Исследование процесса профилирования в валках и совершенствование технологии производства гнутых профилей

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

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

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

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

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

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

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

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

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

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

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

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

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

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

7. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований усовершенствованы технологии производства гофрированных гнутых профилей настила С21×1000×0,6−0,8 и Н57×900×0,55−0,9, изготавливаемых на промышленном профилегибочном стане СКМЗ 0,5−2×300−1500 в условиях ЗАО «ВЗЛМК», с целью устранения причин возникновения дефектов. Геометрические размеры и качество поверхности профилей полностью соответствуют принятым стандартам.

8. По результатам моделирования и расчета деформаций разработаны и внедрены рациональные способы изготовления ряда гнутых профилей: уголок с шириной полки от 40 до 70 мм, автодорожный профиль, гофрированный профиль С 16,8×1080×0,55−0,7 с круглыми гофрами и дренажной канавкой.

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