Гибка металла на вальцах

Опубликовано 07 Дек 2013
Рубрика: Механика | 44 комментария



Профилегибочные вальцы. Гибка металла.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.

Схема гибки на трехвалковых вальцах с формулами

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

Расчет местоположения подвижного среднего ролика (валка) при гибке на трехвалковых вальцах

Расчеты и действия:

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

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

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

7. Настраиваем вальцы на этот размер Hрасч 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) H0расч 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

H0расч =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 Hрасч, а не H0расч!!! Считаем поправку на обратное пружинение x в мм

в ячейке D12: =D9-D11 =3,5

x = Hрасч — H0расч

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= Hрасч+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 Hрасч 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»)!!!

С интересом прочту Ваши замечания и отвечу на Ваши вопросы, уважаемые читатели!!! Поделитесь результатами практических испытаний методики со мной и коллегами в комментариях к статье!

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

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

Другие статьи автора блога

На главную


Введите Ваш e-mail:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

44 комментария на «Гибка металла на вальцах»

  1. ismail 09 Дек 2013 13:49

    Здравствуйте,

    Как мне обеспечить нужный мне внутренний радиус 3мм при алюминиевых листов тольщиной 0,8 мм

  2. Александр Воробьев 09 Дек 2013 14:34

    Ismail, пришлите чертеж детали.

  3. Anton 15 Дек 2013 17:40

    Здравствуйте, спасибо за хорошую статью. Скажите пожалуйста как сделать подобный расчет для 4-х валковой круглогибочной машины? Т.е. можно ли рассчитать количество прогонов при известном радиусе загиба?

  4. Александр Воробьев 15 Дек 2013 19:32

    Добрый день! Спасибо за вопрос.

    На четырехвалковых вальцах гибка ничем геометрически не отличается от гибки на трехвалковых, поэтому применяйте предложенный в статье метод и формулы.

    Главное преимущество четырех-валковых вальцев перед трех-валковыми — это возможность подгиба краев заготовки непосредственно во время вальцовки.

    Удачи!

  5. Дмитрий 29 Дек 2013 23:06

    Труд считаю очень полезным, спасибо. Но из практики скажу, что все эти расчеты, все-таки останутся приблизительными, близко, но приблизительными, т.к. влияют на геометрию температура материала, поддерживаете ли вы подаваемый материал и как, неоднородность материала по длине...

  6. Александр Воробьев 30 Дек 2013 19:22

    Да, Дмитрий, частично согласен с Вашими замечаниями. Но так как поправку x я предлагаю находить из практического опыта, то все Вами перечисленные факторы (если они не значительно изменяются в процессе работы) будут учтены!!! Посмотрите еще раз фрагмент статьи «Расчеты и действия» и Вы поймете о чем я говорю... Сократить время настройки расчет помогает!

    Спасибо за комментарий.

  7. Aлтай 23 Фев 2014 18:43

    Отличная статья. Можно ли производить расчеты гибки труб с нагревом ТВЧ на станке ТГУ-325?

  8. Александр Воробьев 24 Фев 2014 18:46

    На ТГУ-325 несколько иная (консольная) схема изгиба. Но, используя идею изложенную в статье, можно написать соответствующую формулу и технологию (последовательность действий в два шага) гибки. За счет нагрева обратного пружинения, видимо, почти нет?

  9. Александр 24 Мар 2015 19:18

    Александр, как я понимаю вы давно изучаете гибку металла, на производстве столкнулся с небольшой проблемой, я думаю что вы сможете нам помочь, если вам конечно не трудно.

  10. Александр Воробьев 24 Мар 2015 19:51

    Александр, где вопрос?

  11. Владимир 21 Сен 2015 20:42

    Спасибо за статью. Вопрос такой, если из листа нужно согнуть конструкцию «усечённый конус» технология будет отличаться?

    (boba-bone.ru)

  12. Александр Воробьев 21 Сен 2015 22:03

    Думаю, что будет отличаться. Нужно подумать. Верхний валок при прокатке конусов стоит под углом к осям опорных валков и металл деформируется постепенно — от вершины к основанию конуса... Да, предложенная технология «в лоб» не применима.

  13. Алексей 29 Сен 2015 12:54

    Отличная статья! Как раз наше предприятие занимается изготовлением муфт на трубопроводы. У меня вопрос. Существует ли станок который может закатать деталь радиусом 110мм., длиной 1м. из проката толщиной до 8мм.? Спасибо!

  14. Александр Воробьев 29 Сен 2015 15:50

    Промышленного производства такого станка видеть не довелось, но, думаю, импортные точно есть.

    Для своего производства лет 15...20 назад мы с коллегой спроектировали и изготовили близкие к Вашим требованиям вальцы из имевшихся в наличии подходящих редукторов (длина валков — 1600, диаметр верхнего валка,кажется, -108, максимальное сечение листа из стали 09Г2С — 6*1500). Рама сварная. Чертежи в ватмане относительно недавно попадались на глаза.

  15. Алексей 29 Сен 2015 16:08

    Спасибо за ответ! Как в том фильме, «Будем искать»

  16. Станислав 22 Окт 2015 20:26

    Александр здравствуй. Подскажи пожалуйста, какой должен быть диаметр вальцов для изготовления усечённого конуса d-200; D-300; h-1,5 сталь и какой станок на твой взгляд стоит приобрести. Производство мелкосерийное. Спасибо.

  17. Александр Воробьев 23 Окт 2015 11:29

    Диаметр верхнего валка должен быть менее 130 мм. Модель станка порекомендовать не могу.

  18. Станислав 23 Окт 2015 18:13

    Александр здравствуй. Спасибо за ответ.

  19. Владимир 26 Ноя 2015 12:04

    Александр добрый день! Нужно согнуть перфорированный лист нержавейки диаметром 76 мм снаружи Длина трубы 900 мм Возможно ли по приведенным формулам расчитать станок?

    С уважением Владимир 89022811822 Мурманск

  20. Александр Воробьев 26 Ноя 2015 19:49

    Владимир, в статье описан метод учета пружинения металла при вальцовке. Вы никак не рассчитаете станок по приведенным формулам...

  21. Антон 07 Фев 2016 14:45

    Здравствуйте!

    Хочу сделать трехвалкоую вальцовучную машину для прокатки тонкого металла ( 2мм) в цилиндр ( тубу). Существуют ли какие взаимосвязи — диаметры валков, расстояние между ними и пр?

    С уважением, Антон

  22. Александр Воробьев 07 Фев 2016 18:31

    Добрый день, Антон.

    Конечно существуют.

  23. Антон 07 Фев 2016 22:28

    Где и почем ? :)

  24. Александр Воробьев 07 Фев 2016 22:45

    Это уже деловой подход. Ответ на почте. :-)

  25. Антон 08 Фев 2016 00:58

    Спасибо !

  26. Андрей 27 Мар 2016 09:48

    Добрый день! Расчет усилия вальцовки или проверочный расчет возможности гибки листа (полосы) заданного сечения (и длинны) с учетом механических свойств материала планируете вводить?

  27. Александр Воробьев 27 Мар 2016 10:40

    Добрый день, Андрей.

    Усилие на верхнем нажимном валке можно определить по формулам, представленным здесь.

    Но Вас интересует другое... Посмотрите ответ на почте.

  28. Роман Вальцов 28 Мар 2016 12:45

    Добрый день, помогите пожалуйста разобраться нам с особенностями гибки на вальцах. Имеем лист стали 1.5мм прямоугольной формы, из которого делаем корпус с двумя скруглениями по бокам, но никак не получается завальцевать корпус в размер внутренних стенок. Если есть возможнлсть — отпишите пожалуйста на почту, я дам все фото и буду очень-очень благодарен

  29. Александр Воробьев 28 Мар 2016 13:07

    Роман, добрый день. Прислать фото можно через страницу «Обратная связь».

  30. Сергей 14 Июн 2016 15:32

    Коллеги, подскажите у кого имеются вальцы наборные длиной 3500 мм. Надо вальцевать лист 3440 мм, с торцов борта по бокам загнутые торцы. Радиус 250 мм. Материал Ал2.

  31. Анатолий Васильевич 03 Авг 2016 19:19

    Добрый день! Прошу проконсультировать. Ст.3, толщина 15 мм, диаметр 2442 мм, четырёхвалковые вальцы.При многократном вальцевании с целью получения формы в середине (или на небольшом расстоянии от края) возникла галтель до 10 мм. Почему?

    Благодарю.

  32. Александр Воробьев 03 Авг 2016 19:25

    Добрый день, Анатолий Васильевич.

    Не понял — галтель к чему и в каком направлении? Нарисуйте картинку от руки или сфотографируйте обечайку и пришлите.

  33. Дмитрий 09 Окт 2016 00:13

    Александр Васильевич, помогите решить дилемму в учебнике по прокату листовой стали «Мошнин Е.Н. Гибка и правка на ротационных машинах (1967)» пишется что для четырехвалковых машин (листогибов) валки верхний и нижний выбираются из расчета Dб = (0.7/0.8) Dср при расчете получаю разницу между верхним прижимным валком и нижним приводным правый и левый боковые валки меньше около 20 мм. А в каталогах производителей встречаются боковые валки и нижний приводной меньше на 80 -50 мм. Как это рассчитывается. И еще вопрос не могу понять как рассчитать расстояние между осью нижнего приводного валка и боковых валков. так же не понятно что значит угол движения боковых валков принимают 25-40 гр. от какого параметра зависит этот угол?

  34. Александр Воробьев 09 Окт 2016 12:04

    Дмитрий, есть такое понятие — конструктивно. Это когда параметры чертежа задаются на основе близких аналогов и опыта, а затем, если необходимо, проверяются расчетом.

    Диаметр верхнего валка зависит от толщины и минимального диаметра вальцуемой детали. Валок проверяется на жесткость (прогибы) и прочность (моменты). Диаметр нижних валков от детали не зависит и должен обеспечить необходимую жесткость.

    Угол движения боковых валков определяет необходимые усилия и мощность привода подъема-опускания...

    Всего в двух словах в комментарии я Вам не расскажу.

    Почитайте на эту тему еще вот здесь, например.

  35. София 17 Окт 2016 13:59

    Добрый день Александр. Скажите пожалуйста, можно ли согнуть уголок стальной на 3 валковых вальцах И2220А по R= 600 мм?Нужна ли дополнительная оснастка для этого?

  36. Александр Воробьев 17 Окт 2016 14:31

    Добрый день, София.

    Смотря какого размера уголок! Если 25×4, то аккуратно можно без дополнительной оснастки, только нужно вальцевать пару — прихватить сваркой 2 уголка стенками, чтобы получился тавр. И вальцевать пером наружу от центра.

    В общем случае нужны специальные уголковые вальцы — валки с пазами, удерживающими полку уголка от выхода из устойчивости.

  37. Рома 27 Окт 2016 09:32

    Здравствуйте! Интересует формула вычисления величины H. Получается, она равняется разнице между длиной гипотенузы и катета? Никак не получается прийти к конечной вашей формуле. Не могли бы вы прояснить этот вопрос.

  38. Александр Воробьев 27 Окт 2016 20:02

    Рома, здравствуйте! Да, величина Н находится как разница между длиной гипотенузы и катета... Обычная геометрия, даже — не тригонометрия. Может помогут понять картинки. Я их отправил Вам на ящик.

  39. Василий 23 Ноя 2016 17:15

    Здравствуйте! В комментарии вы пишете что «На четырехвалковых вальцах гибка ничем геометрически не отличается от гибки на трехвалковых, поэтому применяйте предложенный в статье метод и формулы.» однако есть проблема, на листогибочной машине верхний вал не подвижен, подвижными являются боковые валы и нижний. Как рассчитать требуемое положение боковых валов при неподвижном верхнем?

    боковой вал перемещается под углом 20 градусов

  40. Александр Воробьев 23 Ноя 2016 19:35

    Василий, добрый день!

    Да, написанное мной в комментарии справедливо только для четырехвалковых машин с вертикальным подъемом боковых валков (А=const).

    В вашем случае Размер А=var — не постоянная, а переменная, зависящая от Н.

    Нужно написать другую формулу для Нрасч, введя вместо А: А0 — расстояние между нижними валками в положении, когда горизонтальная прямая, проведенная через верхние точки боковых валков, касается нижней точки верхнего валка и угол а — угол наклона направляющих боковых валков.

  41. Василий 24 Ноя 2016 12:05

    Спасибо! пришлось повозиться с переписыванием формулы, но все получилось. большое спасибо, вы очень помогли! остался разобраться с минимальным количеством проходов)

  42. Александр Воробьев 24 Ноя 2016 16:01

    Удачи! Напишите о результатах внедрения.

  43. наиль 29 Ноя 2016 22:14

    А что делать при гибке в усечённый конус, если дано АМГ6, h=24,D1=1400, D2=2100, H=1100, угол наклона верхнего вала 1,5 градуса в любую сторону.

  44. Александр Воробьев 30 Ноя 2016 07:56

    Угол наклона 1,5 градуса??? Ничего не путаете?

    Если это так, то ответ на вопрос «что делать?» — покупать другую листогибочную машину.

Ваш отзыв







  • Посетители: 657 649

  • Подписчики: 3 416