Вальцы для листового металла: пневмоприжим верхнего вала

Как сделать вальцы для листового металла с пневмоприжимом?

Верхний вал трёхвалковых вальцов давит на лист с силой, которую задаёт пластический момент листа: M = σ_т · b · s² / 4, а сила на верхнем вале при небольшом прогибе P ≈ 4 · M / L. Здесь b — ширина листа вдоль вала, s — толщина, L — расстояние между осями нижних валов, σ_т — предел текучести стали. Усилие цилиндров прижима, с запасом:

M = σ_т · b · s² / 4     P = g · 4 · M / L     F = P · k

где g — поправка на геометрию (у нас 1,10: с ростом кривизны листа сила на верхнем вале меняется, подробности ниже), k = 1,69 — запас: 1,3 на трение в направляющих и подшипниках и ещё 1,3 на просадку давления в сети, как в статьях про пневматический трубогиб и гибку арматуры. Это допущение, а не норма: трение в вашем узле измерьте на образце.

Пример: лист 1000×2 мм из Ст3, нижние валы Ø80 на расстоянии 200 мм, радиус изгиба 100 мм. Момент от 235 Н·м (по пределу текучести) до 480 Н·м (верхняя оценка по пределу прочности; по данным источника реальный момент, скорее всего, ближе к 254–284 Н·м). Сила на верхнем вале с поправкой g — от 5 170 до 10 560 Н, с запасом k — от 8 737 до 17 846 Н. Один цилиндр Ø125 (7 363 Н при 6 бар) не проходит даже нижнюю оценку: не хватает 16 %. Два цилиндра Ø100 по подшипникам вала (по 4 712 Н) проходят нижнюю оценку с запасом 7,9 % только на бумаге: по данным источника упрочнение добавляет к моменту 8–21 %, и запас исчезает. Надёжнее два цилиндра Ø125 (по 7 363 Н, запас 40–56 % над оценкой с упрочнением). Верхнюю оценку тянут два Ø160. Лист 1000×1 мм проходит увереннее (один Ø80); лист 500×2 мм даёт 4 369 Н на один Ø100 — тот же запас 7,9 %, что у 1000×2 на двух Ø100; лист 1000×3 мм по нижней оценке берут два Ø160 (или два Ø125 при расстоянии между нижними валами 300 мм), по верхней — уже гидравлика.

Готовых вальцов WAALPC не продаёт. Наш вклад — цилиндры, распределитель, блок подготовки воздуха, дроссели и пневмозамки для прижима верхнего вала; раму, валы, редуктор вращения и подшипниковые узлы вы делаете сами. Родственные расчёты: листогиб (там угол, здесь радиус), станок холодной ковки, пресс-ножницы.

Какие бывают вальцы и что здесь считаем?

Вальцы гнут лист по радиусу: лист прокатывается между валами и принимает форму цилиндра или конуса. Листогиб ломает лист по линии на угол, вальцы дают дугу. Ниже — как устроены разные типы и что из этого считает статья.

Тип вальцов	Как гнёт	Где нужен прижим	Считаем здесь?
Трёхвалковые, верхний вал по вертикали	Лист лежит на двух нижних валах, верхний вал опускается посередине и продавливает лист; вращение нижних валов протягивает лист	Опускание верхнего вала и удержание его на радиусе	Да, это основной случай статьи
Четырёхвалковые	Верхний и нижний валы прижимают лист и не дают ему проскальзывать, боковые валы гнут; кромки подгибают за один проход	Зажим листа между верхним и нижним валом; перемещение боковых валов	Изгиб — да, по той же геометрии (по источнику, четырёхвалковые гнут так же, как трёхвалковые); силу зажима листа не считаем
Гибка конуса	Один из валов ставят под углом к остальным, металл деформируется постепенно от вершины к основанию	Перекос вала: разное положение по концам	Нет: расчёт «в лоб» не подходит, нужен отдельный

Что вальцы не дают: угол 90° по линии (это листогиб) и точный радиус без настройки: при вальцовке всегда остаётся прямой участок у кромок, недогиб, и его подгибают отдельно. Для трёхвалковой схемы инженер А. Воробьёв (автор расчётных методик, на которые мы ссылаемся) в ответе на комментарий от 13.04.2019 оценивает его примерно в 0,6 · L, где L — расстояние между нижними валами. Это ориентир из комментария блогера, независимого подтверждения мы не нашли; для расчёта берите его как порядок величины.

