文丨胖仔研究社
编辑丨胖仔研究社
前言
辊弯成形是利用辊弯机的旋转运动使成形料沿与辊弯模具轴线垂直的方向弯曲的一种成形方法。辊弯成形技术是在20世纪50年代开始应用于轧钢生产的，由于其具有生产效率高、产品质量好、生产成本低等优点而得到了广泛应用。
随着计算机技术和数值模拟技术的发展，有限元仿真技术在辊弯成形过程中的应用越来越广泛。
利用有限元仿真软件模拟辊弯成形过程，能够有效地模拟分析不同工艺参数对辊弯成形效果的影响，为工艺参数的优化提供依据，从而达到提高轧制效率、减少轧制成本、提高产品质量、改善轧辊寿命等目的，因此研究和开发辊弯成形工艺具有重要意义。
圆成方辊弯成孔型设计
圆成方辊弯成形孔型设计的主要依据是对成形过程中轧件形状的预测，同时要考虑到辊弯过程中辊型的变形，根据实际生产的需要，结合对轧件形状的预测，将轧件设计成一个能够满足辊弯成形要求的形状。
轧辊辊型根据对成方辊弯成形过程中轧件形状预测，在轧制过程中先将原始圆成方形板坯加热至一定温度后再通过圆成方辊弯机完成圆成方辊弯成形。
圆成方辊弯成形孔型设计主要是依据圆成方辊弯机对轧件的弯曲成形规律和轧件的变形特点进行设计，以实现对圆成方辊弯机轧件形状的准确预测。
在设计圆成方辊弯成形孔型时，首先要根据圆成方辊弯机对原始圆成方形板坯进行加热，再将加热后的圆成方辊弯机进行弯曲变形，由于弯曲变形过程中会产生较大的内应力，因此在设计圆成方形板坯时要对板坯加热后的几何尺寸进行计算。
然后根据圆成方辊弯机弯曲变形后板坯的几何尺寸进行计算，通过计算出板坯的厚度，从而设计出能够满足圆成方辊弯成形要求的孔型。
在设计圆成方辊弯成形孔型时，还要根据圆成方辊弯机对轧件的弯曲变形特点来设计孔型，从而实现对轧件形状的准确预测。
在设计孔型时，首先要根据圆成方辊弯成形轧件的形状来进行设计，根据所需轧制产品的尺寸大小和工艺要求来选择圆成方辊弯成形孔型参数，为了满足轧件形状和尺寸的要求，一般要设计两套孔型。
第一套孔型主要用于轧件的基本轮廓，第二套孔型则是针对第二套孔型进行调整。
第二套孔型主要用于对第一套孔型进行调整和优化，同时为了更好地对板坯变形情况进行预测，设计了一个变形区的孔型来实现对轧件形状的预测。
根据圆成方辊弯成形孔型设计理论和设计方法，结合板坯的变形特点和圆成方辊弯成形轧机对轧件形状的预测理论，以及板坯在轧制过程中内部应力、应变分析和变形分析，可以实现对圆成方辊弯成形孔型设计方法的理论依据。
为了更好地对圆成方辊弯成形孔型进行预测和优化，在设计圆成方辊弯机对轧件形状预测时要充分考虑到圆成方辊弯成形工艺过程中轧件形状预测的准确性问题。
在实际生产过程中由于轧件在不断变形过程中会出现各种因素影响而使轧件形状发生变化，从而影响圆成方辊弯成形精度，为了提高圆成方辊弯成形精度，可以根据板坯在不同位置处的变形特点来确定不同位置处的孔型设计。
孔型设计的基本原则
圆成方辊弯成形工艺的特点是：首先将圆成方辊进行预弯，然后利用圆成方辊的弧形来完成辊弯成形。
其主要工艺过程是：通过圆成方辊与固定辊筒之间的相对运动来完成辊弯成形。辊弯成形时，辊筒上的凸缘与工作辊接触，通过凸缘与工作辊轴面之间的相对运动来完成辊弯成形。
由于在辊弯成形过程中，工作辊与固定辊筒之间存在有一定的相对运动，所以在设计孔型时，既要考虑到辊弯成形过程中，两个孔型之间相对运动的速度，又要考虑到辊弯成形过程中，两个孔型之间相对运动的最大速度。
为保证在工作辊与固定辊筒之间形成一定的相对速度，应遵循以下基本原则：
（1）工作辊与固定辊筒的相对速度不能太大，一般不超过0.06~0.08m/s，否则易出现“啃辊”现象，影响成形精度。
（2）工作辊和孔型之间的相对速度应保持恒定，避免因速度的剧烈波动而引起辊弯成形的不稳定。
（3）工作辊与固定辊筒之间的相对速度应保持一定的线性关系，即两者之间存在一个最佳的相对运动速度。
（4）在设计孔型时，必须保证圆成方辊与固定辊筒之间在一定的范围内，所形成的相对运动速度与圆成方辊直径或辊筒直径、辊筒外径、工作辊直径等参数成正比。
常见孔型设计
孔型设计的一般原则：（1）保证成形区变形均匀，保证每个部分变形量相等。（2）使成形后的产品尺寸精度和表面质量均达到要求。（3）尽量减少工作辊与工作辊环间的接触，从而减少磨损，降低生产成本。
圆成方辊弯成形系统的工作原理：
（1）圆成方辊弯成形系统由4个部分组成：主辊、中间辊环、支承辊和弯辊。主辊是辊弯成形系统的主传动部分，中间辊环和支承辊组成轧辊，弯辊是压下量控制的执行部分，通过控制主辊环和支承辊上的弯矩，实现对中间辊环上的轧制力进行控制。
（2）圆成方辊弯成形系统通过液压传动系统和电机带动实现主传动。液压传动系统根据生产工艺要求确定主辊环上轧制压力，电机带动中间辊环转动，使中间辊环与主辊环接触，通过控制主辊环的压下速度实现对工作辊和支承辊上轧制压力的控制。
（3）圆成方辊弯成形系统通过传感器和PLC控制器实现对工作辊与支承辊接触状态的检测、显示及控制。
（4）圆成方辊弯成形系统中每个部分均有相应的PLC控制器，通过采集传感器反馈来的信号对中间辊上轧制压力进行实时监测，根据设定的参数调节中间辊与支承辊上轧制压力。
（5）圆成方辊弯成形系统通过传感器采集各部分位置反馈信号，当采集到各部分位置反馈信号时，将其与设定值进行对比，当偏差值达到设定值时，控制系统就会发出指令进行调节，使中间辊与支承辊上轧制压力保持一致，从而实现对中间辊环上轧制压力的控制。
（6）圆成方辊弯成形系统中，液压传动系统的压力设定值可以通过传感器和PLC控制器进行计算，根据计算结果对液压传动系统的压力进行调整，从而控制中间辊环与支承辊上轧制压力的相对大小。
（7）在生产过程中，当中间辊环与支承辊上轧制压力存在偏差时，通过调整液压传动系统的压力设定值和PLC控制器中的PID调节器参数，使中间辊环与支承辊上轧制压力保持一致。
工艺参数优化
（1）坯料温度的提高有利于板坯成形，但对板坯宽度的影响很小，因此，一般采用加热后冷却到室温的办法来保证坯料尺寸精度。
但加热后冷却到室温的时间有一定要求，如果时间过长，板坯中的气体和水分就会蒸发出来，板坯的表面会有裂纹；如果时间过短，则板坯内部温度过高，坯料也会出现开裂现象。
（2）加热温度：圆成方辊弯成形工艺中，坯料的加热温度主要取决于辊弯成形的变形程度，对板坯宽度和厚度影响不大。但为了保证辊弯成形质量，对板坯宽度和厚度要求较高时可采用高温高压蒸汽来提高坯料的加热温度。
（3）辊弯成形变形程度：辊弯成形过程中，随着轧辊压下量的增加和道次的增加，板坯内产生的纵向塑性变形逐渐减少。轧辊压下量越大、道次越多、轧辊速度越高，板坯内产生纵向塑性变形就越小。
（4）辊弯成形工艺参数：轧辊压力、道次压下量、辊弯成形温度都会影响板坯纵向塑性变形程度和轧辊压下量、道次压下量之间关系。
从图中可以看出：辊弯成形工艺参数对纵向塑性变形程度影响较大；随着辊弯成形温度升高，轧辊压下量增加，而道次压下量增加；当辊弯成形温度低于℃时，辊弯成形效果最好。
这是因为随着轧辊压下量和道次压下量增加时，板坯内产生的纵向塑性变形量增加，使板坯内产生更多的横向塑性变形。
应用前景
与传统的圆成方辊弯成形相比，圆成方辊弯成形的应用范围更加广泛，主要包括以下几个方面：
（1）可以用于生产平板、管材等，其具有更高的成方精度和质量稳定性；
（2）可用于生产各种异形产品，如异型圆筒、异型方箱等；
由于圆成方辊弯成形技术的应用范围更加广泛，因此其未来发展前景十分可观。虽然在这一领域的研究仍处于起步阶段，但随着相关技术的不断进步和优化，其未来发展前景十分可观。
在未来的发展中，可以根据实际需求进行不断地创新和优化，进一步扩大应用范围，提高成方精度和质量稳定性；另外还可以对相关技术进行研究，以不断开发出新的工艺方法和改进现有技术。
（2）为了提高圆成方辊弯成形技术的成方精度，可以根据实际需求进行孔型设计，如在孔型设计中融入“V”字形线，可有效减少压下量，提高板料的成形性；另外还可以对辊弯成形过程进行分析，根据具体情况适当调整压下量，以提高板料的成形性。
（3）随着生产技术的不断发展，在圆成方辊弯成形中还可以使用自动控制技术和计算机技术，从而对相关数据进行处理和分析，以对板料的尺寸和质量进行控制。
除此之外，还可以在设备上进行智能化设计，如利用传感器和计算机进行控制等，从而实现对设备的自动化控制。例如可以利用传感器监测板料厚度变化情况和板料质量等。
笔者观点
圆成方辊弯成形的特点是由成方辊辊面和上下两个成方形的辊身组成的。成方形的辊身从纵向看是一条直线，从横向看是两个矩形。
对于孔型设计，笔者认为成方形的辊身更适合用于成方产品。但成方形产品有一个不足之处，就是辊身和辊身之间的间隙较大，使得圆成方辊在工作时容易产生横向偏摆，同时也会影响圆成方辊的寿命；
所以笔者认为对于圆成方辊弯成形来说，如果可以把辊身和辊身之间的间隙控制在0.2mm以内，效果会更好一些。
由于圆成方辊弯成形所需的下辊直径较大，所以为了保证成方形产品的精度和表面质量，下辊直径一定要大一些。
参考文献
1.高正民：圆成方辊弯成形过程的数值模拟及其应用。《中国冶金工业科技》，(3)：49-50。
2.姜志海：基于DEFORM-3D的圆成方辊弯成形数值模拟及工艺优化。《钢铁研究学报》，(3)：83-85。
3.张广林：圆成方辊弯成形的辊弯成形工艺研究。《金属学报》，,35(11)：-。