連續(xù)彎曲變形。對(duì)于不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，大邊彎曲需付出大的彎矩，大小 邊所受彎曲力矩不等，金屬板料偏向力矩大的一側(cè)。因此不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成 型時(shí)，在計(jì)算孔型和配輥時(shí)，應(yīng)力求變形軸線兩邊彎矩相等。 2 3 2 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型受力分析 文獻(xiàn) 1 4 提出用以下方法解決不對(duì)稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的偏扭： ( 1 調(diào)節(jié)上下輥間的間隙及導(dǎo)致板料偏扭輥輪組的相對(duì)位置，使不 對(duì)稱結(jié)構(gòu)兩側(cè)所受力矩相等，消除偏扭。 ( 2 ) 在輥輪動(dòng)力輸送段先成型兩個(gè)或更多臺(tái)階，使其有足夠的限位， 克服因變形而左右竄動(dòng)的力。 以上方法對(duì)消除偏扭確實(shí)可行，但存在隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，需要大 量試驗(yàn)才能確定上下輥間的間隙和輥輪的相對(duì)位置，試驗(yàn)費(fèi)用高、設(shè)備 適應(yīng)性差。本文將從力學(xué)的角度來(lái)分析不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型，希望通過(guò)設(shè)計(jì) 來(lái)避免不對(duì)稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的偏扭。 圖2 3 為成型受力圖。大小邊上彎曲力分別為只、只，其方向垂直于 下輥輥面。力只作用于上輥彎曲角處，由于兩邊受力不平衡，所以其方 向尚不能確定。不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型，左右邊力不等，彎矩不平衡，存在扭 矩。為防止成型過(guò)程中板料偏扭，必須使扭矩為零。然而，不對(duì)稱結(jié)構(gòu) 的形狀、大小邊的寬度都已確定，所以最積極的因素就是調(diào)整彎曲角。 r 第2 章關(guān)鍵技術(shù)及成型難點(diǎn)研究 圖2 3 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)受力分析圖 對(duì)無(wú)加工硬化的板料純彎曲，變形區(qū)內(nèi)的切應(yīng)力形成的力矩為： m ：三墮 4 三一成型前板料寬度；r 一板料厚度；盯。板料屈服極限 從內(nèi)外彎矩相等出發(fā)，則可求出e 和只為： 只：三叢 4 島 只：型 。 4 如 厶、上2 一成型前大邊、小邊寬度；6 1 、6 2 一成型后大邊、小邊寬度 根據(jù)垂直方向合力為零可知： 異h + 只r 一只c o s y = 0 則 只：墨! 墨 。 c o s y 根據(jù)水平方向上合力為零可知： 只，一最，+ bs i n ，= o 將( 2 3 ) 代入( 2 4 ) 得： 妒糕= 篙筆嗇 口、口分別為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)大邊、小邊成型角度 ( 2 3 ) ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) 1 。，。，- 一 武漢r 程大學(xué)碩十學(xué)位論文 將( 2 5 ) 代入( 2 3 ) 得： 弓= ( 鼻c o s 口+ bc o s ) 1 + ( 足s i n 一鼻s i n 口) ( 只c o s 口+ 最c o s ) 】2 截面上所有扭矩均相對(duì)作用于截面扭轉(zhuǎn)中心，對(duì)于薄壁型鋼就是斷 面重心，對(duì)于不對(duì)稱結(jié)構(gòu)其重心坐標(biāo)可表示為： t = ( 鮮c o s d 一彰c o s 盧) ， 2 ( 6 l + 6 2 ) 】 y 。