УДК 621.981.1

ВЛИЯНИЕ ПРОФИЛЯ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ФОРМООБРАЗОВАНИИ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ШТАМПОВКОЙ И ПРОФИЛИРОВАНИЕМ

Кохан Лев Соломонович1, Морозов Юрий Анатольевич2, Мартынов Станислав Олегович3
1Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), доктор технических наук, профессор кафедры «Машины и технологии обработки металлов давлением»
2Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технологии обработки металлов давлением»
3Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), студент 4 курса бакалавриата кафедры «Машины и технологии обработки металлов давлением»

Аннотация
Интенсивное строительство торгово-промышленных сооружений и других конструкций светопрозрачного типа, требует использования легких и дешевых строительных материалов. Широкое применение здесь находят гнутые профили, производимые методом последовательной подгибки листовой заготовки. Рассматривается особенности формоизменения гнутых элементов в различных условиях их контакта с деформирующим инструментом.

Ключевые слова: гибка, нейтральный радиус, радиальная деформация, радиус кривизны, утонение


EFFECT OF PROFILE DEFORMING TOOLS IN FORMING BLANKS STAMPING AND ROLL

Kohun Lev Solomonovich1, Morozov Yury Аnatol'evich2, Martynov Stanislav Olegovich3
1Moscow State Technical University Mami, Doctor of Engineering, professor, Department of Machines and technology of pressure metal treatment
2Moscow State Technical University Mami, candidate of Engineering Science, associate Professor, Department of Machines and technology of pressure metal treatment
3Moscow State Technical University Mami, student of 4rd year undergraduate of the Department of Machines and technology of pressure metal treatment

Abstract
Intensive construction of commercial and industrial buildings and other structures such as translucent, requires the use of light and cheap construction materials. Widespread use is formed sections are produced by successive hems slab. The features of forming bent elements in the different conditions of their contact with the deforming tool.

Keywords: bending, radial deformation, the radius of curvature of the neutral range, thinning


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Мартынов С.О. Влияние профиля деформирующего инструмента при формообразовании листовых заготовок штамповкой и профилированием // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/11/59553 (дата обращения: 20.11.2016).

При формообразовании деталей одинарной кривизны широко используются элементы гибки. Так, в холодноштамповочном производстве формуют гнутые тонкостенные детали – угловые, цилиндрические, конические и пр., являющиеся комплектующими при производстве потребительских изделий различного назначения.
На профилегибочных станах изготавливаются гнутые профили, широко применяемые в строительстве при возведении легких светопрозрачных металлоконструкций и каркасном строительстве [1].
В области художественной обработки металлов широко используется тиснение прокаткой плоских панелей с выступающими рельефными поверхностями, что требует точного определения длины развертки заготовки для получения четко сформированного фасонного изделия [2-6].
В отечественной литературе наиболее известными исследованиями теории гибки листового материала являются работы Е.А. Попова и В.П. Романовского [7], устанавливающие изменение основных параметров материала при его деформировании.
При определении радиуса нейтральной поверхности Е.А. Попов использовал силовой метод в виде компонент напряжений в растянутой и сжатой зонах изогнутой полосы, совместное решение которых и определило границу этих зон в виде известной формулы Хилла-Ренне (рис. 1)

.   (1)

Рис. 1. Гнутый элемент профиля

Однако теория Е.А. Попова не учитывает изменение толщины полосы, и определяемый ею радиус нейтральной поверхности зависит от исходной толщины заготовки и радиуса загиба. Поэтому фактически возникающее утонение, обусловленное перераспределением деформируемого металла гнутого элемента, будет приводить к «излишку» металла, вынуждая более тщательно подбирать ширину исходной заготовки.
Некорректным также является использование формулы (1) при определении ширины заготовки для различных технологических процессов изготовления гнутых деталей с определенными требованиями по геометрии, например, с регламентированным внутренним или наружным радиусом, что также может сказаться погрешностью определения длины нейтральной линии [8, 9].
Романовский В.П. в своей теории используя равенство площадей изогнутой полосы в растянутой и сжатой зонах, установил свои зависимости изменения этих зон. Однако у него уменьшение одной зоны (растянутой) компенсируется увеличением другой (сжатой). Таким образом, здесь также отсутствует изменение толщины полосы.
Е.А. Поповым и В.П. Романовским был освящен вопрос об утонении, но он рассматривался отдельно от основной теории.
Указанные недостатки вынудили искать другой подход к теории гибки, обеспечивающий более точное определение ширины исходной заготовки. В результате моделью угловой гибки было выбрано равенство тангенциальных деформаций, действующих в растянутой () и сжатой () зонах полосы [10]

