Разработка технологии интенсивного формообразования гнутых тонкостенных профилей в роликах

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ульяновск - 2003

Специальность: 05.03.05 - технологии и машины обработки давлением.
В условиях развития рыночных отношений в России особенно остро стоит проблема развития промышленного производства, повышения его эффективности и улучшения качества продукции. В полной мере это справедливо и по отношению к прогрессивным технологиям без снятия стружки, в частности, к процессам производства профильной продукции на многоклетьевых профилегибочных станах/станках. Профилирование обладает определенными преимуществами перед процессами прессования, гибки в штампах, кромкогибочных машинах, среди которых относительно высокая производительность, безотходность, возможность получения длинномерных сложнопрофильных деталей из заготовок с покрытием и т.д.
В условиях меняющейся конъюнктуры и постоянного совершенствования конструкций профильных деталей 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 эффективным методом производства гнутых профилей в условиях мелкосерийного производства является метод интенсивного деформирования, совмещающий универсальность и эффективность, при использовании малогабаритного и сравнительно дешевого оборудования, обладающего, тем не менее, широкими технологическими возможностями.
Метод интенсивного деформирования представляет собой компромисс между традиционным профилированием и стесненным изгибом. Его отличие от традиционного профилирования состоит в интенсификации схем
формообразования: использовании меньшего числа переходов и более жестких режимов подгибки полок, закрытых калибров, специфическом задании радиусов гиба по переходам, в некоторых случаях приложении небольших по сравнению со стесненным изгибом торцевых сил к прямолинейным полкам при сравнительно невысокой скорости профилирования (от 4 до 20 м/мин). Метод стесненного изгиба был создан Проскуряковым Г.В. для нужд авиационной промышленности и был предназначен для изготовления гнутых мелкосортных профилей типовых конфигураций из труднодеформируемых авиационных сплавов. В отличие от стесненного изгиба, ориентированного на осадку волнообразной заготовки при избыточной ширине заготовки и создающего большие силы торцевого поджатая, метод интенсивного деформирования не предусматривает переформовку заготовки за счет приложения осаживающих сил к поверхности заготовки.
Широкое внедрение метода интенсивного деформирования сдерживается малой изученностью данного процесса, отсутствуют разработанные технологии, использующие в полной мере свойства материалов с целью достижения максимального технико-экономического эффекта.
Одной из наиболее острых проблем при изготовлении широкополочных профилей является проблема потери устойчивости периферийных элементов, в частности, проблема кромковой волнистости, возникающей на швеллерных профилях с относительной шириной полки более сорока:. Существующая конъюнктура рынка способствовала определению класса профилей для исследований: широкополочные профили уголкового, швеллерного, корытного и С-образного типов из сталей группы 08, преимущественно с покрытием, находящих весьма широкое применение в строительной индустрии. Закономерности формообразования указанных типов профилей в последующем могут быть обобщены и на более широкую номенклатуру профилей.
Настоящая работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете и ФГУП «Ульяновский НИАТ» в рамках пяти хозяйственных
договоров с промышленными предприятиями: ЗАО «Промышленная группа ИНСИ» (г. Челябинск), ЗАО «АРС Профнастил» (г. Екатеринбург), ОАО «Буково» и ОАО «Центр кровельных материалов» (г. Москва), ЗАО «Авиакор- Лизинг» (г. Самара). Результаты работы внедрены на указанных предприятиях, также в ФГУП «Ульяновский НИАТ».
Диссертационная работа состоит из пяти глав. В первой главе рассмотрены вопросы применения профилей в различных отраслях, проведен технико-экономический анализ различных способов изготовления профилей. Здесь же проанализированы технологические и теоретические работы, посвященные процессам профилирования, и выделен круг задач, подлежащих решению в рамках данной работы.
Вторая глава посвящена разработке математических моделей зоны плавного перехода, образования кромковой волнистости, числа переходов. Сформулирован критерий потери устойчивости, рассмотрен классификатор способов предотвращения кромковой волнистости.
В третьей главе описаны экспериментальные работы по верификации разработанных математических моделей, проведен статистический анализ предшествующих наработок по технологии интенсивного деформирования.
Четвертая глава описывает проектные процедуры технологии с использованием результатов проведенных исследований.
В пятой главе рассматриваются вопросы совершенствования оборудования и внедрения результатов выполненной работы.
По результатам исследований опубликовано около 30 работ, поданы 4 заявки на изобретения, получено положительное решение на выдачу патента.
Автор выражает глубокую признательность научным руководителями и руководителям УлГТУ и ФГУП «Ульяновский НИАТ» за оказанную помощь и поддержку в процессе подготовки работы.

Основные обозначения, принятые в работе 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1. Применение гнутых тонкостенных профилей и требования к ним 8
1.2. Сравнительная эффективность различных методов формообразования
гнутых профилей и их влияние на возникновение дефектов периферийных элементов 17
1.3. Причины возникновения дефектов профилей при их
формообразовании в роликах 26
1.4. Схемы и действующие факторы процесса формообразования профилей
в роликах 30
1.5. Учет факторов процесса профилирования при теоретическом анализе 52
Выводы 59
Постановка задач исследования 60
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
ДЕФОРМИРОВАНИЯ ЗАГОТОВКИ В РОЛИКАХ
ПРОФИЛЕГИБОЧНОГО СТАНКА 61
2.1. Классификатор способов предотвращения кромковой волнистости 61
2.2. Основные допущения при теоретическом рассмотрении процесса 64
2.3. Определение протяженности зоны плавного перехода в межклетьевом
пространстве 65
2.4. Определение углов подгибки полок 78
2.5. Зависимость деформаций подгибаемой полки профиля от способа
предотвращения волнистости ее кромки 85
2.6. Критерий возникновения кромковой волнистости 89
2.7. Число переходов при интенсивном деформировании 98
Выводы 104
3. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 106
3.1. Программа экспериментальных исследований 106
3.2. Исследование зоны плавного перехода 109
3.3. Анализ номенклатуры профилей, имевших дефекты при отработке
технологии их изготовления 119
3.4. Определение предельных углов подгибки за один переход 124
3.5. Оценка деформаций подгибаемых полок 131
3.6. Анализ эмпирического числа переходов 138
Выводы 143
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ 144
4.1. Этапы проектирования технологического процесса формообразования
профилей в роликах 144
4.2. Технологичность изготовления профилей методом интенсивного
деформирования 145
4.3. Расчет ширины заготовки 148
4.4. Выбор расположения профиля по отношению к осям основных валков 150
4.5. Выбор основной оси профиля 152
4.6. Разработка технологических схем формообразования 154
4.7. Определение углов подгибки элементов профиля 157
4.8. Обеспечение размерной точности гнутых профилей 160
4.9. Скоростной режим профилирования 161
4.10. Проектирование технологического оснащения 163
4.11. Материалы для изготовления инструмента 170
4.12. Алгоритм разработки технологии изготовления профиля 172
Выводы 176
5. ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ 178
5.1. Технические условия на изготавливаемые профили 178
5.2. Выбор основного оборудования 181
5.3. Приемочные испытания и совершенствование конструкции
оборудования 182
5.4. Изготовление инструмента и освоение технологии 186
5.5. Характеристики профилей 188
5.6. Внедрение технологии на площадях заказчика 191
5.7. Экономическая эффективность и перспективы развития работы 195
Выводы 196
ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 197
ЛИТЕРАТУРА 199
Приложение 1. Акты внедрения 218