Какая физика у вальцов — сколько давит верхний вал?

Пока момент в листе меньше момента начала текучести σ_т · W, лист пружинит и возвращается. Остаётся радиус только тогда, когда всё сечение дошло до текучести: тогда образуется пластический шарнир, и момент равен M = σ_т · Z. Для полосы b × s, изгибаемой по толщине s, упругий момент сопротивления W = b · s² / 6, пластический Z = b · s² / 4, отношение Z/W = 1,5 (то же сечение, что в статье про станок холодной ковки, только «полоса плашмя» шириной в весь лист).

Как момент превращается в силу на верхнем вале. Лист лежит на двух нижних валах, верхний вал давит посередине. Пока лист гнётся по дуге радиуса R (по средней линии), реакция каждого нижнего вала направлена на центр дуги под углом α к вертикали; вертикальная сила верхнего вала уравновешивает две такие реакции: P = 2 · N · cos α. Момент реакции относительно нижней точки листа M = N · R · sin α. Исключив N, получаем:

P = 2 · M / (R · tg α)     sin α = (L / 2) / (R + D / 2 + s / 2)

где R — радиус по средней линии листа, D — диаметр нижних валов, L — расстояние между их осями. Ту же формулу для верхнего вала трёхвалковых вальцов даёт методика инженера А. Воробьёва (формулы 20–21 его статьи «Вальцовка листового металла»); мы вывели её независимо и сверили. Для плоского листа и малых углов она переходит в P ≈ 4 · M / L: это сила в середине балки на двух опорах, где момент M = P · L / 4.

Поправка g. При радиусе 100–600 мм и валах Ø80 на расстоянии 200 мм отношение точной силы к «плоской» P = 4 · M / L не превосходит 1,10 (максимум на радиусе около 200 мм). Мы берём g = 1,10 для всех строк таблицы с L = 200 мм; для другого L и D поправку надо пересчитать по формуле выше.

Параметр	Значение в статье	Откуда
σт Ст3, «нижняя» оценка	235 МПа	ГОСТ 535-2005 (сортовой и фасонный прокат): не менее 235 МПа для Ст3кп (245 МПа для Ст3пс и Ст3сп); так же принято на сайте. Тонкий лист делают по другому стандарту, где предел текучести может не нормироваться: сверяйте по сертификату партии или образцом
σв Ст3, «верхняя» оценка (оценка автора)	480 МПа	в таблицах разных изданий и марок Ст3 предел прочности расходится в пределах 360–490 МПа; берём 480 как верх типичного диапазона (Ст3пс). Подставляем вместо σт, чтобы учесть упрочнение и неточность марки: это грубая граница «с запасом по марке», а не ожидаемое значение
Запас k	1,69 = 1,3 × 1,3	допущение, как в статьях про трубогиб и арматуру
Давление сети	6 бар (0,6 МПа)	рабочее давление серии SC — до 0,8 МПа
Нижние валы, расстояние L	Ø80, L = 200 мм	выбор автора, влияние L — в таблице ниже

Упрочнение. При вальцовке сталь упрочняется тем сильнее, чем меньше радиус, поэтому реальный момент выше расчёта по пределу текучести. В расчётах А. Воробьёва для стальных обечаек толщиной 16–18 мм с учётом кривой упрочнения момент получился в 1,62–1,81 раза больше σ_т · W, а «нижняя» оценка (σ_т · Z) даёт ровно 1,5; то есть реальный момент по этим примерам выше нашей нижней оценки на 8–21 %. Для нашего листа 1000×2 мм это 254–284 Н·м, а верхняя оценка по σ_в (480 Н·м) завышает момент почти вдвое: это грубая граница «с запасом по марке», а не ожидание. У тонкого листа при радиусе, в десятки раз большем толщины (для 2 мм и радиуса 100 мм — в 50 раз), упрочнение слабее, чем у толстых обечаек из примеров, поэтому проверяйте образцом.

