Já alguma vez se interrogou como é que formas complexas, como cones e cilindros, são criadas a partir de folhas de metal planas? Este artigo explora o fascinante processo de dobragem por rolo, decompondo os passos e métodos utilizados para transformar materiais simples em formas complexas. Prepare-se para descobrir os segredos por detrás desta técnica de engenharia essencial e melhore a sua compreensão do fabrico mecânico.
As peças de trabalho cilíndricas e cónicas podem ser criadas rodando a sua geratriz, a linha que forma a forma, 360 graus em torno da linha central de rotação dentro do mesmo plano.
No caso de uma peça cilíndrica, a matriz geradora é paralela à linha central de rotação, enquanto que para uma peça cónica, a matriz geradora é inclinada em relação à linha central de rotação.
O princípio da flexão de três pontos é utilizado para laminar peças cilíndricas e cónicas.
O processo de laminagem é composto por três etapas:
1º passo:
Para iniciar o processo de dobragem de rolos, a peça de trabalho é introduzida no rolo de trabalho da máquina de dobragem de rolos. A máquina de dobragem de rolos é composta por três rolos para uma máquina de dobragem de três rolos ou quatro rolos para uma máquina de dobragem de quatro rolos.
Numa máquina de dobragem de três rolos, um rolo está localizado acima da peça de trabalho e é designado por rolo superior, enquanto dois rolos localizados por baixo da peça de trabalho são designados por rolos inferiores.
Numa máquina de dobragem de quatro rolos, existem três rolos localizados por baixo da peça de trabalho, estando um no mesmo plano vertical que o rolo superior, conhecido como rolo médio inferior, e os outros dois em ambos os lados do rolo superior, chamados rolos laterais.
O rolo superior do dobragem de rolos A máquina pode dobrar a peça de trabalho com quaisquer dois rolos do rolo lateral e dos rolos médio e inferior. Este artigo abrange apenas a disposição simétrica de dois rolos inferiores ou rolos laterais e rolos superiores.
2º passo:
A segunda etapa do rolo processo de dobragem é alimentar o rolo de trabalho num movimento de flexão de três pontos. Em alguns casos, o rolo superior é utilizado para pressionar a alimentação, enquanto o rolo inferior ou rolo lateral move-se para cima.
Para efeitos de descrição, com base no princípio do movimento relativo, a peça de trabalho e o rolo inferior ou lateral são considerados estacionários e o rolo superior é pressionado para baixo. Ao laminar uma peça de trabalho cilíndrica, o rolo superior é paralelo ao rolo inferior enquanto pressiona para baixo. Ao laminar uma peça cónica, o rolo superior está inclinado em relação ao rolo inferior durante o processo de prensagem.
À medida que a redução aumenta, a curvatura da matriz geradora e a sua vizinhança tornam-se maiores.
3º passo:
O terceiro passo do processo de curvatura por rolo consiste em rodar a peça de trabalho através do movimento rotativo do rolo de trabalho. Entretanto, a redução do rolo superior é mantida constante, o que faz com que cada geratriz da peça de trabalho tenha a mesma curvatura ou distribuição de curvatura e se torne num cilindro circular ou num cilindro cónico.
Existem muitos métodos para enrolar o cone com o máquina de laminagem de chapasCada um deles é adequado para diferentes peças de trabalho e com as suas próprias características únicas. Independentemente do método utilizado, é importante garantir que a geratriz da peça coincida com a do cilindro superior durante o processo de laminagem.
O cilindro cónico é uma placa de aço em forma de leque laminada na máquina de dobragem de placas do rolo de trabalho cilíndrico. É importante assegurar que a geratriz da peça de trabalho coincide com a do rolo superior durante o processo de laminagem.
O movimento do leque em forma de chapa de aço entre os rolos de trabalho pode ser considerado como um movimento combinado do movimento uniforme de cada ponto da matriz geradora da peça de trabalho na direção perpendicular ao eixo do rolo de trabalho (o movimento rotativo do dispositivo de transmissão principal do rolo de trabalho cilíndrico pode realizar este movimento) e a rotação da peça de trabalho em torno de uma linha vertical que passa por um determinado ponto da matriz geradora.
Para que a cabeça grande ande mais depressa ou a cabeça pequena ande mais devagar, é aplicado um momento adicional à placa de aço em forma de leque para superar a fricção entre a peça de trabalho e o rolo de trabalho. Esta é a chave para laminar o cone.
O movimento de rotação da peça de trabalho em torno da linha vertical que passa por este ponto na sua própria geratriz requer o menor momento.
Dependendo da utilização do rolo axial (bloco) durante o processo de laminagem, este pode ser classificado como método de rolo axial ou método de rolo não axial.
Existem os seguintes tipos de métodos de rolos não axiais:
1) Método de marcação de partições:
Para executar este método, desenhar várias geratrizes na superfície em leque da peça de trabalho. Em seguida, alinhar cada geratriz da peça de trabalho com a geratriz do rolo superior e enrolar a peça de trabalho em ambos os lados de cada geratriz utilizando a partição de geratriz.
Embora simples, este é um método aproximado e descontínuo com baixa eficiência.
A rotação da placa de aço em forma de leque em torno do fio de prumo, que passa por um ponto específico da sua geratriz, é conseguida através do alinhamento manual da geratriz.
2) Método do rolo cónico:
O método do rolo cónico é utilizado para peças com três rolos cónicos. O cone do rolo cónico é determinado pela peça de trabalho, e não há deslizamento entre a peça de trabalho e a superfície do rolo.
Existem rolos activos com rolos cónicos (geralmente rolos superiores) e rolos passivos com mangas segmentadas. A peça de trabalho, a manga do rolo e o núcleo do rolo deslizam um contra o outro. À medida que o número de rolos aumenta, o deslizamento entre a peça de trabalho e a manga diminui.
O movimento de uma placa de aço em forma de leque é realizado diretamente através de um rolo cónico. O método do rolo cónico é o método mais eficiente e económico, adequado para a produção de uma única variedade e em massa.
3) Método do rolo de fixação:
Geralmente, o método do rolo de aperto é utilizado com uma máquina de dobragem de quatro rolos. Para implementar este método, inclina-se o rolo inferior, prende-se a extremidade maior da peça de trabalho com os rolos superior e inferior e ajusta-se a quantidade de inclinação e a força de aperto do rolo inferior para se adequar a várias peças de trabalho.
O movimento de rotação de uma placa de aço em forma de leque em torno de uma linha vertical que passa por um determinado ponto da sua geratriz é realizado pelo atrito entre o rolo de aperto e a superfície da peça de trabalho. Embora este método seja simples, requer experiência e, quando o cone é grande ou a peça de trabalho é espessa, é frequentemente utilizado em combinação com o rolo de pressão.
O método do rolo não axial tem a vantagem de a borda da placa da peça de trabalho não entrar em contacto com o rolo axial, e a borda do bisel pode ser feita primeiro e depois laminada. A integridade da aresta do bisel afecta a qualidade da soldadura. O método de rolos axiais pode danificar a aresta biselada da peça de trabalho, especialmente para peças com cones maiores ou mais espessos.
No entanto, a criação de um bordo biselado numa peça de trabalho circular após a laminagem é muito difícil. Para criar primeiro o bordo biselado e depois enrolar o cone, foi concebido o seguinte dispositivo de enrolamento numa máquina de dobrar chapas de três rolos com um rolo ativo de 70 × 3500 como rolo superior do cilindro e do cone.
Uma manga cónica composta por três secções é concebida para o rolo superior da torre da turbina eólica com base na conicidade da torre. A manga cónica é firmemente ligada ao rolo superior com uma chave. A manga cónica tem uma espessura média de 35 mm e é temperado e revenido. É coordenado dinamicamente com o rolo superior.
As superfícies dos dois rolos inferiores são temperadas, e um pequeno rolo de aperto acionado por um cilindro de óleo pode ser colocado no espaço entre os dois rolos inferiores. O rolo de fixação deve prender a peça de trabalho e o rolo superior para evitar que a peça de trabalho deslize com o rolo superior. O resultado atual da laminagem é uma peça de 26 mm de espessura Q345 peça de trabalho. Devido ao pequeno cone da peça de trabalho, é possível obter um melhor efeito sem um rolo de aperto. Se o rolo superior também for endurecido, será mais fácil remover e instalar a manga cónica. Esta é uma combinação do método do rolo cónico e do método do rolo de aperto.
Como o rolo inferior é um rolo cilíndrico e o rolo superior é coberto por uma manga de rolo, a estrutura é simples e o custo é baixo. Existem vários tipos de métodos de rolos axiais:
1) Um rolo axial é colocado no rolo superior do lado de viragem:
O rolo axial é instalado na secção de transição entre o corpo do rolo superior e a chumaceira lateral de viragem do rolo superior através de rolamentos axiais e radiais.
Uma parte do rolo axial é inserida na estrutura de viragem para limitar a rotação do rolo axial com o rolo superior.
O rolo de pressão está geralmente em contacto com a extremidade da placa da peça de trabalho e o movimento de rotação da placa de aço em forma de leque em torno do fio de prumo que passa por um determinado ponto da sua própria geratriz é realizado pela força de fricção entre o rolo de pressão e a extremidade da placa da peça de trabalho.
Este método é adequado para a peça de trabalho com uma espessura de placa mais pequena, um cone maior e um rolo axial de cabeça mais pequeno.
2) Um rolo axial é colocado no rolo inferior do lado do tombamento:
O rolo axial é colocado nos dois blocos de rolamento do rolo inferior no lado da viragem e está diretamente ligado de forma fixa à parte superior do assento do rolamento do rolo inferior.
O princípio de funcionamento é o mesmo que o do primeiro método, que é adequado para a peça de trabalho com rolo cónico maior e rolo de pressão de cabeça mais pequena, e a espessura da placa é maior do que a do primeiro método.
3) Um rolo axial é colocado na estrutura do lado virado:
O rolo axial é instalado na estrutura do lado virado da máquina de dobragem de quatro rolos com parafusos, e o plano superior do rolo axial é ligeiramente mais alto do que a geratriz inferior do rolo superior.
4) Um rolo axial é colocado no pórtico de viragem:
Os rolos axiais são instalados em ambos os lados do rolo superior e na estrutura de viragem, com chaves deslizantes curtas colocadas entre a estrutura de viragem e a estrutura da máquina.
5) Um rolo de pressão é colocado na base da máquina:
A estrutura do rolo axial é instalada na base com um pino e o rolo axial é instalado em ambos os lados do rolo.
A estrutura do rolo axial pode girar em torno do eixo do pino, e o rolo axial pode ser levantado e abaixado dentro da estrutura do rolo axial.
6) Um rolo axial é colocado na estrutura do lado da transmissão:
Um grande plano de montagem está disposto em ambos os lados do rolo superior no quadro do lado da transmissão.
O plano possui opcionalmente roscas internas, ranhuras trapezoidais, veios de pinos, chavetas, etc. para a fixação do dispositivo de rolos axiais, permitindo alterar a posição e a direção relativas do dispositivo de engrenagens em relação ao rolo de trabalho, conforme necessário.
Todos eles são instalados no lado inferior da estrutura. Geralmente, a peça de trabalho não interfere com ela, e o rolo axial está próximo da superfície do rolo de trabalho.
Este método pode ser utilizado para rolar peças de trabalho com um cone maior e um rolo axial de cabeça mais pequena.
Os métodos 2, 4, 5 e 6 utilizam todos dois rolos de pressão situados em ambos os lados do rolo superior.
Durante o funcionamento, a placa é colocada contra os dois rolos axiais, com o rolo axial do lado da alimentação a exercer um binário sobre a peça de trabalho e o rolo axial do lado da descarga a guiar a peça de trabalho.
Sob a força dos rolos de pressão, a peça de trabalho desvia-se da sua posição original.
A maior parte do tempo, a peça de trabalho está em contacto com apenas uma roda dentada.
O rolo axial do lado da alimentação exerce um binário sobre a peça de trabalho, enquanto o rolo axial do lado da descarga guia a peça de trabalho. Se a peça de trabalho rodar demasiado em torno da linha central, é bloqueada pelo rolo axial do lado da descarga.
Os dois rolos de pressão trabalham em conjunto para guiar e aplicar o momento rotativo.
O efeito de orientação de dois rolos de pressão é melhor do que o de um, e o binário de rotação exercido por dois rolos de pressão sobre a peça de trabalho é superior ao de um. No entanto, os dois rolos de pressão encontram-se em ambos os lados do rolo superior.
Quando o rolo axial da cabeça pequena da peça de trabalho é pequeno, não é fácil bloquear a peça de trabalho. Quando são utilizados dois rolos de pressão, a peça de trabalho é melhor guiada e pode mover-se para cima e para baixo ao longo do seu próprio eixo. Isto resulta num menor desgaste do bordo da placa e numa vida útil mais longa da superfície da roda de retenção.
Quando são utilizados dois rolos de pressão, o contacto entre a peça de trabalho e a roda dentada cria uma força radial mais direta e eficiente, em vez de depender do atrito, pelo que não é necessário considerar o coeficiente de atrito.
Quanto mais longe o rolo axial estiver do rolo superior, mais longo é o braço de força, o que leva a um maior binário de rotação aplicado. Isto é ilustrado nas Fig. 1 e Fig. 2. A espessura do tubo cónico laminado também requer um rolo axial maior para a extremidade mais pequena da peça de trabalho.
No método 6, existem blocos de rolamentos em ambas as extremidades do rolo axial, tornando-o numa viga simplesmente apoiada com uma grande capacidade de carga. Em contraste, no método 5, a roda de retenção é uma viga em consola com uma capacidade de carga relativamente pequena.
No método 5, o rolo axial está localizado na base do torno e é menos provável que a peça de trabalho e a estrutura interfiram uma com a outra.
Utilizámos o Método 6 numa máquina de dobragem de três rolos 55 × 3200 para enrolar uma peça de trabalho com um ângulo de meio cone de 30 graus.
Para evitar a interferência entre a peça de trabalho e a estrutura larga, foi adicionado um suporte de 1 m de altura com uma grande parte inferior e uma pequena parte superior entre o rolo de pressão e o plano de montagem da estrutura, e a roda de paragem foi inserida na superfície do rolo de trabalho ao longo da direção axial.
Por vezes, quando a peça de trabalho é plana e o rolo de pressão não a consegue alcançar, o problema pode ser resolvido dobrando primeiro a peça de trabalho ou movendo o rolo de pressão para baixo.
A desvantagem do método do rolo de pressão é a danificação da borda da placa numa extremidade da peça de trabalho.
O rolo axial pode rodar em torno do seu próprio eixo e mover-se para cima e para baixo ao longo do seu próprio eixo, e a sua superfície é temperada para reduzir os danos no bordo da placa.
Aumentar a distância entre o rolo axial e o rolo superior pode não só reduzir a força entre o rolo axial e a peça de trabalho, mas também aumentar a força sobre a peça de trabalho espessa, o que requer a pré-flexão da extremidade da placa mais longa, se possível.
O atrito e o coeficiente de atrito são factores muito importantes no processo de laminagem de um cone.
No caso do método do rolo não axial, é possível obter um melhor efeito sem um rolo de aperto, o que pode ser devido ao diferente coeficiente de atrito entre o rolo superior e o rolo inferior.
Durante a laminagem de um tubo cónico de aço de alta resistência com 40-50 mm de espessura para um projeto de grande escala numa placa de três rolos de 100 × 4000 máquina laminadoraNo entanto, quando a roda dentada foi cortada, todos os parafusos para a montagem da roda dentada na estrutura do lado da transmissão foram cortados e o projeto foi interrompido.
De acordo com a nossa análise e experiência no terreno, isto pode ser causado por ressonância.
Sugere-se a adição de um pouco de óleo lubrificante entre a peça de trabalho e o rolo passivo para alterar o coeficiente de fricção e a frequência de vibração.
Isto não só resolve o problema, como também permite a laminação de peças mais grossas, uma vez que o óleo lubrificante reduz também a carga rotativa da peça em torno do fio de prumo que passa por um ponto da sua geratriz.
Deve notar-se que o óleo lubrificante na peça de trabalho deve ser removido após o enrolamento para evitar afetar a qualidade da soldadura.
A quantidade de força que cada método requer para diferentes peças de trabalho depende tanto da experiência como de cálculos aproximados.
A partir da análise acima, pode ver-se que existe apenas um rolo axial para aplicar o momento rotativo à peça de trabalho e a carga não pode ser dividida uniformemente entre os dois rolos axiais.
A máquina de laminagem de chapas 70 × 3000 de uma determinada unidade é utilizada para laminar cones de revestimento de alto-forno 60 × 2000 com o método 6. Devido à insuficiente resistência dos parafusos de ligação entre as partes superior e inferior da estrutura do lado da transmissão, os parafusos partiram-se durante o processo de laminagem, tendo a ligação da estrutura sido melhorada para concluir com êxito a laminagem.
No método 1, o rolo axial baseia-se principalmente na fricção entre o rolo axial e a peça de trabalho. A pressão positiva sobre o rolo axial é várias vezes superior à força de fricção e a peça de trabalho é facilmente danificada durante a laminagem.
Escolha o método adequado com base no tamanho da peça de trabalho e nos diferentes requisitos.
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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