不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法
2023-06-23 11:23:31
專利名稱：不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法
技術領域：
本發明屬於冷彎型鋼的加工工藝方法，特別是複雜斷面的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法。
冷彎型鋼是在常溫下採用金屬壓力加工，將板、帶鋼冷彎成一定形狀的鋼材。通常把薄板、薄帶鋼製成的冷彎型鋼稱之為冷彎型材。
現有的冷彎型材加工工藝仍以傳統的直角回折工藝為典型。製造設備有液壓機、衝壓機、折彎機和軋輥成型機(即軋機)。軋製成型是批量製造冷彎型材的方式。由於不鏽鋼型材的成型比普通鋼材即碳鋼的困難更大，所以，可以完成複雜斷面不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，具有很大的經濟效益和普遍推廣的意義，在不鏽鋼、碳鋼、有色金屬合金軋製成型中都可以應用。
不鏽鋼冷彎型材的典型應用，是用來組裝製造不鏽鋼門窗，它們在高標準、高質量的建築工程中得到越來越廣泛的應用。不鏽鋼門窗型材多用冷彎機組軋製成型工藝與設備製造。現有技術冷彎型材軋製成型工藝方法存在下列缺陷。
(1)製成的冷彎型材斷面形狀比較簡單，複雜斷面難以成型。這一缺陷造成的情況是，由於型材斷面形狀比較簡單，組裝完成一個系列門窗，通常要用10至14個不同斷面的型材，致使設備投資和型材製造成本高。
(2)型材斷面形狀、尺寸、特別是等邊尺寸精度不高、誤差大。
(3)型材直角平面回彈大(呈鈍角)，平面產生弓波。
(4)型材平面度，直線度形位誤差大，成品型材平面縱向實際上呈波浪狀。
(5)型材外稜圓角(倒角)半徑過大，稜角線條不清晰美觀。
現有技術軋制不鏽鋼門窗冷彎型材時，由於不鏽鋼易冷作硬化，回彈較大，成型更難，上述缺陷就更加嚴重。以至組裝的門窗其水密性、氣密性、隔音和保溫性能都不能達到較高要求。
還有，現有技術軋制不鏽鋼門窗型材中常見的燕尾槽時，軋機上都需要有立輥，用來成型燕尾槽的底角，成型后角度和開口的尺寸和形狀不準，誤差大。如圖3所示。
此外，由於不鏽鋼冷彎型材斷面的形狀較複雜，軋制過程中表面有擦傷時很難恢復原樣，將影響表面質量。
本發明的目的是提供一種新概念的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，這種工藝方法克服冷作硬化、回彈大的缺陷，可以完成複雜斷面型材的軋制，型材成品等邊尺寸和形位精度高，外稜圓角小，表面質量好；特別是軋制不鏽鋼門窗型材時，由於可以完成複雜斷面的成型，可以減少每一系列門窗型材的種類，當軋制燕尾槽時不用立輥而全部用水平軋輥完成；軋制的型材線條稜角清晰、挺括、平面度、直線度都有很大的提高。
以下敘述以不鏽鋼帶鋼為原料，軋制不鏽鋼冷彎型材，說明本發明工藝方法的內容和特點。顯然，本發明方法也可以用於折彎機、衝壓機和液壓機的冷彎成型加工中。材料除不鏽鋼外，還可以是碳鋼、或有色金屬合金。
為了清楚地說明本發明的內容，先定義說明申請文件中所用的術語。
不鏽鋼冷彎型材。指用薄不鏽鋼板、薄不鏽鋼帶冷彎製成一定形狀的鋼材，本申請中簡稱冷彎型材。不鏽鋼帶鋼簡稱不鏽鋼帶。
軋制、冷彎軋制、軋機。其定義請見有關科技術語詞典(如「辭海」)。本申請中冷彎軋制即冷軋，簡稱軋制。軋機是指縱列式冷彎型材軋機，由裝有軋輥的工作機座，傳動機構和電動機等組成。
孔型。軋機中兩個軋輥上的刻槽所構成的一定形狀的孔隙。
軋件。即軋機中被加工的工件。
