Já se interrogou como é que folhas de metal maciças se transformam em formas cilíndricas precisas? Este artigo revela a mecânica fascinante por detrás das máquinas de dobrar chapas de quatro rolos, explorando a sua estrutura, os princípios de funcionamento e os cálculos críticos para a seleção da potência do motor. Prepare-se para mergulhar nas maravilhas da engenharia que alimentam indústrias como a construção naval e o petróleo!
Uma máquina de laminagem de chapas é um equipamento de conformação universal que enrola chapas metálicas em formas cilíndricas, em arco e outras formas gerais.
É amplamente utilizado em indústrias como as caldeiras, a construção naval, o petróleo, os produtos químicos, as estruturas metálicas e o fabrico mecânico.
A máquina de dobrar chapa de quatro rolos é conhecida pelo seu alinhamento central conveniente, pequena quantidade de excedente de borda reta, alta precisão na correção de arredondamento e eficiência, pois pode completar a pré-dobra e a formação da peça de trabalho em um único processo de laminação sem a necessidade de mudar a extremidade da chapa.
Está a tornar-se cada vez mais importante na folha conformação de metais.
As condições de força de flexão do rolo durante o funcionamento da máquina de dobragem de chapa de quatro rolos são complexas e envolvem uma carga significativa, exigindo peças de suporte fortes e rígidas.
Assim, a conceção precisa e fiável do rolos de chapa é essencial.
Para começar, é necessário determinar os parâmetros de força da máquina de dobragem de rolos, tais como a pressão no rolo, o binário de dobragem e a potência accionada pelo motor.
A análise de carga do máquina laminadora podem servir de dados de referência para a conceção dos rolos de chapa.
O cálculo da potência motriz principal da placa dobragem de rolos é crucial na escolha do motor principal.
A potência do motor deve ser selecionada cuidadosamente, uma vez que um motor demasiado pequeno será sobrecarregado durante longos períodos e danificado devido ao calor do isolamento, enquanto um motor demasiado grande não utilizará totalmente a sua potência de saída e desperdiçará eletricidade.
Por conseguinte, a realização de uma análise de carga e a melhoria do cálculo da potência accionada da máquina de dobragem de chapas de quatro rolos tem valor prático na escolha de um motor adequado.
Neste post, não só introduzimos a estrutura básica e o princípio de funcionamento da máquina dobradeira de chapa de quatro rolos, mas também analisamos as suas capacidades de força, e fornecemos a fórmula de cálculo para a potência principal da máquina dobradeira de quatro rolos.
A máquina de laminagem funciona com base no princípio da formação de três pontos, utilizando a mudança de posição relativa e o movimento de rotação do rolo de trabalho para produzir uma dobragem elastoplástica contínua e alcançar a forma e a precisão desejadas da peça de trabalho.
A estrutura da máquina de dobrar chapa de quatro rolos é mostrada na Figura 1 e é composta por várias partes, incluindo um quadro baixo, dispositivo de viragem, rolo superior, rolo inferior, dois rolos laterais, quadro alto, viga de ligação, base, dispositivo de equilíbrio, dispositivo de transmissão, sistema elétrico e sistema hidráulico.
O rolo de trabalho da máquina de placas de quatro rolos é composto por quatro rolos: um rolo superior, um rolo inferior e dois rolos laterais.
O rolo superior é o principal rolo de acionamento e está incorporado na estrutura alta e baixa através de um corpo de rolamento. A sua posição é fixa, permitindo apenas o movimento de rotação.
O rolo inferior é fixado num pedestal de rolamento, que pode mover-se em linha reta para compensar a espessura do placa dobrada.
Os dois rolos laterais também estão instalados em pedestais de rolamentos, que podem mover-se para cima e para baixo num determinado ângulo com a direção vertical para atingir o raio de curvatura desejado do cilindro.
Fig.1 Estrutura da máquina de dobragem de chapas de quatro rolos
Em geral, rolar um chapa metálica numa peça de trabalho cilíndrica numa máquina de dobragem de quatro rolos consiste em quatro processos, nomeadamente
Durante o funcionamento da máquina de laminagem, a extremidade dianteira da placa é colocada entre os rolos superior e inferior e alinhada com um dos rolos laterais. O rolo inferior é então levantado para pressionar firmemente a placa, e o outro rolo lateral é levantado para aplicar força e dobrar a extremidade da placa de metal.
Para pré-dobrar a outra extremidade da chapa, não é necessário retirá-la da máquina laminadora. Basta deslocar a placa para a outra extremidade da máquina e repetir o processo.
A laminação contínua é conseguida através de uma alimentação única ou múltipla até se atingir o raio de curvatura desejado do cilindro.
Por fim, são efectuadas correcções de circularidade para obter a circularidade e a cilindricidade necessárias.
É possível verificar que a utilização da máquina de dobragem de chapas de quatro rolos permite que a chapa seja colocada na máquina apenas uma vez, obtendo toda a dobragem necessária.
Como se mostra na FIG. 2, a distribuição de tensões da secção da placa ao longo da direção de chapa de aço altura durante a flexão plástica pura linear é mostrada na FIG. 2.
Fig.2 Distribuição de tensões da placa
A relação funcional da tensão verdadeira pode ser expressa da seguinte forma:
Na fórmula acima:
Na fórmula acima:
O momento fletor na secção transversal Ｍ é:
Colocando a fórmula （１）e（２）em（４）, obtemos:
Na fórmula acima:ｂ- A largura máxima da chapa de aço laminada.
Momento fletor de deformação inicial Ｍ０ é:
As características estruturais dos quatro rolos permitem duas disposições diferentes: uma disposição simétrica e uma disposição assimétrica.
Por conseguinte, é necessária uma análise separada da força da máquina de quatro rolos.
2.2.1 Os rolos estão dispostos de forma simétrica
A força da placa de aço é apresentada na FIG. 3.
Fig.3 Efeito da força sob o rolo disposto simetricamente
De acordo com o equilíbrio de forças, é possível obter a força de cada rolo de trabalho sobre a placa de aço:
Na fórmula acima:
O valor de α0 pode ser determinada pela seguinte fórmula, de acordo com a relação geométrica:
Na fórmula acima:
2.2.2 Os rolos estão dispostos de forma assimétrica
A força da placa de aço é mostrada na FIG. 4 quando o rolo está disposto assimetricamente.
De acordo com o equilíbrio de forças, é possível obter a força de cada rolo de trabalho sobre a placa de aço:
Na fórmula acima:
O valor de α, β pode ser determinado pela seguinte fórmula, de acordo com a relação geométrica:
Na fórmula acima:
Na fórmula: A1 = Asinγ/sin(γ - φ)
O rolo superior da máquina de dobragem de quatro rolos é um rolo acionado e o binário total de acionamento que actua sobre ele é a soma do binário consumido pela deformação e pelo atrito.
O binário de atrito inclui a resistência ao atrito consumida no rolamento do rolo do veio na placa de flexão e o binário consumido pelo atrito do rolamento.
O binário consumido na deformação pode ser determinado pelo trabalho realizado pelo força de flexão e a força externa sobre o rolo superior.
Na fórmula:
Igualando a fórmula (17) à fórmula (18), obtém-se o binário consumido na deformação:
O binário para vencer o atrito pode ser determinado pelas fórmulas (19) e (20).
Binário de atrito do rolo do veio na disposição simétrica:
Binário de atrito do rolo do veio na disposição assimétrica:
Na fórmula acima:
O binário total de acionamento do rolo superior é:
A fórmula de cálculo da potência motriz é a seguinte
Na fórmula:
De acordo com as condições reais de aplicação da máquina de dobrar chapa de quatro rolos, a potência de acionamento do rolo de acionamento é calculada durante o processo de pré-dobragem e de laminagem, e a potência de acionamento do sistema de acionamento principal é o valor mais elevado no resultado do cálculo:
Na fórmula acima:
O valor calculado Pq da potência motriz pode ser utilizado como base para selecionar a potência do motor principal.
(1) Com base nas características estruturais e no princípio de funcionamento da máquina de dobrar chapa de quatro rolos, analisa-se a força do rolo de trabalho e obtém-se a fórmula para calcular o rolo de trabalho em diferentes disposições.
(2) Analisando o momento fletor de deformação máxima e a força de apoio do rolo de trabalho, e utilizando princípios de transformação de funções, é estabelecida a relação entre a força, o momento fletor e a potência de acionamento do dispositivo. É proposto um método para calcular a potência de acionamento do sistema de acionamento principal.
De acordo com as condições reais de aplicação, a potência de acionamento para pré-dobragem e laminagem é calculada separadamente e a potência do motor principal é selecionada com base no maior valor calculado.
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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