Вальцовка конуса из листового металла на трехвалковых вальцах

Обновлено: 06.01.2025

Сначала необходимо разобраться с основными понятиями, которые используются в такой сфере деятельности, как изготовление обечаек.

Вальцевание – способ обработки заготовок с металлом при помощи высокого давления. Форма детали в результате изменяется, с равномерным распределением по длине. Без данного этапа невозможно представить создание большого количества деталей.
Операция проводится при помощи вальцовочного инструмента. Название валков получили другие детали.
После завершения операции появляются готовые детали либо заготовки, потом проходящие дополнительную штамповку. И поставляются, например, в Обнинск.

Обечайки, изготовление которых не так трудно организовать – конструкционный элемент цилиндрической либо конической формы. Выполняется с использованием нескольких форм:

барабан;
недлинная труба;
кольцо;
обод.

Обечайки из листовой стали – это элементы, которые становятся незаменимыми частями у баков и резервуаров, котлов, других подобных металлоконструкций. Цветные, чёрные металлы и их сплавы становятся основными материалами в производстве. Обнинск не исключение.

Область применения

Процесс вальцевания листового металла представляет собой способ деформации, который производят непрофилированным вращающимся инструментом. Это операция холодной штамповки, при которой металл обретает форму конуса. После обработки таким способом структура заготовки становится плотнее, улучшаются ее основные свойства.

Деформацию металла применяют во многих случаях и для разных материалов. Например, вальцевание является подготовительным этапом для штамповки готового изделия. Эта же технология используется для первичной переработки заготовок.

Такой процедуре может подвергаться не только листовой металл, но и трубы, прутки и другие профили, изделия из резиновых смесей и пластмасс. Важно, чтобы материал был в необходимой мере пластичным.

Вальцовку металла часто применяют для уплотнения, сдавливания и плющения заготовок, для придания им равномерного лоска и толщины. Процесс может протекать и в холодном состоянии, и в нагретом. Возможно нагревание валков и изменение скорости прохождения заготовки.

Сегодня вальцовкой металла занимаются не только на производстве, но и в домашних условиях, для чего используют специальный одноименный инструмент. На предприятиях это большие станки с электро- и гидроприводами. Для ремонтных мастерских более подходят простые конструкции, часто изготовленные своими руками.

Технологический процесс деформации металла данным способом состоит из нескольких этапов:

Подготовка оборудования — вальцов.
Прокатка бруска или листа.
Промежуточный отжиг.
Обработка заусениц и трещин.
Завершающий отжиг и прокатка.

Отсутствие заусениц и трещин — одно из главных условий качественного вальцевания. Такие дефекты могут появиться в случае чрезмерно сильного обжима валками бруска либо от неравномерного напряжения и отжига. Выявляют дефекты и устраняют их на четвертом этапе работы после промежуточного отжига. Если этого не сделать и продолжить прокатку, то трещины будут увеличиваться.

Устраняют брак затиранием трещин надфилем и отпиливанием, откусыванием заусениц. Затем, чтобы снять с металла напряжение, заготовку отжигают и продолжают прокатку металла. Образовавшиеся углубления выравниваются.

Особенности дефектов, описание технологии

При вальцовке работы проводятся с подгибом листа либо без выполнения данной операции, всё зависит от геометрических размеров детали, изначальных показателей по прочности. Когда выбирают оборудование, данные параметры играют не менее важную роль. При изготовлении обечайки могут иметь следующие размеры:

Толщина в пределах от 3 до 100 мм.
Длина – 30-3100 мм.
Диаметр наружной стороны – 20-280 сантиметров.

При деформации внутри деталей из металла искажения доходят до предельных значений. Также меняется и толщина.

Сама операция по вальцеванию конструкций из металла и из нержавейки состоит из двух основных стадий – гибка, непосредственно сама вальцовка. Последняя часть процесса отличается тем, что способствует перемещению гибки по всей поверхности, подвергаемой обработке.

Металл подвергается двум видам деформации – начинается с упругой, потом переходят к пластической. Чем меньше радиус загибания – тем больше надо прилагать усилий. Это связано с тем, что увеличивается слой металла в мм, который требует волочения.

В металле могут возникать внутренние напряжения после того, как вальцевание металла заканчивается. Существует три разновидности подобных явлений. Их учитывают и те, кто работает в городе Обнинске.

Зональные напряжения появляются между отдельными зонами сечения и частями детали. Именно эта деформация больше всего способствует появлению дефектов, потому она считается наиболее опасной. После появляются коробления и трещины на поверхности валков, других деталей. Их свойства зависят от градиента температур, появляющегося между разными частями детали во время температурного воздействия. Для измерения также пользуются мм.
Изменения структурного типа происходят у зёрен внутри либо снаружи. Появление напряжений связано с различными расширительными коэффициентами, обладающими разными характеристиками. Образование новых фаз различных объёмов тоже может привести к дополнительным предметам. Это негативно влияет на изготовление рулонных и других видов деталей. Обнинск не исключение.
Напряжения третьей группы появляется внутри объёма нескольких ячеек, составляющих кристаллические решётки. Из-за этого может усложняться подгибка кромок.