.    (2)

При допущении плоского напряженного состояния (предполагается, что длина заготовки несоизмеримо больше ее ширины) и равенства радиальных () и тангенциальных () деформаций

,

а также принимая во внимание деформационное изменение радиусов

    (3)

определяем выражения для тангенциальных деформаций в различных слоях заготовки [11]

 и .                      (4)

значения радиальных деформаций

;     (5а)
.     (5б)

Совместное решение уравнений (4) и (3) в соответствии с равенством тангенциальных деформаций (2), определяет нейтральную поверхность

,     (6)

где  – относительное положение радиуса нейтральной поверхности  при изгибе.
Исследуем кинематические параметры гибки для отношения наружного и внутреннего радиусов . Методом итерации устанавливается , что проверяется равенством тангенциальных деформаций (2) и (6) [12]

;
.

Радиальные деформации (5)

;
.

Деформационное изменение радиусов (3)

Положение нейтральной поверхности отмечается выше средней линии

.

Кинематика очага деформации определяет равенство растянутых и сжатых слоев металла

;
.

В результате коэффициент утонения материала

.

При угловой гибке возможны три варианта контакта полосы с деформирующим инструментом: свободная гибка, и гибка по какому-либо фиксированному радиусу – наружному или внутреннему (рис. 2). Соответствующее выражение тангенциальной деформации (5) будет определяться отношением данного радиуса к нейтральной поверхности

 и .

Рис. 2. Схемы угловой гибки полосы:

а) свободная гибка; б) гибка с фиксированным верхним радиусом ; в) гибка с фиксированным внутренним радиусом 

Таким образом, в зависимости от конструктивного решения деформирующего инструмента, нейтральная поверхность может быть расположена как по средней линии, так выше или ниже ее (рис. 3). Утонение может изменяться от 17% до 25% (рис. 4) [13-15].


Рис. 3. Положение нейтральной поверхности гнутого элемента

Здесь следует заметить, что определяемый по формуле Хилла-Ренне (1) радиус нейтральной поверхности смещен в сторону сжатых слоев материала, т.е. в сторону внутреннего радиуса. В то время как по представленным зависимостям, он может находиться как выше, так и ниже срединной поверхности.


Рис. 4. Утонение листового материала при изгибе

Таким образом, пренебрежение технологией гибки и конструкцией рабочего инструмента может привести к существенным ошибкам при выборе заготовки и соответственно браку профиля, вызываемого неоднородностью накопленной деформации по толщине сжатых и растянутых слоев материала и отмечаемому в виде трещин и задиров на поверхности детали, причем в некоторых случаях они были настолько велики, что представляли отслоившиеся слои металла [16, 17].
Про прокатке-профилировании ошибочно определенная длина заготовки может привести к значительному увеличению ширины полосы, вызвать ее выпучивание нарушая происходящие деформационные процессы при формообразовании полосы в рабочих клетях [18-21].
Вывод. Использование модели равенства тангенциальных деформаций в сжатых и растянутых слоях материала, с учетом конструктивных особенностей деформирующего инструмента, позволило определить радиус нейтральной поверхности, протяженности растянутой и сжатой зон, что в совокупности обусловило утонение, а также деформационное изменение наружного и внутреннего радиусов вследствие утонения. Данная модель пластического изгиба позволила уточнить кинематические и геометрические параметры процессов гибки.