= ( 鮮s i n 口一鬈s i n ) 【2 ( 6 l + 島) 】 相對(duì)于重心的扭矩為： ， ，= 只，( 詈阢s i n 口一y 。) + e b ( 詈6 lc o s 口一x 。) 一只，( 詈6 2s i n 一_ y 。) 一只e ( 虧6 ：c o s + t ) + 只。t + 只，兒( 2 6 ) 要想不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型時(shí)不發(fā)生偏扭，須使相對(duì)于截面扭轉(zhuǎn)中心的扭 矩為零，即 m ：o( 2 7 ) 將( 2 7 ) 代入( 2 6 ) 整理得： 。眥。8 厶7 厶。螂 1 從式( 2 - 8 ) 可以得出以下結(jié)論：不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型時(shí)，小邊的彎曲角取 決于變形區(qū)的相對(duì)長(zhǎng)度及大邊的彎曲角度。也就是說(shuō)小邊的彎曲角取決 于不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱度及大邊的彎曲角。但是，公式( 2 8 ) 僅在不對(duì)稱 度較小( 衄o 5 ) 的情況下使用【9 1 。因?yàn)椋粼诓粚?duì)稱度較大的情況下使用 的話，小邊彎曲角就會(huì)很大，有可能出現(xiàn)起皺等缺陷。 彎曲變形時(shí)，截面每一點(diǎn)從一位置移至另一位置，發(fā)生位移，且最 大位移在邊部。對(duì)稱結(jié)構(gòu)邊部水平收縮量相等，不存在偏轉(zhuǎn)扭矩；不對(duì) 稱結(jié)構(gòu)成型時(shí)，若大小邊成型角度相等，邊部水平收縮量就會(huì)不等，偏 轉(zhuǎn)扭矩也不等。所以我們可以根據(jù)邊部水平位移相等，即6 l = 6 ，來(lái)確定 變形角度。 第2 章關(guān)鍵技術(shù)及成型難點(diǎn)研究 圖2 4 水平位移分科r 圖 6 l2 6 2 j 6 i 一6 lc o s 口= 6 2 6 2c o s 所以 = 撤。3 一蚩1 圳8 口) 】( 2 9 ) 從式( 2 9 ) 可以看出：不對(duì)稱結(jié)構(gòu)成型時(shí)，小邊的彎曲角取決于不對(duì) 稱結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱度及大邊的彎曲角。公式( 2 9 ) 在不對(duì)稱度較大( 曲o 5 ) 的情況下使用舊1 。 2 3 3 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)大小邊彎曲角的確定 本小結(jié)將根據(jù)上面的分析，對(duì)聚氨酯泡沫門片中的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行 設(shè)計(jì)。 已知聚氨酯泡沫門片不對(duì)稱結(jié)構(gòu)大邊長(zhǎng)度6 l = 8 3 m m ，小邊長(zhǎng)度 6 ，= 3 4 m m ，根據(jù)公式( 2 2 ) 計(jì)算不對(duì)稱結(jié)構(gòu)不對(duì)稱度： 占= 2 ( 6 i 一6 2 ) ( 6 1 + 6 2 ) = 2 ( 8 3 3 4 ) ，( 8 3 + 3 4 ) = o 8 4 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱度衄= o 8 4 o 5 ，所以根據(jù)式( 2 9 ) 來(lái)確定不對(duì) 稱結(jié)構(gòu)大小邊的成型角度。 注意：利用式( 2 8 ) 和( 2 - 9 ) 確定小邊成型角時(shí)，應(yīng)綜合考慮大邊的成 型次數(shù)和小邊的成型極限。表2 1 “2 1 是彎曲角、輥輪形式、板料厚度間的 關(guān)系。 武漢工程大學(xué)碩十學(xué)位論文 綜合考慮大邊的成型次數(shù)和小邊的成型極限，設(shè)大邊的彎曲角分 別為1 5 。、3 0 。、5 5 。、9 0 。，分別代入式( 2 9 ) 可求得小邊的成型角分別為： 2 3 5 0 、4 7 7 0 、9 2 - 3 0 ，分別取2 5 0 、5 0 0 、9 0 0 。 表2 _ 2 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)大、小邊彎曲角 2 4 上下鉤彎曲 聚氨酯泡沫門片下鉤長(zhǎng)度為5 m m ，上鉤兩段長(zhǎng)度分別為4 m m 和 5 m m ，成型邊長(zhǎng)度短，而且金屬坯料是雙層的。所以，金屬板料彎曲至 預(yù)期的位置需很大的作用力，該力很可能超過(guò)油漆的附著力，導(dǎo)致門片 表面劃傷；聚氨酯泡沫門片是空心結(jié)構(gòu)，成型上下鉤時(shí)，聚氨酯泡沫尚 未固化，剛度小，成型力較大的情況下門片很容易失穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量不能 滿足用戶要求；成型空間小，輥輪布置較困難。 本文最初采用圖2 5 所示的彎曲方式成型上下鉤。上下鉤首先由 2 5 ( a ) 所示的整體式輥輪同時(shí)成型，再由圖2 5 ( b ) 所示的小輥成型。試驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)：上下鉤的長(zhǎng)度不能同時(shí)滿足要求、下鉤與左側(cè)大圓弧的距離時(shí)大 時(shí)小、門片右側(cè)的大圓弧失穩(wěn)，與成型輥輪不能緊密結(jié)合。分析試驗(yàn)現(xiàn) 象，對(duì)成型上下鉤的輥輪進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的輥輪結(jié)構(gòu)如圖2 6 所示。 上下鉤第一次彎曲采用圖2 6 ( a ) 所示的輔助斜輥成型，以解決成型空間 第2 章關(guān)鍵技術(shù)及成型難點(diǎn)研究 小、門片上下鉤油漆易損傷的難題；上鉤第二次彎曲成型空間小，模具 強(qiáng)度難保證，加工困難，為此，采用動(dòng)、定輥輪組合，如圖2 6 ( b ) 所示。 注意試驗(yàn)過(guò)程中輥輪間隙最好比板料的厚度稍大，避免模具被損壞；圖 2 6 ( c ) 所示的小輥用于上下鉤的最后一次成型，下輥在圖2 5 ( b ) 的基礎(chǔ)上 稍加改進(jìn)：肋伸入下鉤與左側(cè)大圓弧之間的空隙，強(qiáng)行使左側(cè)大圓弧與 下鉤之間的距離保持一致。試驗(yàn)證明圖2 6 所示的成型方式及輥輪結(jié)構(gòu) 合理。 甏恭 ( a ) 圖2 5 上下鉤改進(jìn)前彎曲方式 翼可山 圖2 6 上下鉤改進(jìn)后彎曲方式 、 武漢工程大學(xué)碩士學(xué)忙論文 2 5 起皺 2 5 1 起皺機(jī)理分析 起皺是輥壓成型中一種常見(jiàn)的缺陷，要消除起皺首要任務(wù)是弄清起 皺的機(jī)理。起皺主要有兩個(gè)原因，下面具體介紹。 ( 1 ) 輥壓成型中，板料是在旋轉(zhuǎn)軋輥摩擦力的作用下前進(jìn)的，所以 板料在縱向( 板料進(jìn)給方向) 產(chǎn)生拉伸變形，并且邊緣所受拉伸變形最 大。當(dāng)拉伸變形達(dá)到一定值時(shí)，產(chǎn)生拉伸失穩(wěn)，出現(xiàn)邊緣皺紋。力學(xué)分 析如下： 乒 圖2 7 起皺分析圖 成型邊長(zhǎng)為a 的金屬板料經(jīng)相鄰兩組輥輪從妒角彎至妒+ c c 角，邊緣 a b 被拉伸，變?yōu)閍 b l ，如圖2 7 所示。 假設(shè)邊緣a b 是直線，成型邊長(zhǎng)a 不變，則a b 邊的延伸率為： e = ( 4 馬一彳曰) 爿口= ( 厶一三) 三 f 2 1 0 1 l ?？梢杂媒馕鰩缀畏椒ㄇ蟪觯?厶：厄麗五了百可 ( 2 _ 1 1 ) a 點(diǎn)坐標(biāo)： b 。點(diǎn)坐標(biāo)： x = 口c o s 礦 y = z = 口s 訪妒 _ = 口c o s ( 妒+ 口)m = o 毛= d s i n ( 妒+ 口) 2 2 ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) 整理得： 厶：扛瓦幣= ；而 ( 2 _ 1 5 ) l = 上2 + 2 日。( 1 一c o s 口) 、7 將( 2 1 5 ) 式帶入( 2 1 0 ) 式求得邊緣延伸率值為： s = ( r + 2 d 2 ( 1 一c 。