Почему расстояние между нижними валами — главный рычаг конструктора?

Сила на верхнем вале обратно пропорциональна L. Для трёхвалковых вальцов А. Воробьёв в комментарии от 13.04.2019 называет ориентир L ≈ 1,5 · D (D — диаметр нижних валов) и отмечает, что чем меньше L, тем больше усилие, а при слишком большом L труднее сделать привод вращения; независимого подтверждения этих ориентиров мы не нашли. Таблица показывает эффект на листе 1000×2 мм из Ст3 при нижних валах Ø80; поправка g посчитана отдельно для каждого L по формуле выше на радиусах от 100 мм и округлена вверх до сотых.

L, мм	Поправка g	P нижняя / верхняя, Н	С запасом k, Н	Один цилиндр	Два цилиндра (пополам)	Недогиб кромки, ориентир блогера 0,6 · L, мм
120	1,28	10 027 / 20 480	16 945 / 34 611	Ø200 / за пределом Ø200	Ø160 / Ø200	72
150	1,20	7 520 / 15 360	12 709 / 25 958	Ø200 / за пределом Ø200	Ø125 / Ø200	90
200	1,10	5 170 / 10 560	8 737 / 17 846	Ø160 / Ø200	Ø100 / Ø160	120
250	1,06	3 986 / 8 141	6 736 / 13 758	Ø125 / Ø200	Ø100 / Ø125	150
300	1,04	3 259 / 6 656	5 507 / 11 249	Ø125 / Ø160	Ø80 / Ø125	180

Читать так. При L = 120 мм (1,5 · D) лист 1000×2 мм требует с запасом от 16,9 до 34,6 кН: это уже цилиндры Ø160–200 (два Ø125 дают 14,7 кН). При L = 150 мм по нижней оценке хватает двух Ø125. При L = 250–300 мм один Ø125 проходит нижнюю оценку, но недогиб кромки, по ориентиру блогера, растёт до 150–180 мм, и его придётся подгибать отдельно. Верхняя оценка (σ_в = 480 МПа) для листа 1000×2 мм при L = 200 мм проходит на двух Ø160, при L = 250–300 мм — на двух Ø125.

Как усилие зависит от толщины и ширины листа?

Ст3, нижние валы Ø80, L = 200 мм, g = 1,10, k = 1,69. Z = b · s² / 4 — пластический момент сопротивления всего листа. «Нижняя / верхняя» — по σ_т = 235 МПа и по σ_в = 480 МПа. Цилиндр выбран по усилию толкания при 6 бар: берём ближайший диаметр, усилие которого не меньше нужного. В последнем столбце сила делится поровну между двумя цилиндрами по концам вала.

Лист b×s, мм	Z, мм³	M нижний / верхний, Н·м	P с поправкой g, Н	F с запасом k, Н	Один цилиндр	Два цилиндра
1000×0,8	160	37,6 / 76,8	827 / 1 690	1 398 / 2 855	Ø63 / Ø80	Ø40 / Ø63
1000×1	250	58,8 / 120,0	1 292 / 2 640	2 184 / 4 462	Ø80 / Ø100	Ø50 / Ø80
1000×1,5	562,5	132,2 / 270,0	2 908 / 5 940	4 915 / 10 039	Ø125 / Ø160	Ø80 / Ø125
1000×2	1 000	235,0 / 480,0	5 170 / 10 560	8 737 / 17 846	Ø160 / Ø200	Ø100 / Ø160
1000×3	2 250	528,8 / 1 080,0	11 633 / 23 760	19 659 / 40 154	за пределом Ø200 / за пределом Ø200	Ø160 / за пределом Ø200
500×2	500	117,5 / 240,0	2 585 / 5 280	4 369 / 8 923	Ø100 / Ø160	Ø80 / Ø100
500×3	1 125	264,4 / 540,0	5 816 / 11 880	9 829 / 20 077	Ø160 / за пределом Ø200	Ø125 / Ø160

Для другой стали числа пересчитываются линейно по σ_т, для другой ширины — линейно по b, для другой толщины — пропорционально s². Усилие цилиндра любого диаметра быстро проверит калькулятор усилия цилиндра.

