专利名称：不锈钢冷弯型材的轧制成型方法
技术领域：
本发明属于冷弯型钢的加工工艺方法，特别是复杂断面的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法。
冷弯型钢是在常温下采用金属压力加工，将板、带钢冷弯成一定形状的钢材。通常把薄板、薄带钢制成的冷弯型钢称之为冷弯型材。
现有的冷弯型材加工工艺仍以传统的直角回折工艺为典型。制造设备有液压机、冲压机、折弯机和轧辊成型机(即轧机)。轧制成型是批量制造冷弯型材的方式。由于不锈钢型材的成型比普通钢材即碳钢的困难更大，所以，可以完成复杂断面不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，具有很大的经济效益和普遍推广的意义，在不锈钢、碳钢、有色金属合金轧制成型中都可以应用。
不锈钢冷弯型材的典型应用，是用来组装制造不锈钢门窗，它们在高标准、高质量的建筑工程中得到越来越广泛的应用。不锈钢门窗型材多用冷弯机组轧制成型工艺与设备制造。现有技术冷弯型材轧制成型工艺方法存在下列缺陷。
(1)制成的冷弯型材断面形状比较简单，复杂断面难以成型。这一缺陷造成的情况是，由于型材断面形状比较简单，组装完成一个系列门窗，通常要用10至14个不同断面的型材，致使设备投资和型材制造成本高。
(2)型材断面形状、尺寸、特别是等边尺寸精度不高、误差大。
(3)型材直角平面回弹大(呈钝角)，平面产生弓波。
(4)型材平面度，直线度形位误差大，成品型材平面纵向实际上呈波浪状。
(5)型材外棱圆角(倒角)半径过大，棱角线条不清晰美观。
现有技术轧制不锈钢门窗冷弯型材时，由于不锈钢易冷作硬化，回弹较大，成型更难，上述缺陷就更加严重。以至组装的门窗其水密性、气密性、隔音和保温性能都不能达到较高要求。
还有，现有技术轧制不锈钢门窗型材中常见的燕尾槽时，轧机上都需要有立辊，用来成型燕尾槽的底角，成型后角度和开口的尺寸和形状不准，误差大。如图3所示。
此外，由于不锈钢冷弯型材断面的形状较复杂，轧制过程中表面有擦伤时很难恢复原样，将影响表面质量。
本发明的目的是提供一种新概念的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，这种工艺方法克服冷作硬化、回弹大的缺陷，可以完成复杂断面型材的轧制，型材成品等边尺寸和形位精度高，外棱圆角小，表面质量好；特别是轧制不锈钢门窗型材时，由于可以完成复杂断面的成型，可以减少每一系列门窗型材的种类，当轧制燕尾槽时不用立辊而全部用水平轧辊完成；轧制的型材线条棱角清晰、挺括、平面度、直线度都有很大的提高。
以下叙述以不锈钢带钢为原料，轧制不锈钢冷弯型材，说明本发明工艺方法的内容和特点。显然，本发明方法也可以用于折弯机、冲压机和液压机的冷弯成型加工中。材料除不锈钢外，还可以是碳钢、或有色金属合金。
为了清楚地说明本发明的内容，先定义说明申请文件中所用的术语。
不锈钢冷弯型材。指用薄不锈钢板、薄不锈钢带冷弯制成一定形状的钢材，本申请中简称冷弯型材。不锈钢带钢简称不锈钢带。
轧制、冷弯轧制、轧机。其定义请见有关科技术语词典(如“辞海”)。本申请中冷弯轧制即冷轧，简称轧制。轧机是指纵列式冷弯型材轧机，由装有轧辊的工作机座，传动机构和电动机等组成。
孔型。轧机中两个轧辊上的刻槽所构成的一定形状的孔隙。
轧件。即轧机中被加工的工件。
冷弯型材的横截面及其展开。冷弯型材的横截面即垂直于纵向的横断面，表现了型材断面的形状。展开其断面就是带钢的宽度，表示为一段水平线。等分此水平线段的点就是中点。
轧件的中间部分和外沿部分。指冷弯型材展开后、亦即轧件/工件/带钢表示为一水平线段时，将其邻近中点的部分称之为轧件中间部分，邻近左右边缘的部分称为左右外沿部分(总称外沿部分)。
过位，过位区域；就位，就位区域。参见图7。由原材料(带钢)-轧件-制成型材，设想将轧件放在0(左)-0-0(右)的水平面上，称为设计平面。通过中点0有一垂直线。由0(左)--90°和0(右)--90°分别称为左过位区域和右过位区域，由0(左)-90°和0(右)-90°分别称为左就位区域和右就位区域。轧件的轧制加工部分处于设计平面之下的左右过位区域时，称为过位。轧件在设计平面(水平面)之上，在就位区域中，到达并定位到预定成型位置称为就位。