У всех напряжений разная природа образования. Но последствия остаются одинаковыми – возникновение упругой деформации, искажение внутри кристаллической решетки. Но это не влияет на изготовление упаковки толстостенных изделий, к примеру.

Проблемы легко устраняются, для этого достаточно использовать термообработку. Ведь сам характер деформаций изменяется, если их сильно охладить либо нагреть. К примеру, при повышении температур происходит расширение поверхностных слоёв. Но сердцевина остаётся непрогретой, создаёт дополнительные препятствия. Это касается и кромок.

Это приводит к появлению напряжения сжатия. Обечайка 24 миллиметра не исключение. Но охлаждение делает так, что процессы происходят в обратном порядке. У поверхностных слоёв температура обычно меньше.

Именно поэтому они подвержены напряжениям больше, чем те слои, что находятся глубже. Но после окончательного охлаждения температура будет выровнена на всей поверхности металла. Развальцовка не нужна. А вот дополнительная настройка никогда не помешает.

При этом не стоит ждать, что дефекты будут устранены окончательно. Есть ещё напряжения, которые получили название остаточных. С ними знакомы и те, кому требуется проводить обработку кромок.

Термическая обработка, например, отпуск, имеет и другие полезные свойства для изделий с углом. Потребность в этой операции могут испытывать те, кто работает с закалённой сталью.

Структурно-напряженное состояние для таких материалов стало практически нормой. Основа становится более пластичной, когда повышается температура. Чем она больше – тем дольше длится сама обработка. Что и позволяет снять большую часть напряжений. Картонные изделия во многом похожи на металлические.

Вальцовка листового металла — цена

Заказать услуги по вальцовке листового металла можно на специализирующихся на этих видах работ предприятиях. Такие виды работ считаются сложными, поэтому и выполнять их должны профессионалы.

Цены на вальцовку листа и вальцовочные работы во многом зависят от того, какой металл необходимо обработать. Это может быть сталь различных марок, алюминий, медь, дюралюминий, латунь, бронза и прочие металлы, которые могут быть подвержены вальцовке. В стоимость работ закладывается и амортизационные расходы на станки: чем выше их стоимость, тем выше цена на конечные работы. Цены на такие виды работ также зависят от толщины листового проката и марки металла.

В основном цена стартует от 8 долларов США за один погонный метр готовой продукции. На более объемные работы цена, как правило, договорная, в зависимости от сложности процесса вальцевания.

Вальцевание – как проводить, какими инструментами?

Трёхвалковые вальцы – разновидность оборудования, которая часто используется для решения подобных задач. Встречается несколько разновидностей приспособлений:

Ручные.
Механические – в Санкт-Петербурге и других городах они получили широкое распространение.
С электрическим приводом – такие широко используются в городе Обнинске.

Чаще всего в СПб и других городах используется вариант, когда валки располагаются в виде треугольника. Два находятся снизу, а один – сверху. Диаметры валков бывают разными, всё определяют характеристики требуемой детали. Длина вальцевания находится в пределах 340-3000 мм.

Электрическое оборудование – гораздо более лёгкий вариант для использования. Это можно понять, ознакомившись с нормативной документацией. Но и его стоимость доступна далеко не каждому. Если не планируется открывать крупномасштабное производство, то можно обойтись и более простыми вариантами установок. Такие имеют простой угол.

Видео: изготовление обечайки из нержавейки толщиной 3 мм.

Условно принято считать нежесткими те обечайки, у которых отношение . Эти обечайки способны при гибке изменять форму поперечного сечения под действием собственной массы (рис. 2.22).

Рисунок 2.22 – Схема потери устойчивости формы при гибке нежестких обечаек

с изменением (а) начальной формы и без изменения (б)

По мере увеличения длины вылета листа (рис. 2.22, а) кривизна выходной ветви уменьшается (кривые 1, 2, 3) и, достигнув немного больше четверти окружности, лист теряет устойчивость и падает (кривая 4). Если же лист при гибке не изменяет резко своей формы, но под действием собственной массы сильно изгибается (рис. 2.22, кривые 3, 4) продолжать процесс гибки нельзя. Поэтому для исключения деформации от собственной массы и вызываемого ее искажения поперечного сечения при вальцевании применяют телескопические боковые роликовые опоры и верхние поддерживающие устройства (рис. 2.23).

Рисунок 2.23 – Приспособление для сохранения формы нежесткой обечайки при ее гибке

Регулируемость положения роликовых опор и поддерживающего устройства позволяет вальцевать нежесткие обечайки различных диаметров. Приспособление для сохранения формы нежестких обечаек действует следующим образом. Обечайка 2 гнется валками 5 листогибочной машины. По мере гибки конец изогнутой обечайки сначала поддерживается левым роликом 1 и предупреждает ее запрокидывание, а затем поддерживается трубой 3, устанавливаемой на нужной высоте винтом 4. Правый ролик 1 поддерживает изогнутый конец обечайки на завершающей стадии гибки.