Какой цилиндр это потянет?

Усилие толкания F = P · A, A = π · D² / 4. При 6 бар (0,6 МПа) ряд диаметров такой; ход 100 мм взят под глубину прижима из раздела ниже. Артикулы — серия SC (шпильчатые цилиндры). Ряд продолжается до Ø200 по карточке серии; Ø160 и Ø200 заметно крупнее: растут габарит, вес узла и расход воздуха.

Диаметр, мм	Усилие при 6 бар, Н	Усилие при 5 бар, Н	Артикул, ход 100 мм	Цена
40	754	628	SC-40-100	8 400 ₸
50	1 178	982	SC-50-100	10 260 ₸
63	1 870	1 559	SC-63-100	12 900 ₸
80	3 016	2 513	SC-80-100	19 740 ₸
100	4 712	3 927	SC-100-100	22 860 ₸
125	7 363	6 136	SC-125-100	40 320 ₸
160	12 064	10 053	SC-160-100	68 760 ₸
200	18 850	15 708	SC-200-100	100 800 ₸

Серия SC — не ISO 15552: резьба штока совпадает с ISO, а крепление крышек нет. Для собственной рамы это не помеха, кронштейны делают под цилиндр. Толкающая сила больше тянущей: тяговое усилие уменьшено на площадь штока, поэтому прижим ведите на выдвижении, а подъём вала делайте на втянутом штоке.

Как выглядит пример расчёта — лист 1000×2 мм, Ст3, нижние валы Ø80, L = 200 мм, радиус 100 мм?

1. Пластический момент сопротивления листа: Z = b · s² / 4 = 1 000 · 2² / 4 = 1 000 мм³.
2. Момент по пределу текучести: M = 235 · 1 000 = 235 000 Н·мм = 235 Н·м. По пределу прочности (верхняя оценка): M = 480 · 1 000 = 480 000 Н·мм = 480 Н·м.
3. Сила на верхнем вале для плоского листа: P = 4 · M / L = 4 · 235 / 0,2 = 4 700 Н и 4 · 480 / 0,2 = 9 600 Н.
4. Точная формула на радиусе 100 мм: ρ = R + s + D / 2 = 100 + 2 + 40 = 142 мм, sin α = 100 / 142, α ≈ 44,8°, R по средней линии 101 мм, P = 2 · M / (R · tg α) ≈ 4 691 Н (нижняя) и 9 583 Н (верхняя). На радиусе около 200 мм отношение к плоскому листу максимально, 1,10; берём его с запасом для всех радиусов: P = 1,10 · 4 700 = 5 170 Н и 1,10 · 9 600 = 10 560 Н.
5. С запасом k = 1,69: 5 170 · 1,69 ≈ 8 737 Н и 10 560 · 1,69 ≈ 17 846 Н.
6. Проверка по ряду при 6 бар. Один цилиндр: Ø125 (7 363 Н) не проходит даже нижнюю оценку — не хватает 16 %; один Ø160 (12 064 Н) проходит, но давить одним цилиндром посередине вала нечем — вал опирается на подшипники по концам. Два цилиндра, сила пополам: 4 369 Н и 8 923 Н на цилиндр. Ø100 (4 712 Н) проходит нижнюю оценку с запасом 7,9 %, верхнюю — нет; Ø125 (7 363 Н) проходит нижнюю оценку с запасом 69 %, верхнюю — нет; на верхней оценке проходит Ø160 (12 064 Н против 8 923 Н). При 5 бар два Ø100 дают 7 854 Н против 8 737 Н: нижняя оценка уже не проходит; два Ø125 дают 12 272 Н и проходят.
7. Поправка на упрочнение по данным источника. Коэффициент упрочнения 1,62–1,81 к σ_т · W, где W = b · s² / 6 = 667 мм³, даёт M = 254–284 Н·м; сила на верхнем вале 1,10 · 4 · M / L, с запасом k — 9 436–10 543 Н, на цилиндр 4 718–5 272 Н. Два Ø100 (4 712 Н) не проходят: не хватает 0,1–11 %. Два Ø125 (7 363 Н) проходят с запасом 40–56 %.