过位方向/反方向。就(回)位方向/正方向。回位。参见图7。过位方向即反方向，指在过位区域中由水平面向-90°运动的方向。就位方向又称回位方向或正方向，指在就位区域中，由水平面向90°运动的方向，即最后就位成型的方向。向回位方向的运动称回位。
向外。指由折弯点向邻近的边缘。若折弯点在中点之左(或右)则是向左(或右)边缘的方向。
平衡受力。指在过位区域内，轧件成型部位平衡地受到上下轧辊的压力。
另外，就中文而言，成型与成形二词，在本申请文件中无严格区别。
本发明不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，原材料是不锈钢带或薄板，轧制设备是纵列式冷弯型材轧机，原材料自进料端进入轧机，轧件在两排平行排列而反向旋转的轧辊间变形，本发明方法的特征在于，轧件开始成型轧制之前，以冷弯型材横断面展开后的中点或中间部位定位，轧件成型部位的轧制顺序为由内向外，即先中间部分后外沿部分，成型方式为先过位后就位，即先将轧件预定成型部位自其折弯点变形折弯，使之逐步过位即超过设计位置，而后逐步折回，最后就位成型。
为保证本发明方法轧制不锈钢冷弯型材的高质量，包括满足型材等边尺寸的形位公差的要求，本发明方法在原材料带钢自进料端进入轧机，开始成型轧制之前，先进行纵向平整，原材料带钢在上下交叉布置的轧辊间，上下交叉受力波浪状态前进，消除纵向弧弓后再进入以后的成型阶段。
本发明方法对各种形状或部位的成型有以下特点。
本发明方法对冷弯型材展开后中间部位直角的成型，是先自折弯点折弯，向外做出小圆弧，再自折弯点向成型的反方向逐步下折，即过位至垂直平衡受力的最大角度上，然后逐步正方向回位并轧平小圆弧，最后就位成型为直角。
本发明方法对任意一个角度的成型，是使其在过位区域内或过位状态下，处于垂直平衡受力状态下完成该角度的成型。
本发明方法对于边沿部分的复杂成型，是在过位区域中完成的。
本发明方法对于燕尾槽的成型，完全用水平轧辊轧制完成，先按其展开尺寸由内向外逐步折弯出“拱门”状，所说的“拱门”顶部为三角形或圆弧形，然后将所说的“拱门”顶部轧平，随“拱门”高度降低的同时，燕尾槽底部和顶平面逐步成型，最后就位成型，完成设计形状的燕尾槽。
本发明方法对位于型材(断面展开后)中心位置横向宽度尺寸不大的平面的成型，先自中心点按平面横向宽度尺寸的一半对称地弯折，在中心点形成钝角或直角，等相连部分的造型完成的同时或以后，轧平所说的钝角或直角，完成该平面的成型。
本发明方法前面所说的过位至垂直平衡受力的最大角度大约为45°。
本发明方法的再一特点是，在过位区域内进行局部成型时，预留出/预应回弹量，以消除回弹。
本发明方法对折弯变形部位的成型，是先自折弯点向外做出小圆弧，然后自该折弯点向成型的反方向下折，即过位反折至约45°，再由此位置逐步折回，所说小圆弧随之轧平，最终完成设计的折弯就位成型。
图1．本发明方法轧制冷弯型材实施例1；不锈钢窗横框型材轧制工艺简图。
图2．实施例2本发明方法成型燕尾槽示意图。
图3．现有技术方法轧制成型燕尾槽示意图。
图4．本发明方法轧制冷弯型材实施例3；不锈钢窗上框型材轧制工艺简图。
图5．实施例4本发明方法成型直角等边的实例。
图6．现有技术方法轧制成型直角等边型材示意图。
图7．说明本发明申请文件中“过位”、“就位”等术语概念示意图。
以下结合附图所示本发明方法的实施例，详细说明本发明方法的内容和特点。特别是图1和图4所示实施例，综合显示了本发明的技术特征。图中的标号131、132、431、432等等表示一特定点或特定部位，特定部位是指圆弧、半圆、回形弯扣等。
实施例1．本发明方法轧制不锈钢窗横框冷弯型材。
参见图1，第12步为轧制成型的不锈钢窗横框，其横断面大体为对称的长方形闭口框。顶部呈槽形，带钢边缘互相扣回连结于槽底。下部呈门框形，左右框近底边处有对称的燕尾槽，门框顶为不宽的平面。
如图1所示，自下而上，该型材冷弯轧制的主要步骤如下。
第1步原材料不锈钢带在轧机进料端的纵向平整轧辊间进行纵向平整，以消除纵向弓波。
第2步以中点120定位，对中心位置宽度不大的平面进行过位加工，即先自中点120按平面的宽度尺寸的一半向下(或向上)对称地弯折，在中点120形成钝角。
第3步在131点和132点同时开始在左右燕尾槽成型，用水平轧辊轧制，按槽型尺寸分别由内向外逐步分段折弯。
第4步继续燕尾槽成型，形成“拱门”状，“拱门”顶部141和142为三角形。
第5步完成燕尾槽成型，轧制过程中“拱门”高度逐步降低，燕尾槽底部和顶平面同时成型。
