冷弯成型工艺分析及问题

蒋国宏

摘要：经济科学的快速发展，越来越多外形美观并且经济实惠的冷弯型钢产品出现在了我们的生产以及日常生活中，它的安装便捷受到了使用者的广泛应用，经济的提高，让人们对于冷弯型钢产品有了更多的需求，因此，冷弯成型工艺技术有了突破的发展，本文从冷弯成型理论、冷弯成型的定义以及特点和它的加工工艺以及在加工时出现的问题和解决措施做出了深入的探讨分析，以供相关人员参考学习。

关键词：冷弯成型；工艺分析；问题

前言

冷弯型钢它的节能环保效果良好，它用了最少的钢材去满足了指定载荷要求，这样就不用再依靠增加板材的使用量或者提升材料的力学性能才能满足载荷要求，它是一种通过改变型钢产品的截面形状去进一步提升钢的力学性能，从而满足载荷的要求。

一、冷弯成型理论

冷弯的成型过程十分复杂，并且在它成型的过程中会有很多因素影响着它，因此，目前还没有精确的方法去分析整个过程，当前用到最多的成型理论分析方法有，简化分析法、能量法和运动学法以及数值算法，下文对此进行了详细的描述。

1.1简化分析法与运动学法

简化分析法主要考虑的是横向弯曲变形以及纵向弯曲变形，分析的横向弯曲变形应用的是弹塑性理论和纯弯曲理论去进行详细的分析，而纵向变形分析是将板材跟弹塑性薄壳进行比较分析。

这两种方法是最先研究冷弯成型的方法，但是科技的快速进步，使得冷弯成型钢的产品在不断的变化，因此，这两种方法已经不能成为冷弯成型长远发展的方向。

1.2能量法

该方法首先是计算材料的变形功，随后在使用最小能量法去分析出相关量，它是一种科学的计算方法，可是在仿真中因为受到了能量方程构造的直接影响，最终致使它在实际应用时受到了很大的阻碍。

1.3数值算法

数值算法有两种，分别是有限元法和有限条法。最成熟的就是有限元法，它应用的主要方法有两种，有限元法和弹塑性有限元法，弹塑性有限元法主要利用的是刚塑性材料的变分原理和虚功原理，它不用考虑到材料的弹性变形。它的基础理论是一看有限变形弹塑性理论和有限弹塑性变分原理的离散化理论。

在几十年前，我国就开始了初步研究冷弯成型的所有过程，相关人员将有限条理论应用到了冷弯成型的过程中，进而形成了一种特殊的成型理论。经过多年不懈的研究，相关人员又成功解析除了调元扭转的问题，同时在使用分段组合模型对型材成型的整个过程进行了详细的分析，成功找出了成型参数在成型过程中对钢型产品质量带来的影响。

从上文我们可以看出，当前对于冷弯成型的理论研究大多数都是在有限分析的基础上，因此对于它的理论研究还有很大的研究发展空间。

二、冷弯型钢的定义和特点

它的原材料通常是热轧和冷轧钢，在常温状态下，经过一系列工艺和使用相关设备，生产出不同的薄壁型材。它具有断面合理、强度高和重量轻等等优点，它的种类非常多，因此被广泛的应用于各种行业间，冷弯型钢的特点主要有下文几个方面。

2.1辊式冷弯型钢的生产过程跟其他同类产品进行比较，它具有占地面积少，重量很轻，并且对于它的投资成本也不用很大，不需要过多的人员，就可以在最短的时间内做出成品。如图1所示。

图1辊式冷弯成型过程

2.2上文中我们说了它主要用的原材料，因此，它可以在多道成型辊中弯曲成型，所以，它的表面十分光洁，断面尺寸的精度也很高，拥有良好的机械性能，最重要的是用它加工出来的产品可以根据使用者的灵活需求进行调整。

2.3它的断面形状可以根据使用者的需要进行设计，并且结构十分合理，它单位重量的断面性能比热轧型钢效果更好，用它制造的结构型钢可以节省很多钢材，避免了浪费的现象，也节约了很多的成本。

2.4冷弯型钢产品种类有很多，它不仅可以生产出普通的碳素钢和低合金高强度钢以及不锈钢，同时它也可以生产出不同的镀层板和多种有色金属的冷弯型材，能够满足市场的更多需求。它的生产工艺还能有进一步的提升，后期带来的经济效益也会更多。

三、冷弯成型的加工工艺

3.1单张成型工艺

它是一种可以预定尺坯成型的一种方法，它主要是在坯料在没有成型之前就将其切成定尺长度，随后在用选料辊将它放到成型机中，这样等它成型后就不用在经过剪切就可以收入库房了，这种工艺唯一的缺点就是只能进行小批量，用于成型后型材难以锯切的情况下，但是它的优点在于使用的设备都很普通，只需要投入较少的成本就可以开始工作了。

3.2成卷成型工艺和连续成型工艺

这两种工艺基本是一样的，唯一的不同点是，在它连续成型之前，一卷带材的尾部跟后一卷带材的头部要经过齐对焊工序，将坯料带材陆续的投入到成型机中进行成型的工作，而成卷成型工艺它的卷头部和尾部不用进行对焊的工序，就可以直接单卷供料成型。这两种工艺最大的缺点就是对于工艺设备需要大量的投资，并且占地面积广。

四、冷弯成型工艺出现的问题及解决办法

4.1袋型波

之所以出现袋形波，是因为板在弯曲的时候产生了横向拉伸力和横向应变，板料沿厚度方向的应变很小，根据以往，材料在变形过程中会出现的泊松关系，那么在变形的集中处定然会出现收缩，因此，在力的作用下因为失稳出现了带状鼓包。当出现袋形波时可以使用更多的成型道次解决这个现象。因其断面边缘宽度的大小会影响到袋形波，所以，在设计的过程中相关人员可以参照对应的关系式，薄板跟厚板进行比较更容易出现袋形波，相关人员可以采用给板料施加压力的方式去减缓袋形波。

4.2边部波浪

边部边浪是在工艺中最常见的现象，它产生的主要原因有两种，并且它们经过综合才会产生，第一种跟袋形波的原因相同，都是因为断面弯曲部分材料收到了横向拉伸应立，进而引发了横向拉伸应变，又因为泊松的关系出现了纵向收缩，这时边缘部分就会因为受到压缩应立出现了边部边浪。第二种，是因为它的材料最开始在外力作用下被拉伸剪切边长，随后又一次被压缩剪切出现了塑性变形，最终导致出现了边部边浪，在这两种作用互相叠合下，就形成了边部边浪。

相关人员要想消除或者减轻边部波浪，在刚开始设计之前就要注意到断面边缘的宽度不能太宽，在设计时可以参考照断面边缘宽和板厚的比可以接近或小于30的比例设计即可。它的弯曲角分配要根据对应的经验公式进行。假若在轧制的时候出现了边部波浪，工作人员可以采用适当的添加部分道次去进行减轻或者消除。

4.3纵向弯曲

出现纵向弯曲的原因有很多种，但是最主要的因素是，断面的边部在弯曲侧面的过程中因为受到了张紧力的作用，所以将整个断面朝着纵向拉长，可是张紧里不能够完全拉长整个刚性断面，因此扎前端出现了变化。

要想避免出现纵向弯曲，相关人员在设计的过程中要注意到合理分配变形量，后面的几道变形量不能太大。除此之外，也可以采用预弯，增加道次，或者使用相关的设备去调整轧辊的间隙这一系列措施去减轻或者消除纵向弯曲。

结束语

综上所述，科技的不断进步，让冷弯型钢材有了更多的样式，随着人们要求的提升，它在数量和规格以及品种等方面都有了质的突破。它的轻巧便捷，成本较低，以及耐用性强受到了很多行业的一致好评，它的应用给我们的日常生活带来了很大的影响。

参考文献：

［1］王有铭.型钢生产理论与工艺.北京：冶金工业出版社，1996.

［2］石京，王先进.国外冷弯成型研究最新发展.轧钢，1998年10月第5期.

［3］冯光纯.发展冷弯型钢.四川冶金，1999年第1期