Вальцовка листового металла
Опубликовано 08 мая 2016
Рубрика: Механика | 24 комментария
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.
Ссылка на скачивание файла: raschet-usilij-pri-valcovke (xls 82,5KB).
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
24 комментария на «Вальцовка листового металла»
Ваш отзыв
Посетители: 2,2 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.
Очень полезная программа! Но передо мной стоит задача расчёта усилий и прочностных характеристик конических валков. Как бы с вами проконсультироваться на эту тему? Я стою перед выбором принципиальной схемы 3-х валковой ( 3 конуса) или 4-х валковой где 2 конуса и 2 прямых валка по бокам. Можете помочь?
Напишите, что Вы проектируете и пришлите схему на почту a@al-vo.ru. Дальше будет видно — смогу помочь или нет.
А существует ли методика расчета норм времени для вальцевания?
Для всех видов работ существуют нормы времени технологических операций в соответствующих справочниках. У меня их нет, этой темой не интересовался.