冷彎型材的橫截面及其展開。冷彎型材的橫截面即垂直於縱向的橫斷面，表現了型材斷面的形狀。展開其斷面就是帶鋼的寬度，表示為一段水平線。等分此水平線段的點就是中點。
軋件的中間部分和外沿部分。指冷彎型材展開後、亦即軋件/工件/帶鋼表示為一水平線段時，將其鄰近中點的部分稱之為軋件中間部分，鄰近左右邊緣的部分稱為左右外沿部分(總稱外沿部分)。
過位，過位區域；就位，就位區域。參見圖7。由原材料(帶鋼)-軋件-製成型材，設想將軋件放在0(左)-0-0(右)的水平面上，稱為設計平面。通過中點0有一垂直線。由0(左)--90°和0(右)--90°分別稱為左過位區域和右過位區域，由0(左)-90°和0(右)-90°分別稱為左就位區域和右就位區域。軋件的軋制加工部分處於設計平面之下的左右過位區域時，稱為過位。軋件在設計平面(水平面)之上，在就位區域中，到達並定位到預定成型位置稱為就位。
過位方向/反方向。就(回)位方向/正方向。回位。參見圖7。過位方向即反方向，指在過位區域中由水平面向-90°運動的方向。就位方向又稱回位方向或正方向，指在就位區域中，由水平面向90°運動的方向，即最後就位成型的方向。向回位方向的運動稱回位。
向外。指由折彎點向鄰近的邊緣。若折彎點在中點之左(或右)則是向左(或右)邊緣的方向。
平衡受力。指在過位區域內，軋件成型部位平衡地受到上下軋輥的壓力。
另外，就中文而言，成型與成形二詞，在本申請文件中無嚴格區別。
本發明不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，原材料是不鏽鋼帶或薄板，軋制設備是縱列式冷彎型材軋機，原材料自進料端進入軋機，軋件在兩排平行排列而反向旋轉的軋輥間變形，本發明方法的特徵在於，軋件開始成型軋制之前，以冷彎型材橫斷面展開後的中點或中間部位定位，軋件成型部位的軋制順序為由內向外，即先中間部分後外沿部分，成型方式為先過位後就位，即先將軋件預定成型部位自其折彎點變形折彎，使之逐步過位即超過設計位置，而後逐步折回，最後就位成型。
為保證本發明方法軋制不鏽鋼冷彎型材的高質量，包括滿足型材等邊尺寸的形位公差的要求，本發明方法在原材料帶鋼自進料端進入軋機，開始成型軋制之前，先進行縱向平整，原材料帶鋼在上下交叉布置的軋輥間，上下交叉受力波浪狀態前進，消除縱向弧弓後再進入以後的成型階段。
本發明方法對各種形狀或部位的成型有以下特點。
本發明方法對冷彎型材展開後中間部位直角的成型，是先自折彎點折彎，向外做出小圓弧，再自折彎點向成型的反方向逐步下折，即過位至垂直平衡受力的最大角度上，然後逐步正方向回位並軋平小圓弧，最後就位成型為直角。
本發明方法對任意一個角度的成型，是使其在過位區域內或過位狀態下，處於垂直平衡受力狀態下完成該角度的成型。
本發明方法對於邊沿部分的複雜成型，是在過位區域中完成的。
本發明方法對於燕尾槽的成型，完全用水平軋輥軋制完成，先按其展開尺寸由內向外逐步折彎出「拱門」狀，所說的「拱門」頂部為三角形或圓弧形，然後將所說的「拱門」頂部軋平，隨「拱門」高度降低的同時，燕尾槽底部和頂平面逐步成型，最後就位成型，完成設計形狀的燕尾槽。
本發明方法對位於型材(斷面展開後)中心位置橫向寬度尺寸不大的平面的成型，先自中心點按平面橫向寬度尺寸的一半對稱地彎折，在中心點形成鈍角或直角，等相連部分的造型完成的同時或以後，軋平所說的鈍角或直角，完成該平面的成型。
本發明方法前面所說的過位至垂直平衡受力的最大角度大約為45°。
本發明方法的再一特點是，在過位區域內進行局部成型時，預留出/預應回彈量，以消除回彈。
本發明方法對摺彎變形部位的成型，是先自折彎點向外做出小圓弧，然後自該折彎點向成型的反方向下折，即過位反折至約45°，再由此位置逐步折回，所說小圓弧隨之軋平，最終完成設計的折彎就位成型。
