Гибка стального листа на вальцах трехвалковых

Шинкин В.Н. ©

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

ГИБКА СТАЛЬНОГО ЛИСТА НА ВАЛЬЦАХ ТРЕХВАЛКОВЫХ

Аннотация

Предложен математический метод определения оптимальных технологических параметров гибки металлического листа на вальцах листогибочных трехвалковых. Результаты исследований могут быть использованы на металлургических заводах при производстве металлических труб.

Ключевые слова: металлический лист, вальцы листогибочные трехвалковые, кривизна поверхности листа, упругопластическая деформация.

Keywords: the steel sheet, the sheet-bending three-roll mill, the curvature of the surface sheet, the model of elastoplastic deformation.

Листогибочные вальцы. Для получения изделий различной конфигурации из металлического листа используют множество приспособлений. Одно из них -листогибочные вальцы, которые можно классифицировать по нескольким признакам: по количеству валков (двух-, трёх- и чертырёхвалковые), по типу привода (механические, пневматические, электромеханические и гидравлические) и по взаимному расположению валков (симметричные и несимметричные/асимметричные).

Вальцы листогибочные трехвалковые (рис. 1) применяются для производства изделий цилиндрической, овальной и конической формы путем гибки листового металла. С помощью них изготавливают трубы, желоба, элементы воздуховодов, обечайки, бочки и всевозможные кожухи.

Рис. 1. Вальцы листогибочные трехвалковые c гидравлическим приводом

© Шинкин В.Н., 2015 г.

Принцип работы вальцов листогибочных трехвалковых основан на противоположно направленном вращении валков, благодаря которому происходит захват листового материала и его гибка по заданному радиусу. Для облегчения подачи листов и выемки изделий, согнутых в замкнутую окружность, вальцы листогибочные трехвалковые комплектуются съемным и регулируемым по прижиму передним валом.

Деформация металлического листа на вальцах листогибочных трехвалковых. Пусть t — шаг между нижними валками, Н2 — величина обжатия срединной поверхности листа на втором валке, h — толщина листа, R — радиус рабочих валков, R0 = R + h/2; от, E, Пр и Пс — предел текучести, модуль Юнга и модули упрочнения металла при растяжении и сжатии; рг- и 8г- = 1/рг- — радиусы кривизны и кривизна срединной линии листа в точках ее касания с валками, ф,- — углы точек касания листа и валков (i = 1, 2, 3) (рис. 2).

Рис. 2. Схема гибки металлического листа на вальцах листогибочных трехвалковых

Коэффициент пружинения нейтральной линии листа при радиусе кривизны р равен

Р(р) = {\ — [ 3<f — 4<f +h(l — 3Х+ 4f)]}—‘.

X = PS /(hE), h = (Пр + П,)/(2E).

Введем две локальные прямоугольные декартовые системы координат y-z в точках касания листа с валками вальцов. Оси z направим по касательной к поверхности валков слева направо, а оси у - перпендикулярно к оси z в сторону центров соответствующих валков. Будем аппроксимировать в этих системах координат нейтральную линию листа (между соседними точками касания листа и валков) с помощью кубических полиномов вида y(z) = a z - b z (метод Шинкина). Обозначим ai и bi - коэффициенты кубических полиномов в i -ой системе координат.

Составим уравнения для коэффициентов кубических полиномов, кривизны и радиусов кривизны нейтральной линии листа в точках его касания с валками.

Первый и второй валки:

z2 = f t — R0 sin^»1 — R0 sin^>2 Icos^>1 + [H2 — R0(l — cos^1) — R0(l — cos^>2)]sin^»1,

У 2 = —

t

2

— R0 sin^»1 — R0 sin^>2

sin j + [H2 — R0 (l — cos j)—R0 (l — cos j2 )]cos j1,

a _ 3У2 + tg(j - j )z2 b _ 2y2 + tg(j - j )z2

a1 2 > b1 3

z^

z„

3 ’ r 21

P 2

_ 1 2a1 - 6hz2

ei2 _ 2a1, P12 _ 2 ’ ^21 _ 7

1 i1 +(2a1Z2 - 3b1Z22 f

Второй и третий валки:

z3 _ ^t + R0 sin j2 - R0 sin j3 | cos j2 + [H2 - R0 (1 - cos j2)- R (1 - cos j3)] sin j2, y3 _ -f t + R0 sin j2 -R sin j3 J sin j2 + [H2 -R0(1 - cos j2)-R0(1 - cos j3 )]cos j2,

a2 _

_ 3y3 - tg(j2 + j )z3 b _ 2У3 - tg(j2 + j )z3

, b2

e23 2a2, P23

1

2a,

', e32

2a2 - 6b2 z3

1 +(2a2z3 - 3b2z32 )2

Граничные условия задачи имеют вид

P12 _ р, P21 _ -P23, P32 _ b(p23 )P23 •

3 , P 32 2

32

2

3

z

z

3

3

1

Результаты расчетов. Решая систему уравнений при t = 0,27 м, R = 0,125 м, Л = 0,01 м, E = 2-1011 Па, от = 500406 Па, Н2 = 0,024 м и pi = ю м, получаем р2 = 0,225 м, Р3=-0,272 м, ф1=15,83°, ф2=3,16°, ф3=20,63° (рис. 3).

