Реконструкция оборудования пресса предварительной формовки ТЭСА 1020 ОАО «ВМЗ» для производства труб диаметром 820 мм и толщиной стенки 30 мм

r_BH = r₀ - (S/2) = 161,5 - (30/2) = 146,5 мм

r_H = r₀ + (S/2) = 161,5 + (30/2) = 176,5 мм

   Длина центрального участка по внутреннему и наружному сечению равен:

l_BH^Ц = φ ^. (r_BH) = 1,32 ^. (146,5) = 193,4 мм

l_BH - длина дуги внутренней поверхности листа;

l_H^Ц = φ ^. (r_H) = 1,32 ^. (176,5) = 232,9 мм

l_H - длина дуги наружной поверхности листа;

  Для участка перехода  радиус формовки по внутреннему  и наружному сечению равен:

R_BH = R₀ - (S/2) = 355,5 - (30/2) = 340,5 мм

R_H = R₀ + (S/2) = 355,5 + (30/2) = 370,5 мм

  Длина переходного участка по внутреннему и наружному сечению равна:

l_BH^пр = γ ^. (R_BH) = 0,51 ^. (340,5) = 181,3 мм

l_BH - длина дуги внутренней поверхности листа;

l_H^пр = γ ^. (R_H) = 0,51 ^. (370,5) = 188,9 мм

l_H - длина дуги наружной поверхности листа;

  Длина переферийного  участка по внутреннему и наружному  сечению равна:

l_BH^п = α ^. (ρ_BH) = 0,40 ^. (258,4) = 103,4 мм

l_H^п = α ^. (ρ_H) = 0,40 ^. (288,4) = 115,4 мм

l_H - длина дуги наружной поверхности листа;

    Заготовка состоит из трех основных участков: центрального, среднего, кромочного. Длины центрального участка были определены выше. Теперь необходимо определить длину одного среднего участка, который определяется как разность ширины заготовки и длин остальных участков.

l₀^СР = (B_l – 2^.l₀^К – (2^.l₀^ПР + 2^.l₀^П + l₀^Ц))/2 = (2523 –2^.369–(2^.181,7 + 2^.106,7 + 213,3))/2 = 497,5 мм

    Определяем полную высоту заготовки, равную сумме высот средних, центральных, кромочных участков.

Н = h_К + h_СР + h_Ц = 124,7 + 443,6 + 395 = 872,3 мм

Высота кромочного участка определяется схемой подгибки кромки.

h_К = R_К sin(φ^к/2) = 369sin(0,69/2) = 124,7 мм

    Высота среднего участка равна произведению длины одного среднего участка на угол наклона среднего участка от вертикали γ.

h_СР = l₀^СРcos(λ) = 497,5cos(0,47) = 443,6 мм

    Угол наклона стенки λ заготовки на этапе подгибки роликами к вертикальной стенке определяется из геометрических отношений. При трехрадиусной схеме этот угол определяется как отношение радиуса формовки переферийного участка к длине средней зоны.

λ = arcsin(ρ_Н / l₀^СР) = arcsin(288,4 / 497,5) = 0,47 рад

Высота центрального участка для  обоих схем будет равняться половине ширины заготовки:

h_Ц = В / 2 = 790 / 2 = 395 мм

     Важный геометрический  параметр – длина зазора между  кромками. Он показывает, сможет ли пуансон свободно перемещаться относительно заготовки. Находится как разность между шириной заготовки и длиной кромочного участка.

l^ЗК = В - (R_К^H-R_К^BHcos(φ^к/2))-2^.l₀^СР(1-cosλ) = 790–(384–354cos(0,69/2))-2^. 497,5(1-cos0,47) = 479,7 мм

 

 

 

3.2.3 Расчет геометрические параметры очага формоизменения листа на прессе предварительной формовки на этапе предварительная подгибка центральной части листа пуансоном

 

     Находим ширину листа,  рассчитываем длину, радиус и  угол формовки центрального участка. 