Процесс изготовления нежестких обечаек в остальной части совпадает с описанным выше типовым технологическим процессом на изготовление жестких обечаек с обязательным применением для операции планочных прижимов вместо струбцин и стяжек, а также разжимных колец.

При проведении вальцовки обечаек на вальцах следует предупреждать образование следующих дефектов:

а) перекос кромок, проявляющийся при не соблюдении параллельности торцевой кромки листа с осями валков во время установки листа в вальцах;

б) перегиб на радиус, меньше заданного;

в) овальность, которая возникает вследствие неравномерности прижатия листа по всей длине;

г) конусность, являющаяся дефектом станка при непараллельности расположения осей валков;

д) бочкообразность, которая возникает при чрезмерном давлении на валки, вызывающем искривление последних.

Гибка конических обечаек и конических днищ. Кроме цилиндрических обечаек в аппаратостроении часто встречаются конические обечайки и днища по ГОСТ 12619-78, 12620-78, 12621-78, 12622-78, 12623-78, 12524-78. Типовые представители таких деталей представлены на рис. 2.24.

Рисунок 2.24 – Конические обечайки и заготовки для них:

Размеры плоской заготовки конической обечайки рассчитывают по следующим формулам:

длина образующей, мм

радиусы развертки, мм

угол развертки, рад

длина хорды (длина листа), мм

высота развертки, мм

высота внешней стрелки, мм

Конические обечайки имеют непараллельные образующие, поэтому круговая гибка конуса между цилиндрическими валками приводит к отклонению линий изгиба с направлением образующих. Для согласования их и получения правильного конуса нужно гибку конических обечаек выполнять на вальцах с коническими валками, вершина которых совпала бы с вершиной угла конуса заготовки. Однако такие условия требуют значительного усложнения конструкции и удорожания ее.

При индивидуальном и мелкосерийном изготовлении конических деталей аппаратов можно пользоваться листогибочными машинами с цилиндрическими валками. Для этого осуществляют наклон верхнего (среднего) валка у симметричной трехвалковой машины или бокового валка у асимметричной трех- и четырехвалковой машин.

При проектировании процесса гибки конических деталей аппаратов необходимо учитывать следующие ограничения: 1) проекция малого диаметра конуса на вертикальную ось должна быть больше диаметра верхнего валка; 2) конусы, имеющие развертку более 150°, нельзя изготавливать из одного целого листа, их следует выполнять гибкой из отдельных частей с последующей сваркой.

Расчет параметров настройки валков при гибке конических обечаек.

Схема гибки на трехвалковой машине с симметричным расположением валков с наклоном верхнего валка показана на рис. 2.25.

Угол наклона верхнего валка

1 и
f
2 – прогибы наружной и внутренней кромок конической обечайки;
b
– длина образующей конуса.

Значения f

1 и
f
2 определяют по формулам, мм

1 и
a
2 определяют из уравнений

Рисунок 2.25 – Схема гибки конических обечаек на трехвалковых

листогибочных вальцах (с наклоном верхнего валка)

Радиусы изгиба в торцовых сечениях определяют из равенств, мм

Константы упрочнения n и m берут из таблицы, а остальные – из чертежа (см. рис. 22.6).

Величина смещения заднего подшипника для получения заданного R

а смещение переднего подшипника для получения R

П П =
s – f
2 – (
L – a
) tg
w
.

При гибке на трехвалковой листогибочной машине с асимметричным расположением валков, т.е. с вертикальной регулировкой боковых валков, угол наклона определяют по формуле, но значения прогибов наружной и внутренней кромок (сечений) обечаек определяют по следующим формулам, мм:

1 и
a
2, радиусы
R
1 и
R
2, смещения
N
З П и
N
П П определяются по формулам для гибки конусов с перемещением верхнего валка.

Выбор способа и оборудования для изготовления конических обечаек и днищ зависит от многих конструктивных и технологических факторов – от серийности производства, размеров изготовляемых конических обечаек, соотношения их геометрических размеров, материала, из которого они изготовляются, от требований к точности геометрической формы, состоянию поверхности заготовок и готовых изделий и т.п.

В большинстве случаев конические обечайки относятся к классу тонкостенных деталей. Формообразование таких деталей ведется несколькими способами, которые характеризуются видом инструментов, оборудования и обладают определенными возможностями, преимуществами и недостатками.

В условиях крупносерийного производства конические обечайки небольших размеров или конические обечайки с небольшим диаметром малого основания усеченного конуса изготовляют методом свободной гибки в универсальных штампах с сопряженными по форме пуансоном и матрицей.

Тонкостенные конусы в тресте «Южтехмонтаж» изготовливались методом протаскивания через формирующее кольцо. К заготовке конуса в месте его будущей вершины приваривается петля, за которую цеплялся крюк. При подъеме заготовка упирается в формирующее кольцо, в результате чего образуется конус. Подъем продолжается до момента совмещения кромок, после чего производится прихватка стыка электросваркой.

