Улучшение качества гнутых профилей проката

Определено, что основными причинами продольного изгиба, разнополочности винтообразного скручивания и других дефектов гнутых профилей являются неодновременная встреча с валками контактируемых участков заготовки и начало их подгибки. Для устранения этих недостатков, в том числе применительно к сложном...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автор:	Докторов, М.Е.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2010
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49883
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Улучшение качества гнутых профилей проката / М.Е. Докторов // Металл и литье Украины. — 2010. — № 4. — С. 31-41. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-49883
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-498832013-09-30T03:07:58Z Улучшение качества гнутых профилей проката Докторов, М.Е. Определено, что основными причинами продольного изгиба, разнополочности винтообразного скручивания и других дефектов гнутых профилей являются неодновременная встреча с валками контактируемых участков заготовки и начало их подгибки. Для устранения этих недостатков, в том числе применительно к сложному поштучному процессу профилирования несимметричных профилей и с гофрами на стенках, предложены конструкции валков, в рабочих ручьях которых выполнены дополнительные конусные элементы. Визначено, що однією з основних причин поздовжнього вигину, різної ширини полиць, гвинтоподібного скручування та інших дефектів гнутих профілів є ненадійне центрування заготовки у формувальних валках і направлених вертикальних роликах. Для усунення цього недоліку запропоновано валки, в робочих рівчаках яких виконано додаткові конусні елементи, що забезпечують одночасний початок зустрічно-спрямованного підгинання полиць профілю. Determined, that one of the main reasons of the different width shelves of the profiles, longitudinal twist, corkscrew torsion and other defects is unreliable centering of the roll – formed sections in the forms of the rollers and the vertical guide rollers. With regard to the complex process of the individually fabrication profiles, including asymmetric and corrugated profiles, offered rollers with additional cone-shaped elements in worker passes. These elements allow to deform simultaneous all pieces of the blank in the beginning of the deformation. 2010 Article Улучшение качества гнутых профилей проката / М.Е. Докторов // Металл и литье Украины. — 2010. — № 4. — С. 31-41. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49883 621.771: 621.74.04 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Определено, что основными причинами продольного изгиба, разнополочности винтообразного скручивания и других дефектов гнутых профилей являются неодновременная встреча с валками контактируемых участков заготовки и начало их подгибки. Для устранения этих недостатков, в том числе применительно к сложному поштучному процессу профилирования несимметричных профилей и с гофрами на стенках, предложены конструкции валков, в рабочих ручьях которых выполнены дополнительные конусные элементы.
format	Article
author	Докторов, М.Е.
spellingShingle	Докторов, М.Е. Улучшение качества гнутых профилей проката Металл и литье Украины
author_facet	Докторов, М.Е.
author_sort	Докторов, М.Е.
title	Улучшение качества гнутых профилей проката
title_short	Улучшение качества гнутых профилей проката
title_full	Улучшение качества гнутых профилей проката
title_fullStr	Улучшение качества гнутых профилей проката
title_full_unstemmed	Улучшение качества гнутых профилей проката
title_sort	улучшение качества гнутых профилей проката
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49883
citation_txt	Улучшение качества гнутых профилей проката / М.Е. Докторов // Металл и литье Украины. — 2010. — № 4. — С. 31-41. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT doktorovme ulučšeniekačestvagnutyhprofilejprokata
first_indexed	2025-07-04T11:14:04Z
last_indexed	2025-07-04T11:14:04Z
_version_	1836714709119664128
fulltext	30 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’201030 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 Shinsky O., Krutskevich N., Shevchuk B. Construction of an integrated computer network for remote monitoring of parameters of technological processes in the linear production Described problems of building an integrated computer network for remote monitoring of parameters of technological processes of casting production with the use of SCADA-systems and wireless local area networks, the approaches proposed networking of monitoring data collection and transmission, processing, visualization. Summary foundry production, touch networks, subscription systems, wireless network Keywords Поступила 16.11.09. УДК 621.771: 621.74.04 М. Е. Докторов Улучшение качества гнутых профилей проката Определено, что основными причинами продольного изгиба, разнополочности винтообразного скручивания и других дефектов гнутых профилей являются неодновременная