Библиографический список
  1. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Пунин В.И., Морозов Ю.А. Гибка профилей на прессах и станах. – М.: МГВМИ, 2005. – 140 с.
  2. Роберов И.Г., Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Борисов А.В. Технологический режим тиснения прокаткой рельефных поверхностей // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – М.: МИСиС, 2009. –
    вып. 1. – С. 27-30.
  3. Роберов И.Г., Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Борисов А.В. Выбор расчетной модели утонения стенок при формовке
    рельефных поверхностей // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – М.: МИСиС, 2009. – вып. 5. – С. 31-34.
  4. Роберов И.Г., Кохан Л.С., Борисов А.В., Морозов Ю.А. Отpаботка технологического pежима пpи пеpиодической пpокатке художественных пpофилей // Технология металлов. – М.: Наука и технологии, 2009. – вып. 8. – С. 15-16.
  5. I.G. Roberov, L.S. Kokhan, Yu.A. Morozov and A.V. Borisov. Stamping complex surfaces by rolling // Steel in Translation, 2009, Volume 39, Number 1, Pages 11-14.
  6. I.G. Roberov, L.S. Kokhan, Yu.A. Morozov and A.V. Borisov. Model of wall thinning in shaping relief surfaces // Steel in Translation, 2009, Volume 39, Number 5, Pages 379-381.
  7. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.:
    Машиностроение, 1977. – 278 с.
  8. Кохан Л.С., Pобеpов И.Г., Моpозов Ю.А. Исследование кинематических паpаметpов пpи гибке листового матеpиала //  Технология металлов. – М.: Наука и технологии, 2008. – вып. 10. – С. 11-13.
  9. Бондарь В.С., Типалин С.А., Шпунькин Н.Ф. Изгиб и скручивание листа. Монография. – М.: Университет Машиностроения,  2014. – 212 с.
  10. Кохан Л.С., Лебедев Н.Н., Морозов Ю.А., Мочалов Н.А. Проектирование калибров сортовых станов и операций листовой  штамповки: учебное пособие. – М.: МГВМИ, 2007. – 340 с.
  11. Кохан Л.С., Pобеpов И.Г., Моpозов Ю.А., Шульгин А.В. Кинематические паpаметpы гибки пpофилей // Технология  металлов. – М.: Наука и технологии, 2009. – вып. 1. – С. 10-13.
  12. Морозов Ю.А., Верхов Е.Ю. Компьютерное моделирование: учебное пособие. – М.: МГОУ, 2011. – 81  с.
  13. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Морозов  Ю.А., Борисов А.В. Утонение стенок прокатанных профилей // Известия высших  учебных заведений. Черная металлургия. – М.: МИСиС, 2009. – вып. 3. – С. 16-18.
  14. Кохан Л.С., Морозов Ю.А. Исследование  величины утонения при гибке // Современные инструментальные системы,  информационные технологии и инновации. Материалы IX-ой Международной  научно-практической конференции 22-23 марта 2012 года г. Курск. – Курск: ЮЗГУ,  2012. – С. 107-111.
  15. Филиппов Д.И., Морозов Ю.А. Деформационная  модель утонения листового материала при вытяжке пуансоном с различной  геометрией профиля // Молодежный научный форум: Технические и математические
    науки. Электронный сборник статей по материалам XXI студенческой международной  заочной научно-практической конференции. – М.: Изд. “МЦНО”. – 2015. –  2 (21) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа. – URL:  http://www.nauchforum.ru/archive/MNF_tech/2(21).pdf (Дата обращения 04.03.2015
    г.). – С. 23-31.
  16. Верхов Е.Ю., Морозов Ю.А. Анализ и  разработка технологии изготовления гнутых толстолистовых деталей // Вестник  московского государственного открытого университета. Москва. Техника и  Технология. – М.: МГОУ. – №4 (6) октябрь-декабрь, 2011. – С. 14-19.
  17. Шпунькин Н.Ф., Типалин С.А.  Технологичность штампованных листовых деталей. – М.: Университет Машиностроения,  2015. – 72 с.
  18. Шеногин В.П., Тепин Н.В., Храбров  В.А., Постнов А.С. Методика расчета технологических параметров при
    профилировании // Заготовительные производства в машиностроении. – М.:  Машиностроение, 2007. – №4. – С. 35-37.
  19. Шеногин В.П., Покрас И.Б., Храбров  В.А., Тепин Н.В. Моделирование поведения заготовки при профилегибке в  пространстве между клетями стана. В сборнике: Высокие технологии – 2004. Сборник  трудов научно-технического форума с международным участием: в 4-х частях.  Научный редактор Якимович Б. А.. 2004. – С. 109-115.
  20. Пунин В.И., Кохан Л.С., Морозов Ю.А. Уменьшение  длины полосы при прокатке на профилегибочном стане // Металлург:  научно-технический и производственный журнал. – М. 2012. – № 12. – С. 63-64.
  21. V.I.  Punin, L.S. Kokhan and Yu.A. Morozov. Reduction of the Length of Strip Rolled  on Roll-Forming Machines // Metallurgist, Volume 56, Issue 11-12, March 2013,  Pages 938-940.


Все статьи автора «akafest»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация