Localized bending and twisting of the galvanized strip during formation of channel

Abstract

Algorithm for solving the problem of profiling strip with pre-stamped technological groove hub is considered. In the course of deformation analysis of this technology bend in the place of localization and twisting of tuck shelves occurs. There are made comparisons of the calculated and experimental data.

Full Text

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. Отличительной чертой рассматриваемого технологического процесса является локализация очага пластической деформации при профилировании с помощью технологической канавки. 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. При профилировании ленты в швеллер (рисунок 1) в условиях локализованного формоизменения имеют место одновременно изгиб в области канавки заданной ширины под действием неравномерно распределенного вдоль оси z изгибающего момента и скручивание подгибаемых полок [1], причем кривизна изгиба и кручение являются функциями координаты, взятой вдоль канавки. Рассмотрим алгоритм решения поставленной задачи и исходные положения. В любом поперечном сечении на расстоянии z от начала координат угол скручивания полосы и угол локализованного в области канавки изгиба равны, т.е.: . (1) Рисунок 1 – Схема кручения, совмещенная с изгибом Момент, необходимый для скручивания полосы , и момент локализованного изгиба в том же сечении также равны, т.е. , (2) причем . (3) Изгибающий момент на единицу размера, взятого вдоль z, есть функция . Вместе с тем угол есть функция z, которая является искомой. Рассмотрим последовательность решения. При z=0, . На малом расстоянии от начала координат углы , крутящий момент , (4) изгибающий момент . (5) Вычисление и при первом заданном значении и последующие итерации с варьированием этого значения, чтобы обеспечить равенство с заданной точностью. На втором шаге , . Значение подлежит варьированию, чтобы обеспечить равенство: . (6) На третьем и последующих шагах процесс решения аналогичен. Полученная таким образом зависимость представляет собой участок подгибки полки при профилировании ленты с предварительно выдавленными технологическими канавками до ее соприкосновения с формоизменяющим инструментом. Область деформации заготовки, в которой она вступает в контакт с профилировочными роликами, предлагаемая математическая модель не рассматривает. Но, анализируя данные экспериментов, можно считать, что граница внеконтактной и контактной областей находится в том месте, где радиальное волокно срединной поверхности подгибаемой полки совпадает с образующей конической поверхности, отстоящей от поверхности формоизменяющего ролика на половину толщины материала (рисунок 2). Рисунок 2 – Схема профилирования ленты с технологической канавкой После контакта подгибаемая полка изгибается по форме профилировочного ролика. Исходя из этого, возможно численным расчетом получить зависимость изменения угла подгибаемой полки швеллера на всем участке деформации. Представленная математическая модель может быть решена, если известна интенсивность накопленной деформации , возникшая при выдавливании технологической канавки катящимся индентором. Она может быть определена экспериментально по методу твердости или рассчитана аналитически. Мощность деформации, развиваемая моментом (2) скручивания полки швеллера на угловой скорости ее поворота: . (7) Угловая скорость поворота полки равна угловой скорости поворота образующей конической поверхности ролика в плоскости, параллельной плоскости, содержащей оси роликовой пары. Окружная скорость конца образующей (в точке А), при ее вращении относительно точки В, находящейся в вершине конической поверхности, рисунок 3, , (8) где: , так что: , или . (9) Для проверки предлагаемой методики расчета произведено экспериментальное исследование процесса формообразования швеллера из полосы с предварительно выдавленными технологическими канавками. Для исследований использовалась оцинкованная полоса из малоуглеродистой стали 08кп толщиной 0,64 мм. Испытание образцов из данных полос на одноосное растяжение позволило определить их механические свойства и коэффициенты кривой упрочнения для аппроксимации зависимостью . Рисунок 3 – Силы, действующие при профилировании Таблица 1 s мм МПа МПа % A МПа n rа 0,64 217 401 43 704,2 0,28 0,015 0,91 Практический интерес представляет определение интенсивности деформации при относительной глубине внедрения равной 0,30. Такая величина относительной глубины внедрения является оптимальной, так как в этом случае изгиб происходит только в зоне канавки. Для данной глубины канавки интенсивность деформации составляет приблизительно 0,24 [1]. Из листового материала на гильотинных ножницах отрезалась полоса шириной 36 мм. Затем на одной поверхности образца наносились поперечные риски с шагом 1 мм. Разметка шага рисок производилась с точностью 0,05 мм. Размеченная полоса прокатывалась в профилировочной клети между двумя роликами. В процессе прокатывания в полосе выдавливались две продольные дорожки-канавки с предварительно размеченной стороны. После этого полоса поступала во вторую клеть, где происходила подгибка боковых краев полосы на заранее заданный угол. Величина подгибаемого угла обеспечивалась формой роликов и составляла 30° и 45°. Для каждого сечения полосы измеряли угол подгибки полки швеллера на всем участке деформации. На рисунках 4 полученные экспериментальные данные сопоставлены с расчетными. на угол 300 на угол 450 Рисунок 4 – Изменение угла подгибки полки в продольном направлении на контактном и внеконтактном участках деформации при изгибе: 1 – результаты расчета; 2 – результаты эксперимента Небольшое отклонение результатов можно объяснить упругой деформацией, возникающей в образце в процессе профилирования. Графики для углов изгиба 30° и 45° имеют различную протяженность деформированного участка. Расчеты на основании предполагаемой математической модели в основном соответствуют эксперименту. Измерения участков на контуре поперечного сечения, не подлежащих пластическому формоизменению, показали, что они сохраняют плоскостность как в контактной, так и во внеконтактной области. Пространственная форма подгибаемой полки профиля может быть представлена как часть скручиваемой полосы (рисунок 2) с переменным по длине кручением. Заключение Приведенный в статье алгоритм нахождения формы внеконтактной области формоизменения в процессе профилирования может быть применен не только для сплошного материала [2], но и для многослойных листовых полос [3-5]. Данная методика приемлема и для формоизменения более сложных форм деталей. Если внеконтактная область образуется не в профилировочном стане, а в штампе, то необходимо учитывать трение с инструментом [6, 7].