автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование процесса профилирования в валках и совершенствование технологии производства гнутых профилей

Введение.

Глава 1. Современное состояние вопроса, постановка целей и задач исследования.

1.1. Состояние и основные направления исследований процесса профилирования в валках.

1.2. Моделирование процесса формообразования гнутых профилей проката и трубной заготовки в валках.

1.3. Выводы по главе 1.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Теоретическое исследование процесса формообразования гнутых профилей проката.

2.1. Геометрия профилируемой заготовки на участке плавного перехода.•.

2.2. Геометрические параметры продольных и поперечных волокон формуемой полосы.

2.3. Необходимые исходные данные.

2.4. Гипотезы и допущения.

2.5. Формоизменение заготовки в процессе профилирования

2.6. Условия захвата профиля валками клети.

2.7. Формоизменение деформируемой заготовки на участке контакта с поверхностью. валков универсальной четырехвалковой клети.

2.8. Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследования деформированного состояния полосы при производстве гнутых профилей проката.

3.1. Аналитический метод определения деформаций металла при производстве гнутых профилей проката на основе теории оболочек.

3.2. Экспериментальные исследования пластических деформаций стали в процессе производства гнутых профилей проката.

3.3. Выводы по главе 3.

Глава 4. Совершенствование технологии производства гнутых профилей на профилегибочных станах.

4.1. Расчет рабочих валков и технологической оснастки для изготовления гнутых профилей проката.

4.2. Расчет рациональных параметров процесса профилирования в валках.

4.3. Исследование причин возникновения дефектов и совершенствование технологии производства гофрированных гнутых профилей С21х 1000x0,6-0,

4.4. Разработка технических параметров профилирования качественных гофрированных гнутых профилей Н57х900х0,55-0,9.

4.5. Способ производства гофрированных гнутых профилей

С16,8x1080x0,55-0,

4.6. Мини-станы для производства тонкостенных гнутых профилей проката.

4.7. Выводы по главе 4.

Одной из прогрессивных разновидностей процессов обработки металлов давлением является технология производства гнутых профилей проката. Методом непрерывного профилирования исходной полосовой заготовки в фасонных калибрах ряда вращающихся пар валков профилегибочного стана можно изготовлять гнутые профили с различной по сложности конфигурацией и размерами поперечного сечения.

Во всем мире гнутые профили проката нашли применение во многих отраслях производства. В настоящее время резко увеличился сортамент гнутых профилей и ужесточились требования к допускам на размеры и высокому качеству изделий, и это привело к необходимости совершенствования технологии профилирования и применяемого оборудования. Учет возможных дефектов на готовых профилях и предупреждение их возникновения являются обязательными признаками рациональных параметров технологии и технологической оснастки. Разработка таких технологий и оснастки возможна лишь с использованием результатов исследования процесса формообразования профиля и деформированного состояния металла.

На данный момент относительно подробно исследован процесс формообразования и характеристики деформированного состояния металла сортовых гнутых профилей и прямошовных электросварных труб. На основе исследований разработаны рекомендации по расчету рациональных параметров процесса и рабочего инструмента в зависимости от конфигурации профиля и его размеров, технических характеристик оборудования и механических свойств заготовки.

Однако при разработке программ прокатки и проектировании калибровок валков для производства гнутых профилей со сложной формой поперечного сечения полагаются на фрагментарные знания, полученные практическим путем.

Таким образом, разработка новых методов исследования процесса формообразования и определения деформированного состояния гнутых профилей по очагу формовки, с возможностью реализации на ЭВМ является актуальной задачей. Эффективность этого направления технологических разработок заключается в расширении возможностей получения сложных профилей, обеспечении минимальной себестоимости и трудоемкости производства при требуемом качестве и устранении операций правки готовых профилей.

Целью работы является разработка, математической модели, методик расчета и программного обеспечения для исследования процесса профилирования в валках и совершенствования технологии производства гнутых профилей на профилегибочных станах.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ принципов моделирования процесса формовки гнутых профилей и прямошовных электросварных труб. С учетом преимуществ и недостатков существующих методик предложена новая методика определения геометрии очага формовки профиля в зависимости от объемной формы калибра, жесткости профиля и механических свойств заготовки.

2. На основе теории оболочек разработан теоретический метод определения деформированного состояния металла подгибаемых элементов гнутых профилей проката в очаге формовки.

3. На основании проведенных экспериментальных исследований деформированного состояния гнутых угловых профилей 40x40x3 мм на промышленном профилегибочном стане фирмы «8ТАМ» в условиях ЗАО «Выксунский завод легких металлоконструкций» подтверждены разработанные теоретические методики. Сравнение экспериментальных данных и результатов теоретического расчета показало превышение расчетных данных над результатами замеров деформации при экспериментах на 15-20%.

4. Разработаны алгоритмические способы расчета калибровок рабочих валков профилегибочных станов с разбиением сложного цельного валка на отдельные профильные дисковые элементы; заменой двух соседних элементов с одинаковой кривизной образующей на один общий; заменой конусных дисковых элементов на дистанционные втулки; заменой элементов вогнутых поверхностей валка на соответствующие им совокупности конусных и цилиндрических роликов.

5. Созданы методы корректирования калибровок валков, линии прокатки и основных параметров конструкции существующих профилегибочных станов с жестким креплением валков в клети, с целью устранения дефектов гнутых профилей проката. В разработанной модели процесса профилирования требуемые значения находят путем циклического моделирования формовки исследуемого профиля и проверки модели на отсутствие недопустимых деформаций.

6. Разработан и реализован в среде МаШСАБ комплекс программ по расчету рациональных параметров процесса профилирования в валках, включающий систему автоматизированного проектирования калибровок валков и расчета геометрии переходных форм профиля для математического моделирования процесса, определения деформированного состояния гнутого профиля практически любой конфигурации.

7. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований усовершенствованы технологии производства гофрированных гнутых профилей настила С21х 1000x0,6-0,8 и Н57х900х0,55-0,9, изготавливаемых на промышленном профилегибочном стане СКМЗ 0,5-2x300-1500 в условиях ЗАО «ВЗЛМК», с целью устранения причин возникновения дефектов. Геометрические размеры и качество поверхности профилей полностью соответствуют принятым стандартам.

8. По результатам моделирования и расчета деформаций разработаны и внедрены рациональные способы изготовления ряда гнутых профилей: уголок с шириной полки от 40 до 70мм, автодорожный профиль, гофрированный профиль С 16,8x1080x0,55-0,7 с круглыми гофрами и дренажной канавкой.

9. Разработана конструкция экономичного и компактного мини-стана, состоящего из установленных в линию формующих модулей, для производства тонкостенных гнутых профилей в условиях стройплощадки.

1. Тришевский И.С., Докторов М.Е. Теоретические основы процесса профилирования. -М.: Металлургия, 1980. -288с.

2. Рымов В. А., Полухин П.И., Потапов И.Н. Совершенствование производства сварных труб. -М.: Металлургия, 1983. -312с.

3. Давыдов В.П., Максаков М.П. Производство гнутых тонкостенных профилей. -М.: Металлургия, 1959. -233с.

4. Производство труб электросваркой методом сопротивления / Б.Д. Жуковский, Л.И. Зильберштейн, Я.Е. Осада и др. -М.: Металлургия, 1953. -308с.

5. Калибровка валков для производства гнутых профилей проката. Под ред. И.С. Тришевского. Киев: "Техника", 1980. -168с.

6. Смирнов-Аляев Г.А., Гун Г.Я. -Изв. вузов. «Черная металлургия», 1962, №9.

7. Смирнов-Аляев Г.А., Гун Г.Я. -Изв. вузов. «Черная металлургия», 1962, №11.

8. Пластическое формоизменение металлов / Г.Я. Гун, П.И. Полухин, В.П. Полухин и др. -М.: Металлургия, 1968. -416с.

9. Гун Г.Я., Полухин П.И. Пластическая деформация металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1974.

10. Богоявленский К.Н., Григорьев А.К. Обработка металлов давлением. М.-JL: Машиностроение, 1965.

11. Докторов М.Е., Олейник Г.В. Исследование процесса пружинения при профилировании // Гнутые профили проката: Отрасл. сб. научн. тр. -Харьков: УкрНИИМет, 1980. -с.10-17.

12. Докторов М.Е., Олейник Г.В., Ильюшко В.Н. Экспериментальные исследования процесса пружинения при профилировании // Теория и технология производства гнутых профилей проката: Отрасл. сб. научн. тр. -Харьков: УкрНИИМет, 1982. -с.42-46.

13. Расчет жесткости поперечного сечения подгибаемых элементов профиля / В.А. Воблых, Г.В. Олейник, A.B. Павлюк, Н.Г. Попов, С.С. Чумаченко // Производство гнутых профилей проката: Отрасл. сб. научн. тр. -Харьков: УкрНИИМет, 1986. -с.14-19.

14. Игнатенко А.П., Хижняков Я.В., Заика С.И. Исследование процесса двухслойной формовки тонкостенных гофрированных профилей //Теория и технология производства гнутых профилей проката: Отрасл. сб. научн. тр. -Харьков: УкрНИИМет, 1982. -с.5-12.

15. Осадчий В.А. Конструирование калибров валков для производства гнутых профилей проката с помощью ЭВМ. // Теория и технология процессов пластической деформации: Сб. научн. тр. -М.: Изд-во МИСиС, 1994. -с.117-121.

16. Власов В.З. Избранные труды. T.I. М.: Изд. АН СССР, 1962. -528с.

17. Власов В.З. Избранные труды. Т.П. М.: Изд. АН СССР, 1963. -507с.

18. Коренев Г.В. Тензорное исчисление.-М.: Изд-во МФТИ, 1995.-240.

19. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1973.-823 с.

20. Kiuchi М. CAD system for cold-roll forming. J. Annals of the CIPR, Vol.38/1/1989, pp.283-286.

21. H. Suzuki, M. Kiuchi, S. Nakajima, M. Ichiddayama, K. Takada. Experimental investigation on cold-roll forming process. J. Report of The Institute of Industrial Science, The University of Tokyo., Vol.26, 8/1978, pp.291-346.

22. U.Oesten: Continuous manufacture of sheet metal sections ; j. Technic International; 2/1980; pp 11-17.

23. K.Hada, D.Sumitomo, T.Ohsawa: Development of a cross-roll edge-bending method for ERW tube forming; j. Nippon Steel Technical Report; 72/1997; pp.39-46.

24. D.Bhattacharyya, P.D. Smith, C.H. Yee, L.F. Collins: The prediction of deformation length in cold-roll forming; Journal of Mechanical Working Technology; 9/1984; pp. 181-191.

25. Производство гнутых профилей: Оборудование и технология / И.С. Тришевский, А.Б. Юрченко, B.C. Марьин и др.; Под научн. ред. И.С. Тришевского. -М.: Металлургия, 1982. -384с.

26. Чекмарев А.П. Калужский В.Б. Гнутые профили проката. М.: Металлургия, 1974.

27. Физические основы пластической деформации. Учебное пособие для вузов / Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. -М.: Металлургия, 1982. -584с.248

28. Колмогоров B.J1. Механика обработки металлов давлением. Учебное пособие для вузов. -М.: Металлургия, 1986. -688с.

29. Разработка и освоение технологии производства нового гнутого профиля для тетив пожарных автолестниц. / Колоколов С.В., Клепанда В.В. //Теория и технология производства гнутых профилей проката: Отрасл. сб. научн. тр. -Харьков: УкрНИИМет, 1982. -с.58-64.

30. Дьяконов В.П. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 PRO -М.: CK Пресс, 1998.-352с, ил.

31. MathCAD 6.0 PLUS: Руководство пользователя / Пер. с англ. М.: Филинъ, 1996.-712с.

32. Мищенко A.C., Фоменко А.Т. Курс дифференциальной геометрии и топологии. -М.: Изд-во МГУ, 1980. -440с.

33. Лысов М.Н. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки. —М.: Машиностроение, 1966. -236с.

34. Тришевский И.С, Клепанда В.В. Механические свойства гнутых профилей проката. -ML: Металлургия, 1977. -143с.

35. P.C. Кинасошвили Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1965.-388с.

36. Тришевский И.С, Клепанда В.В, Хижняков Я.В. Холодногнутые гофрированные профили проката, Киев, «Техшка», 1967, с.226-246.

37. Патент РФ RU № 2029645 С1, кл. В 21 D 5/06, 1995.

38. Европейский патент Ер N 0005060, кл. В 21 D 5/08, 1980.