s 口) 一三) 7 三 ( 2 1 6 ) 每一種材料都有其允許的最大延伸率，實(shí)際延伸率大于允許的最大 延伸率時(shí)，金屬板料就會(huì)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。從式( 2 1 6 ) 可以看出：金屬板 料的實(shí)際延伸率與相鄰兩組輥輪問(wèn)的距離l 、成型角度口以及臂長(zhǎng)口有 關(guān)。也可以利用式( 2 1 6 ) 來(lái)驗(yàn)算設(shè)計(jì)的合理性。 ( 2 ) 板料在彎曲過(guò)程中，外側(cè)受橫向拉伸應(yīng)力，產(chǎn)生橫向拉伸應(yīng)變， 而厚度方向的應(yīng)變相對(duì)較小，根據(jù)泊松關(guān)系，必然會(huì)在變形比較集中的 部位沿縱向出現(xiàn)收縮變形?？v向收縮的部分對(duì)中部的板施加壓應(yīng)力，當(dāng) 壓力達(dá)到一定的值時(shí)，產(chǎn)生壓縮失穩(wěn)，出現(xiàn)皺紋。 2 5 2 成型角對(duì)起皺的影響 起皺是金屬板料成型中常見(jiàn)的缺陷。其影響因素很多，如：成型角 度、金屬板料厚度、成型邊寬度、材料屬性等。然而，產(chǎn)品一旦確定， 板料厚度、成型邊寬度、材料屬性等都已大致確定，最積極的因素就是 調(diào)整成型角度。該缺陷一旦產(chǎn)生，就會(huì)殘留在產(chǎn)品上，影響產(chǎn)品的表面 質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。因此，研究成型角度對(duì)防止和消除 皺紋，獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品至關(guān)重要。本文針對(duì)聚氨酯泡沫門片生產(chǎn)線在 調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)皺紋的位置，采用有限元分析軟件d 町a(chǎn) f o r m 研究了 成型角度對(duì)起皺的影響，為輥壓成型工藝的確定和優(yōu)化提供了可靠的理 論依據(jù)。 武漢工程人學(xué)碩士學(xué)位論文 2 5 2 1d y n a f 0 洲軟件的介紹 d 町a(chǎn) f o 則是由美國(guó)e t a 公司和l s t c 公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的用于金屬 板料成形過(guò)程仿真模擬的專用軟件，不但具有良好的易用性，而且包括 大量的智能化自動(dòng)工具，可方便地求解各類板料成形問(wèn)題。作為一款專 用的板料成型軟件，d q a f o r m 可以較好地預(yù)測(cè)成形過(guò)程中板料的破 裂、起皺、減薄、劃痕、回彈，評(píng)估板料的成形性能，為板料成形工藝 及模具設(shè)計(jì)提供幫助，幫助模具設(shè)計(jì)人員顯著減少模具開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間及 試模周期。它集成了d y n a f o i 蝴本身功能強(qiáng)大的前處理功能和 e t a p o s t 后處理軟件以及l(fā) s t c 公司開(kāi)發(fā)的有限元?jiǎng)恿︼@式求解器9 6 0 和9 7 0 ?？梢赃\(yùn)行于各種操作系統(tǒng)上。 目前，e t a d 町a(chǎn) f o r m 已在世界各大汽車、航空、鋼鐵公司，以 及眾多的大學(xué)和科研單位得到了廣泛的應(yīng)用，自進(jìn)入中國(guó)以來(lái)， d y n a f o r m 已在長(zhǎng)安汽車、南京汽車、上海寶鋼、中國(guó)一汽、上海匯 眾汽車公司、洛陽(yáng)一拖等知名企業(yè)得到成功應(yīng)用。 該軟件具有以下特色： ( 1 ) 集成操作環(huán)境，無(wú)需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，完備的前后處理功能，實(shí)現(xiàn) 無(wú)文本編輯操作，所有操作在同一界面下進(jìn)行。 ( 2 ) 求解器：采用業(yè)界著名、功能最強(qiáng)的l s d 、j a ，是動(dòng)態(tài)非線 性顯示分析技術(shù)的創(chuàng)始