第6步开始轧制161和162点的直角。由这两点分别向外做出小圆弧。
第7步竖起燕尾槽“拱门”，161和162点的圆弧轧平直角就位成型；又自171和172点先做出圆弧，然后下折过位，使平面175和176处于过位区域；自173和174点向外的外沿部分弯折成水平。
第8步带燕尾槽门框就位成型，“拱门”顶部轧平。
第9步左右两边沿部分在过位区域内分别分段复杂成型，在173和174开始做回转180°半圆弯，173-191和174-192段垂直，191、193、195分段弯出90°，192弯出90°；197和194分别左弯出约45°角。
第10步自171和172点平面175和176逐步回位，173和174的半圆继续成形。图上所示为平面175和176回位至水平位置，并且第10、11、12步画在一起。
图11步自171和172点平面175和176继续正方向折回，图上所示为回位至45°位置。
第12步自171和172点平面175和176折回至垂直位置，就位成型；在此过程中173和174完成半圆，边沿的197和194互相扣合连结、固定，型材最后就位成型，冷弯轧制完成。
这里只叙述了本发明方法轧制这种型材的主要步骤。实际的轧制步骤，轧机中除纵向平整轧辊外，有型孔的成型轧辊有40余对，也就是说整个先过位后就位的轧制成型有40余步。
实施例1中，第2-8步显示了中点120处的小平面成型。第3-5步显示了燕尾槽成型。第6-7步显示了161和162点直角成型。第7-12步显示了171和172点直角成型。第7-9步显示了左右边沿部分在过位区域的复杂成型。第10-12步显示了最后的就位成型。
实施例2．本发明方法轧制燕尾槽如图2所示，本发明方法轧制燕尾槽完全用水平轧辊完成。图中自下而上表示了两个主要步骤成型示意。
第1步由上轧辊201和下轧辊202之间的型孔将轧件203过位成型为“下陷的拱门”状，“拱门”的底部204下陷，并使燕尾槽底角204成型，顶部211为三角形。
第2步上轧辊205和下轧辊206之间的型孔使轧件203就位成型为轧件207，完成了燕尾槽的轧制。上轧辊的矩形槽213确定了燕尾槽顶平面208的宽度和高度，下轧辊上的矩形凸起209确定了燕尾槽开口宽度。
210为本发明方法完成了燕尾槽成型的轧件。整个轧制过程轧件的成型部分均衡对称受力，因而燕尾槽的形状和尺寸精度都得到保证，并且先过位后就位成型工艺消除了回弹现象。
图3是现有技术轧制燕尾槽示意图，可以与本发明方法比较。轧机上有成对的锥台形立辊301，用于成型燕尾槽底角304。下轧辊302辊身的工作面为圆柱面，图上为一水平线。以上为第1步。第2步，在上轧辊305和下轧辊306之间的型孔完成燕尾槽的成型得到轧件307。下轧辊306的辊身仍然是圆柱面。上轧辊305的辊身上有矩形槽313，由其决定了燕尾槽的高度和顶平面308的宽度，而开口309的误差则较大。310是现有技术方法和设备完成的燕尾槽轧件。其缺陷是由于冷作硬化和应力作用，成型后回弹大，燕尾槽的开口和角度形状尺寸不准、误差大。
实施例3．本发明方法轧制不锈钢窗上框冷弯型材。
参见图4，第13步为轧制成型的不锈钢窗上框，其横断面大体为对称的耙状封口框，下部为“耙齿”，上部是大体呈长方形的连结部分。其顶部有浅槽，带钢边缘以“回形扣”在此扣合连结封口。图中自下而上主要轧制步骤如下。
第1步原材料不锈钢带在轧机进料端的纵向平整轧辊间进行纵向平整，以消除纵向弓波。
第2步以中间部分定位，在421点和422点之间开始轧制大平面和直角，由此二点向内向下弯出小圆弧。
第3步自421点和422点分别向外向下折弯约60°，自431和432处各向外部分折至水平。(以后在431和432处成型半圆)。
第4步431和432处做出直角圆弧，421-431和422-432成为垂直平面。
第5步轧平421-422间的圆弧成型为平面。
第6步自431和432处向外分别上折约30°，自461和462向外部分分别呈水平。
第7步431和432处形成半圆，并且461和462至垂直位置；自461和462向外分段过位成形461-471和462-472段上斜，471-473和472-474段水平，473和474下弯成直角，475和476各自向外弯出圆弧。
第8步自471和472点分别向下弯折；轧平475和476外的圆弧，自481和482向外弯出直角，由此向外在483和484向外做出圆弧并顺势下折约-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圆弧改成折弯，483-485和484-486向下过位倾斜约-45°，485和486向外仍呈水平。
第10步在过位区域内，在垂直平衡受力状态下完成485和486的直角成型；并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分别制出回形弯扣。
第11步图4将第11、12和13步画在一起。第11步时，自483和484分别向回位方向逐步上折，这时呈水平位置。
第12步自483和484继续向就位方向弯折，这时约呈45°。
第13步自483和484由第11步的位置继续正方向弯折，直至483和484成直角，回形弯扣4109和4106互相扣合连接于顶部浅槽处，整个型材最后就位成型。
要说明的是，这里只是简要地说明了本发明方法轧制这种型材的主要步骤。实际上，就轧机而言，除了进料端的纵向平整轧辊之外，有型孔的成型轧辊约有60对，也就是说本发明方法轧制实施例3型材约有60余步。
在实施例3中，第2-5步体现了直角421和422及平面的成型。第3-7步显示了431和432半圆回转成型。第8-13步显示了483和484直角成型(先弯出小圆弧)。第8-10步显示了485和486在过位区域中垂直平衡受力状态下的直角成型。第10步表示了过位区域中边沿部分的复杂成型。第11-13步显示了最后就位成型。
实施例4．过位区域内垂直平衡受力轧制直角成型(图5)。
图5是本发明方法典型的垂直平衡受力直角成型示意图。它特别适合于中间部分之外的大平面直角成型。其中的轧件就是实施例4型材轧件在第10步时的形状。
图5中，轧件530的中间部分已就位成型，这时531和532向外已被反方向折弯在过位区域，下折角度约-45°，在533和534点，上轧辊501和下轧辊502使轧件530垂直平衡受力，形成了准确的直角。同时自533和534点向外的外沿部分的复杂弯折也被定型(在过位区域内)。也就是说，型材除了531和532以后的继续回位轧制成型外，中间部分都已完成成型，只待以后逐步回位两端扣合封闭。由于533和534的直角成型，是轧件受上下轧辊垂直平衡力完成的，因而可以做到直角准确稳定，不再有回弹，棱边圆角小，线条清晰、挺括、美感好。
图6为现有技术的的工艺方法轧制成型直角，用于与实施例4作对比。要完成的轧件形状相同。轧件630的中间部分已成型，现在要在631和632成型直角，实际上上轧辊601的端面与下轧辊602的水平槽的直立内壁形成间隙611和612，轧件630和631和632向外的边沿部分折弯在间隙611和612中，631和632成型为直角。现有技术轧制成形直角的缺陷是由于上下轧辊间存在间隙611和612,631和632直角棱角倒角半径过大，成型后直角回弹(形成钝角)，形状尺寸难以准确，平面将产生弓波，外观美感亦较差。
综上所述可见，本发明不锈钢冷弯型材轧制成型的方法的最大特点是先过位后就位。轧制过程中对轧件的成型部位先过位，实际上是进行了预应力处理，以后就位成型之后，型材中的应力松驰形状趋于稳定，从而最大限度地消除了不锈钢易于冷作硬化，冷弯后回弹较大的影响。
本发明方法突出的特点和显著效果归纳如下。
(1)由于过位，扩大了成型运作范围(近一倍)，边沿部分的成型在过位区域中完成，因而可以完成复杂断面型材的成型，从而可以直接或间接地提高经济效益。
典型的例子是不锈钢门窗的冷弯型材。现有技术轧制的型材断面形状简单，需要10至14种断面的型材才能完成一个系列门窗。而采用本发明方法，由于断面形状复杂，只需6至9种断面型材就可以组装成一个系列门窗。
(2)先过位后就位成型的型材形状和尺寸精度高，无论是封口型材或开口型材不再有回弹现象。特别是燕尾槽和直角成型，突出地显示了本发明方法的优越特点。
(3)燕尾槽型式的成型，全部用水平轧辊完成。
(4)型材棱边倒角或圆角半径小，线条棱角清晰，挺括美观。
(5)成型轧制前，先进行纵向平整处理。型材平面度、直线度好，形位误差小。
(6)表面质量好。由于本发明方法成型顺序是先中间部分后外沿部分，并且外沿部分的成型可以在过位区域内完成，因而完成中间部分成型后，成型边沿部分时，轧辊的型孔分隔在边沿部分，轧件已成型的中间部分处于上下轧辊无型孔的自由空间中，不会对表面造成磨擦划痕，有利于提高表面质量。
(7)本发明方法特别适合完成复杂断面封口型材的轧制。
本发明方法的优点突出表现在复杂断面不锈钢冷弯型材轧制成型中。对碳钢、合金钢或有色金属合金也是适合的。对折弯机、冲压机和液压机冷弯成型加工也是适用的。
本发明方法的缺点是由于成型轧制步骤多，冷弯轧机需要的工作机座和轧辊相应增多，需要适当加大传动电动机功率，致使设备成本增加。但是设备成本有限的增加完全可以从使用本方法获得的高经济效益中得到补偿和回报。
权利要求
1．不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，原料是不锈钢带或超薄板，轧制设备是纵列式冷弯型材轧机，原材料自进料端进入轧机，轧件在两排平行排列而反向旋转的轧辊间变形，本发明方法的特征在于，轧件开始成型轧制之前，以冷弯型材横断面展开后的中点或中间部位定位，轧件成型部位的轧制顺序为由内向外，即先中间部分后外沿部分，成型方式为先过位后就位，即先将轧件预定成型部位自其折弯点变形折弯，使之逐步过位即超过设计位置，而后逐步折回，最后就位成型。
2．根据权利要求1所述的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，其特征是原材料自进料端进入轧机，开始成型轧制之前，先进行纵向平整，原材料带钢在上下交叉布置的轧辊间，上下交叉受力波浪状态前进，消除纵向弓波后再进入以后的成型阶段。
3．根据权利要求1或2所述的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，其特征是对于冷弯型材展开后中间部位直角的成型，是先自折弯点折弯，向外做出小圆弧，再自折弯点向成型的反方向逐步下折，即过位至垂直平衡受力的最大角度上，然后逐步正方向回位并轧平小圆弧，最后就位成型为直角。
4．根据权利要求1或2所述的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，其特征是对于任意一个角度的成型，是使其在过位区域内或过位状态下，处于垂直平衡受力状态下完成该角度的成型。
5．根据权利要求1所述的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，其特征是对于边沿部分的复杂成型，是在过位区域中完成的。
6．根据权利要求1所述的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，其特征是对于燕尾槽的成型完全用水平轧辊轧制完成，先按其展开尺寸由内向外逐步折弯出“拱门”状，所说的“拱门”顶部为三角形或圆弧形，然后将所说的“拱门”顶部轧平，随“拱门”高度降低的同时，燕尾槽底部和顶平面逐步成型，最后就位成型，完成设计形状的燕尾槽。
7．根据权利要求1所述的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，其特征是对于中心位置横向宽度尺寸不大的平面的成型，先自中点按平面横向宽度尺寸的一半对称地弯折，在中点形成钝角或直角，待相连部分的造型完成的同时或以后，轧平所说的钝角或直角，完成该平面的成型。
8．根据权利要求1或2所述的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，其特征是对于折弯变形部位的成型，是先自折弯点向外做出小圆弧，然后自该折弯点向成型的反方向下折，即过位反折至约45°，再由此位置逐步折回，所说的小圆弧随之轧平，最终完成设计的折弯就位成型。
9．根据权利要求1或2所述的不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，其特征是在过位区域内进行局部成型时，预留出/预应回弹量，以消除回弹。
全文摘要
不锈钢冷弯型材的轧制成型方法，以带钢或超薄钢板为原料在纵列式冷弯轧机上轧制，以型材断面展开后(线)的中点或中间部位定位，轧制顺序为，先中间部分后外沿部分，成型方式为先过位后就位，即先将成型部位折弯变形超过设计位置，而后逐步折回，最后就位成型。本发明方法扩大了成型运作范围，可以完成复杂断面型材的成型，成型后不再有回弹，因而型材形状和尺寸精度高，形位误差小，并且棱边圆角小，线条棱角清晰、挺括美观。
文档编号B21D5/00GK1316305SQ0010573
公开日2001年10月10日 申请日期2000年4月4日 优先权日2000年4月4日
发明者占金弟 申请人:占金弟