Для крупносерийного производства конических обечаек разработаны трехвалковые машины со сменными коническими валками и их консольным расположением. Угол наклона валков регулируется от 0 до 15°, что обеспечивает гибку обечаек с центральным углом до 180°, с длиной образующей до 1300 мм и толщиной до 10 мм.

При гибке конических обечаек на листоправильных машинах технологический процесс их изготовления соответствует технологическому процессу изготовления цилиндрических обечаек.

Для изготовления конусов с максимальным диаметром основания конуса до 5600 мм, с длиной образующей до 3000 мм используют метод свертывания. Заготовку с углом развертки, меньшим и равным 180°, укладывают на тележку, предварительно установив поворотные кронштейны в такое положение, при котором они поддерживают края заготовки, свисающие с тележки. Струбцины устанавливают так, чтобы угол между ними был равен углу развертки заготовки, а консольные балки струбцин были обращены вниз. Затем тележку с заготовкой перемещают влево, заводя края заготовки в струбцины таким образом, чтобы радиальные кромки заготовки выступали с противоположной стороны. После этого заготовку зажимают с помощью силовых цилиндров, подъемным механизмом поднимают свисающую часть заготовки и тем самым задают направление ее гибки. При движении струбцин происходит сведение кромок заготовки по углу a и одновременный поворот ее краев вокруг осей. По окончании гибки кромки соединяют сваркой.

Почему обечайки так необходимы?

Эти детали становятся главными при построении корпусов. Среди узлов агрегата этот отличается материалоемкостью, наибольшей ответственностью. То есть, он принимает на себя максимум нагрузок. При прокладке технологических трубопроводов без данной конструкции вообще не обойтись, как и без валков.

Из обечаек изготавливают колонное оборудование, трубопроводы нестандартной формы. Каждое изделие сопровождается документом.

Особо сложными для изготовления считаются обечайки с критическим соотношением между диаметром внутреннего и толщиной вальцуемого материала.

В машиностроении производство также невозможно представить без таких деталей. Обечайками можно назвать многие конструкции, имеющие коническую либо круглую форму. Главное – обращаться к изготовителю, который гарантирует полный контроль производственных процессов, соблюдение необходимых размеров.

Вальцовка листового металла: особенности процесса

Гибка металла на вальцах

За последнее время ко мне было несколько обращений от читателей блога за помощью в решении одной и той же задачи: как при работе на трехвалковых листогибочных вальцах и профилегибах определить окончательное местоположение среднего ролика (валка).

. относительно положения крайних роликов (валков), которое обеспечит гибку (вальцовку) заготовки с определенным заданным необходимым радиусом? Ответ на этот вопрос позволит повысить производительность труда при гибке металла за счет уменьшения количества прогонов заготовки до момента получения годной детали.

В этой статье вы найдете теоретическое решение поставленной задачи. Сразу оговорюсь – на практике я этот расчет не применял и, соответственно, не проверял результативность предлагаемого метода. Однако я уверен, что в определенных случаях гибка металла может быть выполнена гораздо быстрее при использовании этой методики, чем обычно.

Чаще всего в обычной практике окончательное местоположение подвижного центрального ролика (валка) и количество проходов до получения годной детали определяется «методом тыка». После длительной (или не очень) отработки технологического процесса на пробной детали определяют координату положения центрального ролика (валка), которую и используют при дальнейших перенастройках вальцев, изготавливая партию этих деталей.

Метод удобен, прост и хорош при значительном количестве одинаковых деталей – то есть при серийном производстве. При единичном или «очень мелкосерийном» производстве, когда необходимо гнуть разные профили или листы разной толщины разными радиусами, потери времени на настройку «методом тыка» становятся катастрофически огромными. Особенно эти потери заметны при гибке длинных (8…11м) заготовок! Пока сделаешь проход…, пока проведешь замеры…, пока перестроишь положение ролика (валка)… — и все сначала! И так десяток раз.

Расчет в Excel местоположения подвижного среднего ролика.

Запускаем программу MS Excel или программу OOo Calc, и начинаем работу!

С общими правилами форматирования электронных таблиц, которые применяются в статьях блога, можно ознакомиться здесь .

Прежде всего, хочу заметить, что листогибочные вальцы и профилегибы разных моделей могут иметь подвижные крайние ролики (валки), а могут — подвижный средний ролик (валок). Однако для нашей задачи это не имеет принципиального значения.

На рисунке, расположенном ниже изображена расчетная схема к задаче.

Вальцуемая деталь в начале процесса лежит на двух крайних роликах (валках), имеющих диаметр D . Средний ролик (валок) диаметром d подводится до касания с верхом заготовки. Далее средний ролик (валок) опускается вниз на расстояние равное расчетному размеру H , включается привод вращения роликов, заготовка прокатывается, производится гибка металла, и на выходе получается деталь с заданным радиусом изгиба R ! Осталось дело за малым – правильно, быстро и точно научиться рассчитывать размер H . Этим и займемся.

