Пресс шаговой формовки

 

Информация о технологических  особенностях производства проката  должна предоставляться производителю труб посредством маркировки, нанесенной на поверхность листа в виде дополнительно указываемых в скобках после марки стали данных:

-    нормализация (Н);    

• нормализация с отпуском (НО);
• нормализационная прокатка (НП);
• термомеханическое упрочнение в процессе контролируемой прокатки (ТМ);

-   термомеханическое упрочнение в процессе контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением (ТМПО).

Качество поверхности  проката должно соответствовать  требованиям ГОСТ 14637. Применение сварки для ремонта поверхности проката  не допускается. Допускается зачистка поверхностных дефектов шлифовкой, не выводящей толщину листа за пределы допустимых отклонений.

После зачистки толщину  проката измеряют ультразвуковым толщиномером с точностью не менее 0,1 мм.

Требования к механическим характеристикам листовой стали определяются производителем труб.

Листы предъявляют к  приемке партиями. Партии должны состоять из проката одной толщины, изготовленного из металла одной плавки.

Для проверки механических свойств отбирают два листа от партии.

Отбор проб для механических испытаний производят по ГОСТ 7564.

Маркировка проката  должна соответствовать требованиям  ГОСТ 7566.

На внешней поверхности листа на расстоянии не более 500 мм от их конца должно быть указано несмываемой краской:

• товарный знак производителя стали;
• марка или тип стали, способ прокатки или термообработки;
• номер плавки;
• номер партии;
• номер листа;
• величина углеродного эквивалента и параметра Рсм;
• номинальные размеры листа;
• месяц и год изготовления листа;
• другие данные, согласно требованиям, указанным в заказе.

На каждую отгруженную  партию производитель стали выдает сертификат качества, удостоверяющий, на основании оценки состояния проката, его соответствие установленным требованиям. В сертификате указывается марка стали, номер контракта, номер государственного стандарта или технических условий, по которым поставляется прокат, номинальные размеры и теоретическая масса, количество листов с указанием их номеров, номера плавки, химического состава, углеродного эквивалента и параметра Рсм, способ обработки и прокатки, вид термической обработки, результаты механических испытаний, тип используемых образцов, результаты УЗ - контроля сплошности, а также толщины в местах зачистки поверхности дефектов.

 

1.3. Анализ технологической схемы производства

На сегодняшний день существует лишь небольшое число  промышленных методов изготовления труб большого диаметра из листовой или полосовой стали.

Эти методы отличаются друг от друга, главным образом, технологией  формовки. Дальнейший процесс обработки  трубы всегда идентичен.

В основе технологии производства труб большого диаметра лежит процесс  формовки, во многом определяющий как  номенклатуру производимой продукции, выбор марки стали, размеры, так и производительность линии.

Разработанный фирмой "SMS Меег" процесс формовки JCOE, при котором в качестве основного агрегата используется гибочный пресс, утвердился в последние годы на рынке производства сварных труб большого диаметра. В условиях конкуренции с технологией UOE, формовкой на U- и О- образных гибочных прессах, сваркой и экспандированием и с технологией 3-валковой гибки, благодаря более высокой степени гибкости, высочайшему качеству и более низким инвестиционным затратам.

Недостатками способа  формовки на U- и O- образных гибочных прессах является то, что для каждого диаметра труб на прессе окончательной формовки требуется применение отдельного инструмента;  большая масса оборудования и рабочего инструмента, низкая мобильность при переходе с одного диаметра на другой, связанная со значительными затратами на перевалку инструмента.

Процесс формовки JCOE является также наиболее адекватным способом производства толстостенных труб малого диаметра, что создаёт возможности для обслуживания сегмента рынка сбыта продукции для строительства морских трубопроводов.

Формовочный пресс может быть двух разновидностей: с коротким или длинным ходом, что позволяет добиваться высокой  производительности при выполнении особых требований к размерам готовой продукции.

Из всех методов производства труб большого диаметра наиболее удачным  компромиссным решением (с точки зрения инвестиционных затрат, производственных издержек и мощностей) представляется вариант, включающий в себя формовочный пресс.

Процесс формовки JCOE обеспечивает высокую степень гибкости за счет:

-возможности легко  варьировать производственные мощности, в том числе при производстве малых партий продукции;

-быстрой смене инструмента;

-низким затратам на инструмент;

-продолжительному сроку  службы инструмента;

-низким затратам на  техобслуживание;

-простоте в обращении;

-возможность формовки заготовок с толщиной стенки до 50 мм

Недостатки:

-относительно невысокая производительность (8 – 15 шт./час, в зависимости от диаметра и толщины стенки труб);

-шлицевая форма заготовок, т.к. профиль имеет недоформованные участки.

На рисунке 1 показана технологическая  схема производства труб большого диаметра линии ТЭСА-1420.

 

Рисунок 1 - Технологическая схема производства

в линии ТЭСА-1420. 

2. Технологический процесс формовки трубной заготовки на прессе шаговой формовки

2.1. Технологическая схема изгиба на прессе шаговой формовки

Заготовка с подогнутыми  продольными кромками подается транспортным рольгангом к прессу на загрузочный подъемный приводной рольганг и центрируется по длине относительно рабочего инструмента.

Приемный рольганг опускается, и лист укладывается на наклоняющийся  стол. По пластинам скольжения этого стола заготовка горизонтальным манипулятором перемещается в поперечном направлении до упора ее продольной кромки в другой манипулятор.

При помощи горизонтальных манипуляторов заготовка устанавливается  на первую позицию гибки.

Формовочный нож с  пуансоном опускается вниз до запрограммированной  позиции и выполняет первую операцию гибки. При этом регистрируется, выдается на пульт оператора и в систему управления  усилие формовки, а также величина рабочего хода.

После этого пуансон  поднимается и возвращается в  промежуточное положение, а заготовка приподнимается вертикальным манипулятором над опорными колодками.

При помощи горизонтальных манипуляторов по наклонной поверхности  подъемно-поворотного стола заготовка  перемещается в поперечном направлении  на величину шага подачи в пределах 150-400 мм. При этом вертикальный манипулятор опускается в исходное положение.

Отформованный участок  профиля поддерживается в требуемом  наклонном положении с другой стороны вторым подъемно-поворотным столом и устанавливается манипуляторами для выполнения второй операции формовки.

Затем выполняется гибка  второго участка профиля заготовки. Этот процесс установки и формовки повторяется до тех пор, пока не будет  изогнута первая половина профиля заготовки.

После окончания формовки одной половины профиля заготовки  подъемно-поворотные столы опускаются в исходные положения.

Заготовка перемещается в поперечном направлении при  помощи горизонтальных манипуляторов и устанавливается в рабочей зоне для формовки участка профиля, примыкающего к другой подогнутой кромке.

После этого процесс  шаговой формовки второй половины профиля заготовки  выполняется аналогично первому. Последний шаг гибки должен осуществляться точно по середине продольной оси заготовки.

После окончания последнего шага формовки трубной заготовки  гибочный пуансон поднимается, подъемно-поворотные столы опускаются, а горизонтальные манипуляторы возвращаются в исходные положения.

Трубная заготовка приподнимается над опорными колодками подъемным  рольгангом и выталкивается вдоль  формовочного ножа в продольном направлении  при помощи выталкивателя на выходной рольганг.

Профиль трубных заготовок приведен на рисунке 2. Расчетные размеры профиля трубных заготовок по нейтральной линии после шаговой формовки в зависимости от сортамента труб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Расчет работы и усилия при получении трубной заготовки 1420х48 мм.

Работа внутренних сил  определяется диаграммой напряженно-деформированного состояния для данной марки стали.

1. Определение работы на контактном (центральном) участке за 1 шаг гиба.

Относительная деформация при напряжении, равном пределу текучести, равна:

_{где σт = 580 МПа – предел текучести металла;}

Е = 2·10⁵ МПа – модуль упругости первого рода.

Пластическая деформация равна:

Относительная деформация волокна:

Напряжение в пластической зоне деформаций равно:

_{где П=1000 МПа – модуль упрочнения металла.}

 

Рисунок 3 - График зависимости напряжения от деформации для контактного участка.

_{Единичная работа равна:}

где L – длина трубы, мм

l_ц – длина контактного участка, мм

2. Определение работы на внеконтактном (периферийном) участке за 1 шаг гиба.

Рисунок 4 - График зависимости напряжения от деформации для внеконтактного участка.

_{Единичная работа равна:}

где L – длина трубы, мм

l_п – длина внеконтактного (периферийного) участка, мм

Общая работа за 1 шаг  гиба равна:

Усилие формовки заготовки  равно:

Усилие, возникающее на инструменте при формовке, равно:

где  h_инстр=25 – величина рабочего хода гибочной балки, мм.

 

2.3. Проверочный расчет насосов гидропривода

Работу верхней балки  пресса обеспечивают 4 плунжерных цилиндра и 2 дифференциальных, при этом основное усилие гиба обеспечивается плунжерными цилиндрами (по технической характеристике примерно 75-85% от общего усилия, приходящегося на верхнюю балку). Управление работой балки в соответствии со скоростными режимами, обеспечение необходимого оставшегося усилия формовки и возврат плунжерных цилиндров в исходное положение обеспечивается дифференциальными цилиндрами.

Все аксиально-поршневые насосы, обеспечивающие работу цилиндров, имеют следующие  параметры:

Теоретическая подача насоса равна:

где - объемный КПД аксиально-поршневого насоса.

Рабочий объем насоса равен:

Рабочая мощность насоса равна:

Мощность, потребляемая насосом равна:

где - механический КПД.

Данная мощность не превышает  мощность выбранного насоса, равную 315кВт.

 

2.4. Расчет плунжерного цилиндра на прочность

Минимальная толщина стенки гидроцилиндра равна:

,

где – допустимое напряжение;

По соображениям технологичности  механической обработки и сборки, принимают большую толщину стенки цилиндра

Минимальная толщина дна гидроцилиндра:

,

Толщину днища принимают равной .

Напряжение сжатия плунжера:

,

Напряжение в стенке цилиндра:  

,

где  p = 32МПа - рабочее давление жидкости; 

α - отношение диаметров цилиндров;

,

Где - внутренний диаметр цилиндра;

- наружный диаметр цилиндра;

Расчетное напряжение в  стенке цилиндра превышает допускаемое, которое равно  120÷140МПа.

Для снижения напряжения в стенке цилиндра необходимо увеличить толщину стенки до S_ст=100мм, тогда напряжение при отношении будет равно:

Напряжение в сечение  по центру днища:

,