Производство труб большого диаметра из широкого толстого стального листа. Новейшими технологиями производства прямошовных одношовных сварных труб большого диаметра 1020 мм, 1220 мм и 1420 мм из сталей класса прочностей К38-К65 и Х42-Х80, с толщиной стенки до 52 мм и рабочим давлением до 22,15 МПа являются процессы формовки листа по схеме JCOE фирмы SMS Meer [1-52], используемые российскими заводами - АО «ВМЗ», ЗАО «ИТЗ», ОАО «ЧТПЗ», а также заводами Г ермании и Китая.

Рис. 3. Срединная линия листа между тремя валками листогибочных вальцов

Производственные дефекты стального листа и труб. Перед формовкой труб стальной лист правят на многороликовых листоправильных машинах [1, 2, 6-12]. Дефект образования гофра продольной кромки стального листа на кромкогибочном прессе изучался в работах [1, 2, 19-26], дефект несплавления сварного продольного шва при сборке трубы изучался в работах [1, 2,31], дефект точка перегиба при изгибе стального листа на

трубоформовочном прессе - в [1, 2, 33], дефект стального листа раскатной пригар с риской -в [1, 2, 34].

Литература

1. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2013. - 655 с.

2. Шинкин В.Н. Механика сплошных сред для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2014. - 628 с.

3. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов. Простые и сложные виды деформаций в металлургии.

- М: Изд. Дом МИСиС, 2008. - 307 с.

4. Шинкин В.Н. Теоретическая механика для металлургов. - М: Изд. Дом МИСиС, 2012. - 679 с.

5. Буланов Э.А., Шинкин В.Н. Механика. Вводный курс. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.

- 172 с.

6. Шинкин В.Н. Математическая модель правки стальной полосы на пятироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №8 (88). С. 344-349.

7. Шинкин В.Н. Правка толстой стальной полосы на одиннадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №9 (89). С. 359-365.

8. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров правки тонкой стальной полосы на пятнадцатироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №10 (90). С. 361-366.

9. Шинкин В.Н. Холодная правка толстого стального листа на девятироликовой машине фирмы SMS Siemag на металлургическом комплексе стан 5000 // Молодой ученый. 2015. №11 (91). С.467-472.

10. Шинкин В.Н. Четырехроликовый режим холодной правки толстого стального листа на пятироликовой листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №12 (92). С. 356-361.

11. Шинкин В.Н. Упругопластическая деформация металлического листа на трехвалковых вальцах // Молодой ученый. 2015. №13 (93). С. 225-229.

12. Шинкин В.Н. Шестироликовый режим предварительной правки стальной полосы на листоправильной машине фирмы Fagor Arrasate // Молодой ученый. 2015. №14 (94). С. 205-211.

13. Шинкин В.Н. Определение критических давлений магистральных газонефтепроводов при частичном несплавлении продольного сварного шва стальных толстостенных труб // Молодой ученый. 2015. №15 (95). С. 222-227.

14. Шинкин В.Н. Критерий разрушения труб при дефекте раскатной пригар // Молодой ученый. 2015. №16 (96). С. 261-265.

15. Шинкин В.Н. Дефект перегиба стальной заготовки на трубоформовочном прессе // Молодой ученый. 2015. №17 (97). С. 318-323.

16. Шинкин В.Н. Подгибка кромок стального листа по эвольвенте // Молодой ученый. 2015. №18 (98). С. 231-237.

17. Шинкин В.Н. Критерий образования гофра при формовке стального листа на кромкогибочном прессе SMS Meer // Молодой ученый. 2015. №19 (99). С. 238-243.

18. Шинкин В.Н. Остаточные напряжения при экспандировании стальной трубы // Молодой ученый. 2015. №20 (100). С. 88-93.

19. Шинкин В.Н. Гофр продольной кромки листа при его формовке на кромкогибочном прессе // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2009. Вып. 6. С. 171-174.

20. Шинкин В.Н., Уандыкова С.К. Гибка стальной листовой заготовки на кромкогибочном прессе при производстве труб большого диаметра // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2009. № 16. С. 110-112.

21. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процесса формовки заготовки для труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 1. С. 54-58.

22. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процесса пластического формоизменения листовой заготовки для производства труб большого диаметра // Обработка металлов давлением, 2011. № 3(28). С. 7-11.

23. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Формовка листовой заготовки в кромкогибочном прессе и условие возникновение гофра при производстве труб магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 4. С. 14-22.

24. Шинкин В.Н. Математическое моделирование процессов производства труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. №4 (62). Вып. 4. С. 69-74.

25. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Упругопластическое формоизменение металла на кромкогибочном прессе при формовке труб большого диаметра // Сталь. 2011. № 6. С. 53-56.

26. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Модель пластического формоизменения кромок листовой заготовки при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. № 9. С. 45-49.

27. Шинкин В.Н., Коликов А.П. Моделирование процессов экспандирования и гидроиспытания труб большого диаметра для магистральных трубопроводов // Производство проката. 2011. № 10. С. 12-19.

28. Шинкин В.Н., Коликов А.П., Барыков А.М. Технологические расчеты процессов производства труб большого диаметра по технологии SMS Meer // Металлург. 2011. № 11. С. 77-81.

29. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Simulation of the shaping of blanks for large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 1. P. 61-66.

30. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Elastoplastic shaping of metal in an edge-ending press in the manufacture of large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. No. 6. P. 528-531.

31. Шинкин В.Н., Барыков А.М., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Критерий разрушения труб большого диаметра при несплавлении сварного соединения и внутреннем давлении // Производство проката. 2012. № 2. С. 14-16.

32. Шинкин В.Н., Коликов А.П., Мокроусов В.И. Расчет максимальных напряжений в стенке трубы при экспандировании с учетом остаточных напряжений заготовки после трубоформовочного пресса SMS Meer // Производство проката. 2012. № 7. С. 25-29.

33. Шинкин В.Н. Критерий перегиба в обратную сторону свободной части листовой заготовки на трубоформовочном прессе SMS Meer при производстве труб большого диаметра // Производство проката. 2012. № 9. С. 21-26.

34. Шинкин В.Н., Мокроусов В.И. Критерий разрыва труб газонефтепроводов при дефекте раскатной пригар с риской // Производство проката. 2012. № 12. С. 19-24.

35. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Engineering calculations for processes involved in the production of large-diameter pipes by the SMS Meer technology // Metallurgist. 2012. Vol. 55. Nos. 11-12. P. 833-840.

36. Шинкин В.Н., Федотов О.В. Расчет технологических параметров правки стальной горячекатаной рулонной полосы на пятироликовой машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката. 2013. № 9. С. 43-48.

37. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет технологических параметров холодной правки стального листа на девятироликовой машине SMS Siemag металлургического комплекса стан 5000 // Производство проката. 2014. № 5. С. 7-15.

38. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров правки стального листа на одиннадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката. 2014. № 8. С. 26-34.

39. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Расчет формы трубной заготовки при гибке на кромкогибочном и трубоформовочном прессах фирмы SMS Meer при производстве труб большого диаметра по схеме JCOE // Производство проката. 2014. № 12. С. 13-20.

40. Шинкин В.Н., Борисевич В.Г., Федотов О.В. Холодная правка стального листа в четырехроликовой листоправильной машине // В сборнике: Глобализация науки: проблемы и перспективы. Том 2. - Уфа: Башкирский государственный университет, 2014. - С. 119-121.

41. Шинкин В.Н. Математическая модель правки тонкого стального листа на пятнадцатироликовой листоправильной машине линии поперечной резки фирмы Fagor Arrasate // Производство проката. 2015. № 1. С. 42-48.

42. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Гибка стального листа на трубоформовочном прессе при производстве труб большого диаметра // Сталь. 2015. № 4. С. 38-42.

43. Шинкин В.Н. Производство труб большого диаметра по схеме JCOE фирмы SMS Meer для магистральных трубопроводов // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 3-1. С. 64-67.

44. Шинкин В.Н. Расчет технологических параметров кромкогибочного пресса фирмы SMS Meer // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 4-1. С. 114-119.

45. Шинкин В.Н. Математический критерий возникновения гофра при формовке стальной листовой заготовки на кромкогибочном прессе SMS Meer // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 5-1. С. 96-99.

46. Шинкин В.Н. Расчет усилий трубоформовочного пресса SMS Meer при изгибе плоской толстой стальной заготовки при производстве труб большого диаметра // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 6-1. С. 115-118.

47. Шинкин В.Н. Оценка усилий трубоформовочного пресса SMS Meer при изгибе стальной цилиндрической заготовки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 7-1. С. 74-78.

48. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Сила давления пуансона трубоформовочного пресса SMS Meer при изгибе частично изогнутой толстой стальной заготовки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 8-1. С. 78-83.

49. Шинкин В.Н., Барыков А.М. Математический критерий перегиба стальной заготовки на трубоформовочном прессе SMS Meer // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 9-1. С. 73-77.

50. Шинкин В.Н. Влияние остаточных напряжений на прочность металла при экспандировании стальной заготовки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. № 10-1.

51. Шинкин В.Н. Оценка критических давлений при разрушении стальных труб магистральных газонефтепроводов при несплавлении сварного соединения // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2015. № 5-6. С. 7-11.

52. Пермичев Н.Ф., Барыков А.М., Палева О.А. Управление инновационным потенциалом предприятия. - Нижний Новгород: Изд. ВВАГС, 2008. - 83 с.