Исходные данные:

1. Диаметр подвижного верхнего ролика (валка) /справочно/ d в мм записываем

в ячейку D3: 120

2. Диаметр опорных с приводом вращения крайних роликов (валков) D в мм пишем

в ячейку D4: 150

3. Расстояние между осями опорных крайних роликов (валков) A в мм вводим

в ячейку D5: 500

4. Высоту сечения детали h в мм заносим

в ячейку D6: 36

5. Внутренний радиус изгиба детали по чертежу R в мм заносим

в ячейку D7: 600

Расчеты и действия:

6. Вычисляем расчетную вертикальную подачу верхнего ролика (валка) H_расч в мм без учета пружинения

в ячейке D9: =D4/2+D6+D7- ((D4/2+D6+D7)^2- (D5/2)^2)^(½) =45,4

H_расч = D /2+ h + R — (( D /2+ h + R )^2- ( A /2)^2)^(½)

7. Настраиваем вальцы на этот размер H_расч и делаем первый прогон заготовки. Измеряем или высчитываем по хорде и высоте сегмента получившийся в результате внутренний радиус, который обозначим R₀ и записываем полученное значение в мм

в ячейку D10: 655

8. Вычисляем какой должна была бы быть расчетная теоретическая вертикальная подача верхнего ролика (валка) H_0расч в мм для изготовления детали с радиусом R₀ без учета пружинения

в ячейке D11: =D4/2+D6+D10- ((D4/2+D6+D10)^2- (D5/2)^2)^(½) =41,9

H_0расч = D /2+ h + R₀ — (( D /2+ h + R₀ )^2- ( A /2)^2)^(½)

9. Но деталь с внутренним радиусом изгиба R₀ получилась при опущенном верхнем валке на размер H_расч, а не H_0расч. Считаем поправку на обратное пружинение x в мм

в ячейке D12: =D9-D11 =3,5

x = H_расч — H_0расч

10. Так как радиусы R и R₀ имеют близкие размеры, то можно с достаточной степенью точности принять эту же величину поправки x для определения окончательного фактического расстояния H , на которое необходимо подать вниз верхний ролик (валок) для получения на вальцованной детали внутреннего радиуса R .

Вычисляем окончательную расчетную вертикальную подачу верхнего ролика (валка) H в мм c учетом пружинения

в ячейке D13: =D9+D12 =48,9

H = H_расч+ x

Задача решена! Первая деталь из партии изготовлена за 2 прохода! Найдено местоположение среднего ролика (валка).

Особенности и проблемы гибки металла на вальцах.

Да, как было бы всё красиво и просто – надавил, прогнал – деталь готова, но есть несколько «но»…

1. При вальцовке деталей с малыми радиусами в целом ряде случаев нельзя получить необходимый радиус R за один проход по причине возможности возникновения деформаций, гофр и надрывов в верхних (сжимаемых) и нижних (растягиваемых) слоях сечения заготовки. В таких случаях назначение технологом нескольких проходов обусловлено технологической особенностью конкретной детали. И это не исключительные случаи, а весьма распространенные!

2. Одномоментная без прокаток подача среднего ролика (валка) на большое расстояние H может быть недопустимой из-за возникновения значительных усилий, перегружающих сверх допустимой нормы механизм вертикального перемещения вальцев. Это может вызвать поломку станка. В аналогичной ситуации перегрузки при этом оказаться может и привод вращения роликов (валков)!

3. Концы заготовки, если их предварительно не подогнуть, например, на прессе, останутся прямолинейными участками при гибке на трехвалковых вальцах! Длина прямолинейных участков L чуть больше половины расстояния между нижними роликами А /2.

4. При движении среднего ролика (валка) вниз в сечении заготовки, подверженном изгибу, постепенно нарастают нормальные напряжения, которые вызывают вначале пружинную деформацию. Как только напряжения в крайних верхних и нижних волокнах сечения достигнут предела текучести материала детали σт , начнется пластическая деформация – то есть начнется процесс гибки. Если средний ролик (валок) отвести обратно вверх до начала возникновения пластической деформации, то заготовка отпружинит следом и сохранит свое первоначальное прямолинейное состояние! Именно эффект обратного пружинения вынуждает увеличить размер вертикальной подачи H_расч на величину x , так как участки заготовки отпружинивают и частично распрямляются, выходя из зоны гибки, расположенной между роликами (валками).

Мы нашли эту поправку x опытным путем. Обратное пружинение или остаточную кривизну детали можно рассчитать, но это непростая задача. Кроме величины предела текучести материала σт значимую роль при решении этого вопроса играет момент сопротивления изгибу поперечного сечения вальцуемого элемента Wx . А так как часто профили особенно из алюминиевых сплавов имеют весьма замысловатое поперечное сечение, то расчет момента сопротивления Wx выливается в отдельную непростую задачу. К тому же и фактическое значение предела текучести σт часто значительно колеблется даже у образцов, вырезанных для испытаний из одного и того же листа или одного и того же куска профиля.