Вывод: на бумаге по нижней оценке хватает двух SC-100-100 — 22 860 ₸ за штуку, — но запас 7,9 % меньше поправки на упрочнение (8–21 % по данным источника), то есть на деле это «на пределе». Надёжнее два цилиндра SC-125-100 — 40 320 ₸ за штуку, — по одному на каждый подшипниковый узел верхнего вала. Верхнюю оценку тянут только два SC-160-100 — 68 760 ₸ за штуку. Это цифры «на бумаге»: сверьте образцом на листе того же сорта.

Расход воздуха за цикл «вниз — вверх» для одного SC-125-100 по формуле V = (π · D² / 4) · S · 2 · (P + 1,013) / 1,013 при P = 6 бар и S = 100 мм: около 17,0 нормального литра (без вычета штока); для двух цилиндров около 34,0 нл. При ходе за 2 с (цикл 4 с, непрерывно) два цилиндра расходуют около 510 нл/мин. Сколько это даёт при вашем ритме, оценит калькулятор расхода воздуха.

Как задать радиус — глубина прижима и ход?

Вертикальное перемещение верхнего вала из положения «касается плоского листа» до нужного радиуса: H = ρ − √(ρ² − (L / 2)²), где ρ = R + s + D / 2, R — внутренний радиус изгиба листа (тот, что касается верхнего вала). Эта формула — школьная геометрия, она совпадает с формулой из методики А. Воробьёва (с учётом обозначений). Для нашего примера (s = 2 мм, D = 80 мм, L = 200 мм):

Внутренний радиус R, мм	100	150	200	300
Глубина H, мм	41,2	28,1	21,6	14,9

Это глубина «без пружинения». После первой пробной прокатки измеряют получившийся радиус, пересчитывают по формуле, какой глубине он соответствует, и разница даёт поправку на пружинение; её же используют для следующих листов того же сорта (методика описана в статье А. Воробьёва «Гибка металла на вальцах»; автор сам оговаривает, что на практике её не проверял). Ход цилиндра берут с запасом: глубина плюс подъём вала на заправку листа плюс поправка на пружинение. Для радиуса до 100 мм в примере это около 41 мм глубины, поэтому ход 100 мм с большим запасом на заправку. Перегиб на пружинение (радиус на 10–20 % меньше конечного) даёт другую нагрузку: методика источника считает её по отдельной формуле, здесь мы её не приводим.

Радиус задаёт упор, не воздух. Воздух сжимаем, и положение штока под нагрузкой «плавает». Поэтому верхний вал опускают до регулируемого механического упора (винт, клин, набор калиброванных прокладок), а цилиндр только прижимает его к упору. Правило конструктора: сила цилиндра на упоре должна быть не меньше расчётной F, иначе вал не дойдёт до упора и радиус выйдет больше заданного. Регулятор давления в блоке подготовки воздуха заодно ограничивает нагрузку на раму: пневматика не выдаст больше, чем P · A.

Цилиндры ставят вертикально на направляющие ползунов верхнего вала: шток не должен нести боковую нагрузку. Если верхний вал висит на рычаге и цилиндр шарнирно качается, то, как и в статье про станок холодной ковки, проверьте построением, как меняется угол между силой цилиндра и направлением прижима: при отклонении на угол θ сила нужна в 1 / cos θ раз больше.

Почему прогиб верхнего вала чаще ограничивает вал, а не цилиндр?

Лист давит на вал по всей ширине, вал опирается на два подшипника. Стальной вал прогибается посередине; прогиб верхнего вала при равномерной нагрузке по всей длине между опорами f = 5 · P · l³ / (384 · E · I), где l — расстояние между подшипниками, E ≈ 200 ГПа, I = π · d⁴ / 64. Лист при этом получится бочкой (в середине радиус больше). Для листа 1000×2 мм, опор на расстоянии 1 100 мм и нагрузки P с поправкой g:

Диаметр верхнего вала	Прогиб при P = 5 170 Н (нижняя), мм	Прогиб при P = 10 560 Н (верхняя), мм
Ø60	0,70	1,44
Ø80	0,22	0,46
Ø100	0,09	0,19

Нижние валы тоже прогибаются, в противоположную сторону, поэтому реальная разница по ширине больше. Для листа толщиной 2 мм прогиб Ø60 порядка 0,7 мм уже ощутим, Ø80 — заметно лучше. Диаметры валов подбирают по жёсткости, и лишь потом смотрят на цилиндры; это оценка «на бумаге», а не проектный расчёт вальцов. Нагрузка принята равномерной на всей длине между опорами; лист шириной 1 000 мм короче, поэтому цифры немного выше реальных.

