Já alguma vez se perguntou como é que uma máquina de dobrar chapa de quatro rolos consegue curvas tão precisas? Este artigo explora o cálculo das mudanças de posição dos rolos laterais, orientado por um engenheiro mecânico experiente. Descubra os princípios e técnicas fundamentais que tornam possível esta maravilha da maquinaria.
De acordo com o princípio de arredondamento de três pontos, a máquina de dobragem de chapa utiliza o movimento rotativo e a mudança de posição relativa do rolo de trabalho para conseguir uma dobragem elástica-plástica contínua. Isto resulta na dobragem de chapas metálicas em formas pré-determinadas, tais como cilindros e arcos, bem como peças de trabalho de precisão.
A máquina dobradeira de chapa é amplamente utilizada em várias indústrias, incluindo fabricação de caldeiras, construção naval, petroquímica, estrutura metálica e máquinas formadoras de chapa metálica.
Com base no número de rolos, a máquina de dobrar chapa pode ser classificada em dois rolos, três rolos e quatro rolos, cada um com as suas características únicas.
Em comparação com o tipo tradicional de dois rolos, a máquina de dobragem de chapa de quatro rolos tem várias vantagens, incluindo uma centragem mais fácil, uma borda reta residual mais pequena, maior precisão no endireitamento do círculo e maior eficiência de produção.
Além disso, a máquina de dobragem de chapa de quatro rolos é capaz de efetuar o preplex da extremidade da chapa e o rolamento da peça de trabalho sem a necessidade de torneamento, o que a torna cada vez mais importante na chapa metálica formando.
A máquina é composta por um rolo superior, um rolo inferior e dois rolos laterais à frente e atrás. O rolo superior roda numa posição fixa enquanto o chapa de aço é alimentado por fricção. O fixaçãoO processo de laminagem da chapa de aço é controlado através do ajuste da posição do rolo inferior e dos dois rolos laterais.
Para melhorar a precisão de laminagem da chapa de aço, é crucial estudar as posições exactas do rolo inferior e dos dois rolos laterais. Atualmente, o controlo da posição destes componentes é determinado pelo operador através de ajustes repetidos com base na experiência, e a precisão da laminagem é monitorizada através da comparação contínua e da verificação de modelos, o que resulta numa baixa precisão e eficiência.
Este artigo propõe uma fórmula de cálculo para o dorso da mola raio de curvatura com base na teoria da recuperação elástica, e estuda os requisitos de posição do rolo inferior e dos dois rolos laterais no processo de laminagem de chapas de aço. É estabelecido um modelo matemático para o cálculo das posições destes componentes durante o alinhamento, o preplex e a dobragem.
O estudo determina com precisão a deslocação do cilindro inferior e dos cilindros laterais dianteiro e traseiro durante a laminagem da chapa de aço, fornecendo dados de alimentação precisos para o controlo digital. Os resultados deste método, verificados através da prática de produção, mostram consistência com as aplicações práticas, levando a uma maior precisão e eficiência da laminagem.
A máquina de dobrar chapa de quatro rolos é composta por vários componentes principais, incluindo o dispositivo de rolo superior, dispositivo de rolo inferior, dispositivo de rolo lateral, dispositivo de viragem, cremalheira baixa, base, cremalheira alta e estação de bomba hidráulica.
O rolo superior serve de rolo de acionamento e é rodado por um servomotor através de um dispositivo de transmissão, sendo a sua posição fixa. O rolo inferior e o rolo lateral são rolos de tração, cuja rotação é accionada por fricção com a chapa de aço.
O rolo inferior é fixado no seu assento de rolamento, que pode mover-se verticalmente numa ranhura de guia deslizante na estrutura para acomodar diferentes espessuras de chapa. Os rolos laterais são instalados nos assentos de rolamento dos rolos laterais.
Para formar o raio de curvatura desejado do cilindro, o assento do rolamento do rolo lateral move-se para cima e para baixo numa direção inclinada dentro da ranhura da guia deslizante, com um certo ângulo em relação à direção vertical.
A viragem e a reposição do rolo inferior, do rolo lateral e do rolo superior são controladas por um cilindro hidráulico. A estrutura geral do equipamento está representada na Figura 1.
Fig. 1 Estrutura da máquina de dobragem de chapas de quatro rolos
O processo de laminagem de chapas de aço consiste normalmente em seis etapas, incluindo a preparação, a alimentação, a pré-curvatura, a pré-curvatura do outro lado, a laminagem e a correção do arco. Este processo é ilustrado na Figura 2.