встреча с валками контактируемых участков заготовки и начало их подгибки. Для устранения этих недостатков, в том числе применительно к сложному поштучному процессу профилирования несимметричных профилей и с гофрами на стенках, предложены конструкции валков, в рабочих ручьях которых выполнены дополнительные конусные элементы. П ри изготовлении гнутых профилей в валках на многоклетевых станах, в большей степени при поштучном процессе, наблюдается поперечное смещение формуемой заготовки в валках с оси профилирования, винтообразное кручение, продоль- ный изгиб, забоины, переформовка и нестабильность основных размеров профиля по длине. Это обуслав- ливается, главным образом, неодновременностью начала контакта заготовки с валками, неуравнове- шенностью прикладываемых для подгибки перифе- рийных и формообразуемых на центральном участ- ке элементов профиля сил и ненадежной фиксацией движущейся заготовки от поперечного смещения в рабочем ручье валка. Технологические приемы и способы формовки, в которых уравновешивают из- гибающие моменты, создаваемые для подгибки пе- риферийных участков, и применяют цилиндрические направляющие бурты для закрытия рабочих ручьев по ширине, как правило, лишь частично обеспечи- вают положительные результаты при непрерывном профилировании из рулонной заготовки. При по- штучном процессе, который в начале и конце фор- мовки каждой заготовки протекает неустойчиво, их применение не обеспечивает требуемого качества и устранения названных дефектов. Наблюдается так- же поперечное смещение профилей в 4-валковых ка- либрах и направляющих вертикальных роликах [1]. Установлено, что возможность поперечного сме- щения формуемой заготовки при ее задаче в валки обусловлена удалением кромок подгибаемых полок Ключевые слова: гнутый профиль проката, заготовка, профилирование, валки, калибр, ручей, конусный элемент валка, качество, дефекты, винтообразное скручивание, центрирование, одновременность формообразования от направляющих торцевых плоскостей цилиндри- ческих буртов и зазором δ между ними в плоскости калибра. В соответствии со схемой (рис. 1, а) рассто- яние от осевой плоскости валков (плоскости калиб- ра) до точки А (встречи кромки заготовки с конусной рабочей поверхностью охватывающего валка) рас- считывается по формуле z = {(0,5Dкp) 2 – [0,5Dон + b sin αc(n–1)] 2}1/2, (1) где Dкp – диаметр окружности большего основания конусного участка валка, содержащей точку А встре- чи с кромкой полки профиля; Dон – основной диаметр валка; b = bп+Rн tg 0,5αc(n–1) – ширина полки; bп – шири- на прямолинейного участка полки; Rн – наружный ра- диус кривизны места изгиба; αc(n–1) – суммарный угол подгибки полки в предшествующем (n – 1) переходе. В свою очередь, из очевидных геометрических со- отношений Dкp= Dон + 2b соs αc(n–1) tg αcn; h(n–1) = b sin αc(n–1). (2) Здесь αcn= αc(n–1) + Δαn – суммарный угол подгиб- ки в калибре n-го рассматриваемого перехода; Δαn – угол подгибки за проход; h(n–1) – высота профиля после предшествующего перехода. После внесения (2) в (1), учета, что b соs αc(n–1) = = b sin αc(n–1) / tg αc(n–1) = h(n–1) / tg αc(n–1), и несложных преобразований получим z = ﴾{Dон +h(n–1) [(tg αcn / tg αc(n–1)) + 1]}× ×h(n–1) [(tg αcn / tg αc(n–1)) – 1]﴿1/2. (3) Из (1) и (3) видно, что с увеличением ширины под- 32 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’201032 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 гибаемого элемента (полки) профиля, угла подгиб- ки и основного диаметра охватывающего (нижнего) валка расстояние z возрастает. Расчеты, выполненные применительно к стану (2-8) × (100-600) (Dон = 280 мм), показали, что для профилей с шириной полки b > 20 мм и углом Δαn от 5 до 20° расстояние z возрастает практиче- ски пропорционально увеличению b. Номограм- мы (рис. 1, б), построенные по зависимости (3), поз- воляют определять и учитывать расстояние z при разработке технологических приемов и способов формовки, направленных на устранение попереч- ного смещения, винтообразного скручивания и про- дольного искривления профилей. Горизонтальная составляющая поперечного пе- ремещения δ кромки определяется разностью проек- ций кромки полки в калибре на ось вращения валка до и после подгибки, то есть δ = bп (cos αc(n–1) – cos αcn) + Rн(n–1) × × (1 + cos αc(n–1)) tg 0,5αc(n–1) – Rн.n × ×(1+ cos αcn) tg 0,5αcn ≈ b (cos αc(n–1) – cos αcn). (4) На основании результатов расчета по зависи- мости (4) построена номограмма для определе- ния величины поперечного перемещения δ кром- ки (рис. 1, в). Интересно отметить, что при изготовлении сим- метричных равнополочных профилей, когда практи- чески обеспечивается одновременное симметрич- ное касание обеих полок профиля конусных участ- ков рабочего ручья охватывающего валка, становит- ся возможным одновременное начало их подгибки. С целью предупреждения поперечного смещения профиля в калибре, в рабочем ручье валка выпол- няются дополнительные переходные конусные уча- стки шириной δ, примыкающие к соответствующим рабочим конусным участкам для подгибки по- лок (рис. 1, г, д) [1, 2]. При этом ширина дополнитель- ного переходного конусного участка определяется по зависимости (4), а больший диаметр Д для схемы г – из неравенства [(Д – d) / 2 δ] > tg αcn, (5) где Д и d – больший и меньший диаметры соответ- ствующих оснований дополнительного конусного участка в рабочем ручье валка. Тогда для формообразования равнополочного швеллера в промежуточной клети стана (схема г) охватывающий валок 1, сопряженный с охватывае- мым валком 2 по калибру 3, содержит цилиндриче- ский 4 и конусные 5 и 6 дисковые элементы. Калибр по ширине ограничен цилиндрическими буртами 7. Ширина рабочего ручья валка B(n–1) и калибрующего участка Bn определяются шириной профиля соот- ветственно в предшествующем (n – 1) и рассматри- ваемом n-м переходах. Верхний валок 2 содержит формующие дисковые элементы 8, обеспечивающие совместно с элементами 4-6 валка 1 захват заготов- ки 9, ее перемещение и формоизменение в профиль. С целью устранения поперечного смещения профи- ля в калибре каждый участок в рабочем ручье для подгибки полки профиля выполнен из двух сопряжен- ных между собой усеченных конусов с различными углами наклона образующих поверхностей. Конус 5 со стороны центрального участка рабочего ручья вы- полнен с углом наклона образующей, равным плани- руемому углу подгибки полки αcn, а дополнительный конус 6 со стороны цилиндрического бурта 7 – с уг- лом наклона образующей β, большим этого угла. При этом диаметр Д большего основания периферийного усеченного конуса 6 определяется из условия одно- временного касания обеих кромок движущегося в стане профиля 9 охватывающего валка в точках К на определенном расстоянии Z от осевой плоскости валков. Геометрические параметры калибра и мес- тоположение точек встречи профиля с валками оп- ределяются размерами профиля, режимом подгибки заготовки в предшествующем и рассматриваемом переходах. Надо отметить, что в момент входа в валки за- готовка касается кромками охватывающего валка и фиксируется по ширине от сдвига торцевыми плос- костями цилиндрических буртов 7 в точках К, ле- жащих на окружностях большего основания допол- нительных конусов 6. В плоскости калибра кромки полок профиля дополнительно фиксируются от по- перечного смещения в точках К, лежащих на окруж- ностях диаметра d меньшего основания упомянутых конусов 6. Таким образом, при профилировании за- готовка центрируется и надежно фиксируется в вал- ках от поперечного смещения, по меньшей мере, в двух парах точек, размещенных в отстоящих на рас- стоянии Z двух параллельных плоскостях. Упомяну- тое расстояние Z и длина участка плавного перехода существенно зависят от величины диаметра d окруж- ности меньшего основания дополнительного конуса, угла наклона β образующей его рабочей поверхнос- ти и ширины δ переходного конусного участка и с их увеличением возрастают. Для профилей со сравнительно большой высотой формовки h и глубиной рабочего ручья в охватыва- ющем валке (рис. 1, д), с целью улучшения качест- ва профилей и снижения металлоемкости валков, дополнительные конусные элементы могут быть выполнены с углом β наклона образующей поверх- ности, меньшим угла наклона образующей конуса в рабочем ручье αcn [3]. Из схемы видно, что на входе в валки обе полки профиля 9 (обозначения такие же, как и на схеме г) на расстоянии Z от плоскости ка- либра одновременно в точках К и М входят в контакт с дополнительными конусными элементами 6 вал- ка 1. Конус 5 со стороны центрального участка ра- бочего ручья выполнен с углом наклона образу- ющей поверхности, равным планируемому углу под- гибки полки αcn, а дополнительный конус 6 со сторо- ны цилиндрического бурта 7 – с углом наклона обра- зующей β, меньшим этого угла. При этом диаметры Д и d большего и меньшего оснований усеченных конусов 6 определяются из условий достаточной глу- бины рабочего ручья для центрирования профиля и одновременного касания кромок и поверхности обе- их полок движущегося в стане профиля 9 в точках К и М валка на одинаковом расстоянии Z от плоскости калибра. Геометрические параметры калибра и по- 32 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’201032 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 Рис. 1. Расчетная схема (а) и номограммы для определения расстояния z (б) и перемещения δ кромки полки (в); примеры выполнения в охватывающем валке дополнительных конусных элементов с углом наклона образующей поверхности β > αcn (г) и β < αcn (д) . 1. а б в г д 3� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20103� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 ложение точек встречи профиля с валками опреде- ляются на основании принятого режима формовки, размеров профиля и валков. Калибр по ширине ограничен цилиндрическими буртами 7. Ширины ручья охватывающего валка B(n–1) и калибрующего участка Bn определяются шириной профиля соответственно в предшествующем и рас- сматриваемом переходах. Ширины калибрующего участка Bn и конусных участков В1 и δ могут быть скорректированы за счет соответствующего измене- ния ширин δ, Bn и В1. Верхний охватываемый валок содержит формующие дисковые элементы 8, обеспе- чивающие подгибку полок профиля 9. Кроме того, его тороидальные участки для отформовки мест изгиба центрируют и предупреждают поперечное смеще- ние профиля в плоскости калибра валков. Приме- нение в рабочих ручьях дополнительных направля- ющих конусов с углом β < αcn уменьшает расстояние Z и длину участка плавного перехода, а конусов с углом β > αcn – увеличивает. Обычно, при изготовлении неравнополочного профиля, вследствие неодновременной встречи подгибаемых полок его переднего конца с валками и, соответственно, приложения формующих усилий вначале к большей полке, а затем к меньшей, на- блюдается поперечное смещение профиля в рабо- чих ручьях валков и его винтообразное скручивание. Устранение этого недостатка возможно за счет од- новременного контакта с охватывающим валком, по крайней мере, двух участков профиля, размещенных по разные стороны от центра тяжести его попереч- ного сечения, преимущественно вблизи продольных кромок. Для этого рабочий ручей валка по ширине ограничивается цилиндрическими буртами, рассто- яние между внутренними торцевыми поверхнос- тями которых принимается равным ширине B(n–1) ис- ходного профиля (рис. 2, а); в рабочем ручье выпол- няется дополнительный конусный участок, примы- кающий к конусному участку для подгибки мень- шей полки профиля [4], а ширина дополнительного участка δм2 и его больший диаметр Д2м определяют- ся соответственно по следующим зависимостям: δм2 = h(n–1)м / tg αc(n–1)м – hnм / tg αcnм + + Rн(n–1)м tg 0,5αc(n–1)м – Rн.nм tg 0,5αcnм; (6) Д2м = 2{h(n–1)б (tg αcnб – tg αc(n–1)б) × × [Дон+h(n–1)б(tg αcnб + tg αc(n–1)б) / tg αc(n–1)б] / / tg αc(n–1)б + (0,5Дон+ h(n–1)м)2}1/2, (7) где Дон – основной диаметр валка; h(n–1)б и h(n–1)м – вы- сота исходного профиля соответственно со сторо- ны большей и меньшей полок профиля; αc(n–1)б, αcnб и αc(n–1)м, αcnм – углы подгибки большей и меньшей полок профиля соответственно до и после подгибки; Rн(n–1)м и Rн.nм – наружный радиус кривизны места изгиба у меньшей полки соответственно до и после подгибки. При подгибке краевых участков плоской заготовки на одинаковые углы Δαб = Δαм (рис. 2, б) одновремен- ное начало подгибки полок шириной bб и bм, а также предупреждение поперечного смещения профиля могут обеспечиваться дополнительными конусами шириной δб и δм по обе стороны от калибрующего участка рабочего ручья охватывающего валка. Соот- ношения между диаметрами оснований упомянутых конусов Дб, dб и Дм, dм со стороны большей и меньшей полок профиля должны удовлетворять условие (5). Дополнительные конусы позволяют создавать усло- вия для центрирования профиля в калибре, одновре- менной встречи точек К и М кромок переднего торца заготовки с валком на расстоянии zб = zм от осевой плоскости клети и их перемещения в соответству- ющие точки К и М рабочего калибра валков без поперечного смещения за пределы калибра и про- дольного винтообразного скручивания формуемой заготовки. При этом точки кромок К и М перемещают- ся по поверхностям конусов с окружностей большего диаметра (Дб и Дм) на окружности меньшего диамет- ра (dб и dм). При изготовлении профилей со сравнительно небольшой высотой формовки распространение получил способ подгибки, по которому обе кромки профиля в ряде переходов поднимают в калибре валков на одну и ту же высоту (рис. 2, в). Тогда по- перечное смещение и винтообразное скручивание профиля, особенно на входе в валки при поштучном профилировании, могут быть устранены с помощью выполненных в рабочем ручье охватывающего валка двух дополнительных конусных участков. Ширина δ каждого из них принимается в соответствии с (4), а диаметр d меньшего основания – равным диаметру конусного формующего элемента валка на уровне кромки полки в плоскости калибра. Рабочий ручей охватывающего валка рекомен- дуется ограничивать по ширине цилиндрическими буртами, выдерживая расстояние между их торцами, равное ширине B(n–1) профиля на входе в валки. Этим предупреждается поперечное смещение профиля в валках. Режим подгибки полок следует назначать из условия предотвращения скручивания профиля при стационарном профилировании. Рассмотренный принцип создания условий для одновременной встречи и контакта с валками, по меньшей мере, двух периферийных мест профиля на одинаковом расстоянии Z от плоскости калибра возможен и для других участков заготовки широкого сортамента профилей, в том числе открытых и ко- робчатых, как симметричных, так и несимметричных, с отбортовками на полках, гофрами на стенках и без них, формообразуемых в валках с различной конфи- гурацией ручьев. Возможно также создание одновре- менной встречи и контакта заготовки с двумя и более сопряженными по калибру формующими валками. С такой же целью улучшения качества профилей разработан охватывающий валок (рис. 2, г), в рабо- чем ручье которого выполнены рабочие конусные элементы, соответствующие параметрам профиля, и дополнительные конусные элементы: со стороны конуса для подгибки большей полки профиля с углом наклона образующей, меньшим угла αcnб, и со сторо- ны конуса для подгибки меньшей полки – большим угла αcnм. Диаметры оснований дополнительных ко- нусных элементов валка геометрически взаимосвя- 3� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20103� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 Рис. 2. Примеры выполнения охватывающего валка для неравнополочного швеллера: с одним дополнительным конусом в ручье (а); двумя – в первом (б) и промежуточном (в) переходах; для сравнительно большой высоты формовки (г) . 