Исследование и разработка методики расчета процесса профилирования ленты при локальном формоизменении

В настоящее время в различных отраслях промышленности, таких, как автомобилестроение, строительство, авиационная промышленность, производство товаров народного потребления и других находят все большее применение изделия в виде тонкостенных профилей различного сечения. Основными преимуществами таких изделий являются высокие прочность и жесткость при незначительном весе. Процессы изготовления профилей позволяют рационально распределить металл по сечению и создать такие формы сечений, которые максимально соответствуют условиям их последующей эксплуатации. Наиболее эффективным способом получения профильных изделий является многороликовое профилирование. Сущность процесса профилирования заключается в последовательном изгибе полосового или ленточного материала при прохождении его между несколькими парами вращающихся в противоположных направлениях роликов, форма образующих которых переносится на листовой металл.

Основными преимуществами многороликового профилирования по сравнению с другими методами получения тонкостенных профилей, являются высокая производительность, отсутствие необходимости нагрева металла и высокое качество изделий. По сравнению с гибкой полос в штампах профилирование выгодно отличается более высокой производительностью и возможностью получать изделия любой длины. Прессованые профили обычно дороже и не всегда доступны в серийном и мелкосерийном производстве.

Перечисленные преимущества способствуют широкому использованию изделий, полученных методом многороликового профилирования, однако недостаточная изученность процесса приводит к значительным энергетическим потерям, завышению мощности и занимаемых площадей под оборудование.

Отличительной чертой рассматриваемой в данной работе технологии является локализация очага пластической деформации при профилировании. Пластическое формоизменение ограничено и развивается только в предназначенной для этого области, что позволяет ввести упрощения в инструмент и технологию, значительно снизить энергетические потери. Толщина ленты здесь сокращена в определенной мере в предшествующей операции. Соответствующая клеть гибочной машины оснащена катящимися инденторами, оставляющими за собой дорожки-канавки заданной глубины.

Относительно использования при гибке-профилировании технологических канавок имеются традиционные рекомендации [ 26, 35, 94 ]. Но они связаны с необходимостью снизить пружинение, уменьшить внутренний радиус изгиба или обеспечить заданную точность положения области изгиба на контуре сечения профиля. Указаний о расчетах деформационных и силовых параметров выдавливания канавок и локализованного изгиба в литературе нет.

В традиционных способах гибки-профилирования ленты на многороликовых гибочных машинах и гибки листовых заготовок в штампах, положение областей изгиба и заданная в них кривизна формируются в момент смыкания рабочих поверхностей инструмента.

Рабочие поверхности роликов смыкаются в плоскости расположения их осей. Окончательное положение области изгиба на профиле и кривизна формируются только в момент, когда сечение находится в этой плоскости. А ранее пластическому и упругопластическому изгибу подвержен почти весь контур сечения, в том числе и те его части, которые не подлежат искривлению. По мере продвижения сечения к плоскости расположения осей роликов имеет место увеличение кривизны в областях, где это задано. Необходимо и ее сокращение до полного спрямления там, где кривизна должна быть нулевой согласно заданной окончательной форме сечения. Таким образом, имеет место бесполезная трата энергии, связанная с пластическим изгибом и последующим устранением искривленияспрямлением элементов контуров сечения. При этом на поверхностях контакта ленты с роликами развиваются значительные силы трения, усугубляемые тем обстоятельством, что окружные скорости различны на соответствующих поверхностях роликов. Поэтому здесь помимо энергетических затрат на преодоление сил трения снижается и качество поверхности профиля.

В результате потерь на избыточное, неуправляемое пластическое формоизменение и трение, КПД многороликовых гибочных машин не привышает 10% [ 26, 103 ].

Предлагаемый метод локализации области изгиба в процессе профилирования ленты на многороликовой гибочной машине во многом устраняет указанные недостатки традиционной технологии и делает необходимым внести коррективы в вопросы конструирования и расчета многороликовой гибочной машины.

Диссертация посвящена исследованию процесса профилирования ленты (полосы) в условиях локального положения области формоизменения, созданию новой технологии, методики расчета и разработке конструкции малогабаритной опытно-производственной профилегибочной машины.

В первой главе представлен анализ методик расчетов силовых и деформационных параметров процесса профилирования. Отмечено, что в большинстве методик не учитывается фактический характер напряженно-деформированного состояния материала. В связи с исследованием процесса профилирования ленты с технологическими канавками, возникла необходимость в анализе работ, посвященных изгибу и кручению листового материала, поскольку данный процесс можно свести к совместному использованию двух указанных выше расчетных схем. Исходя из степени изученности предмета, поставлены задачи исследования.

Во второй главе исследованы два одновременно протекающих при локальном профилировании процесса:

— локальный изгиб в области технологической канавки-концентратора ;

— скручивание полки профилируемого изделия, по кромке которой приложен неравномерно распределенный момент, вызывающий неравномерно распределенное кручение.

Поскольку данные процессы взаимосвязаны, предложено совместное решение с использованием двух указанных выше расчетных схем.

При решении задачи приняты обычные предпосылки о характере формоизменения листа. Материал листа несжимаем, однородный, изотропный, упрочняющийся по деформации, в области изгиба накоплена определенная деформация. Решение систем уравнений теории течения получено численно.

В третьей главе представлены экспериментальные исследования процесса профилирования ленты с предварительно выдавленными технологическими канавками.

Приведены результаты исследования процесса выдавливания технологической канавки и данные об изменении свойств материала в деформируемой области. Подтверждены расчетные данные об изгибе.

V" V в ограниченной области, получившеи предварительное упрочнение, и скручивании полки.

В четвертой главе рассмотрены технология профилирования ленты в условиях локализации формоизменения и соответствующий инструмент. Предложена новая конструкция формоизменяющих роликов позволяющая снизить потери на трение и повысить качество поверхности выпускаемых изделий.

Представлена новая конструкция малогабаритной опытно-производственной многороликовой профилегибочной машины.

Работа выполнена на кафедре и в лаборатории «Кузовостроение и обработка давлением» МГТУ «МАМИ» .