автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства полузакрытых профилей в роликах методом интенсивного деформирования

На правах рукописи УДК 621.981.1

□□3464352

Филимонов Андрей Вячеславович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУЗАКРЫТЫХ ПРОФИЛЕЙ В РОЛИКАХ МЕТОДОМ ИНТЕНСИВНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Специальность: 05.03.05 - технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

12 [.:;.р 2с:э

Нижний Новгород - 2009

003464352

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете на кафедре «Материаловедение и обработка металлов давлением»

Научный руководитель: кандидат технических наук

доцент Кокорин Валерий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Михаленко Федор Павлович

кандидат технических наук, Климычев Сергей Борисович

Ведущая организация: ЗАО «Авиастар-СП» (г. Ульяновск)

Защита диссертации состоится «25» марта 2009 г. в 14 часов на заседании совета Д 212.165.09 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ГСП - 41, ул. Минина, д. 24, аудитория 1307, Телефон для справок: (8314)36-83-46, 36-23-91.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «18» февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд. техн. наук, доцент Б.В. Устинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. К категории полузакрытых относятся профили, при производстве которых отсутствует двусторонний доступ инструмента к заготовке хотя бы в одной паре горизонтальных роликов. Изготовление полузакрытых гнутых профилей в роликах профилировочных станков обладает преимуществами перед процессами прессования, гибки в штампах, кромкогибочных машинах, среди которых высокая производительность, безотходность, возможность получения длинномерных деталей высокой точности с покрытием и т.д.

В условиях меняющейся конъюнктуры рынка и постоянного совершенствования конструкций профилей традиционное профилирование (ТП) не является эффективным в связи с его ориентацией на серийный характер производства (из-за громоздкого оборудования, большого количества оснастки, больших временных потерь на переналадку). Применение крупногабаритного оборудования, снижающее мобильность производства и требующее значительного первоначального капитала, сдерживает инвестиции небольших компаний в эту сферу.

Наиболее перспективным для изготовления гнутых профилей является профилирование методом интенсивного деформирования (МИД), отличающимся применением закрытых калибров и приданием подгибаемой полке знакопеременной продольной деформации, а также рядом других параметров по отношению к ТП и стесненному изгибу (СИ). Технология МИД широко востребована отечественным промышленным рынком. Разработчики технологии МИД в г. Ульяновске ежегодно поставляют на рынок до 40 автоматических линий и до 200 технологий производства профилей типовой номенклатуры (и до 30 технологий производства полузакрытых профилей). Однако применение данного метода для производства полузакрытых профилей ограничивается из-за отсутствия классификаторов полузакрытых профилей и их дефектов, надежных математических моделей процесса формообразования, рекомендаций по проектированию схем формообразования и технологической оснастки, недостаточной эффективности технических решений по предотвращению дефектов и повышению качества профилей, отсутствия классификации профилировочного оборудования и рекомендаций по его применению и др. Проявление этих недостатков вызывает значительные материальные и финансовые затраты на стадии создания технологии.

Работа посвящена выработке технических решений, направленных на устранение вышеуказанных недостатков, чем обосновывается актуальность выбранной темы.

Целью работы является повышение эффективности разработки и реализации процессов формообразования гнутых полузакрытых профилей в роликах методом интенсивного деформирования.

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете на кафедре «Материаловедение и ОМД» в соответствии с тематическим планом кафедры и по договору Д10-195/20-УП от 20.10.2006 г. на создание научно-технической продукции «Интенсификация формообразования заготовок» с ООО НИЦ «МИТОМ» (г. Ульяновск), а также по планам предприятий, специализирующихся в профилировании, по месту работы соискателя.

Методы исследования: 1) методы теории ОМД; 2) металлографические методы и измерение микротвердости; 3) методы измерений линейных и угловых характеристик; 4) конечно-элементный анализ (средствами АЫБУЗ); 5) метод полнофакторного эксперимента и статистического анализа.

Научную новизну имеют следующие результаты: - классификаторы полузакрытых профилей, их дефектов и профилировочного оборудования;

- математические модели угловой зоны, формовки рифтов в донной части, протяженности зоны плавного перехода, устойчивости формообразования профиля и экспериментально полученные результаты по их верификации;

- технические решения по совершенствованию основного и вспомогательного оборудования, защищенные тремя патентами на полезную модель и одной заявкой на изобретение.

Достоверность результатов обеспечена применением альтернативных методов исследования: теоретических, экспериментальных, метода конечных элементов. Экспериментальные исследования подтвердили достоверность применяемых теоретических моделей с точностью от 2 до 26 %, что представляется удовлетворительным для практических целей.

Практическая иенность работы состоит в разработке на основе проведенных исследований и практическом апробировании процедуры проектирования роликовой оснастки для изготовления МИД гнутых полузакрытых профилей более 30 типоразмеров, что позволило сократить затраты на освоение технологии и повысить качество производимых профилей. Прастическая значимость работы подтверждается промышленным внедрением технологии и оборудования на ряде предприятий РФ (в четырех отраслях) с подтвержденным суммарным годовым экономическим эффектом более 1450 тыс. рублей.

Лично соискателем разработаны методика и алгоритм проектирования технологического оснащения для изготовления полузакрытых профилей, выработаны рекомендации по расположению многоэлементных профилей в валках, предложены варианты оптимизации схем формообразования и технические решения, направленные на повышение качества полузакрытых профилей (обеспечение размерной точности сечения и предотвращение дефектов) на основе проведенных лично соискателем экспериментальных исследованиях. Соискателем лично разработано технологическое оснащение, проведен авторский надзор за его изготовлением, проведена отладка технологии, изготовлены образцы и партии кондиционных профилей по интенсивным схемам формообразования. Соискателем лично внедрены технологическое оборудование и технологии интенсивного формообразования полузакрытых профилей «под ключ» на предприятиях (г. Липецк, Москва, Нижний Новгород и др.). Творческий вклад соискателя в разработку классификаторов, моделей, оборудования и доля его участия (от 40 до 60 %) в опубликованных работах с соавторами приведены в заключении УлГТУ (организации, где выполнена работа).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на ряде вузовских, региональных и всероссийских конференций (гг. Ростов-на-Дону, Пенза, Тула, Ульяновск), а также на заседаниях кафедры «Материаловедение и ОМД» УлГТУ. Научные работы соискателя были удостоены дипломов (2005 г. и 2006 г.) и грамоты (2006 г) Министерства образования и науки по результатам конкурсов на лучшую научную работу.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 28 печатных работах, в том числе 3 патентах на полезную модель, 1 заявке на изобретение, а также 10 статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Основной текст работы изложен на 186 стр. машинописного текста и включает 158 рисунков, 44 таблицы и 166 источников литературы. В приложении приведены акты внедрения.

Автор защищает:

• классификатор полузакрытых профилей, классификатор дефектов полузакрытых профилей и заготовок, классификатор профилировочных станков и рекомендации по их использованию;

• математические модели формообразования угловых зон на предварительных и окончательных переходах, формовки рифтов в донной части профиля, поведения

заготовки в межклетьевом пространстве и устойчивости формообразования заготовки;

• результаты экспериментальных исследований, включающих исследование зон изгиба заготовок при растяжении и подсадке, формовки рифтов, протяженности зон плавного перехода, влияния элементов жесткости, устойчивости заготовок при формообразовании профиля;

• алгоритм разработки технологии изготовления МИД полузакрытых профилей и рекомендации, направленные на снижение затрат проектирования, отработки технологии и повышение качества полузакрытых профилей;

• технические решения по совершенствованию профилировочного и вспомогательного оборудования для производства полузакрытых профилей;

• результаты промышленного внедрения технологии и оборудования на предприятиях РФ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность задач и указана цель работы.

В первой главе на основе изучения монографий, учебников, справочников, описаний патентов, информационных ресурсов Интернет и статей в отечественных и зарубежных журналах выявлено состояние вопроса в предметной области. Рассмотрение применения полузакрытых профилей в различных отраслях промышленности и анализ номенклатуры выпускаемых гнутых профилей предприятиями «Маяк» (г. Самара), «Стройпроммет» (г. Сходня М.О.), «ЛМЗ-металлоцентр) (г. Лысьва Пермской обл.), ООО «Ингус» (г. Ижевск), ООО «Вентал» (г. Обнинск), ЗАО «Аркада» (г. Смоленск»), «Стальинвест» (г. Москва), «ИПРИС» (Украина) и др., в том числе по отраслям промышленности, позволило установить, что полузакрытые профили составляют от 14 до 25% от общей номенклатуры производимых гнутых профилей, а эффективность их применения в среднем на 25 - 30% выше, чем применение фасонных профилей (рис. 1). В строительстве полузакрытые профили применяются для монтажа гипсокартона и стеклопакетов, в качестве элементов кровли, стен и отделки интерьера (потолки, рамы, двери, карниза, жалюзи). Применение полузакрытых профилей в транспортном строительстве - траверсы, багажники, пороги, молдинги, стеклодержатели, стрингеры, ограждения, декоративные элементы; в машиностроении - стеллажи, панели, ограждения, кожухи, оборотная тара; в

Рис. 1. Эффективность применения полузакрытых профилей в расчете на стоимость 1 т материала: а) - в отраслях: 1 - строительство; 2 - автомобилестроение; 3 - машиностроение; 4 - сельское хозяйство и тракторостроение; 5 - производство мебели; 6 -прочие отрасли; б) - по группам профилей

производстве мебели - направляющие, крепежные элементы, фурнитура и т.д.

Анализ альтернативных методов/способов производства полузакрытых профилей (в кромкогибочных машинах, в штампах, в инструментальных фильерах и комбинированным методом), конструкций оснастки и экономических показателей выявил их недостатки и непригодность для производства гнутых полузакрытых профилей.

Показано, что из методов изготовления гнутых профилей в роликах (ТП, СИ, МИД) только МИД наиболее пригоден с технико-экономической точки зрения для производства полузакрытых профилей в условиях постоянно меняющейся номенклатуры профилей при их мелкосерийном производстве. По отношению к ТП этот метод использует компактное оборудование и меньшее число переходов, а по отношении к СИ он обладает существенно более широкими технологическими возможностями.

Анализ применяемого отечественного и зарубежного профилировочного оборудования показал большое разнообразие такого оборудования, эксплуатируемого на предприятиях России и отличающегося по кинематическим схемах, конструктивному исполнению, числу клетей, размерным параметрам. Отсутствовала подробная классификация профилировочных станков, которая бы обеспечивала взаимозаменямость технологического оснащения и облегчала бы выбор такого оборудования для пользователей.

Выявлено, что наиболее подходящим (по концепции создания) для реализации МИД является оборудование ОАО «Ульяновский НИАТ» и ООО «Спецтехнология» (г. Ульяновск), подлежащее модернизации с целью расширения технологических возможностей и удобства эксплуатации.