В предложенной методике сделана попытка уйти от определения обратного пружинения «методом научного тыка». Для пластичных материалов, например алюминиевых сплавов, значение x будет очень небольшим. Для сталей – в зависимости от марки, конечно, немного больше.

Вопросы, касающиеся гибки металла, рассматриваются так же в целом ряде весьма популярных у читателей этого блога статей: «Расчет усилия листогиба», «Расчет длины развертки», «Изготовление гнутого швеллера», «Всё о гнутом швеллере», «Всё о гнутом уголке».

Для получения информации о новых статьях и для скачивания рабочих файлов программ прошу Вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце каждой статьи или в окне вверху страницы.

Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»).

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с расчетом после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: raschet-mestopolozheniia-rolika (xls 32,0KB).

Вальцовка листового металла

В одной из статей блога два с половиной года назад была затронута тема расчета геометрии деталей, получающихся в процессе вальцовки. В этой публикации речь пойдет об определении усилий, возникающих при вальцовке листового металла. Тема интересная.

. и важная не только для специалистов эксплуатирующих листогибочные вальцы, но и для всех, кто, так или иначе, связан с процессом гибки на листогибочных и обычных прессах.

Во всех расчетных формулах для определения усилия гибки листов в качестве одних из главных определяющих параметров фигурируют или предел прочности, или предел текучести металла листовой заготовки. Известно, что в процессе изгиба область, подверженная деформации, упрочняется. Но на сколько? Иногда это упрочнение учитывают повышающим предел текучести постоянным коэффициентом, как, например, в статье о V-образной гибке. В программе, представленной в этой статье, повышение прочности будет определено и учтено аналитически по расчетной кривой деформационного упрочнения.

В паспортах листогибочных валковых машин в последнее время обычно указывается максимальная ширина и толщина изгибаемой листовой заготовки из стали С255 и наименьший радиус вальцовки. А на практике постоянно возникает вопрос – «потянут» ли вальцы менее широкий, но более толстый лист, да еще, возможно, и из другой марки стали? Вопрос не праздный – ошибка может привести к поломке станка и дорогостоящему последующему ремонту.

Включаем MS Excel и начинаем рассмотрение решения озвученной задачи на примере вальцовки листового металла на трехвалковой листогибочной машине.

Расчет в Excel моментов и сил при вальцовке.

Задача:

Определить возможность гибки и правки обечайки диаметром 1600 мм и длиной 1500 мм из листовой стали С345 (09Г2С) толщиной 18 мм на вальцах марки И2222.

Из паспортных данных машины известно, что на ней можно изготовить обечайку минимальным диаметром 440 мм и длиной 2000 мм из листовой стали С255 (Ст3 сп5) толщиной 16 мм.

Вальцовка листового металла на трехвалковой машине с подвижным в вертикальной плоскости верхним валком показана на схеме, из которой очевидно, что наиболее нагруженным является верхний валок.

Задачу решим следующим образом:

1. Определим в расчете №1 усилие на верхнем валке при гибке и правке обечайки с предельными размерами из паспорта. То есть узнаем возможности листогибочной машины И2222.

2. В расчете №2 вычислим силы, действующие на наиболее нагруженный верхний валок при гибке и правке интересующей нас короткой трубы из стали С345.

3. Сравним значения сил и сделаем выводы.

Расчет №1:

Расчет №2:

Вывод:

Так как усилия на верхнем валке в расчете №2 немного меньше усилий из расчета в Excel №1, то следует вывод: на вальцах И2222 можно изготовить трубу из стали 09Г2С диаметром 1600 мм, длиной 1500 мм с толщиной стенки 18 мм.

Формулы, использованные в расчете:

12. ε _т = [σ_т] / E +0,002

13. m =lg( [σ_в] / [σ_т] )/lg( ε_в / ε_т )

14. A = [ σ_в ] /(g* ε_в m )= [ σ_т ] /(g* ε_т m )

15. n = A *2 (2,59- m ) /( E /g *(2+ m ))

16. R _о = R + s /2

17. r _о = R_о / s

18. R _г = R_о /(1+ n * r _о (1- m ) )

19. M _г =( A * b * s (2+ m ) )/(2 ( m +1) *(2+ m )* R_г m )* g

20. α _г =arcsin (( L /2)/( R_г + D /2+ s /2))

21. P _г =2* M _г /( R _г *tg ( α_г ))

22. R _пр = k _ф * R_г

23. M _пр =( A * b * s (2+ m ) )/(2 ( m +1) *(2+ m )* R_пр m )* g

24. α _пр =arcsin (( L /2)/( R_пр + D /2+ s /2))

25. P _пр =2* π * M _пр /( R _пр *((π- α_пр )*tg ( α_пр )+1-1/cos ( α _пр )))

Заключение.

Расчет в Excel был выполнен без учета веса верхнего валка. Если учесть этот момент, возможности листогибочной машины увеличатся на 2…3%.

Механические свойства сталей в пунктах 4…7 расчета можно найти в ГОСТ 27772-88 ( ε_т =δ₅).

При правке заваренных обечаек изгибающий момент и усилие на верхнем валке возрастают из-за неправильной геометрии подогнутых краев заготовки и усиления сопротивления замкнутого контура.

Коэффициент формы обечайки k_ф в пункте 11 можно определить по подсказке в примечании к ячейке D13.

Этот коэффициент зависит от способа подгибки краев заготовки:

k_ф =0,75…0,85 – при вальцовке без подкладного листа с плоскими краями;

k_ф =0,80…0,90 — при вальцовке без подкладного листа по радиусу;

k_ф =0,85…0,95 — при вальцовке с подкладным листом:

k_ф =0,95…1,00 – при гибке на прессе в штампе.

В завершении статьи определим коэффициент упрочнения, о котором упоминалось в самом начале, для каждого из рассчитанных выше вариантов.

K₁ = M_г1 /( W_x₁ * [σ_т]₁ )=37783899/(2000*16 2 /6*245)=1,81

K₂ = M_г2 /( W_x₂ * [σ_т]₂ )=42658644/(1500*18 2 /6*325)=1,62

С уменьшением радиуса гибки листа логично нарастает упрочнение. Используя параметры кривой деформационного упрочнения, можно более точно определять усилия и при V-образной гибке на листогибочных прессах.

Смею предположить, что при использовании предложенной программы вальцовка листового металла станет для вас более понятной и безопасной.

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с расчетной программой после подписки на анонсы статей в окне, расположенном в конце каждой статьи или в окне вверху страницы!

Вальцовка конуса из листового металла на трехвалковых вальцах

реально, но системе не поддаётся. У нас слесаря катали конуса, правда слесаря с 30 летним стажем. геморрой но 1-2 закатать не проблема больше нервов не хватает.

Роман Пятковский

Роман, интересно, спасибо! Походу, всё-таки надо валок наклонять, не знаю, получится ли на этих вальцах

Кирилл Симушкин

Подскажите, кто имел опыт вальцевания конусов на обычных прямых вальцах?
- вальцовщик, работавший на обычных, прямых валцьах.

Кирилл, ну вот у наших котельщиков не получилось, на этот раз конус крутой вышел, они до этого их корячили, вальцевали начиная с середины, но может, какая то особая приблуда нужна или метод, я хз, на меня теперь катят, мол я хреновую разветрку начертил и металл запорол)

Олег, ну так если это просто конус его по другому никак не развернёшь.Просто тот кто катит бочку не знаком с Геометрией. Точнее знаком, но как с материалом для закручивания табака.

Что-то мне подсказывает, конус катать на прямых вальцах - это как болты под 6-гранник затягивать шлицевой отвёрткой. Сделать можно, но не пойми как и с порчей инструмента

Михаил Цыкановский

Сделать реально, но получится не идеально, к тому же только не небольшой угол (у нас на практике больше ~15° не получалось)

Михаил, вот тоже думаю, ладно, если единичка или двойка, они и десятку катали на небольшие конуса, вроде получалось, но из двух частей. А тут вроде конус 600-400 на L около 1100 из восьмёрки.

Не знаю какое у вас оборудование, у нас бы не смогли.
Проще договориться с заказчиком и сделать из 2 частей на листогибочный.

Михаил, на листогибе? Эт как? Насчёт двух частей уже подумал, может попробую, просто интересно, может надо устанавливать под каким-то определенным углом, вот и не знал, в инете инфы быстро не удалось найти..

Вместо гладкого конуса сделать многоугольную пирамиду, надо лишь узнать у гибщиков какая минимальная матрица под эту толщину и сколько делать между ударами. У нас вообще есть специальная программа для расчёта подобных конусов, logitrace.

Михаил, эм. Это не варик в нашей ситуации, листогиб наш до пятерки гнет( да и геометрия хз, такого не делали ещё, но спасибо за идею, может пригодится.

Алексей Меркулов

При прокатке конуса, самоочевидно, надо добавлять усилие на сторону меньшей длины. Ну и надо учитывать требования по равномерной подаче материала. А при больших толщинах, свыше 3мм, катать на не специализированных валках - глупость.

Сергей Судас

Реально. С одной стороны вал наклон на определенный градус, с другой не трогаем, ну или же наоборот.
На некоторых вальцах для этого требуется расцепить кардан соединяющий редуктора подъёма-опускания.

катаю конуса на прямых вальцах , НО из тонкостенного металла 1.2 мм максимум , пару раз из 2мм , катаю любые переходы, в принципе не знаю может из за толщины небольшой, 400мм в 100мм при длинне в 400мм катал, не знаю как грамотно технически объяснить , мне долго менять наклон вальца( хотя можно ) я просто меняю положение заготовки относительно оси вала во время прокатки , например если с края начинаю то в процессе прокатки слегка рукой сдвигаю заготовку так что бы в конце прокатки край стал строго паралельно валу, простите за косноязычность терминологией не владею

если этого не делать , то получается что то близкое к спирали , конци развёртки слегка ( зависит от соотношений диаметров и длинны перехода) смещаются относительно друг друга

представте что вы развёртку строго в доль по длинне изделия разделили например на 12 равных частей , и нанесли эти линии , во время прокатки следите за тем что бы эти линии были паралельны валу , либо менять угол либо если позволяет заготовка менять её положение во время прокатки , но я не гнул больше 2-3 мм таким способом , может там свойства металла не датут использовать такой метод

Александр Фоминых

Ваще никак к металлобработке не отношусь, но в молодости работал на заводике и такое как на картинке 1 в 1 в живую видел. Для зерна кажись делали ёмкости, 6 мм сталь была как щас помню. Делали и не особо запаривались даже.

Мы катаем конуса поменьше, практически любой угол. А прямые вальцы компенсируем ручным усилием. Чтобы сошлось, нужно чтобы ось конуса всегда была параллельна оси ролика. Т.е приходится тащить/толкать большой радиус,чтобы он не отставал. Если че-стучи в личку

Отличный технолог! Нихера не знает! Надо смотреть на вальцы. Скорее всего всё реально! У нас всё получается и вы справитесь, я про рабочих, а технолог минус и по м0. м за тупость!

Сергей, зачем ругаешься, насяльника? Я те как технологи скажу-технологи разные бывают. То чем ты занимаешься регулярно-ты знаешь. А то что тебе приносят раз в год со словами "тыжтехнолог, ну сделай, чё" - вот тут начинается веселье. Особенно у тех, кто не всю жизнь провел на заводе. Я, например, технолог по гибке и штамповке в цехе мех.обработки. могу заменять технологов по мех.обработке, но с небольшим скрипом-приходится уточнять какой есть есть инструмент, оснастка, что с оборудованием. Потому что я не каждый день с этим работаю. Немного знаю по сварке и литью-ибо соседние цеха, приходится вникать при возникновении вопросов. Но вот сварщика или литейщика я смогу заменить уже только немного поработав там. Но да, приносили и я рассчитывал простенькие литейные формы (от некоторых из них коллеги были "в восторге"), чертил и изготавливал приспособы для сварки, мех.обработки. и я прекрасно понимаю как может ставить в тупик задача, не свойственная моей ежедневной деятельности.

Андрей Баулин

Иван, ну и я так же технолог по ковке. Но иногда прилетали задачи от других подразделений, от чего мягко говоря находишься в диком а*уе, в силу того, что ты с этим никогда и не работал

Катали 40мм - кожух доменной печи. Нужен хороший упор в откидную опору. Вальцы прямые. Одни трофейные немецкие (с ВОВ) вторые новые отечественные. На старых получалось лучше. Основная проблема - надо рассчитывать не развёртку, а заготовку для прокатки. Добавь припуски, чтобы конус сложился и все получится. Не забудь при таком способе меньший радиус стирается, его надо будет срезать иначе порвётся сварной шов. Контроль размеров по большому радиус, меньший обрезаешь после вальцовки. Закатать может любой вальцовщик, без разницы молодой или опытный.

Михаил Старостин

Ваьцовка конуса на прямых вальцах, не простая задача и без танцев не обойтись, особенно при большой толщине материла и диаметрах. За один раз точно идеально не скатать только за 2. Получалось только когда начали увеличивать развёртку, учитывая прямые участки которые остаются на месте стыка, края стыка идеально не получится сделать,
Показать полностью. после вальцовки которая получается в нахлест, добиваемся необходимых диаметров с обеих сторон, далее снимаем заготовку, срезаем прямые участки, собираем на прихватках. Вальцуем второй раз без сильного поджима, иначе перекатаешь и получаем необходимый конус. Проблема в том если судить по картинке, у Вас нет дополнительной опоры под такой вес листа при вальцовке. В данном случае нужно сделать опору-ролик с одной, а лучше с двух сторон. Иначе под собственным весом лист будет выгибать, хоть сколько его не прокатывай и диаметр будет неодинаковый а секторами, так же из-за перегиба. А с одного раза и без геморроя на прямых вальцах можно скатать только из 2-3 секторов, но также учитывать прямые участки в каждом секторе. Так же необходимо контролировать каждый лист при вальцовки, материал может различаться по качеству, по одним и тем же режимам редко когда получиться одинаковый результат. У нас были даже программные вальцы в которые для удобства можно было записывать программу для одинаковых операций и теоретически ускорить процессы, но из-за низкого качества российского проката, адекватно пользоваться этой чудесной функцией не получилось, всегда нужно следить. Так что тут дело скорее не в развёртке, много других факторов! Успехов Вам!

Владимир, второй раз можно не прокатывает. Мы варили стык разделкой наружу и сварочная деформация утягивала перелом.

Читайте также: