Появление электрических вальцов

Уже более ста лет вальцы придают форму листовому и толстолистовому металлу. Менялись схемы расположения валков и системы привода, но базовый принцип технологии не изменился: использование рычажного действия для придания заготовкам самых разных форм, от цилиндрических и конических до сложных, с несколькими радиусами, точно выведенными к заданным контурам, которые порой невозможно получить иным способом.

В последнее время в область вальцовки толстого листа пришли электрические приводные системы. Эта новая технология способна существенно повысить качество и производительность. Чтобы понять почему, нужно рассматривать ее в контексте. Полезно увидеть, какое место электрические вальцы занимают в долгой истории развития этой технологии – начиная с самых ранних систем середины XIX века.

Принцип работы вальцов

Первые вальцы имели механический привод и фиксированную пирамидальную компоновку. Все валки вращались, а верхний перемещался вверх и вниз. На этом возможности перенастройки заканчивались, валки больше никак не могли менять положение. По сути, такая схема очень походила на прессовый гибочный станок с фиксированным радиусом вершины пуансона и фиксированным раскрытием матрицы

И сейчас изредка можно встретить самодельные машины, а серийные пирамидальные вальцы по-прежнему присутствуют в отдельных каталогах, ориентированных на небольшие мастерские и энтузиастов. Но в целом технология фиксированной пирамиды практически канула в прошлое.

Фиксированные пирамидальные вальцы напоминают листогибочный пресс с фиксированным радиусом наконечника пуансона и шириной матрицы.

Причина в том, что по современным меркам у нее есть серьезные ограничения, самое очевидное из которых – значительный и неизбежный непровальцованный плоский участок на кромке плиты. Его ширину определяет расстояние между осью верхнего валка и осью одного из боковых валков. В ранние годы большинство мастерских просто отрезали этот плоский участок. Сегодня оператор, а чаще – любитель в домашней мастерской, предварительно подгибает кромки на прессовом гибочном станке методом пошаговой гибки, после чего переносит заготовку на свой самодельный вальцовый станок с фиксированной пирамидой и формирует остальную часть.

После нескольких десятилетий доминирования станков с начальным прижимом на рынке вальцев инженеры середины XX века предложили идею повышения эффективности. Что если оператор сможет выполнить предварительный загиб обеих кромок, не снимая заготовку с машины? Так появилась трехвалковая машина с двойным подгибом. Верхний валок остается неподвижным, два нижних стартуют в симметричной пирамидальной компоновке, и оба могут подниматься к верхнему валку.

Трехвалковый станок с двойным подгибом позволяет операторам предварительно сгибать оба края без снятия листа. Однако для этого требуется дополнительное производственное пространство, чтобы оператор мог пропустить весь лист для второго предварительного сгиба.

Эта машина решает одну проблему, но порождает новые. Поскольку оба нижних валка поднимаются для предварительного загиба, оператор может протянуть лист насквозь и вернуть его обратно, чтобы зажать материал на ведущей и хвостовой кромках – отсюда и термин double-pinch – еще до начала основного цикла вальцовки и без снятия и разворота пластины.

Конструкция устранила неэффективность предварительного загиба, но добавила другие сложности. Во-первых, по сравнению с машиной с начальным прижимом, точки контакта при гибе между верхним и нижними валками расположены дальше друг от друга, поэтому материал сильнее подвержен кручению, особенно в руках неопытного оператора. Во-вторых, при раскатке крупных заготовок методика предварительного загиба, когда плоскую пластину протягивают полностью туда и обратно, требует значительной площади. Плита длиной 12.192 м на машине с начальным прижимом требует всего 12.192 м свободного пространства перед станком, а машина с двойным прижимом требует по 12.192 м перед и за валками – всего около 24.384 м.

Вальцы с начальным прижимом

Следующая итерация конструкции пошла по другому пути – это трехвалковая машина с начальным прижимом. Верхний валок остается неподвижным, один нижний расположен не совсем строго под верхним, а третий смещен в сторону. Такая схема сводила к минимуму широкий, часто жертвенный, плоский участок на заготовке. Плиту помещают между верхним и нижним валками. В этот момент третий валок поднимается и фактически формует, а не прокатывает, первые несколько сантиметров кромки, выполняя предварительный загиб, то есть предподгиб. Это большое преимущество по сравнению с фиксированной пирамидой.

Трехвалковый станок с начальным зажимом позволяет выполнять предварительную гибку, чтобы минимизировать не согнутую плоскую часть. Недостаток: для предварительной гибки второго края необходимо снять и повернуть листы.

Главный недостаток в том, что для выполнения второго предварительного загиба на противоположной кромке операторам нужно извлечь заготовку и развернуть ее на 180°. Для небольших листовых деталей это не проблема. Но по мере перехода к более крупной плите разворот заготовки для второго предварительного загиба может занимать значительное время и полностью задействовать мостовой кран.

Появившаяся более века назад, машина с начальным прижимом десятилетиями оставалась отраслевым стандартом и используется до сих пор, особенно для работ малых масштабов. Если вы работаете с тонким мягким материалом шириной и длиной в несколько метров, ручного управления достаточно, чтобы выполнить предварительный загиб обеих кромок. Но если заготовка, скажем, толщиной 20 мм, шириной 3м и длиной 10 м, то ручная подготовка кромок под предварительный загиб потребует серьезных затрат времени и ресурсов.

Появление четырехвалковых вальцов

Когда в середине XX века на рынке появились машины с двойным прижимом, вальцовка плиты по-прежнему была механически приводимым процессом и такой оставалась еще многие годы, вплоть до 1970-х, которые для производителей вальцов стали десятилетием экспериментов. На одних машинах гидравлический привод имел центральный валок, а боковые оставались механическими. На других, наоборот, боковые валки перемещались гидроцилиндрами, а центральный приводился механикой. К концу десятилетия практически весь рынок вальцов как с начальным прижимом, так и с двойным прижимом полностью перешел на гидравлику.

Именно в этот период появилась четырехвалковая машина. По сути, это сочетание сильных сторон трехвалковых схем с начальным прижимом и с двойным прижимом. Добавление четвертого валка прямо под верхним обеспечивает постоянный прижим, то есть плита все время надежно зафиксирована. Расстояние между точками гиба остается небольшим, что предотвращает проскальзывание. И поскольку формующие валки есть по обе стороны, не нужно протягивать материал через машину туда и обратно или поворачивать плиту. Плиту вводят между верхним и нижним валками. Дальний боковой валок выполняет первый предварительный загиб. Затем заготовку раскатывают, и в финале ближний боковой валок поднимается, чтобы согнуть хвостовую кромку.

Четырехвалкоая машина может прокатывать листы за один проход и является наиболее распространенным типом систем с ЧПУ. Станок никогда не «отпускает» лист и, следовательно, никогда не теряет исходное положение заготовки.

Появление электрических вальцов. Часть 2