圖1．本發明方法軋製冷彎型材實施例1；不鏽鋼窗橫框型材軋制工藝簡圖。
圖2．實施例2本發明方法成型燕尾槽示意圖。
圖3．現有技術方法軋製成型燕尾槽示意圖。
圖4．本發明方法軋製冷彎型材實施例3；不鏽鋼窗上框型材軋制工藝簡圖。
圖5．實施例4本發明方法成型直角等邊的實例。
圖6．現有技術方法軋製成型直角等邊型材示意圖。
圖7．說明本發明申請文件中「過位」、「就位」等術語概念示意圖。
以下結合附圖所示本發明方法的實施例，詳細說明本發明方法的內容和特點。特別是圖1和圖4所示實施例，綜合顯示了本發明的技術特徵。圖中的標號131、132、431、432等等表示一特定點或特定部位，特定部位是指圓弧、半圓、回形彎扣等。
實施例1．本發明方法軋制不鏽鋼窗橫框冷彎型材。
參見圖1，第12步為軋製成型的不鏽鋼窗橫框，其橫斷面大體為對稱的長方形閉口框。頂部呈槽形，帶鋼邊緣互相扣回連結於槽底。下部呈門框形，左右框近底邊處有對稱的燕尾槽，門框頂為不寬的平面。
如圖1所示，自下而上，該型材冷彎軋制的主要步驟如下。
第1步原材料不鏽鋼帶在軋機進料端的縱向平整軋輥間進行縱向平整，以消除縱向弓波。
第2步以中點120定位，對中心位置寬度不大的平面進行過位加工，即先自中點120按平面的寬度尺寸的一半向下(或向上)對稱地彎折，在中點120形成鈍角。
第3步在131點和132點同時開始在左右燕尾槽成型，用水平軋輥軋制，按槽型尺寸分別由內向外逐步分段折彎。
第4步繼續燕尾槽成型，形成「拱門」狀，「拱門」頂部141和142為三角形。
第5步完成燕尾槽成型，軋制過程中「拱門」高度逐步降低，燕尾槽底部和頂平面同時成型。
第6步開始軋制161和162點的直角。由這兩點分別向外做出小圓弧。
第7步豎起燕尾槽「拱門」，161和162點的圓弧軋平直角就位成型；又自171和172點先做出圓弧，然後下折過位，使平面175和176處於過位區域；自173和174點向外的外沿部分彎折成水平。
第8步帶燕尾槽門框就位成型，「拱門」頂部軋平。
第9步左右兩邊沿部分在過位區域內分別分段複雜成型，在173和174開始做迴轉180°半圓彎，173-191和174-192段垂直，191、193、195分段彎出90°，192彎出90°；197和194分別左彎出約45°角。
第10步自171和172點平面175和176逐步回位，173和174的半圓繼續成形。圖上所示為平面175和176回位至水平位置，並且第10、11、12步畫在一起。
圖11步自171和172點平面175和176繼續正方向折回，圖上所示為回位至45°位置。
第12步自171和172點平面175和176折回至垂直位置，就位成型；在此過程中173和174完成半圓，邊沿的197和194互相扣合連結、固定，型材最後就位成型，冷彎軋制完成。
這裡只敘述了本發明方法軋制這種型材的主要步驟。實際的軋制步驟，軋機中除縱向平整軋輥外，有型孔的成型軋輥有40餘對，也就是說整個先過位後就位的軋製成型有40餘步。
實施例1中，第2-8步顯示了中點120處的小平面成型。第3-5步顯示了燕尾槽成型。第6-7步顯示了161和162點直角成型。第7-12步顯示了171和172點直角成型。第7-9步顯示了左右邊沿部分在過位區域的複雜成型。第10-12步顯示了最後的就位成型。
實施例2．本發明方法軋制燕尾槽如圖2所示，本發明方法軋制燕尾槽完全用水平軋輥完成。圖中自下而上表示了兩個主要步驟成型示意。
第1步由上軋輥201和下軋輥202之間的型孔將軋件203過位成型為「下陷的拱門」狀，「拱門」的底部204下陷，並使燕尾槽底角204成型，頂部211為三角形。
第2步上軋輥205和下軋輥206之間的型孔使軋件203就位成型為軋件207，完成了燕尾槽的軋制。上軋輥的矩形槽213確定了燕尾槽頂平面208的寬度和高度，下軋輥上的矩形凸起209確定了燕尾槽開口寬度。
210為本發明方法完成了燕尾槽成型的軋件。整個軋制過程軋件的成型部分均衡對稱受力，因而燕尾槽的形狀和尺寸精度都得到保證，並且先過位後就位成型工藝消除了回彈現象。
圖3是現有技術軋制燕尾槽示意圖，可以與本發明方法比較。軋機上有成對的錐臺形立輥301，用於成型燕尾槽底角304。下軋輥302輥身的工作面為圓柱面，圖上為一水平線。以上為第1步。第2步，在上軋輥305和下軋輥306之間的型孔完成燕尾槽的成型得到軋件307。下軋輥306的輥身仍然是圓柱面。上軋輥305的輥身上有矩形槽313，由其決定了燕尾槽的高度和頂平面308的寬度，而開口309的誤差則較大。310是現有技術方法和設備完成的燕尾槽軋件。其缺陷是由於冷作硬化和應力作用，成型後回彈大，燕尾槽的開口和角度形狀尺寸不準、誤差大。
實施例3．本發明方法軋制不鏽鋼窗上框冷彎型材。
參見圖4，第13步為軋製成型的不鏽鋼窗上框，其橫斷面大體為對稱的耙狀封口框，下部為「耙齒」，上部是大體呈長方形的連結部分。其頂部有淺槽，帶鋼邊緣以「回形扣」在此扣合連結封口。圖中自下而上主要軋制步驟如下。
第1步原材料不鏽鋼帶在軋機進料端的縱向平整軋輥間進行縱向平整，以消除縱向弓波。
第2步以中間部分定位，在421點和422點之間開始軋制大平面和直角，由此二點向內向下彎出小圓弧。
第3步自421點和422點分別向外向下折彎約60°，自431和432處各向外部分折至水平。(以後在431和432處成型半圓)。
第4步431和432處做出直角圓弧，421-431和422-432成為垂直平面。
第5步軋平421-422間的圓弧成型為平面。
第6步自431和432處向外分別上折約30°，自461和462向外部分分別呈水平。
第7步431和432處形成半圓，並且461和462至垂直位置；自461和462向外分段過位成形461-471和462-472段上斜，471-473和472-474段水平，473和474下彎成直角，475和476各自向外彎出圓弧。
第8步自471和472點分別向下彎折；軋平475和476外的圓弧，自481和482向外彎出直角，由此向外在483和484向外做出圓弧並順勢下折約-30°，由485和486向外部分折至水平。
第9步471-481和472-482就位成型，483和484圓弧改成折彎，483-485和484-486向下過位傾斜約-45°，485和486向外仍呈水平。
第10步在過位區域內，在垂直平衡受力狀態下完成485和486的直角成型；並且逐步完成外沿部分4101-4103-4105-4107和4102-4104各段成型；左右外端4109和4106分別制出回形彎扣。
第11步圖4將第11、12和13步畫在一起。第11步時，自483和484分別向回位方向逐步上折，這時呈水平位置。
第12步自483和484繼續向就位方向彎折，這時約呈45°。
第13步自483和484由第11步的位置繼續正方向彎折，直至483和484成直角，回形彎扣4109和4106互相扣合連接於頂部淺槽處，整個型材最後就位成型。
要說明的是，這裡只是簡要地說明了本發明方法軋制這種型材的主要步驟。實際上，就軋機而言，除了進料端的縱向平整軋輥之外，有型孔的成型軋輥約有60對，也就是說本發明方法軋制實施例3型材約有60餘步。
在實施例3中，第2-5步體現了直角421和422及平面的成型。第3-7步顯示了431和432半圓迴轉成型。第8-13步顯示了483和484直角成型(先彎出小圓弧)。第8-10步顯示了485和486在過位區域中垂直平衡受力狀態下的直角成型。第10步表示了過位區域中邊沿部分的複雜成型。第11-13步顯示了最後就位成型。
實施例4．過位區域內垂直平衡受力軋制直角成型(圖5)。
圖5是本發明方法典型的垂直平衡受力直角成型示意圖。它特別適合於中間部分之外的大平面直角成型。其中的軋件就是實施例4型材軋件在第10步時的形狀。
圖5中，軋件530的中間部分已就位成型，這時531和532向外已被反方向折彎在過位區域，下折角度約-45°，在533和534點，上軋輥501和下軋輥502使軋件530垂直平衡受力，形成了準確的直角。同時自533和534點向外的外沿部分的複雜彎折也被定型(在過位區域內)。也就是說，型材除了531和532以後的繼續回位軋製成型外，中間部分都已完成成型，只待以後逐步回位兩端扣合封閉。由於533和534的直角成型，是軋件受上下軋輥垂直平衡力完成的，因而可以做到直角準確穩定，不再有回彈，稜邊圓角小，線條清晰、挺括、美感好。
圖6為現有技術的的工藝方法軋製成型直角，用於與實施例4作對比。要完成的軋件形狀相同。軋件630的中間部分已成型，現在要在631和632成型直角，實際上上軋輥601的端面與下軋輥602的水平槽的直立內壁形成間隙611和612，軋件630和631和632向外的邊沿部分折彎在間隙611和612中，631和632成型為直角。現有技術軋製成形直角的缺陷是由於上下軋輥間存在間隙611和612,631和632直角稜角倒角半徑過大，成型後直角回彈(形成鈍角)，形狀尺寸難以準確，平面將產生弓波，外觀美感亦較差。
綜上所述可見，本發明不鏽鋼冷彎型材軋製成型的方法的最大特點是先過位後就位。軋制過程中對軋件的成型部位先過位，實際上是進行了預應力處理，以後就位成型之後，型材中的應力松馳形狀趨於穩定，從而最大限度地消除了不鏽鋼易於冷作硬化，冷彎後回彈較大的影響。
本發明方法突出的特點和顯著效果歸納如下。
(1)由於過位，擴大了成型運作範圍(近一倍)，邊沿部分的成型在過位區域中完成，因而可以完成複雜斷面型材的成型，從而可以直接或間接地提高經濟效益。
典型的例子是不鏽鋼門窗的冷彎型材。現有技術軋制的型材斷面形狀簡單，需要10至14種斷面的型材才能完成一個系列門窗。而採用本發明方法，由於斷面形狀複雜，只需6至9種斷面型材就可以組裝成一個系列門窗。
(2)先過位後就位成型的型材形狀和尺寸精度高，無論是封口型材或開口型材不再有回彈現象。特別是燕尾槽和直角成型，突出地顯示了本發明方法的優越特點。
(3)燕尾槽型式的成型，全部用水平軋輥完成。
(4)型材稜邊倒角或圓角半徑小，線條稜角清晰，挺括美觀。
(5)成型軋制前，先進行縱向平整處理。型材平面度、直線度好，形位誤差小。
(6)表面質量好。由於本發明方法成型順序是先中間部分後外沿部分，並且外沿部分的成型可以在過位區域內完成，因而完成中間部分成型後，成型邊沿部分時，軋輥的型孔分隔在邊沿部分，軋件已成型的中間部分處於上下軋輥無型孔的自由空間中，不會對表面造成磨擦劃痕，有利於提高表面質量。
(7)本發明方法特別適合完成複雜斷面封口型材的軋制。
本發明方法的優點突出表現在複雜斷面不鏽鋼冷彎型材軋製成型中。對碳鋼、合金鋼或有色金屬合金也是適合的。對摺彎機、衝壓機和液壓機冷彎成型加工也是適用的。
本發明方法的缺點是由於成型軋制步驟多，冷彎軋機需要的工作機座和軋輥相應增多，需要適當加大傳動電動機功率，致使設備成本增加。但是設備成本有限的增加完全可以從使用本方法獲得的高經濟效益中得到補償和回報。
權利要求
