一種地板梁的羅拉滾壓成形工藝分析

胡 翔

廣東東莞馬士基集裝箱工業有限公司項目技術中心，廣東 東莞 523146

1 概述

近年來， 隨著集裝箱行業競爭越來越激烈以及木地板材料的昂貴與缺乏，國內集裝箱地板逐步由木地板向鍍鋅鋼板梁及復合地板組合轉變。高強度的熱鍍鋅鐵合金由于具有良好的焊接性和耐腐蝕性能，在集裝箱制造的使用越來越廣泛。但是，由于高強度的鍍鋅合金鋼生產工藝的特點，在后續加工成形過程中經常出現鋅層脫落、扭曲變薄等質量缺陷，加大了羅拉滾壓成形件質量控制的難度。本文分析了在羅拉滾壓成形過程中材料性能的變化，同時研究了模具間隙對材料變薄的影響。

2 材料特性及零件參數

地板梁材料采用HR700+Z，鋅層重量為140/140g/m2，屈服強度≥700MPa，延伸率≥8%。其鍍層特性如表1所示。

表1 鍍鋅合金鋼板鍍層特性表

對成形前的鋼板和經歷20%羅拉滾壓預變形后的鋼板，其表面紋理差異輕微可辨。成形前的鍍鋅鋼板表面光滑，紋理細膩；預成型后的鍍鋅板表面紋理粗糙，由此可見，在羅拉滾壓成形過程中，對金屬的金相組織產生了變化。

而采用該材料的地板梁需要冷壓成形至如下形狀，如圖1。

圖1 地板梁截面尺寸

3 羅拉滾壓成形工藝概述

羅拉滾壓成形是一種薄板金屬高效擠壓成形工藝，是通過一定順序設置的多道次成形輥子，把卷材、帶材等金屬板帶不斷地進行橫向彎曲，制成所需斷面的板彎型材。目前廣泛用于船舶制造、交通運輸、建筑型材等眾多行業。在滾壓成形過程中避免產品表面劃傷、截面變形、成形表面起皺等工藝問題有一定難度；而成形彎邊寬度不均；材料變薄；表面劃傷等工藝問題，不僅僅是影響了零件本身的質量和使用強度，同時也會造成與之配合使用其它零件的工藝要求；這也是羅拉滾壓成形工藝所存在的主要難點。

4 影響羅拉滾壓成形工藝的要素

羅拉滾壓成形工藝是根據金屬材料性能利用多組輥輪模具上下對壓，逐步增加材料塑性變形量的原理，所有成形輥輪在成形過程中運行的速度相同，上下旋轉方向相反；成形過程中利用擠壓力將金屬材料滾壓成上下模具配合間隙形狀，從而成形得到需要的產品形狀。羅拉速度因材料性能、零件成形的復雜性和設備自身允許的條件而定，不同的產品形狀、金屬材料和設備設計的額定運行速度，其羅拉滾壓時的速度不等，快者可達50m/min。不同的零件材料屈服強度及組成晶格對其羅拉滾壓時工藝性和成形技術要求也很大，因此羅拉模具的材料、成形輥子數量和安裝調試是成形合格產品的重要因素。

5 地板梁成形工藝分析

5.1 成形彎邊尺寸不均分析

在羅拉滾壓成形工藝中，彎邊寬度尺寸要求較高的成形很多，如圖1所示的集裝箱地板梁便是帶彎邊的高強度鋼零件。

圖2 帶彎邊鋼截面尺寸

圖3 變形量控制

上述零件左右側均為25mm的彎邊且圓角均為尺3mm，材料厚度為2.25mm。要保證零件兩側25mm彎邊均等、平整且無褶皺鼓包等現象，在成形內圓角保證為R3是不容易做到的。通過零件材料性能、使用規格和設計尺寸的分析可將零件逆時針旋轉180°后成形得到如圖2所示。

先保證羅拉滾子模具中線上下同面，然后羅拉滾壓成形72mm寬度尺寸截面，然后再將零件兩側彎邊同時擠壓成形，在整個成形過程中要合理調整每組滾輪的變形量，這也是保證彎邊寬度均等的基礎。

在滾壓成形過程中每組輥子的變形量必須根據材料性能做適當調整，變形量太小將會增加輥子數量，使羅拉滾壓工序加長，浪費資源和空間；成形量過大會造成零件演變為拉深工藝，成形過程易變成冷作硬化，出現起皺、拉傷等質量，造成零件報廢，羅拉滾壓成形如圖4（a）、圖4（b）所示。

因此必須控制上下羅拉滾子的配合間隙以及相鄰輥輪組間距和變形量，如圖3所示。根據多種類似零件的成形案例，相鄰輥輪組的中心距為L，比值為H/L=tan a，只要確定兩項中一項便可計算出來。a為控制角度2°～3.5°左右即可。這樣不但保證了兩邊角度的要求還可保證R3的圓角尺寸，同時也避免了成形圓角時的盲區成形。

圖4 （a）羅拉滾壓成形初始圖4 （b）羅拉滾壓成形完

5.2 成形零件材料變薄分析

圖5 羅拉模具間隙不均

圖6 扭曲地板梁

零件在羅拉滾壓成形過程中彎曲半徑處經常出現或多或少的材料變薄及表面劃傷，甚至鍍鋅層脫落等，一般是模具滾子間隙配合不合理造成。

在羅拉成形工藝中，加工9m長的零件至少需要10組滾輪組合擠壓成形，每對滾輪的配合間隙必須滿足成形的材料厚度；配合間隙過大不易使材料達到屈服狀態，極易回彈，導致零件尺寸難以控制且出現褶皺、鼓包等現象，如圖5是地板梁羅拉滾壓成形調試過程中出現的報廢件截圖。工件左右均存在半徑處材料變薄，但其它成形面出現褶皺和波浪紋現象，導致該現象的原因即為成形過程中模具間隙調整不合理。在間隙較大處使羅拉滾壓成形的零件型面出現松動，造成波浪紋；間隙較小處，接觸處不走料，使得該處材料刮薄。

5.3 成形零件扭曲分析

在實際地板梁的羅拉成形試制過程中，出現了大量的扭曲零件，如圖6所示；抽樣50件中，合格率為0%，針對該零件的特殊性，對其成形工藝重新分析并歸納以下可能引起的原因：

1）由于零件長度比較長，接近9m，材料比較薄，剛性大，在成形過程中可能出現回彈；

2）可能由于羅拉成形滾子安裝過程中，滾子軸線不共面造成；

3）羅拉滾子連接軸座，左右調節高度不一致，致使成形滾子左右高度不等，多組滾子軸線出現偏角所致。針對上述所述原因，首先對成形材料組成和力學性能進行分析、試驗，以及對羅拉成形工藝設備及工藝方法進行進一步檢驗，試驗結果該地板梁扭曲與該因素無關。然后分別用精密水平儀對羅拉成形的10多組滾子連接軸進行水平測量，并且矯正后進行成形試制，結果在試制成形中的50件地板梁中，合格率為100%。由上述可知，在滾壓成形中，多組滾子安裝與調試，對羅拉合格零件時至關重要的，如果模具安裝出現不同軸或面的偏差，會造成該零件出現扭曲。

6 結論

結果表明地板梁在滾壓過程中模具軸線平面度和直線度偏差較大時產生地板梁扭曲的因素；成形滾子配合間隙過小是導致鋅層脫落、材料變薄的根本原因。

經以集裝箱地板梁滾壓成形工藝分析后，類似羅拉滾壓工藝中出現扭曲、鋅層脫落、表面劃傷及材料變薄等質量缺陷問題不再是困擾生產中的難題。

在對該工件成形中采取的工藝的難點分析、處理，經多次試模及生產后效率大大提高；除了對羅拉輥輪模具的材質、加工精度和熱處理方面要求合格外，在安裝、調試和保存方面均需安全有效，以確保生產合格產品。

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