2 а б в г 3� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20103� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 заны с его основным диаметром и размерами про- филя в предшествующем (n – 1) и рассматриваемом n переходах. В предложенной конструкции валка на валу 1 установлены формующие элементы 2 и 4 для под- гибки большей и меньшей полок профиля и примы- кающие к ним дополнительные конусные элемен- ты 3 и 5. Между конусными элементами 2 и 4 уста- новлен цилиндрический элемент 6. Рабочий ручей валка ограничен по ширине направляющими ци- линдрическими буртами 7 и 8. Сопряженный по ка- либрус охватывающим валком, охватываемый со- держит вал 9 и установленный на нем формующий элемент 10. Большая 11 и меньшая 12 полки профи- ля в процессе профилирования одновременно всту- пают в контакт с конусными элементами охватыва- ющего валка. Размеры конусов 2 и 4 определяются основным диаметром валка, геометрическими пара- метрами профиля и режимом формовки. Расстояние от плоскости калибра до точки F встречи профиля с валком следующее: Z(F) = {(0,5 Д1б)2 – [0,5 Дон + h(F)]2}1/2. (8) Здесь Д1б = Дон + 2hnб – диаметр большего осно- вания конусного элемента 2 охватывающего валка; h(F) = h(n–1)бδб1 / (δб1 + δб2) – высота профиля после предшествующего прохода на уровне точки F. В соответствии с (8) и условием, что расстояние Z(К) = Z(С) = Z(F) Д2б = 2{[0,5Д1б]2 − [0,5 Дон+h(n–1)б δб1 / / (δб1 + δб2)]2 + [h(n–1)б + Дон]2}1/ 2; (9) Д2м = 2{[0,5Д1б]2 − [0,5Дон+ h(n–1)б δб1 / / (δб1 + δб2)]2 + [h(n–1)м + Дон]2}1/ 2. (10) Здесь δб1, αcnб и δм1, αcnм – ширина и угол наклона образующей поверхности рабочих конусных элемен- тов соответственно для подгибки большей и мень- шей полок профиля. Ширина дополнительных конусных элементов 3 и 5 соответственно для подгибки большей и меньшей полок профиля определяются уравнениями δб2 = h(n–1)б / tg αc(n–1)б – hnб / tg αcnб ; δм2 = h(n–1)м / tg αc(n–1)м – hnм / tg αcnм, (11) где h(n–1)б, h(n–1)м и hnб, hnм – высоты профиля в пред- шествующем (n – 1) и рассматриваемом n перехо- дах соответственно на уровнях кромок большей и меньшей полок; αc(n–1)б, αc(n–1)м и αcnб, αcnм – суммарные углы подгибки большей и меньшей полок профиля соответственно до и после формовки. Ширина Вn в рассматриваемом переходе принимается меньше расстояния В(n–1) между буртами 7 и 8 на суммарную величину ширин δб2 и δм2 дополнительных конусных элементов 3 и 5. Для одновременной встречи обеих полок профи- ля в точках F, К и С с рабочей поверхностью форму- ющего валка на одинаковом расстоянии от плоскости калибра размеры конусных элементов 3 и 5 должны быть геометрически связаны с размерами элемен- тов 2 и 4, а также размерами профиля в предше- ствующем переходе. Тогда становится возможными одновременная встречно-направленная подгибка обеих полок, предупреждение поперечного смеще- ния профиля, его продольного изгиба и скручивания, а также уменьшение диаметров Д2б и Д1м конусных элементов, Дб цилиндрических буртов и межосевого расстояние валков. Для профилей со сравнительно большой разни- цей по ширине полок рекомендуется конструкция охватывающего валка (рис. 3, а), в рабочем ручье которого участок для подгибки большей полки вы- полнен из двух сопряженных между собой усеченных конусов. В таком валке на валу 1 установлены конус- ные дисковые элементы 2, 3 и 4 и цилиндрический элемент 5. Рабочий ручей по ширине ограничен бур- тами 6 и 7. Верхний охватываемый валок содержит вал 8 и установленные на нем формующие дисковые элементы 9, обеспечивающие отформовку стенки 10 профиля и подгибку меньшей 11 и большей 12 по- лок. Конус 3 для подгибки большей полки выполнен адекватным конусу 2 для подгибки меньшей полки, а периферийный конус 4 выполнен с углом наклона образующей β, меньшим, чем угол αcnм на смежном с ним конусе. При этом диаметр Дб основания перифе- рийного конуса 4 определяется из условия одновре- менного касания обеих полок движущегося в стане профиля охватывающего (нижнего) валка. Важно отметить, что в момент входа заготовки в валки большая полка касается охватывающего вал- ка одновременно в двух местах: в точке аб на кромке и точке ац на центральном участке, а меньшая – в точке ам на кромке, в соответствии с условием, что расстояние z от точек аб, ац и ам до плоскости калиб- ра одинаково zб =[(0,5Дб)2– (0,5Дон+ h(n–1)б)2]1/2; zм = [(0,5Дм)2– (0,5Дон+ h(n–1)м)2]1/2. (12) Дм = Дон + 2h(n–1)м tg αcnм / tg αc(n–1)м = = Дон + 2bмcos αc(n–1)м sin αcnм. (13) Из решений уравнений (12) для zб = zм Дб = 2[(0,5Дон+ h(n–1)б)2 + (0,5Дм)2 – – (0,5Дон + h(n–1)м)2]1/2. (14) Диаметр dб меньшего основания этого конуса определяется диаметром Дм основания конуса 2 для подгибки меньшей полки 11. При выполнении усло- вий (12)-(14) обеспечивается одновременное каса- ние обеих полок валка на одинаковом расстоянии z от плоскости калибра и одновременное начало их подгибки. Применение такой конструкции позволяет умень- шить диаметры валков, их межосевое расстояние в рабочей клети, а также межклетевое расстояние и га- бариты стана. В ряде случаев имеется возможность формовки профилей с большей шириной полок, при- менения более жестких режимов формовки, улучше- ния качества за счет дополнительного ограничения 3� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20103� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 поперечного смещения профиля в калибре валков с помощью направляющих буртов, которые выполнить в валках известной конструкции затруднительно. Для качественной отформовки гофров за счет центрирования заготовки и предупреждения ее про- дольного искривления и скручивания при профили- ровании, по меньшей мере, в рабочем ручье одного из спаренных по калибру валков применяют допол- нительные конусные элементы с углом наклона об- разующей, определяемым из условия одновремен- . 3. а б в Рис. 3. Валки для формообразования неравнополочного швеллера (а), гофра на плоской заготовке (б) и гофра на стенке формуемого швеллера (в) 3� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20103� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 ного контакта с валками вершины гофра и кромок профиля. В соответствии с рис. 3, б охватывающий валок содержит вал 1, на котором закреплены дис- ковые элементы 2-5; сопряженный с ним охватыва- емый валок содержит вал 6, на котором установлены дисковые элементы 7. Ширина δ дополнительного конусного элемента 3 в рабочем ручье охватыва- ющего валка для симметричного профиля опреде- ляется полуразностью ширин профилей 8 и 9 в рас- сматриваемой и предшествующей клетях 10 стана δ = 0,5│Bn – B(n–1)│. (15) Рабочий ручей по ширине ограничен направля- ющими буртами, расстояние между которыми соот- ветствует ширине В(n–1) калибрующего участка рабо- чего ручья в предшествующей клети. На основании геометрических соотношений раз- меров валков и профиля установлено, что точки за- готовки первоначального контакта с охватывающим валком расположены от осевой плоскости валков (клети) на расстоянии – для точки Г встречи вершины гофра с дисковым элементом 2 валка ZГ = [(0,5ДГ)2 – (0,5Дон + h(n–1))2]1/2; (16) – для точек К встречи кромок профиля с конусны- ми элементами 3 ZК = [(0,5ДК)2 – (0,5Дон)2]1/2. (17) Из условия, что первоначальное касание профи- ля с валком происходит одновременно в трех точках на одинаковом расстоянии Z от осевой плоскости валков, имеем Z = ZГ = ZК. Диаметр ДК валка в точ- ках К начала контакта с кромками профиля и угол αд наклона образующей конусной поверхности эле- мента 3 на основе (15)-(17) определяются соответ- ственно из выражений ДК = 2[(0,5ДГ)2 – (0,5Дон + h(n–1))2 + (0,5Дон)2]1/2; (18) αд = arctg [(ДК – Дон) / (B(n–1) – Bn]. (19) Установлено, что если диаметр ДК и угол αд будут выполнены большими, чем расчетные по (18) и (19), то возможны затруднения в формообразовании гоф- ра из-за зажатия заготовки у кромок и повышенного утонения. Если же ДК и αд будут меньшими, то воз- можны поперечное смещение заготовки в калибре валков, продольный изгиб и скручивание профиля. При изготовлении профилей, содержащих полки и стенку с гофром (выступом) в сторону кромок, для надежного центрирования заготовки в стане и пре- дупреждения ее продольного искривления и скручи- вания, по меньшей мере, в рабочем ручье одного из спаренных по калибру валков промежуточной клети, выполняют конусные элементы для подгибки полок и дополнительные конусные элементы для центри- рования профиля. При этом угол наклона образу- ющей рабочей поверхности дополнительных ко- нусных элементов определяется из условия одно- временного первоначального контакта с валком гофра и подгибаемых полок профиля. В соответ- ствии с рис. 3, в охватывающий валок содержит вал 1, на котором установлены дисковые элемен- ты 2-6, а сопряженный с ним по калибру охватыва- емый – содержит вал 7, на котором установлены дисковые элементы 8. Формуемый на стенке 9 про- филя в сторону кромок 10 гофр 11 размещается в центре калибра. Рабочий ручей ограничен направ- ляющими буртами 5, расстояние между которыми соответствует ширине В(n–1) профиля. Из условия, что расстояние Z от осевой плоскос- ти валков до точек Г, К, и С первоначального кон- такта заготовки с валком одинаково (Z = ZГ = ZК = ZС), имеем ZГ = [(0,5ДГ)2 – (0,5Дон + h(n–1)г)2]1/2; (20) ZК = [(0,5ДК)2 – (0,5Дон + h(n–1)к)2]1/2; (21) ZС = [(0,5ДС)2 – (0,5Дон + h(n–1)с)2]1/2; (22) ДК = 2[(0,5Дон + h(n–1)к)2 + (0,5ДГ)2– – (0,5Дон + h(n–1)г)2]1/2; (23) ДС = 2[(0,5Дон + h(n–1)с)2 + (0,5ДГ)2– – (0,5Дон + h(n–1)г)2]1/2. (24) Угол наклона образующей поверхности дополни- тельного конусного элемента αд = arctg [(ДК – ДС) / (B(n–1) – Bn)]. (25) Следует отметить, что в момент задачи в валки профиль одновременно касается охватывающего валка, по меньшей мере, в пяти точках – двумя кром- ками, двумя плоскостями полок и вершиной гофра. В универсальной 4-валковой рабочей клети стана одновременная встреча кромок большей bб и мень- шей bм полок профиля на одинаковом расстоянии от осевой плоскости валков (zб = zм) возможна за счет применения различных технических приемов, в том числе, выполнения валков с неравными основными (максимальными) диаметрами [1], а также выполне- ния валка для подгибки большей полки, состоящего из двух частей, одна из которых идентична конусной рабочей части для подгибки меньшей полки (αcnб = αcnм), а вторая – с меньшим углом наклона образу- ющей конуса (αдопб < αcnб); выполнения валков для подгибки большей и меньшей полок профиля с раз- личными углами наклона образующих их рабочей по- верхности и других решений. Например, из очевидных геометрических со- отношений (рис. 4, а) диаметр вертикального валка в месте его встречи с кромкой Dкр (верт) = D(верт)– 2h(n–1) / / tg αcn; расстояние от проекции точки начала кон- такта на осевую плоскость валков до оси верти- кального валка с = 0,5D(верт) – h(n–1) / tg αc(n–1); рас- стояние от точки начала контакта заготовки с валком до плоскости калибра z = [(0,5Dкр (верт)) 2 – c2]1/ 2. Основной диаметр Dб (верт) валка для подгибки большей полки принимается оптимальным с учетом требований к конструкции. Из условия одновремен- ного соприкосновения кромок профиля с валками (zб = zм), основной диаметр вертикального валка для подгибки меньшей полки 3� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20103� 3�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 . 4. а б в Рис. 4. Схемы для определения размеров вертикальных валков универсальной клети (а); вертикальных роликов (б); номограмма для определения диаметров вертикальных роликов и расстояния z от точек встречи профиля с роликами до плоскости калибра (в) �0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 Dм (верт)= [Dб (верт)– h(n–1)б(1 / tg αc(n–1)б + 1 / tg αcnб)] × ×(tg αc(n–1)м tg αcnм / tg αc(n–1)б tg αcnб) × [(tg αcnб – – tg αc(n–1)б) / (tg αcnм– tg αc(n–1)м)] × (h(n–1)б/ h(n–1)м) + + h(n–1)м[(1 / tg αc(n–1)м + 1 / tg αcnм]. (26) Для качественной отформовки мест изгиба про- филя углы наклона образующей рабочей поверхнос- ти валков αcnб и αcnм для подгибки большей и меньшей полок рекомендуется выполнять одинаковыми. Для устойчивого прохождения профиля через не- приводные вертикальные ролики и его направления в валки рабочей клети необходимо обеспечивать одновременность начала контакта крайних участков его стенки с роликами. В соответствии с рис. 4, б расстояния от точек на- чала контакта стенки профиля с роликами со сторо- ны большей и меньшей полок до их осевой плоскос- ти равны zб = [(0,5Dб)2 – (0,5Dкр + аб)2]1/ 2; zм = [(0,5Dм)2 – (0,5Dкр + ам)2]1/ 2. (27) При zб = zм максимальный диаметр ролика равен D = 2[(0,5Dкр + а)2 + z2]1/ 2. В качестве примера, применительно к стану (2-8) × (100-600) на основании расчета по уста- новленным зависимостям построена номограм- ма (рис. 4, в) для определения расстояния z и мак- симальных диаметров вертикальных роликов в зависимости от ширины подгибаемых элементов профиля при минимальном диаметре Dкр = 170 мм. Первоначально определяются размеры верти- кального ролика со стороны большей полки, а за- тем по номограмме – диаметр меньшего ролика. Приведенные выше технические решения могут быть эффективно использованы при разработке и усовершенствовании технологии и калибровки вал- ков, в том числе для производства несимметричных гнутых профилей проката. Выводы Подтверждено, что одной из причин винтообраз- ного скручивания профилей, продольного изгиба и других дефектов при профилировании является по- перечное смещение заготовки в валках из-за неод- новременного начала контакта с ними периферий- ных участков движущейся заготовки. Применительно к поштучному процессу изготовления профилей, в том числе несимметричных, предложены способы формовки и конструкции валков, в рабочих ручьях которых выполнены дополнительные конусные эле- менты, обеспечивающие центрирование профиля и одновременное начало встречно-направленной под- гибки обеих полок, а в плоскости калибра – допол- нительное центрирование профиля и догибку полок на заданный угол. Разработаны калибры для двух- и четырехвалковых клетей и вертикальных роликов, обеспечивающие надежное центрирование заготов- ки в рабочих ручьях и стане. Приведены схемы ка- либров для изготовления швеллеров, в том числе с гофром на стенке и несимметричных. Показано, что равенство расстояний от точек встречи участков за- готовки с валками до плоскости калибра существен- но улучшает условия формообразования профилей и их качество. Это достигается за счет подбора ре- жима формовки, диаметральных размеров валков и угла наклона образующей поверхности дополнитель- ных конусов в рабочих ручьях. ЛИТЕРАТУРА 1. Докторов М. Е., Пшеничная Н. В. Оптимизация поштучного процесса производства несимметричных гнутых профилей / Производство гнутых профилей проката. – Харьков: УкрНИИМета, 1986. – С. 63-76. 2. А. с. 1072949 (СССР). Валок рабочей клети профилегибочного стана / И. С. Тришевский, М. Е. Докторов, Н. В. Пшеничная и др. // Б. И. – 1984. – № 6. 3. А. с. 1303213 (СССР). Валок рабочей клети профилегибочного стана / М. Е. Докторов // Там же. – 1987. – № 14. 4. А. с. 1077680 (СССР). Валок рабочей клети профилегибочного стана / И. С. Тришевский, М. Е. Докторов, Н. В. Пшеничная и др. // Там же. – 1984. – № 9. Докторов М. Ю. Покращення якості гнутих профілів прокату Визначено, що однією з основних причин поздовжнього вигину, різної ширини полиць, гвинтоподібного скручування та інших дефектів гнутих профілів є ненадійне центрування заготовки у формувальних валках і направлених вертикальних роликах. Для усунення цього недоліку запропоновано валки, в робочих рівчаках яких виконано додаткові конусні елементи, що забезпечують одночасний початок зустрічно-спрямованного підгинання полиць профілю. Анотація гнутий профіль прокату, заготовка, профілювання, валки, калібр, рівчак, конусний елемент валка, якість, дефект, гвинтоподібне скручування, центрування, одночас- ність формоутворення Ключові слова �0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 Doktorov M. The problem of improving the quality of rolled formed sections Determined, that one of the main reasons of the different width shelves of the profiles, longi- tudinal twist, corkscrew torsion and other defects is unreliable centering of the roll – formed sections in the forms of the rollers and the vertical guide rollers. With regard to the complex process of the individually fabrication profiles, including asymmetric and corrugated profiles, offered rollers with additional cone-shaped elements in worker passes. These elements allow to deform simultaneous all pieces of the blank in the beginning of the deformation. Summary roll-formed section, blank, method obtained the roll-formed sections, rollers, caliber, pass, cone-shaped element of the rollers, quality, defect, corkscrew torsion, centering, simultaneous deform Keywords Поступила 01.12.09 УДК 620.178.3:539.388.1:539.389.2 Г. В. Цыбанев, А. И. Новиков Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев Описание процессов усталостной деградации материалов по параметрам виртуального неупругого деформирования Описана модель предельного исчерпания пластичности для оценки многоцикловой долговечности материалов в условиях блочного нагружения, а также при действии статической составляющей. В модели используются параметры локального неупругого деформирования для определения предельного состояния вследствие критической деградации материала в зоне локализации напряжений. Введение С уществующие в настоящее время модели и ме- тоды прогнозирования усталостной долговечнос- ти элементов конструкций чаще всего требуют определения каких-либо специальных характе- ристик материала, которые претендуют на прове- дение специальных экспериментов, что не всегда доступно для расчетов и затрудняет использование созданных баз данных по усталости [1]. Учитывая сказанное, предлагается метод расчета усталостной долговечности материалов, основанный на модели предельного исчерпания пластичности в зонах локализации напряжений по параметрам вир- туального неупругого деформирования, для которой исходными данными являются кривые усталости и характеристики механических свойств металлов. В процессе многоциклового нагружения у боль- шинства металлов и сплавов наблюдается измене- ние неупругой деформации [2]. При циклическом на- гружении в мягком режиме может наблюдаться как уменьшение, так и увеличение петли гистерезиса с наработкой, что связано с эффектами упрочнения Ключевые слова: модель, долговечность, деградация, исчерпание пластичности, неупругая деформация, блочное нагружение или разупрочнения материала [2] и отражает уста- лостную деградацию материалов. Ранее была рассмотрена модель поведения цик- лически упрочняющихся материалов [3], основанная на подходе Н. Н. Афанасьева. Эта модель рассмат- ривается в настоящей работе для циклически разу- прочняющихся материалов. Описание расчетной модели Рассмотрим модель циклического деформиро- вания некоторой локальной зоны, принадлежащей поверхностному слою. Для ее описания принимаем следующие гипотезы: – процесс изменения локального циклического предела текучести материала и зарождения уста- лостной трещины происходит в некотором объеме поверхностного слоя; – повторное неупругое деформирование приводит к упрочнению-разупрочнению материала в рассмат- риваемой зоне, выражающемся в изменении преде- ла текучести с каждым полуциклом нагружения; * По материалам научно-технической конференции «Перспективные материалы, покрытия и технологии. Предельные состояния эле- ментов конструкций», опубликованным в журнале «Металл и литье Украины» № 11-12, 2009 г.

Улучшение качества гнутых профилей проката

Репозитарії

Схожі ресурси