Анализ наиболее часто применяемых материалов и их свойств позволил определить для исследования класс материалов из низкоуглеродистых сталей толщиной от 0,6 до 2,5 мм с цинковым и органическим покрытием или без него.

На основе опыта разработки технологии МИД в ОАО «Ульяновский НИАТ» и ООО «Спецтехнология» проведена классификация дефектов заготовок и профилей, возникающих при использовании МИД, установлены в первом приближении их возможные причины. Наиболее характерными дефектами являются кромковая волнистость периферийных элементов и излом или выпучивание полок, связанные с формовкой рифтов в донной части полузакрытых профилей (рис. 2). Установлены и систематизированы требования к гнутым профилям на основе существующей НТД различных отраслей.

Рис. 2. Основные дефекты профилей: а - кромковая волнистость периферийных элементов: б - выпучивание полок: в - излом полок

Анализ процессов формообразования полузакрытых схем формообразования в ТП на основе нескольких десятков патентов позволил выявить их недостатки и достоинства. Последние приняты в рассмотрение при создании нового алгоритма разработки технологии в разделе 4.

Изучение теоретических и экспериментальных работ в предметной области отечественных и зарубежных исследователей И.П. Ренне, Р. Хилла, Е.А. По-

пова, В,И. Давыдова, Г.Я. Гуна, В.В. Соколовского, К.Н. Богоявленского, В.В. Колмогорова, Ю.М. Арышенского, В.И. Ершова, Ф.В. Гречникова, А.Д. Матвеева, М.Е. Докторова и И.С. Тришевского, В.А. Осадчего, Г.В. Проскурякова, С.И. Вдовина, С.Ф. Березовского, И.М. Колганова, В.И. Филимонова, X. Судзу-ки и М. Киути, Д. Кокадо и Е. Онода и других позволило выявить ряд явлений (и методов их изучения) применительно к гибке в роликах: НДС угловых зон, изменение толщины заготовки, упрочнение, пружинение, анизотропия, предельные возможности, поведение и параметры заготовки в межклетьевом пространстве, потеря устойчивости, влияние на параметры процесса элементов жесткости, углов подгибки и числа переходов преимущественно в ТП. Для МИД многие из этих вопросов в начале работы оставались неясными.

В целом, изучение состояния вопроса позволило выявить актуальность темы и проблемы, подлежащие решению, сформулировать цель и задачи работы (см. положения, выносимые на защиту, приведенные выше).

Во второй главе представлены разработанные аналитические модели. Для систематизации исследований произведена классификация полузакрытых профилей по следующим параметрам: 1) наличие/отсутствие симметрии сечения профиля относительно вертикальной плоскости; 2) наличие/отсутствие элементов жесткости; 3) толщина профиля; 4) наличие/отсутствие перфорации; 5) пластичность материала; 6) наличие/отсутствие покрытия.

1. Угловая зона и ширина заготовки. На предварительных и окончательных переходах угловые зоны подвержены различному действию силовых параметров (рис. 3) и в зависимости от этого получают утонение или утолщение соответственно. На основе инженерного метода решена задача определения положения нейтрального слоя напряжений, совпадающая в первом приближении с нейтральным слоем деформаций (НСД). Решалось исходное уравнение (1) совместно с упрощенными условиями пластичности для зон сжатия и растяжения для схем «а» и «б» рис. 3.

Рис. 3. Формовка угловых зон: а - на первых переходах; б - на последних переходах

да

р , аР~ав

= 0

(1)

др р

где - радиальное и окружное напряжение соответственно; р- текущее

значение радиуса.

Граничные условия для схемы «а»:

<хр(р = г) = -р (зонасжатия), сгр(р = К) = 0 (зонарастяжения), (2) где г, Я - радиусы кривизны внутреннего и наружного контура зоны изгиба соответственно; р - давление на внутреннем контуре. Граничные условия для схемы «б»:

(Тр{р -г) = 0 (зона сжатия), сгр{р = К) - -д (зона растяжения), (3)

где ч - давление на наружном контуре зоны изгиба при подсадке.

Полученные значения напряжений при условиях (2), (3) для зон растяжения и сжатия «сшивались» по р, откуда получали радиус НСД. Затем, с учетом скоростей перемещения материала в радиальном и окружном направлениях и приращений контуров зоны изгиба, были получены соотношения, отражающие относительное изменение толщины заготовки в зоне изгиба:

^--•ЫгЫЬ-'- ^Н^Н'* (4>

где а, Аа - суммарный и текущий (в данном переходе) угол подгибки полки.

Расчет ширины заготовки с учетом схемы формообразования и соотношений (4) производится по формуле:

(5)

где В',В' - протяженность прямолинейных и криволинейных участков развертки профиля соответственно; I - номер соответствующего участка, а приращение ширины заготовки ДВ дается соотношением:

+ 2)

ДВ =

(6)

г, мм

Рис. 4. Зависимость утонения от внутреннего радиуса и угла подгибки: 1, 2, 3, 4, 5 - Да = 5°, 10°, 15°, 20°, 25° (схема «а»)

ну заготовки в соответствии с формулами (5) и (6) с учетом конфигурации профиля и схемы его формообразования.

2. Модель зоны изгиба с линейным упрочнением при высвобождении угловой зоны. Для оценки влияния упрочнения решалось уравнение равновесия совместно с условием пластичности:

где т - число переходов, в которых происходит растяжение угловых зон; N - общее число переходов.

На основе формул (4) построены зависимости изменения толщины заготовки на рис. 4 и 5, что позволяет уточнить шири-

2,4

да

дР

сгг +

2Я

2Я

3

•Р.

где

■+л2

-- радиус кривизны нейтраль-

ного слоя деформаций; Я - показатель упрочнения; от - предел текучести материала.

2-Х

После введения обозначений: А = ат+—Г^,

л/3

3 4 5 6 г, мм '

Рис. 5. Зависимость утолщения от внутреннего радиуса и угла подгибки: 1, 2, 3, 4, 5 - Да = 5°, 10°, 15°, 20°, 25° (схема «б»)

в=

2-Я 0,-л/з

и интегрирования дифференциального уравнения с соответствую-

щими граничными условиями получены значения радиального и тангенциального напряжений в угловой зоне:

+ В(Я-р) нсгЦ = А

1п

\р)

+1J + В(Я - 2р) (растяжение). 1 \+В{2р-г) (сжатие).

-\+В(р-г)1ло1 = А

КР)

При отсутствии упрочнения эти уравнения сводятся к известным решени-

Зона сжатия

Зона растяжения

Рис. 6. Распределение напряжений в зависимости от степени упрочнения материала заготовки единичной относительной толщины: а - зона сжатия; б - зона растяжения: 1,2,3 - Ст|, стр, ста соответственно; у - упрочняющийся материал

ям для случая идеальной пластичности, поскольку следует: А = стт, В = 0. На рис. 6 графически представлены полученные зависимости. Из рис. 6 следует, что при наличии упрочнения происходит некоторая разгрузка наружного контура, что позволяет в ряде случаев назначать радиусы гиба меньше допустимых, однако при этом надлежит следить за отсутствием складкообразования по внутреннему контуру зоны изгиба.

3. Ограничения на внутреннем контуре. При подсадке полки на последнем переходе на внутреннем контуре зоны изгиба могут появляться складки или зажимы. С этой целью решалась соответствующая задача для оценки уровня касательных напряжений вблизи внутреннего контура методом прямого интегрирования на основе ряда упрощающих допущений:

Эсг 1 да,

дг

д<ггв

+ -г

гв

<7„ -<Уа

дг

— = 0;

дв г 1 Зет агв . г дв г

(уравнения равновесия)

(7)

(ап -(Тед)2 +4<т?0 = -у- = 4к2, (условие пластичности) (8)

Решение уравнений (7 - 8) с учетом граничных условий получено в следующем виде:

/ у'"'1'2 стгв(г,в) = к 5т(л9/а)|-J

где п — величина относительного утолщения зоны сгиба по биссектрисе угла; р - относительный внутренний радиус зоны сгиба, где в3 - предел текучести материала; к - максимальное касательное напряжение; а = (ц-1)/2; р = - (ц+1 )/2; у = (тс/а)2 ц = (1 + 4у)ш; а - половина угла подгибки.

Для наглядности на рис. 7 приведена диаграмма распределения касательных напряжений в угловой зоне, выполненная в среде МаШСАБ при относительном торцевом сжатии т= са/ст5= 0,3. Здесь са и а$ - напряжение торцевого поджатая и предел текучести материала соответственно. Вместо Огв введена безразмерная функция 1(и,г) = к, где и = 9. В местах максимума касательных напряжений следует ожидать исчерпания ресурса пластичности, так, при т = 0,7 уже имеют место дефекты внутреннего контура при утолщении зоны сгиба до 18 %.

В области, близкой к биссектрисе угла и внутреннему контуру, зависимость (9) хорошо согласуется с моделью Ю.М. Арышенского, полученной методом возмущений в растянутых координатах Лайтхилла.

Математическая модель позволяет установить диапазон допустимых значений геометрических параметров угловой зоны и допустимых значений подсадки с целью назначения геометрических параметров калибров формующих роликов.

4. Формовка рифтов в донной части профиля. Аналогично изучению угловых зон, построена модель определения утонения заготовки при одновременной формовке рифтов, сопровождающейся перетяжкой металла:

о«)

где я1к - контактное давление.

Данная модель приложима к двум видам формовки: 1) при расположении формующих роликов по сходящимся прямым во избежание переформовки угловых зон; 2) при расположении формующих роликов по параллельным прямым, что приводит к значительной боковой утяжке и переформовке зон изгиба. Для первого вида формовки модель дает требуемое

Я" ■

Я"-рм

<п/р)"\

(9)

число переходов в итерационной процедуре по индексу J при ограничении величины утонения заготовки. Последнее полученное в итерационной процедуре значение числа предварительных переходов N объявляется искомым. Описанный критерий назначения числа переходов представляется в следующем виде:

<5,

(И)

Для второго вида формовки каждый из участков заготовки испытывает переформовку, так что в среднем утонение распределяется по ширине заготовки кусочно-равномерно и равно утонению, приобретаемому за один переход. В этом случае ограничение на утонение представляется следующим соотношением:

сЬа

<8,

(12)

Неравенство (12) может использоваться при оценке технологичности изготовления профилей на оборудовании с заранее заданным числом клетей. В неравенствах (11) и (12) реальные значения утонения несколько меньше расчетных (не учитывается упрочнение), однако возникающая погрешность компенсируется осреднением радиального давления. Итерационные процедуры определения числа переходов и числа рифтов легко формализуются и могут быть включены в автоматизированные системы проектирования. Область применения модели - параллельная формовка.