Fig. 2 Processo tecnológico da máquina de dobragem de chapas de quatro rolos
1.2.1 Preparação e alimentação
O rolo inferior é levantado para uma posição em que a distância entre a linha geradora superior e a linha geradora inferior do rolo superior é ligeiramente superior à espessura da peça de trabalho.
O rolo lateral traseiro é levantado para uma posição em que a geratriz superior e a geratriz superior do rolo inferior se encontram no mesmo plano horizontal e, em seguida, o rolo lateral dianteiro é levantado para uma posição em que a sua linha central se situa entre os rolos superior e inferior (como se mostra na Figura 2a).
A peça de trabalho é alimentada horizontalmente entre os rolos superior e inferior, com a extremidade frontal a pressionar contra o rolo frontal. O rolo inferior é então levantado para fixar a chapa de aço (como mostra a Figura 2b).
Com estes passos concluídos, o processo de preparação e alimentação está terminado.
1.2.2 Pré-dobragem
O rolo do lado da frente é devolvido à sua posição original e o rolo do lado de trás é levantado até à altura do processo para a curvatura de pré-curvatura da placa de aço (como mostrado na Figura 2c).
O rolo superior roda no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio para fazer avançar a chapa de aço. Quando a extremidade da placa de aço atinge metade da distância entre os dois rolos, deve ser medida para garantir que atinge a curvatura necessária.
O processo para pregar a outra extremidade é semelhante ao que foi descrito acima.
1.2.3 Dobragem por rolos
O rolo lateral dianteiro é levantado até à altura do processo para a curvatura necessária, enquanto o rolo lateral traseiro é baixado de modo a que ambos os rolos laterais dianteiro e traseiro estejam ao mesmo nível.
O rolo superior roda no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio para impulsionar o movimento da chapa de aço para a frente, provocando a sua curvatura. Ao mesmo tempo, a curvatura da placa de aço saliente é medida utilizando um gabarito e a altura do processo é ajustada conforme necessário para alcançar o radiano desejado (como mostrado na Figura 2d).
O processo de correção do arco é semelhante ao processo de rolagem processo de dobragem.
Atualmente, a maioria das bobinas é produzida por laminagem a frio. O fenómeno do retorno elástico é bastante pronunciado neste processo, pelo que é necessária uma quantidade adequada de sobrebobinagem para o compensar.
Normalmente, o raio de retorno elástico deve ser inferior ao raio desejado das peças (pré-raio de curvatura).
Com base na mecânica elástico-plástica, o retorno elástico em processamento de chapas metálicas é influenciado por factores como o módulo de elasticidade, o módulo de elasticidade reforçado, o limite de elasticidade, o raio de pré-enrolamento e a espessura da chapa.
Através de uma derivação teórica, a fórmula de cálculo do raio de curvatura antes da recuperação pode ser determinada da seguinte forma
Na fórmula:
A análise do laminagem de chapas de aço revela que a posição do rolo superior permanece inalterada durante a laminagem e que esta é efectuada principalmente através do movimento vertical do rolo inferior e da alimentação angular dos dois rolos laterais.
Por conseguinte, a laminagem precisa da chapa de aço pode ser conseguida através do controlo preciso da posição de cada rolo durante o processo.
O que se segue centra-se na modelação matemática e no cálculo das posições do processo do rolo inferior e dos rolos laterais durante os principais processos, como o movimento para a frente, a pré-dobragem e o enrolamento.
O cálculo tem em conta factores como os parâmetros geométricos da máquina de laminagem, o material e a espessura da chapa de aço laminada e o raio de laminagem.
Os símbolos seguintes são normalmente utilizados para derivar a fórmula de deslocamento para o rolo traseiro e para ambos os lados da máquina de dobragem de chapas:
Durante o processo de alinhamento da máquina de dobragem de chapas, conforme ilustrado na Figura 2, o rolo inferior e os dois rolos laterais sofrem um deslocamento correspondente. A posição do processo de cada rolo durante o alinhamento está representada na Figura 3.
Fig. 3 Posição do processo dos rolos de alinhamento
A deslocação dos dois rolos laterais e do rolo inferior pode ser calculada com base na relação geométrica, como se segue:
Durante o processo de pré-dobragem da máquina de dobragem, como se mostra na Figura 2, o rolo inferior e os rolos dianteiro e traseiro sofrem o deslocamento correspondente.
Para cumprir os requisitos do processo de pré-curvatura, a posição do processo de cada rolo durante a pré-curvatura esquerda é apresentada na Figura 4. Durante a pré-curvatura direita, as posições dos rolos dianteiro e traseiro são simplesmente trocadas, enquanto a posição do rolo inferior permanece inalterada.
O valor do parâmetro geométrico B pode ser calculado utilizando a fórmula de cálculo para a máquina de dobrar chapa de três rolos assimétrica. Neste artigo, B é considerado igual a 2t.
Fig. 4 Posição do processo de cada rolo durante a pré-dobragem
Suponhamos que "O" é o centro de curvatura antes do retorno elástico, "y" representa o ângulo entre o centro superior do rolo e a linha de centro de curvatura "OO1" e o ângulo entre o centro de rolamento inferior e a linha de centro de curvatura "OO2.”
O ângulo "φ" representa o ângulo entre a linha "O1O2" entre o centro de rolamento superior e o centro de rolamento inferior, e a linha entre o centro de rolamento superior e o centro de flexão.
O ângulo "θ" representa o ângulo entre a reta "AO3" entre o centro da máquina de dobragem e o centro do rolo lateral, e a linha "OO3" entre o centro do rolo lateral e o centro de dobragem.
Com base nestas relações geométricas, pode tirar-se a seguinte conclusão:
Na fórmula, o parâmetro geométrico B é o valor do centro do rolo inferior O2 para OO1que pode ser calculado de acordo com a fórmula da máquina de dobragem de chapas de três rolos assimétrica.
Neste artigo, B = 2t, e os outros parâmetros são os mesmos que os anteriores.
Suponha que F é a intersecção de OO2 e AO3e β é o ângulo entre F e a linha média dos rolos superior e inferior.
Em △ AFO2, de acordo com o teorema do seno:
Assim:
Do mesmo modo, em △ AFO2:
Assim:
Em △ AFO2:
Assim:
Isto é:
Por conseguinte, a deslocação entre os dois rolos laterais e o rolo inferior é:
Quando o lado direito está em pré-flexão, Y1 permanece inalterado, Y2 e Y3 podem ser trocados.
No processo de quinagem contínua da máquina de quinagem de chapa representada na Figura 2, os dois rolos laterais estão posicionados simetricamente, e o rolo inferior e os rolos laterais dianteiro e traseiro têm deslocamentos correspondentes.
Para cumprir os requisitos do processo de quinagem contínua, a posição de cada rolo durante o processo é apresentada na Figura 5.
Fig. 5 Posição do processo de cada rolo durante a dobragem contínua
De acordo com a relação geométrica, em △OAO3, a partir do teorema do seno:
Assim:
Suponhamos que O é o centro de curvatura antes do retorno elástico, λ é o ângulo entre OO2 e OO3, então:
Em △OAO3：
Assim:
Se Y1 permanece inalterado, Y2=Y3=L3-AO3O deslocamento dos rolos de ambos os lados e do rolo inferior é:
Foi efectuado um estudo experimental com uma placa W1220 x 2500 máquina laminadoracom uma placa de 10 mm de espessura de material Q235 e um raio de rolamento de 700 mm.
Os resultados da experiência mostraram que existia um erro absoluto de 4,8 mm entre o raio do círculo real e o raio do círculo necessário, resultando num erro relativo de 0,68%. Com base nestes resultados, foi determinado que a correção era suficiente para cumprir os requisitos de precisão.
Ao analisar os dados de teste de várias tentativas de ajustar o raio de retorno elástico, verificou-se que a principal causa de erro era o pressuposto de que a placa estava a sofrer uma flexão pura durante o cálculo do raio de retorno elástico, não tendo em conta o impacto da força de extrusão e do atrito.
No entanto, a análise técnica mostrou que o cálculo da deslocação era exato e cumpria os requisitos do processo.
Este artigo apresenta uma análise do processo de laminação de uma máquina de quatro rolos máquina de laminagem de chapas. Combinando a fórmula de cálculo do raio de retorno elástico com métodos matemáticos e mecânicos, o artigo analisa a posição de cada rolo durante o processo de trabalho da máquina.
Os resultados do cálculo foram testados numa máquina de dobragem de chapas de quatro rolos.
Os resultados da experiência mostraram que este método pode reduzir significativamente o número de ensaios e melhorar a precisão e a eficiência do processo de laminagem.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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