Вальцовка листового металла
Опубликовано 08 мая 2016
Рубрика: Механика | 20 комментариев
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. εт=[σт]/E+0,002
13. m=lg([σв]/[σт])/lg(εв/εт)
14. A=[σв]/(g*εвm)=[σт]/(g*εтm)
15. n=A*2(2,59-m)/(E/g*(2+m))
16. Rо=R+s/2
17. rо=Rо/s
18. Rг=Rо/(1+n*rо(1-m))
19. Mг=(A*b*s(2+m))/(2(m+1)*(2+m)*Rгm)*g
20. αг=arcsin ((L/2)/(Rг+D/2+s/2))
21. Pг=2*Mг/(Rг*tg (αг))
22. Rпр=kф*Rг
23. Mпр=(A*b*s(2+m))/(2(m+1)*(2+m)*Rпрm)*g
24. αпр=arcsin ((L/2)/(Rпр+D/2+s/2))
25. Pпр=2*π*Mпр/(Rпр*((π- αпр)*tg (αпр)+1-1/cos (αпр)))
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 (εт=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 kф в пункте 11 можно определить по подсказке в примечании к ячейке D13.
Этот коэффициент зависит от способа подгибки краев заготовки:
kф=0,75…0,85 – при вальцовке без подкладного листа с плоскими краями;
kф=0,80…0,90 — при вальцовке без подкладного листа по радиусу;
kф=0,85…0,95 — при вальцовке с подкладным листом:
kф=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=Mг1/(Wx1*[σт]1)=37783899/(2000*162/6*245)=1,81
K2=Mг2/(Wx2*[σт]2)=42658644/(1500*182/6*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!
Ссылка на скачивание файла: raschet-usilij-pri-valcovke (xls 82,5KB).
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
20 комментариев на «Вальцовка листового металла»
Ваш отзыв
Посетители: 1,6 млн
Очень полезная статья. Я уже дважды проектировал вальцы для гибки конусов (толщина металла — до 5 мм), оба раза успешно — изделия у заказчиков работают нормально. Но всегда через какое-то время возникает вопрос: «А можно 8-10, но узкую полосу?»
Александр, усилия определены, а как ответить на риторический вопрос: «потянут или не потянут» имеющиеся вальцы деталь с заданными толщиной, свойствами материала, радиусом и шириной листа?
По всей видимости нужен пересчет полученных усилий и моментов в необходимую при этом мощность электродвигателя, его момент на валу.
Анатолий, у Вас есть паспорт на вальцы. Вставьте в программу максимальные размеры и свойства материала из паспорта — получите предельные усилия. Сравните с вашим случаем... В статье об этом собственно и написано. Почитайте текст статьи...
Спасибо!!!
здравствуйте, спасибо за статью и расчеты, давно ждал,сам сделал такие расчеты и очень обрадовался, что они совпали с вашими, но очень интересно увидеть ваши расчеты усилий при подгибке кромок на вальцах при ассиметричной схеме расположения валков, я такие сделал, но очень сильно в них сомневаюсь
Денис, добрый день. Спасибо за комментарий.
Я не делал программы расчетов для асимметричной схемы из-за отсутствия в моей практике такой необходимости.
Очень интересно, спасибо.
Мне тут по случаю достались несимметричные трёхвалковые безымянные валцы, спроектированные безвестным инженером и в нерабочем состоянии.
В них есть явные конструктивные ляпы, но в целом, как мне представляется, конструкция могла бы быть доработана до работоспособного состояния.
Необходимо определить возникающие при гибке усилия.
Могли бы Вы взяться за такую работу?
Я мог бы и сам, но мне надо будет довольно долго вникать и вероятность ошибок велика.
Думаю, лучше мне в разумных пределах раскошелиться в пользу человека опытного.
Добавка — не возражаю против опубликования результатов в свободном доступе.
Думаю, лучше всего, тоже в виде Ексел-калькулятора, с усилиями гибки и требуемым перемещением для достижения нужного радиуса.
Александр, здравствуйте.
Усилие посчитать «сложно, но можно». Вопрос в другом — зачем оно Вам? С чем его будете сравнивать при отсутствии паспортных данных?
Чтобы понять возможности вашей листогибочной машины нужно рассчитать ее всю! Валки, привод, раму...
В статье, если прочтете внимательно, вначале определяется усилие на верхний валок при максимальных заявленных паспортных размерах и указанном материале заготовки. При такой нагрузке вальцы «работают и не ломаются». Затем считается усилие при вальцовке нужной заготовки и сравнивается с предельным, посчитанным в первом расчете.
Мне нужно посчитать усилие на приводах перемещения валков, чтобы эти привода сделать.
Я планирую гидро. Это раз.
Резонный вопрос — из чего исходить? Можно задать гадательно 4 х 2500мм ст3
А можно задаться размерами валков и посмотреть, что из них можно выжать, и от этого плясать.
Ну, по большому счёту, да, надо считать её всю, тем более, что у меня нет доверия к её проектировщику, что он её сотворил равнопрочной.
Какаая-то из частей окажется самым слабым звеном и от неё нужно плясать, или её усилить и потом уже...
Можете заняться таким делом?
Валки и привода я сам бы мог посчитать, нужно знать усилия и моменты.
Но лучше, отдал бы всё в Ваши руки.
Если потяну финансовую сторону :)
Спасибо, очень помогло.
Добрый день. Подскажите пожалуйста. В этом расчете мы сами задаем Расстояние L. Можно его рассчитать???
Есть методика и сколько это стоит если это не бесплатно?
Павел, здравствуйте.
Размер L назначается конструктивно при проектировании.
Чем он меньше, тем больше усилие должен развивать механизм вертикального перемещения верхнего валка.
При слишком большом L сложнее выполнить привод вращения...
Ориентировочно L=1,5D
Диаметры валков рассчитываются из условия жесткости при максимальных нагрузках и заданной длине.
Да, и еще важный момент: чем больше L, тем больше будет незавальцованый край листа при трехвалковой схеме, равный примерно 0,6L.
В 2017 году Вы мне просчитали мои странные несимметричные вальцы. По результатам расчётов, я их модернизировал и эксплуатировал, работают хорошо.
Выражаю благодарность.
Теперь пытаюсь по приведённой в статье методике просчитать симметричные вальцы нестандартные.
Прошу прояснить, что такое «изгибающий момент при гибке» (правке).
Судя по величине, это не момент привода валков — уж больно велик. А как узнать момент привода?
Александр, добрый день.
«Изгибающий момент при гибке (правке)» — это момент в сечении листа, который нужно создать (преодолеть приводом), чтобы лист пластически деформировался (согнулся).
Момент привода на валу валка можно найти через работу. Работа, совершенная приводом должна быть равна работе сил сопротивления — работа изгибающего момента при гибке листа плюс работа сил трения.
А=Мприв*ϕ1, где ϕ1-угол поворота валка.
А≈Мг*ϕ2, где ϕ2 — угол поворота листа-заготовки, соответствующий углу ϕ1.
Мприв≈Мг*ϕ2/ϕ1
Т.е. для определения момента привода нужно знать максимальную толщину листа, минимальный радиус вальцовки, свойства материала.
Т.к. силы трения никто не отменял, их следует учесть или прямым расчетом , или коэффициентом полезного действия.
Понял, в чём был неправ — забыл на 1000 поделить (перепутал Н*М и Н*мм)
Спасибо за разъяснения.
Благодарю! Если будет опубликован номер карты — будет больше возможности поддержать развитие блога.
NataliP, спасибо за желание оказать поддержку развитию блога.
Отличный расчет! Вот бы для четырехвалкового такой же.