Рис. 8. Распределение суммарного утонения по переходам и рифтам

Рис. 8 иллюстрирует накопление утонения на трех предварительных переходах на основе соотношения (11) и различие утонения (по номерам рифтов к) для случая формообразования трапециевидных рифтов высотой 20 мм. Здесь величина 5С(|,к) соответствует накопленному утонению в процентах, а] - номеру перехода. Из рис. 8 следует, что если число рифтов не превышает десяти, то достаточно трех предварительных переходов при допустимом суммарном утонении, не превышающем 10%.

5. Модель зоны плавного перехода (ЗПП) при формообразовании профиля из упрочняющегося материала позволяет назначать такие предельные углы подгибки (с учетом прогиба донной части профиля), которые бы не приводили к потери устойчивости деформирования или переформовке заготовки. Используется вариационный метод полной работы деформирования, которая складывается из работы деформирования полки, дна профиля и угловой зоны. На рис. 9 изображены геометрия и расположение локальной системы координат. Переход от декартовых координат к криволинейным дает урав-

нение срединной поверхности полки в виде:

x^-CI2 = v■cosв{u), х2 =и, х} =У'Шб(н), где XI, х2, х3 - декартовы координаты; С - ширина донной части профиля; V, и - криволинейные координаты. Работа деформации полки с учетом упрочнения дается соотношением:

* т + \

/Я + 1

_2_ у2 (двШ

л/3 I ди )

где о; - интенсивность напряжений; А,т- параметры упрочнения.

Определяя также работу деформирования донной и угловой частей профиля, получим полную работу деформирования на текущем переходе:

и

Ч

(дв(и) У

где

¡Г = -

I ди

1 *Г

+(г+г)-0(и)

у=

2 А

1 -т

и,

я

I

■ш

я+1 я

(13)

■р-йр,

(т + 1)(2/л + 3)

-s.cn 1-е.)-

/я + 1

Решая, с учетом (13) и геометрических параметров зоны изгиба, вариационную задачу с подвижной границей: дА"0"" = 8в, и)-ёи > получаем:

в(и) =

(2м + 1)-ЕГ (У+ 2)

г+г

щие

\}У-{2т + 2)

„ 2т+ 2 определению; В = —--.

•и + С,

+ С2, где С/, С2 - константы, подлежа-

С учетом граничных условий и условия

в(и) \и-1.= ®к. формула протяженности ЗПП приобретает окончательный вид:

¿ =

с¥ + 2)-вк V Ж-(2т + 2)

(14)

{(2т + \)-1¥] ¥ + г Если в формуле (14) положить С = 0 (абсолютно жесткое дно), получаем модель Гунна-Полухина для формовки уголка из упрочняющейся полосы. При т = 0 (неупрочняющийся материал) предлагаемая модель в точности совпадает с моделью Бхаттачария-Коллинза.

При разработке технологии, во избежание переформовки заготовки и потери устойчивости деформирования, надлежит следить за выполнением условия: Ь < Ьи- (где Ьм - межклетьевое расстояние профилировочного станка), чему соответствует ограничение

в, где вГ" определяется из

уравнения:

Рис. 9. Геометрия ЗПП и расположение локальной системы координат: 1 - аппроксимация реальной границы пластической области; 2 - реальная граница пластической области

(2т+ !)•»'

" 1Г-(2т + 2)

у+г

На рис. 10 приведены модельные зависимости в сравнении с экспериментальными данными. Экспериментальные данные получены автором прямым измерение, а данные Г.Я. Гуна получены с применением тензометрирова-ния. Некоторое отличие экспериментальных данных автора и Г .Я Гуна объясняется различием технологий, схем формовки, диаметров катающих роликов и их конструкции.

Ь, мм

Рис. 11. Влияние угла выхода профиля на деформации: а -при нулевом угле выхода; б -при угле выхода, отличном от нулевого: 1 - эпюра деформаций; 2 - контур верхнего ролика; 3 - профиль

Рис. 10. Модель ЗПП и опытные данные:

• экспериментальные данные автора: 1 - ст. 08кп;

Б = 0,6 мм; С = 0; 4 - сталь 08кп; Б = 0,6 мм; С = 110 мм;

• экспериментальные данные Г.Я. Гуна: 2,3-ст. 10; Б =0,55 мм; С = 0;

• расчетные данные автора: а - ст. 08кп; 8 = 0,55 мм; С = 50 мм; б - сталь 08кп; в = 0,55 мм; С = 100 мм

6. Устойчивость формообразования определяется уровнем остаточных деформаций подгибаемых полок. Изменение угла выхода профиля из калибра (рис 11) уменьшает их деформацию и делает их менее подверженными потери устойчивости. Влияние угла выхода на продольную деформацию показано на рис. 12 (в диссертации даны аналитические зависимости). Углы выхода наряду с углами подгибки представляют собой достаточно эффективный инструмент воздействия на условия обеспечения отсутствия потери устойчивости заготовки.

Суммарная деформация к (к+1)-му переходу определяется по формуле: к

°0

(15)

¡-1

где е;- полная деформация полки.

Суммарная деформация (15) при надлежащем изменении углов выхода заготовки из калибра уменьшается ввиду разных знаков слагаемых.

Продольную деформацию кромки, соответствующую потери устойчивости в форме кром-ковой волнистости, можно вычислить так:

I

% -0,25

- 0,50

1 /

2 /

3 /

4 /

Рис. 12. Зависимость деформаций кромки от угла выхода

1-Р'|с =

2-р'к = 1 о! -

0°,

4 - р к = 3°

<и§ 0.30

Р2к -

°.45 щад-

- Чт)-1»*- - (!• 4' -

4) - эллиптический интеграл второго рода. 0,5

, I

0,4

0,3

чО

О4- 0,2

6 И)

0,1

/ 4 /

1 1 > /

у 2 /

V, 5

0,5

№

1.0

1,5

2,0

Рис. 13. Связь деформации кромки и параметров кромковой волнистости: 1,2, 3,4, 5 соответствуют значениям Ь/э = 30; 50; 70; 90; 110

где А - длина синусоиды; £(л7 2,

На рис. 13 представлена взаимосвязь продольной деформации кромки периферийного элемента профиля и параметров кромковой волнистости, входящих в последнюю формулу. Если ТУ на поставку профиля определяют допустимые параметры кромковой волнистости, то можно вычислить предельно допустимую деформацию кромки численным методом на основе вышеприведенных формул. Однако значение предельно допустимой деформации является более слабым ограничением, чем критическая деформация, приводящая к кромковой волнистости. Тогда условие предотвращения кромковой волнистости дается в виде:

„X , сг £к < Ек •

Этим условием можно пользоваться при разработке технологии, когда периферийные элементы расположены почти вертикально. В случае, когда периферийные элементы расположены на подгибаемых полках, изучение условий потери устойчивости можно производить на основе полного факторного эксперимента (см. ниже, гл. 3).

В третьей главе проведены экспериментальные исследования по 18 типам полузакрытых профилей различных сечений. Определены приборы, оборудование, направления исследований и применяемые методы.

1. Изменение толщины в угловой зоне профилей для производства мебели из стали 08пс, конфигурации и схемы формообразования которых представлены на рис. 14, исследовали на приготовленных микрошлифах с помощью прибора ПМТ-ЗМ. Результаты измерений по переходам для угловых зон, прилегающих к дну профиля, с точностью до 0,01 мм представлены на рис. 15, откуда видно, что для точек 8 (правая) и 9 (профиль № 2) экспериментальные значения суммарного изменения толщины составляют +5 % и -3 %, а расчетные - +5,31 % и -5,52 % соответственно; для точек 2 (левая) и 3 (профиль № 1) экспериментальные значения составляют -4 % и +2%, а расчетные —3,98 % и +0,81 % соответственно. Расчетные (теоретические) значения изменения толщины отличаются от экспериментальных данных не более чем на 6 %. Отсюда видно, что перетяжка металла приводит к утонению заготовки в угловых зонах,

Рис. 14. Схемы формообразования профилей: а - 35x27x1,5 мм (№1); б-42x28,5x1,0 мм (№2)

№2-т9

№2-т8

№1-т2

№1-тЗ

Номера профлей и точек

Рис. 15. Столбчатая диаграмма суммарного изменения толщины зон изгиба: номера в условном обозначении соответствуют номерам переходов

а подсадка - к утолщению. Анализ изменения толщины в других точках профилей подтверждает эту закономерность.

Аналогичные исследования были проведены на профиле с фальцевым соединением и на профиле 85x55x0,85 мм с элементами двойной толщины (ЭДТ) (рис. 16). Нумерация точек по зонам изгиба осуществлялась с отсчетом от периферии к дну профиля. На рис. 17 представлены расчетные (в среде МаАСАО) и экспериментальные значения суммарного утонения, существенно зависящие от схемы формообразования. Обработка массива экспериментальных данных

Рис. 16. Схема формообразования профиля 85x55x0,85 мм

-Теория —о-Эксперимент

16

х 14

го

Е 12 0)

| 8 6 4 2 О

®

—

______

2 3

Точка (зона изгиба)

Рис. 17. Сравнение расчетных и экспериментальных значений изменения толщины угловых зон профиля 85x55x0,85 мм

для схем с преимущественным растяжением позволила получить упрощенную зависимость величины приращения заготовки на один угол, пригодную для практических нужд:

Щ =s0 -(\lr2 +r+ 0,5 + 0,5)-ar-(0,25-0,10-r).

где г - относительный радиус гиба; а - угол между смежными элементами по чертежу профиля. Здесь знак « - » условно опущен.

В целом, экспериментальные исследования изменения толщины заготовки при МИД для различных схем формообразования подтверждают с точностью до (11...21)% теоретические модели и расчетную формулу ширины заготовки. Уточненное определение ширины заготовки позволяет избежать ошибок при разработке технологического оснащения, сократить сроки и затраты на освоение технологии, повысить качество профилей

2. Упрочнение. Для подтверждения влияния упрочнения на НДС угловой зоны, проводили измерение по ГОСТ 9450-76 микротвердости четырех профилей различного типоразмера на приборе ПМТ-3. В качестве примера на рис. 18 приведено распределение микротвердости по точкам для одного из профилей.

В целом, если теоретические результаты показывают увеличение интенсивности напряжений в угловой зоне на 10 - 15% из-за наличия упрочнения, то увеличение микротвердости составляет от 12 до 22 %, что свидетельствует о приемлемом уровне соответствия теории и эксперимента.

3. Подсадка полки уменьшает пружинение до отрицательных значений, однако существуют ограничения на величину подсадки. Это сопряжено как с потерей устойчивости подсаживаемой полки, так и с образованием микроскладок или нарушением покрытия по внутреннему контуру зоны изгиба. Для решения этого вопроса использовали пакет Ansys (модуль LS-dyna), приобретенный УлГТУ по лицензии. Программу Solid Works использовали в качестве препроцессора, а обработку результатов производили встроенными средствами программы Ansys. Моделировали процесс подсадки полки профиля из материала ст. Зсп толщиной 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0 мм с приведением параметров угловой зоны к исходной толщине заготовки . Наиболее характерные стадии нагруже-ния приведены на рис. 19. Результаты моделирования представлены на рис. 20-21, где значения величины подсадки соответствуют моделям (рис. 19) в порядке их следования.

' Конечноэлементный анализ выполнен к.т.н. М.В. Плюшкиным и В.В. Левщановым

350 300 250 -

200 М

150 100 + 50 | 0

□ S-zone

□ N-zone

□ C-zone

□ MV

1 2 3 4 5 Номер точки Рис. 18. Распределение микротвердости по точкам профиля 35x27x1,5 мм

Исследование МКЭ напряжений подсадки в полке показывает, что при величине подсадки 0,7 мм среднее напряжение торцового поджатая составляет не более 0,5ст5, что достаточно хорошо согласуется с результатами второй главы работы. На рис. 19 видно, что наружный слой элементов на всем протяжении процесса практически не меняет своей толщины (образуется застойная зона), а внутренний слой подвержен существенному изменению толщины. Механизм этого явления реализуется через деформации сдвига при наличии касательных напряжений, распределение которых показано на рис. 7. Анализ деформаций показывает, что окружные деформации на наружном контуре не превышают (5 - 10) %, а на внутреннем контуре лежат ниже границы в 25 %. Следовательно, наружный контур разгружается за

0.05 0.4 0,7 1 1.33 1.67 1.67 1,68 1,68

Величина подсадки, мм Рис. 22. Зависимость пружикения от величины подсадки полки

40.00

as 35,001

к

S 30,00

ф

3 25.001

20,00

15.00

1 10.00

с

® со 5,00

0.00-I

0.05 0.4

1.68 1.68

0.7 1 1.33 1,67 1,67 Величина подсадки, мм Рис. 21. Зависимость величины утолщения угловой зоны от величины подсадки полки

счет действия торцевых сил, а внутренний нагружается дополнительно. Для автоматизированных расчетов предлагаются аналитические соотношения, полученные аппроксимацией соответствующих зависимостей в среде MS EXCEL:

• относительный радиус гиба - г(ДЛ) = 2,978 ■ ехр(-0,356 ■ АН),

• утолщение (в процентах)- Д5(АА) = 5,38• ехр(0,236■ ДА),

• пружинение(вградусах)- Дв(ДА) = 0,1012-(АЛ)2 -1,553б-ДЛ + 5,0524, где ДЬ - величина подсадки в мм.

Расчет фактора Лоде в решенных задачах дает его нулевое значение, т. е., деформирование происходит практически в условиях плоской деформации.

4. Множественные рифты. Для подтверждения теоретических моделей производили формовку рифтов высотой 20 мм с шагом 50 мм толщиной 1,2 мм по параллельной схеме формовки. Результаты расчета (сплошная кривая) и экспериментальные данные приведены

на рис. 23, откуда видно, что уровень Рис. 23. Разделение ¿гонения по ширине рассогласования теории и эксперимента дна: круГовыГмаРкеРы - согласно работе в целом не превышает 15 %. Отличие [i5i]; квадратные маркеры-данные автора

У

(к1_Об

Рис. 24. Схемы формообразования С-образных профилей: а -с узким гладким дном; б -с треугольным рифтом в дне

экспериментальных данных работы [151, см. диссертацию] и автора объясняется различием в схеме формовки: в первом случае формовка осуществлялась по параллельным прямым, а во втором случае - по сходящимся прямым.

5. Одиночные рифты. Задача состояла в выявлении преемственности режимов формовки профилей с рифтом в донной части по отношению к режимам

формовки профилей с гладким дном, а также осо- ( , -___ , ^

бенностей формовки одиночных рифтов. ^

Изучали формообразование • С-образного профиля 145x45x13x1 мм с гладким дном и одиночным треугольным рифтом размером 20x10 мм в донной части профиля по программе: а) изготовление профиля с гладким дном с уменьшением его ширины до появления дефектов; б) совмещение формовки отбортовок и подгибки полок с полной формовкой рифта на первых двух переходах; в) совмещение формовки отбортовок и подгибки полок с постепенной формовкой рифта по переходам. Радиусы сопряжения между элементами профиля составляли 2 мм. Использовали сборную оснастку, позволяющую изменять ширину донной части профиля.

Схема «а». Формовка полного рифта за два первых перехода сопровождалась изломом кромки в четвертом и последующих переходах. По сторонам рифта имели место отклонения примыкающих к рифту участков от - 5° на первом переходе до + 3,5° на втором с последующим уменьшением до нуля в последнем переходе. Абсолютные значения шага излома существенно отличаются только на концевых участках изготовленного образца профиля из-за различия условий формообразования центральной и концевой частей профиля.

Схема «б». Равномерная формовка рифта по переходам со стеснением 1,5 мм за переход с монотонным изменением ширины и высоты рифта с 29 до 20 мм и с 2 до 10 мм соответственно приводила к боковому выпучиванию профиля (на 4-6 переходах - порядка 7 - 10 мм на сторону), однако, излом полок отсутствовал. Характеристики получаемого профиля соответствовали требованиям технических условий на поставку профиля.

Отсюда следует, что постепенная формовка рифта по переходам хотя и приводит к начальной стадии пластической неустойчивости, однако может не приводить к неисправимому браку в виде излома полки. Следовательно, равномерная формовка рифта по переходам и натяг кромки или изменение угла выхода профиля из калибра могут использоваться для сохранения преемственности технологии изготовления полузакрытых профилей с гладким дном с целью

I

Левая полкаО Правая пол*

3

600

о 400 <*>

£ 200

Ш

1 2 3 4 5 6 Номер излома полки Рис. 25. Характеристика изломов полок

уменьшения затрат на проектирование и отработку технологии.

6. Комбинированные глубокие рифты2. Профиль для складского хозяйства 110x77x2 мм из оцинкованной стали (рис. 26) с рифтами 308-78 и 168-28 имел по ТУ ограничение на утонение -0,1 мм. Исследовали четыре схемы формообразования. Утонение в характерных точках (А - О) в окончательном варианте технологии приведено на рис. 27. Было выявлено, что малые радиусы инструмента препятствуют перетяжке материала. В работе даны рекомендации по выбору схем формообразования и назначению параметров инструмента. В

отсутствие жестких требований к утонению возможно изготовление того же профиля по схеме параллельной формовки («розеточная» схема НПО «ИДМ») (рис. 28).

Рис. 26. Профиль для складского хозяйства и конфигурация рифта на промежуточной стадии формовки

0.16

1 2 3 4 5 6 Номер перехода

Рис. 27. Утонение комбинированного рифта

Рис. 28. Схема формообразования «стойки»

7. Протяженность ЗПП. В случае полузакрытых профилей необходимо приводить полку, несущую элементы жесткости, к эквивалентной гладкой полке на основе метода локальных жесткостей. Для верификации модели проводили исследования при формообразовании девяти полузакрытых профилей с жесткой донной

частью (рис. 29). На каждом С_I _

переходе измеряли протяжен- ^_I —' ^

ность ЗПП по разработанной методике. Расчетные значения ЗПП для каждого перехода с учетом углов подгибки в схеме формообразования получали расчетом в среде МаЛСАЭ с предварительным получением характеристики жесткости «надстройки» полки утилитой «МЦХ» программы «Компас-ЗБ У9», полагая С = 0. В качестве примера для Р-образного профиля, формуемого по режимам табл. 1 (схема 4 на рис.

Рис. 29. Схемы формообразования профилей

29), приводятся результаты исследования (табл. 2).

2 Исследования выполнены под руководством к.т.н. В.А. Марковиева и М.В. Плюшкина

Таблица 1. Суммарные углы подгибки элементов

Конфигурация профиля Переход Углы подгибки элементов, град

1л 2л Зл 1п 2п

1 185 192 192 11 5

'■^аТЗл 2 190 210 270 16 5

3 205 230 355 26 5

2п 4 218 253 253 45 5

Чч 1л 5 240 310 310 67 -8

6 257 342 342 73 -17

7 275 365 365 85 -5

Таблица 2. Расчетные и экспериментальные значения ЗПП

Параметры Номер перехода

1 2 3 4 5 6 7

}р, мм4 (левая полка) 43253 42272 40905 39189 35002 34084 33840

]р, мм4 (правая полка) 59122 58458 56908 49379 43179 34765 34322

Бэкв, мм (левая полка) 1,9 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,5

Ээкв, мм (правая полка) 2,7 2,6 2,5 2,2 1,9 1,6 1,5

Исходная толщина, мм 0,7

Протяженность ЗПП, мм (левая полка) Расчет 87,5 87,5 137,5 150,2 171,3 159,1 163,7

Эксперимент 68 94 112 154 158 142 146

Протяженность ЗПП, мм (правая полка) Расчет 60,5 50,6 60,5 90,8 104,8 57,9 85,6

Эксперимент 64 53 58 105 110 50 76

Протяженность ЗПП элемента (Зл), мм Расчет 15,2 14,3 15,2 - - -

Эксперимент 0 17 12 13 - - -

Протяженность ЗПП элемента (2п), мм Расчет 144,3 144,3 144,3 159,4 212,5 144,3 143,1

Эксперимент 139 132 137 144 189 126 131

Рис. 30. Зоны плавного перехода двух модификаций профилей обрамле-

ния лвеии. вьгоезанные из заготовок в межклетьевом ппостоанстве станка Имеет место достаточно хорошее соответствие теории и эксперимента (отклонения не превышают 16%). Для других типоразмеров профиля (см. рис. 29) отклонения не превышали 26%. Примеры ЗПП приведены на рис. 30.

8. Эффект прогиба дна профиля и «ослабления» углов подгибки . Для профилей с широким дном в модели ЗПП следует учитывать влияние ширины его дна с целью сокращения числа переходов. С использованием сборной оснастки, позволяющей изменять ширину дна профиля, проводили исследования на С-образных профилях с шириной дна от 50 до 210 мм толщиной от 0,7 до 1,5 мм, шириной подгибаемой полки 45 мм и шириной периферийного элемента 13 мм. Применяли схему формообразования согласно рис. 24-6. На рис. 31 показаны усредненные значения прогиба дна заготовки. Характер распределения прогибов в пределах ЗПП также представлен в работе в форме сглаженных в пакете EXCEL кривых, построенных на экспериментальных данных, что соответствует

прогнозу теории. Наличие горизонтальной полки в С-образном профиле уменьшает протяженность ЗПП основной подгибаемой полки примерно в 1,5 раза по сравнению с гладкой полкой такой же ширины. Прогиб донной части по сравнению с той же характеристикой при изготовлении швеллеров аналогичных размеров сечения и толщины стенок примерно на 40%-выше. Из данного рассмотрения следует: 1. Полузакрытые профили С-образного типа могут изготавливаться по более жестким схемам формообразования, чем аналогичные (по параметрам сечения) профили швеллерного типа; 2. Профили с узким дном должны изготавливаться по менее жестким режимам, чем профили с широким дном.

9. Кромковая волнистость. В отличие от швеллерных профилей, формовка периферийных элементов полузакрытых профилей имеет особенности, описанные в работе, что вызывает необходимость изучения зависимости амплитуды кромковой волнистости на элементе, несомом подгибаемой полкой, от факторов процесса формообразования с использованием полного факторного эксперимента (ПФЭ 2 ). Схема исследования представлена в табл. 3. Выбор диапазона изменения факторов процесса обусловлен размерами элементов наиболее применяемых профилей и характерными для них углами подгибки. Уравнение регрессии постулировалось в виде:

у = Ь0+ Ьхх| + Ъгхг + Ьгхъ + Ьпх^хг + Ьпх^хъ + Ъгъхгхъ + bmxtx2x3. Таблица 3.Уровни факторов и интервалы варьирования

Уровни и интервал варьирования факторов Значения факторов

Xi (b, мм) Х2 (s, мм) Х3 (а, град.)

Основной уровень (0) 30 0,8 40

Интервал варьирования 10 0,2 10

Нижний уровень(-1) 20 0,6 30

Верхний уровень(+1) 40 1,0 50

Все расчеты по стандартной процедуре были произведены в пакете MathCAD. Полученные значения коэффициентов в уравнении регрессии: Ь0 = 2,56; Ь, = 0,78; Ь2 = -0,30; Ь3 = 1,11; Ь12 = -0,11; Ь13 = 0,24; Ь23 = 0; Ь123 = -0,09.

Значения амплитуды кромковой волнистости в пределах 30% коррелируют с экспериментальными данными. По данной модели можно определять в первом приближении предельные углы подгибки периферийного элемента при заданном ограничении на амплитуду кромковой волнистости.

В четвертой главе рассмотрены вопросы разработки технологии на базе проведенных исследований, включающие технологичность профиля, преемственность технологии, принцип и последовательность формовки, число переходов, схему формообразования, выбор станка на основе разработанного класси-

1-В-С*50мм -е-С»145мм -А-0210 мм

S, мы

Рис. 31. Изменение прогиба дна при угле подгибки 15° за переход

фикатора, проектирование и изготовление формующего инструмента. Также рассмотрены вопросы отработки технологии и внедрения ее в производство.

На примере двух профилей в работе показано решение наиболее тонкого вопроса - выбора расположения профиля в валках. На рис. 32 представлена схема формообразования и конструкция оснастки для реализации трех последних переходов при производстве Б-образного профиля, а на рис. 33 - возможные варианты расположения профиля дверного обрамления в калибрах (и оси профилирования - отмечена перекрестьем), где только позиция «8» приводит к оптимальной реализации процесса формообразования. На рис. 34 и 35 представлены схемы формообразования и эскизный вариант оснастки для изготовления данного профиля. На рис. 36 показано технологическое оснащения для изготовления полузакрытых профилей МИД.

1.

¿81 1 ш гЦ И

- ----- "Я -

Рис. 32. Розеточная схема и формы калибров для изготовления И-образного профиля

Рис. 33. Возможные виды расположения полузакрытого профиля дверного обрамления в роликах

Рис. 34. Расположение сечения профиля в калибре и схемы формообразования

Для надлежащего выбора оборудования и унификации технологического оснащения разработан классификатор профилировочных станков на основе 24 параметров классификации.

Результаты исследований позволили создать новый алгоритм разработки технологии производства МИД полузакрытых профилей (рис. 37), учитывающий расположение профиля в валковых калибрах и выбор базового элемента, изменение порядка расчета утонения и ширины заготовки после определения схемы формообразования, выбор профилировочного оборудования, а также другие расчетные зависимости процесса: протяженность 31111, влияние подсадки, обеспечение точности и пр.

в

КД1

Рис. 35. Эскизный вариант формующих роликов

Рис. 36. Роликовая оснастка: а - черновая токарная обработка ролика; б - чистовая обработка ролика; в - комплект роликов для изготовления профиля обрамления дверей; г - оснастка для изготовления профиля типа «сайдинг» в сменных кассетах

Внедрение.

Оборудование. Автор принимал участие в разработке технологического оборудования, которым комплектовалось около 10 автоматических линий, поставленных заказчикам: профилегибочного стана (патент № 50886 на полезную модель, рис. 38), правильного устройства для правки профилей, монтируемого на стан (заявка на изобретение № 2007136511 от 02.10.2007 г., рис. 39-а), пресса пневматического для разделительных операций (патент № 49744 на полезную модель, рис. 39-6), а также устройства для испытания покрытия (патент № 37221 на полезную модель, рис. 39-в).

Технология. Лично автором (см. раздел «Общая характеристика работы») или с его участием разработано и внедрено более 30 полузакрытых профилей. В приложении к работе приведены акты внедрения с суммарным годовым экономическим эффектом 1450,00 тыс. руб. На рис. 40 и 41 представлены некоторые виды внедренных профилей на промышленных предприятиях.

Качество изготовленных профилей. На стадии отработки и внедрения производили оценку размерной точности сечений профиля, параметров продольной кривизны, скрутки, кромковой волнистости и бокового выпучивания (при отработке - 100% профилей, при внедрении объем выборки - обычно (5... 10) % от каждой партии одного наименования). Профили удовлетворяли требованиям чертежа.

В частности, для всех внедренных профилей в поперечном сечении профилей пружинение не превышало ± 30' при суммарном угле подгибки 90°. Выпуклость и вогнутость стенок профилей не превышали 0,01 наибольшего размера сечения профиля. Местная кривизна профилей (выпучивание или кромко-вая волнистость) не превышала 1,0 мм на 1 м длины профиля, скрутка вокруг продольной оси отсутствовала.

Исследования поверхностного слоя на изготовленных профилях показали, что нарушений (типа задиров, царапин, трещин, отслоений, зажимов, заусенцев и т. п.) не обнаружено. Коррозионные испытания в камере соляного тумана показали, что деформация в процессе формообразования профиля не приводила к нарушению целостности ни цинкового, ни защитного покрытия.

Таким образом, применение разработанного, исследованного и внедренного в производство полузакрытых профилей МИД позволило обеспечить: 1) формообразование многоэлементных полузакрытых профилей за малое количество технологических переходов; 2) снижение затрат на разработку и отладку технологии; 3) повышение качества профилей; 4) возможность оптимизации выбора оборудования и его использования в составе автоматических линий.

( Начало )

Обращение к базам данных: - станков -материалов -технологий производства профилей аналогичного типа

Ввод исходных данных:

размеры сечения, материал, требования к качеству

Рис. 37. Алгоритм разработки технологии изготовления полузакрытого профиля

Рис. 40. Изготовленные МИД профили для строительства (два слева) и энергетики (3 профиля типа «шинорейка»)

Выводы по работе:

1. Анализ применения полузакрытых Рис- 41- Профили, изготовленные МИД профилей показал, что эффективность их

применения на 10 - 30 % выше по сравнению с применением фасонных профилей. Из известных методов изготовления гнутых полузакрытых профилей в условиях мелкосерийного производства предпочтительным является МИД. Анализ работ по теме позволил выявить проблемы, определить наиболее применимые материалы, оборудование и номенклатуру профилей для исследования, сформулировать задачи работы.

2. Разработанные классификаторы полузакрытых профилей, их дефектов и профилировочных станков позволили систематично исследовать и совершенствовать технологию и оборудование с обеспечением высокой эффективности.

3. Модель изменения толщины заготовки и экспериментальные исследования несимметричных полузакрытых профилей показали, что при растяжении имеет место утонение порядка 5 %, а при подсадке - утолщение до 4 %. Теоретические значения отличаются от экспериментальных не более чем на 6 %.

4. Модель расчета напряжений в угловой зоне показала, что при радиусах изгиба (г/эО < 1) напряжения в упрочняемом материале превышают более чем на 20% соответствующие напряжения в неупрочняемом металле. Экспериментально показано суммарное утонение заготовки до 12% при неравномерном характере изменения толщины по переходам. Расхождение теоретических и экспериментальных данных лежит в пределах 21 %.

5. Решение задачи о подсадке полки показывает, что распределение касательных напряжений имеет вид двугорбой кривой, причем, при торцевом поджатии на

Рис. 38. Автоматическая линия на базе станка СПУ-400К8х65: 1 - рулонница; 2 - станок СПУ: 3 - отпезной пневматический ппесс: 4 - стол ппиемный

Рис. 39. Запатентованные устройства: а - правильное устройство; б - пресс пневматический; в - устройство для испытания покрытия

уровне 0,7 а, внутренний контур зоны изгиба имеет склонность к складкообразованию. Экспериментальное изучение микротвердости по сечению профилей показало ее увеличение для угловых зон от 12 до 22 %, а по теоретическому прогнозу оно должно было бы достигать 15 %, что позволяет считать теоретическую модель пригодной для практических расчетов. Моделирование подсадки в среде Ansys позволило определить зависимости относительного радиуса, утонения и пружинения от величины подсадки, выявить рекомендуемые области подсадки. Разгрузка наружного контура зоны изгиба при подсадке дает возможность получать радиусы гиба меньше допустимых.

6. Разработанная модель формовки множественных рифтов/гофр в донной части профиля позволяет определить допустимое количество рифтов, формуемых за один переход. Уровень рассогласования теории и эксперимента не превышает 16 %. Экспериментально показано, что формовка рифтов повышает склонность полок с элементами жесткости к потере устойчивости, однако равномерная формовка рифта по переходам или натяг кромки позволяют получать качественный профиль без существенного изменения схемы формообразования аналогичного профиля с гладким дном.

7. Полученное вариационным методом решение задачи о протяженности ЗПП позволяет определять углы «ослабления» при формовке профилей с широким дном, а также предельные углы подгибки. Расхождение теоретических и экспериментальных данных по исследуемому массиву профилей девяти типоразмеров лежит в пределах 16.. .26%.

8. Экспериментальное изучение прогибов дна широких полузакрытых профилей показывает уменьшение по сравнению со швеллерами в 1,5 раза протяженности ЗПП и увеличение на 40% глубины прогиба, обусловленные наличием элементов жесткости, что подлежит учету при проектировании процесса.

9. Сформулированные условия отсутствия потери устойчивости и регрессионная модель, полученная на основе полного факторного эксперимента 23, позволяют определять предельные углы подгибки, приводящие к кромковой волнистости.

10. Новый алгоритм разработки технологии производства полузакрытых профилей, учитывающий принцип преемственности, расположение профиля в валках, выбор базового элемента и оси профилирования, позволяет оптимизировать схему формообразования, сократить число переходов и увеличить срок службы формующих роликов. Выработанные принципы проектирования технологического оснащения позволяют облегчить процесс отладки технологии, уменьшить трудоемкость, затраты на изготовление оснастки и повысить качество профилей с сокращением на 15...20 % затрат на освоение технологии.

11. Разработанное с участием автора оборудование (профилегибочный стан, правильное устройство, отрезной пневматический пресс), используемое в автоматических линиях, защищено тремя патентами и внедрено на ряде промышленных предприятий РФ.

12. Разработанные и внедренные с участием автора технологии производства полузакрытых профилей (более 30) действуют на российских предприятиях четырех отраслей промышленности. Годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 1450,0 тыс. руб. и подтвержден актами технического внедрения.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Филимонов A.B. Изменение толщины зон сгиба и расчет ширины заготовки замкнутых прямоугольных профилей при их формообразовании методом интенсивного деформирования в роликах / C.B. Филимонов, A.B. Филимонов // Избранные труды Российской школы «Наука и технология». Серия «Технология и машины обработки давлением». Екатеринбург: Уральское отделение РАН. 2006. С. 96-102.

2. Филимонов A.B. Технология полузакрытых профилей в роликах методом ин-

тенсивного деформирования / C.B. Филимонов, В.И. Лапшин, В.И. Филимонов, A.B. Филимонов // Заготовительные производства в машиностроении, 2007, № 5. - С. 41 -45.

3. Филимонов A.B. Расчет заготовки профиля с элементами жесткости / A.B. Филимонов, О.В. Мищенко // Технология металлов, 2007, № 12. - С. 5 - 8.

4. Филимонов A.B. Классификация профилировочных станков и их применение / С.В.Филимонов, Филимонов В.И., Филимонов A.B. - Вестник машиностроения, 2007, № 12.-С. 67-72.

5. Филимонов A.B. Автоматизированные линии производства гнутых профилей / C.B. Филимонов, В.И. Филимонов, A.B. Филимонов // Производство заготовок в машиностроении, 2008, № 4. - С. 39 - 44.

6. Филимонов A.B. Модель числа переходов и числа гофр при формовке волнистой заготовки / C.B. Филимонов, A.B. Филимонов, П.Н. Денисов, Е. В.Коргутлов // Производство проката, 2008, К» 7. - С. 34 - 37.

7. Филимонов A.B. Об упрочнении материала при профилировании ленты с высвобождением угловой зоны / C.B. Филимонов, A.B. Филимонов, В.И. Филимонов // Авиационная промышленность, 2008, № 3. - С. 23 - 27.

8. Филимонов A.B. Модель зоны плавного перехода при интенсивном формообразовании профиля из упрочняющегося материала / C.B. Филимонов, A.B. Филимонов, В.И. Филимонов // Производство проката, 2008, № 10. - С. 26 - 32.

9. Филимонов A.B. Современные технологии производства гнутых профилей в роликах / C.B. Филимонов, В.И. Лапшин, A.B. Филимонов, В.И. Филимонов // Производство проката, 2008, № 12. - С. 16 - 24.

10. Филимонов A.B. Конструктивная технологичность гнутых профилей и узлов на их основе / C.B. Филимонов, A.B. Филимонов В.И. Филимонов // Заготовительные производства в машиностроении, 2008, № 12. - С. 35 - 40.

В других изданиях:

11. Филимонов A.B. Эффект «ослабления» углов подгибки // Вузовская наука в современных условиях: Тезисы докладов 38 научно технической конференции Ул-ГТУ, 26 января - 1 февраля, 2004 г. Ч. 1. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2004. - С. 30.

12. Филимонов A.B. Классификация основных видов полузакрытых гнутых профилей / C.B. Филимонов, A.B. Филимонов // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации технических систем: Сборник научных трудов. Вып. 4.

- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2005. - С. 102 - 106.

13. Филимонов A.B. Особенности отработки схемы формообразования в роликах полузакрытого профиля типа «шинорейка» с элементами двойной толщины / A.B. Филимонов, М.А. Горин // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем: Сборник научных трудов. Вып. 4. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2005. - С. 106 - 111.

14. Филимонов A.B. Технологические особенности производства полузакрытых профилей с ЭДТ в ррликах / В.И. Филимонов, М.А. Горин, A.B. Филимонов // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем: Сборник научных трудов. Вып. 5. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2006. - С. 174 -183.

15. Филимонов A.B. О способах формовки периферийных ЭДТ / В.И. Филимонов, М.А. Горин, A.B. Филимонов // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем: Сборник научных трудов. Вып. 5.

- Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2006. - С. 164 - 168.

16. Филимонов A.B. К расчету утонения полузамкнутых несимметричных профилей при их формообразовании в роликах / A.B. Филимонов, Е.А. Алексеевский, О.В. Мищенко, В.И. Филимонов // Вестник УлГТУ, 2006. - № 2. - С. 36 - 39.

17. Филимонов A.B. Напряжения в угловой зоне при подсадке полки / A.B. Филимонов, В.И. Филимонов, C.B. Филимонов // Прогрессивные технологии и оборудо-

ванне при обработке материалов: научные труды Всероссийского совещания обработчиков давлением. - Ульяновск, 14-16 мая 2007. Ч. 1. - С. 64 - 68.

18. Филимонов A.B. Замыкание роликовых калибров / C.B. Филимонов, A.B. Филимонов, М.А. Горин // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем. Труды 5 Всероссийской научно-практической конференции. Ульяновск: УлГТУ. 2007. - 326 с. - С. 299 - 302.

19. Филимонов A.B. О формовке F-образного профиля с элементами двойной толщины / М.А. Горин, A.B. Филимонов, В.И. Филимонов // Современные проблемы создания и эксплуатации радио и технических систем. Труды 5 Всероссийской научно-практической конференции. Ульяновск: УлГТУ. 2007. - 326 с. - С. 296 - 299.

20. Филимонов A.B. НДС в угловой зоне при посадке заготовки на наружный контур / A.B. Филимонов, В.Н. Кокорин, О.В. Мищенко // Тезисы докладов 41 НТК УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях». Ульяновск, 2007. - С. 36.

21. Филимонов A.B. Влияние наличия элемента жесткости на основные характеристики зон сгиба полузакрытого профиля в процессе профилирования / О.В. Мищенко, A.B. Филимонов // Сборник статей XI Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении», декабрь, 2007 г., г. Пенза. - Пенза: ПДНПТ, 2007. - С. 73 - 76.

22. Филимонов A.B. Классификация дефектов полузакрытых профилей / A.B. Филимонов // Современные технологии обработки металлов и средства автоматизации: Тезисы Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов, г. Тула, 15-17 октября 2008 г. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 43 - 45.

23. Филимонов A.B. О различии схем формообразования зетового профиля в методе стесненного изгиба и методе интенсивного деформирования / A.B. Филимонов, A.B. Андреев // Современные технологии обработки металлов и средства автоматизации: Тезисы Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов, г. Тула, 15-17 октября 2008 г. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 33 - 34.

24. Филимонов A.B. Исследование процесса гофрообразования полок тонкостенных гнутых профилей швеллерного типа под действием остаточных напряжений / A.C. Баранов, A.B. Филимонов // Современные технологии обработки металлов и средства автоматизации: Тезисы Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов, г. Тула, 15-17 октября 2008 г. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. -С. 93-94.

Патенты:

25. Патент 37221 РФ, МПК7 G 01 N 19/04. Устройство для испытания покрытия на отслоение / В. И. Филимонов, А. В. Филимонов, М. В. Илюшкин. - Опубл. 10.04.04, Бюл. № 10.

26. Патент РФ на полезную модель № 50886, МПК7 B21d 5/06 Профилегибоч-ный стан / Литвинов В.А.,Зарубин Д.П.,Филимонов C.B., Лапшин В.И., Филимонов A.B. - Опубл. 27.01.2006. Бюл. № 03.

27. Патент РФ на полезную модель № 49744, МПК7 В21 D 22/02 Пресс пневматический для разделительных операций / Литвинов В.А.,Зарубин Д.П., Филимонов C.B., Лапшин В.И., Филимонов A.B. - Опубл. 10.12.2005. Бюл. № 34.

28. Заявка на изобретение (патент) № 2007136511 от 02.10.2007 г. Правильное устройство для правки профилей / Колганов И.М., Турундаев К.В., Филимонов A.B. и др.

Подписано в печать 18.02.2009. Формат 60 х 84 '/|6. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 110 экз. Заказ 108.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева. Типография НГТУ. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Применение полузакрытых профилей.

1.2. Альтернативные технологии производства полузакрытых профилей

1.3. Методы изготовления гнутых профилей в роликах.

1.4. Профилировочное оборудование.

1.5. Материалы, применяемые для производства гнутых профилей.

1.6. Дефекты полузакрытых профилей и требования к их качеству.

1.7. Анализ процессов формообразования полузакрытых профилей.

1.8. Теоретический анализ процессов профилирования.

Выводы.

Задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗАГОТОВКИ В РОЛИКАХ.

2.1. Классификация полузакрытых профилей.

2.2. НДС в зонах изгиба при различном нагружении и ширина заготовки.

2.3. Формовка рифтов и число переходов при формообразовании полузакрытого профиля.

2.4. Зона плавного перехода и режимы подгибки элементов профиля.

2.5. Устойчивость формообразования полузакрытых профилей.

Выводы.

3. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Исследуемые профили, оснащение и методы исследования.

3.2. Исследование угловых зон и ширина заготовки.

3.3. Влияние наличия рифтов и гофр на процесс формообразования.

3.4. Исследование поведения заготовки в межклетьевом пространстве.

3.5. Исследование потери устойчивости при профилировании.

Выводы.

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУЗАКРЫТЫХ ПРОФИЛЕЙ И ИХ ВНЕДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО.

4.1. Новый алгоритм разработки технологии производства полузакрытых профилей.

4.2. Расположение профиля в формующих валках.

4.3. Выбор базового элемента и оси профилирования.

4.4. Разработка схемы формообразования.

4.5. Обеспечение,размерной точности полузакрытых профилей.

4.6. Уточнение числа переходов и выбор оборудования.

4.7. Особенности формовки периферийных ЭДТ.

4.8. Проектирование и изготовление технологического оснащения.

4.9. Отработка технологии производства полузакрытых профилей.

4.10. Внедрение оборудования и технологии.

Выводы.

Изготовление полузакрытых гнутых профилей в роликах профилировочных станков обладает определенными преимуществами перед процессами прессования, гибки в штампах, кромкогибочных машинах, среди которых относительно высокая производительность, безотходность, возможность получения длинномерных многоэлементных деталей из заготовок с покрытием и т.д.

В условиях меняющейся конъюнктуры и постоянного совершенствования конструкций профилей традиционное профилирование не является эффективным в связи с его ориентацией на серийный характер производства (из-за громоздкого оборудования, большого количества оснастки, больших временных потерь на переналадку). Например, крупногабаритное оборудование и, соответственно, большое количество технологического оснащения, снижающее мобильность производства и требующее значительного первоначального капитала, сдерживает инвестиции небольших компаний в эту сферу.

В настоящее время наиболее перспективным направлением изготовления гнутых профилей является профилирование методом интенсивного деформирования (МИД). Технология МИД широко востребована отечественным промышленным рынком. Разработчики технологии МИД в г. Ульяновске ежегодно поставляют на рынок до 40 автоматических линий и до 200 технологий производства профилей типовой номенклатуры (и до 40 технологий производства полузакрытых профилей).

Однако применение данного метода для производства полузакрытых профилей ограничивается вследствие ряда факторов: отсутствие классификации полузакрытых профилей и их дефектов, надежных математических моделей процесса формообразования, рекомендаций по проектированию схем формообразования и технологической оснастки, недостаточная эффективность технических решений по предотвращению дефектов и повышению качества профилей, отсутствие классификации профилировочного оборудования и рекомендаций по его применению и др. Указанные недостатки требуют значительных затрат на отработку технологии и технические решения, связанные с увеличением числа переходов формообразования.

Работа посвящена выработке технических решений, направленных на снижение затрат и повышение качества полузакрытых профилей, изготавливаемых в роликах МИД, на основе теоретических и экспериментальных исследований, что подтверждает актуальность выбранной темы.

Цель работы: Повышение эффективности разработки и реализации процессов формообразования гнутых полузакрытых профилей в роликах методом интенсивного деформирования.

Объектом исследования являлись процессы формообразования гнутых профилей МИД в роликах и средства их реализации. Предметом исследования было совершенствование технологии производства МИД в роликах тонкостенных полузакрытых профилей из стальных заготовок с цинковым или комбинированным покрытием, а также профилировочного и вспомогательного оборудования.

Методологической и теоретической основой для разработки служили работы отечественных и зарубежных исследователей в предметной области: И.П. Ренне, Р. Хилла, Е.А. Попова, В,И. Давыдова, Г.Я. Гуна, В.В. Соколовского, К.Н. Богоявленского, В.В. Колмогорова, Ю.М. Арышенского, В.И. Ершова, Ф.В. Гречникова, А.Д. Матвеева, М.Е. Докторова и И.С. Тришевского, В.А. Осадчего, Г.В. Проскурякова, С.И. Вдовина, С.Ф. Березовского, И.М. Колгано-ва, В.И. Филимонова, X. Судзуки и М. Киути, Д. Кокадо и Е. Онода и других.

Информационной базой работы служили монографии, учебники, справочники, описания патентов, информационные ресурсы Интернет и публикации в отечественных и зарубежных журналах.

Лично автором и с его участием разработаны: классификатор полузакрытых профилей (100%), классификатор дефектов полузакрытых профилей (100%), классификатор профилировочных станков (30%); математические модели угловой зоны для расчета параметров НДС и расчета ширины заготовки при различном нагружении на предварительных и окончательных переходах (40%); математические модели процессов формообразования рифтов (40%), зоны плавного перехода (30 %) и устойчивости формообразования (40%); методика и алгоритм проектирования технологического оснащения для изготовления полузакрытых профилей, в том числе на основе проведенных соискателем экспериментальных исследований выработаны рекомендации по расположению многоэлементных профилей в валках, предложены варианты оптимизации схем формообразования и технические решения, направленные на повышение качества полузакрытых профилей: обеспечение размерной точности сечения и предотвращение дефектов; технические решения по разработке профилировочного 5 станка, пневматического пресса, правильного устройства, устройства для испытания покрытия на отслоение, механизм прижима устройства для испытания покрытия на отслоение, на которые получены охранные документы патентного ведомства РФ (доля участия соискателя - 30 - 35 %).

Соискателем лично разработано технологическое оснащение, проведен авторский надзор за его изготовлением, проведены экспериментальные исследования, изготовлены образцы и партии кондиционных профилей по интенсивным схемам формообразования; внедрены при непосредственном участии соискателя на ряде предприятий технологическое оборудование и технологии интенсивного формообразования полузакрытых профилей «под ключ» (г. Липецк, Москва, Нижний Новгород и др.). Творческий вклад автора в опубликованных работах приведен в заключении Ульяновского государственного технического университета (организации, где выполнена работа).

Научная новизна работы заключается в разработке классификаторов полузакрытых профилей, их дефектов и профилировочного оборудования, а также математических моделей угловой зоны, формовки рифтов в донной части, протяженности зоны плавного перехода, устойчивости формообразования профиля. Технические решения по совершенствованию основного и вспомогательного оборудования защищены тремя патентами на полезную модель и одной заявкой на изобретение.

Достоверность результатов обеспечена применением альтернативных методов исследования: теоретических, экспериментальных, метода конечных элементов. Экспериментальные исследования подтвердили достоверность применяемых теоретических моделей с точностью от 2 до 26 %, что представляется удовлетворительным для практических целей.

Практическая ценность работы состоит в разработке и практическом апробировании процедуры проектирования роликовой оснастки для изготовления МИД гнутых полузакрытых профилей, что позволяет сократить затраты на освоение технологии и повысить качество производимых профилей. Практическая ценность работы подтверждается промышленным внедрением технологии и оборудования на ряде предприятий РФ (в четырех отраслях) с подтвержденным суммарным годовым экономическим эффектом более 1450 тыс. рублей.

Основные результаты диссертации опубликованы в 28 печатных работах, в том числе 3 патентах на полезную модель, 1 заявке на изобретение, а также 9 статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК. Результаты работы докладывались на ряде вузовских, региональных и всероссийских конференций (гг. Ростов-на-Дону, Пенза, Тула, Ульяновск), а также на заседаниях кафедры «Материаловедение и ОМД» УлГТУ.

Работа включает 158 рисунков, 44 таблицы и 166 источников литературы.

Научные работы соискателя были удостоены дипломов (2005 г. и 2006 г.) и грамоты (2006 г) Министерства образования и науки по результатам конкурсов на лучшую научную работу.

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете на кафедре «Материаловедение и ОМД» в соответствии с тематическим планом кафедры и по договору Д10-195/20-УП от 20.10.2006 на создание научно-технической продукции «Интенсификация формообразования заготовок» с ООО НИЦ «МИТОМ» (г. Ульяновск), также по планам предприятий, специализирующихся в профилировании, по месту работы соискателя.

Работа состоит из четырех разделов, списка источников информации и приложения, включающего акты внедрения.

В первом разделе рассмотрены вопросы применения полузакрытых профилей в различных отраслях, проведен технико-экономический анализ различных способов изготовления полузакрытых профилей, рассмотрено применяемое оборудование и используемые материалы. Здесь же проанализированы дефекты полузакрытых профилей, а также технологические и теоретические работы, выделен круг задач, подлежащих решению в рамках данной работы.

Второй раздел посвящен разработке математических моделей процессов формообразования полузакрытых профилей.

В третьем разделе дано описание экспериментальных исследований для верификации разработанных математических моделей.

Четвертый раздел описывает новую проектную процедуру создания технологии производства полузакрытых профилей с использованием результатов проведенных исследований. Здесь же рассматриваются вопросы совершенствования оборудования и внедрения результатов выполненной работы.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю и коллегам за оказанную помощь и поддержку в процессе подготовки работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ применения полузакрытых профилей показал, что эффективность их применения на 10 — 30 % выше по сравнению с применением фасонных профилей. Из известных методов изготовления гнутых полузакрытых профилей в условиях мелкосерийного производства предпочтительным является МИД. Анализ работ по теме позволил выявить проблемы, определить наиболее применимые материалы, оборудование и номенклатуру профилей для исследования, сформулировать задачи работы.

2. Разработанные классификаторы полузакрытых профилей, их дефектов и профилировочных станков позволили систематично исследовать и совершенствовать технологию и оборудование с обеспечением высокой эффективности.

3. Модель изменения толщины заготовки и экспериментальные исследования несимметричных полузакрытых профилей показали, что при растяжении имеет место утонение порядка 5 %, а при подсадке - утолщение до 4 %. Теоретические значения отличаются от экспериментальных не более чем на 6 %.

4. Модель расчета напряжений в угловой зоне показала, что при радиусах изгиба (r/so < 1) напряжения в упрочняемом материале превышают более чем на 20% соответствующие напряжения в неупрочняемом металле. Эксперимен- , тально показано суммарное утонение заготовки до 12% при неравномерном характере изменения толщины по переходам. Расхождение теоретических и экспериментальных данных лежит в пределах 21 %.

5. Решение задачи о подсадке полки показывает, что распределение касательных напряжений имеет вид двугорбой кривой, причем, при торцевом поджатой на уровне 0,7 as внутренний контур зоны изгиба имеет склонность к складкообразованию. Экспериментальное изучение микротвердости по сечению профилей показало ее увеличение для угловых зон от 12 до 22 %, а по теоретическому прогнозу оно должно было бы достигать 15 %, что позволяет считать теоретическую модель пригодной для практических расчетов. Моделирование подсадки в среде Ansys позволило определить зависимости относительного радиуса, утонения и пружинения от величины подсадки, выявить рекомендуемые области подсадки. Разгрузка наружного контура зоны изгиба при подсадке дает возможность получать радиусы гиба меньше допустимых.

6. Разработанная модель формовки множественных рифтов/гофр в донной части профиля позволяет определить допустимое количество рифтов, формуемых за один переход. Уровень рассогласования теории и эксперимента не превышает 16 %. Экспериментально показано, что формовка рифтов повышает склонность полок с элементами жесткости к потере устойчивости, однако равномерная формовка рифта по переходам или натяг кромки позволяют получать качественный профиль без существенного изменения схемы формообразования аналогичного профиля с гладким дном.

7. Полученное вариационным методом решение задачи о протяженности ЗПП позволяет определять углы «ослабления» при формовке профилей с широким дном, а также предельные углы подгибки. Расхождение теоретических и экспериментальных данных по исследуемому массиву профилей девяти типоразмеров лежит в пределах 16. .26 %.

8. Экспериментальное изучение прогибов дна широких полузакрытых профилей показывает уменьшение по сравнению со швеллерами в 1,5 раза протяженности 31111 и увеличение на 40% глубины прогиба, обусловленные наличием элементов жесткости, что подлежит учету при проектировании процесса.

9. Сформулированные условия отсутствия потери устойчивости и регрессионная модель, полученная в полно-факторном эксперименте 23, позволяют определять предельные углы подгибки, приводящие к кромковой волнистости: \

10. Новый алгоритм разработки технологии производства полузакрытых профилей, учитывающий принцип преемственности, расположение профиля в валках, выбор базового элемента, оси профилирования, позволяет оптимизировать схему формообразования, сократить число переходов и увеличить срок службы формующих роликов. Выработанные принципы проектирования технологического оснащения позволяют облегчить процесс отладки технологии, уменьшить трудоемкость, затраты на изготовление оснастки и повысить качество профилей с сокращением на 15.20 % затрат на освоение технологии.

11. Разработанное с участием автора оборудование (профилегибочный стан, правильное устройство, отрезной пневматический пресс), используемое в автоматических линиях, защищено тремя патентами и внедрено на ряде промышленных предприятий РФ.

12. Разработанные и внедренные с участием автора технологии производства полузакрытых профилей (более 30) действуют на российских предприятиях четырех отраслей промышленности. Годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 1450,0 тыс. руб. и подтвержден актами технического внедрения.

1. Тришевский И. С. Производство деталей из гнутых профилей / И. С. Тришевский, В. С. Марьин, В. А. Хмель. —К.: Техника, 1985.— 128 с.

2. Гнутые профили проката. Справочник / Под ред. И. С. Тришевского. — М.: Металлургия, 1980. 352 с.

3. Серавкин, A. COPRA Rollform проектирование роликовой оснастки и оптимизация холодного проката профилей, труб и профнастилов. Часть 1. Открытие и асимметричные сечения / А. Серавкин. — САПР и графика, 2004. - № 1. С. 33 - 37.

4. Илюшкин М.В. Интенсивная технология производства гнутых профилей из материалов «с покрытием в роликах / М.В. Илюшкин, В.И. Филимонов. Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 200 с.

5. Сортамент холодногнутых профилей из оцинкованной стали для строительства. М.: НАПСГП, 2002. - 150 с.

6. ТУ 1122-181-024946880- 99. Профили стальные гнутые тонкостенные для строительства.

7. ТУ 1122-080-02494680-97. Профили стальные гнутые повышенной жесткости для ограждающих и несущих конструкций.

8. ТУ 1121-029-00110473-98. Профили строительные металлические.

9. ТУ 5262-100-02494680-99. Конструкции стальные из гнутых профилей для облицовки наружных стен зданий.

10. ТУ 5262-101-02494680-99. Конструкции металлической облицовки потолков и стен зданий.

11. ООО ПФ «Иприс» электронный ресурс.: Харьков: Украина, 2008. -Режим доступа: htpp: // www.ipris.com.ua

12. ТУ 1120-100-47515705-00. Профили С образные стальные холод-ногнутые для строительства.

13. ТУ 1122-075-02494680-2001. Профили стальные холодногнутые для строительства.

14. ТУ 1122-076-02494680-2001. Профили холодногнутые повышенной жесткости из оцинкованной стали для строительства.

15. ТУ 1108-002-25773051-2000. Профили металлические холоднопро-филированные.

16. ТУ 5262-032-02494680-95. Панели стальные бескаркасные с утеплителем для покрытий и стен зданий

17. Филимонов С.В. Схемы формообразования в роликах профилей с элементами жесткости различной высоты в донной части / С.В. Филимонов, М.А. Горин, В.И. Филимонов // Технология металлов, 2007, №7.-С. 19-22.

18. Филимонов, С.В. Метод, расчеты и технология интенсивного деформирования в роликах гнутых профилей типовой номенклатуры / С.В. Филимонов, В.И. Филимонов Ульяновск: Изд-во УлГТУ «Венец», 2004. - 246 с.

19. Филимонов В. И. Автоматизированная линия изготовления С образного профиля методом стесненного изгиба / В. И. Филимонов, В. А. Марковцев // Вестник УлГТУ. Сер. Машиностроение, строительство. - 1998. - № 2. - С. 50 - 55.

20. Филимонов, В.И. Технология производства бамперов автомобиля ВАЗ-2108 и автоматизированная линия для ее реализации / В.И. Филимонов, В.А. Марковцев, С.В. Филимонов // Автомобильная промышленность. 2004. - № 11. - С. 14 -19.

21. Марковцев В.А. Формообразование стесненным изгибом в роликах и правка гнутых тонкостенных профилей / В.А. Марковцев, В.И. Филимонов. Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 244 с.

22. Гнутые профили проката. Справочник / Под ред. И. С. Тришевского. М.: Металлургия, 1980. - 352 с.

23. Филимонов, В.И. Особенности изготовления в роликах перфорированных уголковых профилей / В.И. Филимонов, И.Н. Гудков, В.А. Марковцев, С.В. Филимонов // Производство проката. — 2004. — № 12.-С. 29-34.

24. Филимонов С.В. Интенсивное формообразование гнутых профилей / С.В. Филимонов, В.И. Филимонов. Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2008. 444 с.

25. Скрипачев А. В. Изготовление из листа профилей повышенной жесткости стесненным изгибом на кромкогибочных машинах. Дисс. канд: техн. наук. Тула, 1983. - 242 с.

26. А. С. 1741950 СССР, МКИ В 21 D 5/06. Способ гибки профилей из листовых малопластичных материалов и устройство для его осуществления / А. Г. Проскуряков, В. И. Филимонов. Опубл. 22.02.92. БИ№ 3.

27. Вдовин С. И. Прогрессивные технологические процессы гибки листовых заготовок / С. И. Вдовин, Д. В. Голенков, В. А. Жердов, С. В. Семин // Кузнечно штамповочное производство. — 1998. — № 1. — С. 19-21.

28. Комаров А. Д. Развитие и совершенствование процессов штамповки деталей эластичной средой / А. Д. Комаров- // Кузнечно -штамповочное производство. 1982. - № 12. — С. 27 - 30.

29. А. с. 1049138 СССР, МКИ B21D5/06. Способ формообразования листовых профилей и устройство для его осуществления / И. А. Кисиленко, Шитарев. Опубл. 23.10.83, Бюл. № 39.

30. Колганов И. М. Исследование процесса формообразования профилей стесненным изгибом в роликовых фильерах / И. М. Колганов, Г. В. Проскуряков, В. П. Ломакин // Авиационная промышленность. -1982.-№7.-С. 36-39.

31. Колганов И. М. Разработка и внедрение прогрессивных технологий изготовления волочением-прокаткой профилей и гофров повышенной жесткости из листовых авиационных материалов: Дисс. докт. техн. наук: 05.03.05. Самара: СГАУ, 2008. — 267 с.

32. Колганов, И. М. Процессы стесненного изгиба при различных методах формообразования / И. М. Колганов. Ульяновск: Изд. УлГТУ, 2001.- 108 с.

33. Ершов, В.И. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки / В. И. Ершов, В. И. Глазков, М. Ф. Каширин. — М.: Машиностроение, 1990. 312 с.

34. Филимонов В. И. Теория обработки металлов давлением. Курс лекций / В. И. Филимонов. Ульяновск: Изд-во УлГТУ «Венец», 2004. - 208 с.

35. Арышенский Ю. М. Способ гибки профилей проглаживанием по пуансону / Ю. М. Арышенский, В. Ю. Ненашев, А. Ю. Матвеев, Ф. В. Гречников // Состояние и перспективы изготовления и применения листовых профилей. М.: НИАТ, 1992. - С. 30-36.

36. Давыдов В.И. Производство гнутых тонкостенных профилей / В.И. Давыдов, М.П. Максаков. М.: Металлургиздат, 1959. - 240 с.

37. Производство и применение гнутых профилей проката. Справочник / Под ред. И. С. Тришевского. М.: Металлургия, 1975. - 536 с.

38. Тришевский, И. С. Теоретические основы процесса профилирования / И. С. Тришевский, М. Е. Докторов. — М.: Металлургия, 1980. 288 с.

39. Березовский, С. Ф. Производство гнутых профилей / С. Ф. Березовский. М.: Металлургия, 1985. - 200 с.

40. Филимонов С.В. Разработка технологии интенсивного формообразования гнутых тонкостенных профилей в роликах: Дис. канд. техн. наук: 05.03.05/ Нижегородский гос. Технический ун-т. Нижний Новгород, 2003. 223 с.

41. Филимонов С.В. Современные технологии производства гнутых профилей в роликах / С.В. Филимонов, В.И. Лапшин, А.В. Филимонов, В.И. Филимонов // Производство проката, 2008, № 12. С. 16 — 24.

42. Берлет Ю.Н. Деформационные характеристики подгибаемых полок и оптимизация углов подгибки при профилировании / Ю.Н. Берлет, В.А. Марковцев, В.И. Филимонов и др. // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением, 20021, № 6. С. 8 -12.

43. РТМ 1.4.2005- 90. Изготовление профилей из листов алюминиевых сплавов Д16, В95, 1420 методом стесненного изгиба / Ю.М. Ары-шенский, Г.В. Проскуряков, В.А. Марковцев В.А., В.И. Филимонов.1. М.: НИАТ, 1991.-85 с.

44. Филимонов, В.И. Условия замыкания калибров при интенсивном формообразовании открытых профилей в роликах / В'.И. Филимонов, G.B. Филимонов // Производство проката. 2004. — №11. — С. 23 — 29.

45. Киути М. Современное состояние CAD/CAM в области профилирования в валках / М. Киути // Сосэй то како, 1986. Том 27. - № 300.- С. 184 192. - Перевод с яп. № Б-100/3. - Киев: ТПП УССР, 1987. -21 с.

46. Филимонов'В.И". Классификация^ и тенденции развития профилировочного оборудования / В.И. Филимонов // Производство проката: — 2008.-№ 4 . С. 37-43".

47. Stam GmbH электронный ресурс.: Treviso: Italia, 2004. Режим доступа: hpp: // www.stam.it

48. Formach: Impianti di profilatura: Publicitario. Roma: Formach, 2004. -6-p.

49. Dreistern GmbH электронный ресурс.: Schopfheim: DBR, 2004. Режим-доступа: hpp: // www.dreistern.com

50. II kwang metal forming: Catalog. Korea:Zeman, 2004. - 52 p.

51. Samco Ltd электронный ресурс.: Treviso: Italia, 2004. Режим доступа: hpp: // www.sintech.com.59.62,63,64.