Из чего состоит пневматическая часть узла?

Логика простая. Воздух проходит блок подготовки; электромагнитный распределитель 5/2 подаёт его в поршневые полости обоих цилиндров (прижим) или в штоковые (подъём); дроссели с обратным клапаном в общих линиях задают скорость; регулятор давления в блоке ограничивает усилие. Пневмозамки в штоковых линиях держат вал поднятым, если воздух пропал, чтобы он не упал на руки, когда лист заправляют. Замок не механический упор: держит, пока давление в запертой линии не упало, поэтому для работы под валом ставят жёсткий упор или фиксатор.

Состав для варианта с двумя цилиндрами Ø125 (надёжный вариант для листа 1000×2 мм из примера). Распределитель, дроссели и замки выбирают под порт цилиндра. Порт Ø125 в источниках расходится: G3/4 по карточке серии и G1/2 по листу серии, поэтому сверьте его до заказа арматуры.

Назначение	Артикул	Цена	Параметры по карточке
Цилиндр прижима, 2 шт. (цена за штуку)	SC-125-100	40 320 ₸	Ø125, ход 100 мм, порт G3/4 по карточке серии (G1/2 по листу серии), давление до 0,8 МПа
Распределитель 5/2, моностабильный, катушка 24 В	4V410-15-DC24V	10 680 ₸	Подсерия 4V400: порты G3/8 / G1/2, давление 0,15–0,8 МПа; порт G1/2 указан в атрибутах реестра
Блок подготовки воздуха	AC4010-04	24 660 ₸	Фильтр, регулятор, маслораспылитель, G1/2
Дроссель с обратным клапаном, 2 шт. (цена за штуку)	ASC4000-04	15 540 ₸	Исполнение 4000, резьба G1/2 (по обозначению), давление до 1,0 МПа
Пневмозамок, 2 шт. (цена за штуку)	PCV-15	17 100 ₸	Пилотный обратный клапан, давление 0,5–1,0 МПа (при 6 бар — рядом с нижней границей рабочего давления; пилотное давление в карточке не указано)

Резьбу дросселя (04 = G1/2) и пневмозамка (15 = G1/2) сверьте по карточке до заказа: это соответствие следует из системы обозначений, а на карточке замка резьба указана диапазоном G1/8–G1/2. При ходе цилиндров за 2 с (цикл 4 с, непрерывно) два Ø125 расходуют около 510 нл/мин; у подсерии 4V400 по карточке номинальный расход 3 500–4 500 нл/мин, запас большой, дроссели нужны как раз чтобы сбавить скорость. Раму, валы, подшипниковые узлы, редуктор вращения и упор в каталоге WAALPC вы не найдёте: это механика вашего станка.

Как обеспечить безопасность?

Здесь две опасные зоны. Зона между валами затягивает руки и одежду; при вращающихся валах ограждайте её и ставьте аварийный останов вращения в пределах досягаемости оператора. Прижим верхнего вала с силой около 15 кН (два Ø125 при 6 бар — 14 726 Н) — раздавливающий узел: пуск прижима ставят на двуручное управление. По ISO 13851 (тип III) две кнопки должны срабатывать почти одновременно, с разбежкой не более 0,5 с, а отпускание любой из них во время опасного движения обязано остановить механизм. Простая пневматическая схема «И» из двух кранов этого не проверяет, поэтому при серийном изделии берут готовый блок двуручного управления. Как оценивать риск в целом, задаёт ISO 12100; разбор двуручного пуска — в статье про пресс-ножницы.

Где пневматики хватает, а где нужна гидравлика?

Границы даны для Ст3, нижних валов Ø80 с L = 200 мм, 6 бар и запаса k = 1,69, если не сказано иное. Ряд SC продолжается до Ø200, поэтому граница здесь — не «предел пневматики», а размер узла: чем крупнее цилиндры, тем тяжелее рама и больше расход воздуха; поправку на упрочнение (8–21 % по данным источника) в строках, где запас мал, надо учитывать отдельно.

Задача	Вывод	Почему
Лист 1000×0,8 и 1000×1 мм, серия обечаек	Пневматики хватает: один цилиндр Ø63–80 по нижней оценке, Ø80–100 по верхней	С запасом нужно около 1,4–4,5 кН (нижняя–верхняя оценка)
Лист 1000×1,5 мм и 500×2 мм	Хватает. 1000×1,5: нижняя оценка — один Ø125 или два Ø80, верхняя — один Ø160 или два Ø125. 500×2: нижняя — один Ø100 (запас 7,9 %, с упрочнением на пределе) или два Ø80, верхняя — один Ø160 или два Ø100	С запасом 4,4–10,0 кН, в зависимости от листа и оценки
Лист 1000×2 мм	Два Ø125 (два Ø100 — на пределе); по верхней оценке — два Ø160 или один Ø200	С запасом 8,7–17,8 кН; два Ø125 дают 14,7 кН, два Ø160 — 24,1 кН
Лист 500×3 мм	Нижняя оценка — два Ø125 или один Ø160; верхняя — два Ø160	С запасом 9,8–20,1 кН
Лист 1000×3 мм	Нижняя оценка — два Ø160 (один Ø200 даёт 18,9 кН, не хватает) или два Ø125 при L = 300 мм; верхняя оценка — гидравлика	С запасом 19,7 кН по нижней оценке (24,1 кН у двух Ø160); при L = 300 мм — 12 510 Н против 14 726 Н у двух Ø125; по верхней оценке 40,2 кН
Точный радиус без упора	Пневматика только с жёстким упором	Воздух сжимаем, положение штока под нагрузкой «плавает»
Гибка конуса, лист сложной формы	Отдельный расчёт и другая кинематика	Вал стоит под углом, условия в двух концах разные

Что из этого есть в каталоге WAALPC?

Скажем прямо: вальцов — ни готовых, ни в сборе — в каталоге WAALPC нет, гидравлики тоже. Есть то, из чего собирают пневматический прижим верхнего вала:

• Цилиндры SC Ø32–200 по карточке серии (в примере SC-125-100 — 40 320 ₸) и цилиндры DSBC по ISO 15552; совместимые аналоги AirTAC SC и Festo DSBC.
• Электромагнитные распределители 4V, например 4V410-15-DC24V — 10 680 ₸.
• Блоки подготовки воздуха AC, например AC4010-04 — 24 660 ₸.
• Дроссели ASC, например ASC4000-04 — 15 540 ₸.
• Пневмозамки PCV, например PCV-15 — 17 100 ₸.

Срок указан в карточке товара.

Какие типичные ошибки бывают?

• Расчёт по упругому моменту. Момент начала текучести σ_т · W меньше пластического в 1,5 раза: вал прогнёт лист, а радиус не останется.
• Не учтено расстояние между нижними валами. Сила обратно пропорциональна L: при L = 120 мм на листе 1000×2 мм нужно почти вдвое больше, чем при L = 200 мм.
• Один цилиндр посередине вала. Вал прогибается сильнее и лист выходит бочкой; два цилиндра по подшипникам ровнее.
• Радиус «по воздуху». Без механического упора положение штока под нагрузкой плавает, радиус разный от листа к листу.
• Сталь «на глаз». Легированная сталь и нержавейка упрочняются при гибке иначе, чем Ст3: у аустенитной нержавейки предел текучести (около 205 МПа) ниже, чем у Ст3, а момент при малом радиусе выше из-за упрочнения. Расчёт под Ст3 на такой стали проверяйте образцом.
• Давление 5 бар вместо 6. Усилие падает на 17 %: два Ø100 дают 7 854 Н вместо 9 424 Н, и нижняя оценка для листа 1000×2 мм (8 737 Н) уже не проходит; два Ø125 дают 12 272 Н и проходят.
• Ход по глубине, без запаса на заправку. Цилиндр с ходом 50 мм не поднимет вал достаточно для заправки листа.
• Замок вместо упора. Пневмозамок держит, пока давление в линии не упало; жёсткий упор он не подменяет.

Какие вопросы чаще всего задают про вальцы для листового металла?

Можно ли сделать прижим верхнего вала вальцов на пневматике?

Можно, пока лист не слишком толстый. При нижних валах Ø80 и расстоянии 200 мм для листа 1000×1 мм из Ст3 хватает одного цилиндра Ø80 по нижней оценке (по верхней — Ø100), для листа 1000×2 мм — двух Ø125 по концам вала (два Ø100 проходят только на бумаге и с упрочнением на пределе), для листа 1000×3 мм по нижней оценке — двух Ø160. Радиус задают механическим упором, а цилиндр прижимает вал к упору.

Какие цилиндры нужны для листа 1000×2 мм?

Лист 1000×2 мм из Ст3 на нижних валах Ø80 с расстоянием 200 мм даёт момент 235–480 Н·м (по данным источника об упрочнении — ближе к 254–284 Н·м), силу на верхнем вале 5 170–10 560 Н, с запасом 1,69 — 8 737–17 846 Н. Один цилиндр Ø125 (7 363 Н при 6 бар) не проходит; два Ø100 (по 4 712 Н) проходят нижнюю оценку с запасом 7,9 %, который меньше поправки на упрочнение 8–21 %; надёжнее два Ø125 (по 7 363 Н), а верхнюю оценку тянут два Ø160 (по 12 064 Н).

Как расстояние между нижними валами влияет на усилие?

Сила на верхнем вале обратно пропорциональна расстоянию L между осями нижних валов. Для листа 1000×2 мм при валах Ø80 и L = 120 мм с запасом нужно около 16,9–34,6 кН, при L = 200 мм — 8,7–17,8 кН, при L = 300 мм — 5,5–11,2 кН. Чем больше L, тем больше недогиб кромки: по ориентиру блогера А. Воробьёва (комментарий от 13.04.2019, независимого подтверждения нет) около 0,6 · L.

Чем пневмоприжим хуже винтового или гидравлического?

Пневматика сжимаема: положение штока под нагрузкой плавает, а усилие ограничено давлением сети и диаметром цилиндра (Ø125 при 6 бар — 7 363 Н). Радиус задаёт механический упор. Пневматика хороша быстрым подъёмом и опусканием, ограничением усилия регулятором давления и простотой, но очень толстый лист она не тянет без цилиндров Ø160–200.

Хватит ли пневматики для листа 3 мм?

Для листа 1000×3 мм по нижней оценке с запасом нужно около 19,7 кН. Один Ø200 (18,9 кН при 6 бар) не хватает; берут два цилиндра Ø160 (24,1 кН при 6 бар), увеличивают расстояние между нижними валами (при L = 300 мм хватает и двух Ø125) или переходят на гидравлику; по верхней оценке (40,2 кН) нужна гидравлика. Для листа 500×3 мм по нижней оценке два Ø125 проходят (по 4 915 Н на цилиндр), по верхней — нужны два Ø160.

Как задать радиус на вальцах с пневмоприжимом?

Глубину опускания считают по формуле H = ρ − √(ρ² − (L / 2)²), где ρ = R + s + D / 2, и настраивают упор на это значение. После пробной прокатки измеряют радиус и вносят поправку на пружинение. Цилиндр только прижимает вал к упору, поэтому его сила на упоре должна быть не меньше расчётной.

Продаёте ли вы вальцы?

Нет. WAALPC поставляет пневматические компоненты: цилиндры, распределители, пневмозамки, дроссели, блоки подготовки воздуха. Гидравлики и готовых вальцов в каталоге нет.

Какие материалы пригодятся ещё?

• Листогиб своими руками на пневматике
• Станок холодной ковки своими руками: пневмопривод
• Трубогиб своими руками на пневматике
• Гибка арматуры: расчёт момента и узел пневмозажима
• Пресс-ножницы: расчёт усилия реза
• Калькулятор усилия цилиндра
• Калькулятор расхода воздуха
• Пневмоцилиндры SC
• Пневмоцилиндры DSBC