1．不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，原料是不鏽鋼帶或超薄板，軋制設備是縱列式冷彎型材軋機，原材料自進料端進入軋機，軋件在兩排平行排列而反向旋轉的軋輥間變形，本發明方法的特徵在於，軋件開始成型軋制之前，以冷彎型材橫斷面展開後的中點或中間部位定位，軋件成型部位的軋制順序為由內向外，即先中間部分後外沿部分，成型方式為先過位後就位，即先將軋件預定成型部位自其折彎點變形折彎，使之逐步過位即超過設計位置，而後逐步折回，最後就位成型。
2．根據權利要求1所述的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，其特徵是原材料自進料端進入軋機，開始成型軋制之前，先進行縱向平整，原材料帶鋼在上下交叉布置的軋輥間，上下交叉受力波浪狀態前進，消除縱向弓波後再進入以後的成型階段。
3．根據權利要求1或2所述的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，其特徵是對於冷彎型材展開後中間部位直角的成型，是先自折彎點折彎，向外做出小圓弧，再自折彎點向成型的反方向逐步下折，即過位至垂直平衡受力的最大角度上，然後逐步正方向回位並軋平小圓弧，最後就位成型為直角。
4．根據權利要求1或2所述的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，其特徵是對於任意一個角度的成型，是使其在過位區域內或過位狀態下，處於垂直平衡受力狀態下完成該角度的成型。
5．根據權利要求1所述的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，其特徵是對於邊沿部分的複雜成型，是在過位區域中完成的。
6．根據權利要求1所述的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，其特徵是對於燕尾槽的成型完全用水平軋輥軋制完成，先按其展開尺寸由內向外逐步折彎出「拱門」狀，所說的「拱門」頂部為三角形或圓弧形，然後將所說的「拱門」頂部軋平，隨「拱門」高度降低的同時，燕尾槽底部和頂平面逐步成型，最後就位成型，完成設計形狀的燕尾槽。
7．根據權利要求1所述的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，其特徵是對於中心位置橫向寬度尺寸不大的平面的成型，先自中點按平面橫向寬度尺寸的一半對稱地彎折，在中點形成鈍角或直角，待相連部分的造型完成的同時或以後，軋平所說的鈍角或直角，完成該平面的成型。
8．根據權利要求1或2所述的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，其特徵是對於折彎變形部位的成型，是先自折彎點向外做出小圓弧，然後自該折彎點向成型的反方向下折，即過位反折至約45°，再由此位置逐步折回，所說的小圓弧隨之軋平，最終完成設計的折彎就位成型。
9．根據權利要求1或2所述的不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，其特徵是在過位區域內進行局部成型時，預留出/預應回彈量，以消除回彈。
全文摘要
不鏽鋼冷彎型材的軋製成型方法，以帶鋼或超薄鋼板為原料在縱列式冷彎軋機上軋制，以型材斷面展開後(線)的中點或中間部位定位，軋制順序為，先中間部分後外沿部分，成型方式為先過位後就位，即先將成型部位折彎變形超過設計位置，而後逐步折回，最後就位成型。本發明方法擴大了成型運作範圍，可以完成複雜斷面型材的成型，成型後不再有回彈，因而型材形狀和尺寸精度高，形位誤差小，並且稜邊圓角小，線條稜角清晰、挺括美觀。
文檔編號B21D5/00GK1316305SQ0010573
公開日2001年10月10日 申請日期2000年4月4日 優先權日2000年4月4日
發明者佔金弟 申請人:佔金弟