Wrzesień 12th, 2018
Walcarki rolkowe – po 1970 roku
Autor Russell Barnshaws
Przed przystąpieniem do lektury niniejszego artykułu zapraszamy do przeczytania dwóch krótkich artykułów na temat historii walcowania przed 1970 rokiem.
W okresie od początku lat 70-tych XX wieku zaobserwowaliśmy kolejny rozwój w gięciu blach.
Wszystkie trzy walce w dużych walcarkach były już napędzane przez niezależne od siebie silniki hydrauliczne. To wyeliminowało potrzebę użycia sprzęgła i było bardziej odpowiednie dla dużych, ciężkich maszyn. Taki układ pokazany jest na Rys. 1
Nastąpiło również wprowadzenie nowego ułożenia rolek w walcarkach, gdzie układ ten jest zbliżony do układu piramidowego z rolką centralną poruszająca się pionowo i walcami dolnymi przemieszczającymi się poziomo jak na Rys. 2
W tym układzie możliwe było by tylko walec centralny był obrotowy jak na Rys.2 lub by wszystkie trzy walce były napędzane obrotowo tak jak na Rys.3
i dwa elementy stalowe mogę się różnie zachowywać podczas procesu gięcia. To jednak nie powinno zniechęcać do używania maszyn sterowanych numerycznie, które są dobrym rozwiązaniem na przykład przy walcowaniu dużej ilości cylindrów o tych samych rozmiarach.
W obliczu tak znacznego rozwoju w projektowaniu i budowie walcarek, pozostaje pytanie, która walcarka, jaki rodzaj i typ jest najlepsza?
Odpowiedź jest jedna, wszystkie walcarki są dobre, ale każda do innego rodzaju pracy. Wybór walcarki zależy od jej przeznaczenia oraz od tego jakie inne maszyny pomocnicze są dostępne na produkcji.
I tak na przykład starsze typy walcarek piramidowych choć nie są już produkowane na zachodzie Europy są wciąż w użyciu. W krajach o niskim PKB firmy o małym budżecie stosują walcarki piramidowe z wykorzystaniem prowadnic do gięcia blach o grubości maksymalnej 12mm.
W krajach rozwiniętych o wysokim PKB lepiej stosować nowoczesne walcarki hydrauliczne opisane w tej serii artykułów.
Walcarki z ruchomym ramieniem, gdzie wszystkie trzy rolki są napędzane przez ten sam silnik hydrauliczny nadają się do walcowania blach o grubości do 20mm. Do walcowania grubszych blach lepiej stosować walcarki, w których każda rolka jest napędzana oddzielnie przez swój własny silnik.
Jeżeli chodzi o nacisk na blachę do gięcia można zastosować następujące rozwiązania. Dolne walce mogą być zamocowane na pochylniach lub na ruchomym ramieniu przy pomocy trzpienia, który jest zamocowany nieruchomo na jednym końcu.
Można użyć uprzęży z nieruchomym trzpieniem na jednym końcu, do której przymocowany jest walec a nieco dalej siłownik. Taki układ uprzęży ma pewną przewagę mechaniczną i pozwala na użycie mniejszych siłowników.
W zastosowaniu powyższych rozwiązań należy uwzględnić fakt że mechanizmy te muszą być odporne na siły działające w trakcie procesu gięcia. Dodatkowo należy zabezpieczyć łożyska przed opadającą zgorzeliną, która jest dużo twardsza niż materiał z którego zrobiona jest walcowana blacha.
Walcarki o zmiennej geometrii mają większe możliwości walcowania poprzez możliwość odsunięcia walców na maksymalną odległość i są stosunkowo tanie. Do walcowania cieńszych blach i do walcowania stożków potrzebna jest natomiast walcarka, w której wszystkie trzy walce są napędzane.
Walcarki nadają się również do walcowania stożków (Rys.4). Przy wyborze walcarki do walcowania stożków należy się upewnić że rolki są hartowane a podparcie do gięcia stożków jest wykonane z bardzo twardych materiałów i jest dobrze umocowane w walcarce.
Wybór walcarek i ich cechy jest zbyt duży żeby omówić temat kompleksowo w tej serii artykułów, warto natomiast nadmienić jeszcze parę zdań na temat samych walców.
Normalną praktyką jest wyprofilowanie walców tak by nadać in kształt obły w części środkowej, biorąc poprawkę na odkształcenia walców w procesie gięcia. Producenci walcarek są w stanie obliczyć jaki powinien być profil walca w zależności od jego przeznaczenia. Dlatego warto przy zamawianiu walcarki podać jakie będzie jej główne zastosowanie.
Przy wyborze walcarki warto również wziąć pod uwagę twardość walców i zapłacić dodatkowo by walce była hartowane indukcyjnie. Wielu producentów walcarek produkuje walcarki z walcami hartowanymi indukcyjnie w standardzie.
Barnshaws i nasza historia zakupu walcarek
W Barnshaws na przestrzeni lat wypróbowaliśmy już 12 różnych dostawców walcarek jak również robiliśmy swoje własne walcarki hydrauliczne skrojone do naszych potrzeb.
Nasze doświadczenie z producentami walcarek jest pozytywne i co ważne wszyscy nasi dostawcy oferowali dobrą obsługę i serwis posprzedażowy by zapewnić ciągłość pracy naszych walcarek.
Przy zakupie walcarek, szczególnie przy zakupie ciężkich i drogich walcarek warto najpierw je wypróbować w praktyce u producenta zanim zgodzimy się na dostawę.
Przy zakupie walcarki do walcowania stożków warto poprosić dostawcę by na próbę w naszej obecności przyciął blachę pod stożek i wywalcował go wedle naszego zapotrzebowania, zanim maszyna przyjedzie do nas na warsztat.
Na rynku wzrasta zapotrzebowanie na stal stopową o podwyższonej wytrzymałości, na przykład stal S275 jest wypierana przez stal S355, która jest o 39% bardziej wytrzymała. Trzeba mieć to na uwadze przy obliczeniach gdyż wiele tabeli i kalkulatorów możliwości zwijania płyt przedstawia dane dla stali S275. W uproszczeniu należy założyć że jeżeli stal ma podwyższoną wytrzymałość o 40% to do jej wygięcia będzie potrzebna siła o 40% większa.
Kolejnym istotnym współczynnikiem przy obliczaniu możliwości gięcia jest długość blachy Rys. 6 i 7. Długość blachy może się zmieniać z długości równej szerokości walca na przykład 3m do blach wąskich na przykład na 500mm. Maksymalny moment zginający na rolce środkowej w jej centralnej części jest dwukrotnie większy przy obciążeniu punktowym niż przy obciążeniu ciągłym równomiernie rozłożonym występującym w przypadku walcowania blachy o szerokości równej długości walcarki.
Współczynnik wytrzymałości blachy na zginanie jest proporcjonalny do szerokości zginanej blachy (L) i jej grubości podniesionej do kwadratu, wyraża się następująco LxT²/6. W przypadku bardzo krótkich blach współczynnik wytrzymałości zmienia się na LxT²/12. Należy to wziąć pod uwagę przy obliczeniach do tabel przedstawiających możliwości zwijania blach. Niektórzy producenci używają grafów, które biorą poprawkę na powyższe obliczenia, inni z kolei używają skali z faktorem pomniejszającym. Powyższy wzór można stosować aby sprawdzić czy producent giętarki użył prawidłowej specyfikacji maszyny.
Należy również omówić możliwości zginania wstępnego.
Aby wywalcować blachę potrzebny jest moment zginający, czyli siła razy odległość, i tak na przykład jeśli odległość jest zerowa to siła potrzebna do gięcia jest nieskończona. Dla cienkich blach można tak ustawić końce blachy że w praktyce wygląda że blacha jest walcowana do samego końca.
Przy większych grubościach blachy na przykład 50mm należy rozważyć geometrię. Operator musi zdecydować jaka jest potrzebna siła do przed-gięcia, pamiętając że blachy są ze stali o podwyższonej wytrzymałości. Im większa moc tym większy cylinder i tym większa średnica górnego walca. Współczynnik wytrzymałości walca na zginanie jest proporcjonalny do średnicy walca podniesionej do sześcianu (d3). Minimalna wartość średnicy na jaką można wygiąć blachę z uwzględnieniem odkształceń to około 1,4 raza średnicy górnego walca.
Zaleca się aby przed kupnem maszyny doświadczony operator wykonał próbę gięcia, zanim maszyna opuści halę producenta.