B_l = π ^. D_гт(1 + (∆_сву /100) )(1 – (∆_кк /100)) = 3,14 ^. 820(1 + (1 /100))(1 – (2 /100)) = 2523 мм, где

∆_сву, ∆_кк – допуск на сварку и калибровку. Далее находим радиус центрального участка для однорадиусной схемы и радиус участка перехода для трехрадиусной схемы, которые берется на 10 % меньше, чем на этапе подгибки роликами:

                                             R₀^пр = 0,9 ^. R₀ = 0,9 ^. 355,5 = 320 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            

                                   

 

                                    Рисунок  3.4 Этап подгибки центральной части листа пуансоном

 

     Находим радиус  центрального участка для трехрадиусной  схемы берется в предалах 10 % меньше  чем на этапе подгибки роликами.

r₀^ц  = 0,9 ^. r₀ = 0,9 ^. 161,5 = 145,0 мм

     Так как при трехрадиусной  схеме заготовка на этапе предварительной  формовки состоит одного центрального участка и двух участков перехода, то необходимо найти длины участков, радиусы формовки и углы формовки для каждого из участков по нейтральному сечению. Периферийные участки не участвуют в формоизменении листа на данном этапе. Ширина листа равна сумме длин всех участков.

   При трехрадиусной  схеме на этапе подгибки пуансоном  периферийные участки не участвуют  в формовке. Так как периферийные участки служат только для охвата листом пуансона при догибке роликами. Поэтому длину центрального участка можно найти, как произведение радиуса на угол формовки этого участка: 

l₀^Ц = r₀^{ц .} φ = 145,0 ^. 1,32 = 191,1 мм

    На этапе формовки  пуансоном максимальный угол формовки β должен быть равен сумме углов формовки всех участков центральной зоны β = 2 ^. γ + φ = 2 ^. 0,51 + 1,32 = 2,34 рад.

    Для трехрадиусной схемы этот угол формовки берется равным углу формовки центрального участка на этапе подгибки роликами: φ = 1,32 рад.

Так же определяется угол формовки участка перехода, который задается равным углу формовки переходного участка  на этапе подгибки роликами: γ = 0,51 рад.

    Длина участка  перехода находится как произведение  угла формовки на радиус этого участка:

l₀^пр = R₀^{пр .} γ = 320 ^. 0,51 = 163,2 мм

    Рассчитав длины и  радиусы участков по нейтральному  сечению, далее следует найти  их по наружной и внутренней поверхности. Находятся радиусы по наружной поверхности одинаково, как сумма радиуса по нейтральному волокну и толщины стенки заготовки, а по внутренней поверхности как разность радиуса по нейтральному волокну и толщины стенки заготовки. Длина участка по внутреннему и наружному рассчитывается как произведение угла формовки на радиус формовки этого участка по внутреннему или наружному сечению. Для центрального участка радиус формовки по внутреннему и наружному сечению: 

r_BH^ц = r₀^ц - (S/2) = 145 - (30/2) = 130 мм

r_H^ц = r₀^ц + (S/2) = 145 + (30/2) = 160 мм

   Длина центрального участка по внутреннему и наружному сечению равен

l_BH^Ц = φ ^. (r_BH^ц) = 1,32 ^. (130) = 171,6 мм

l_BH - длина дуги внутренней поверхности листа;

l_H^Ц = φ ^. (r_H^ц) = 1,32 ^. (160) = 211,2 мм

  Для участка перехода радиус  формовки по внутреннему и  наружному сечению равен:

R_ВН^пр = R₀^пр - (S/2) = 320 - (30/2) = 305 мм

R_Н^пр = R₀^пр + (S/2) = 320 + (30/2) = 335 мм

  Длина переходного участка  по внутреннему и наружному  сечению равна:

l_BH^пр = γ ^. (R_ВН^пр) = 0,51 ^. (305) = 155,6 мм

l_BH - длина дуги внутренней поверхности листа;

l_H^пр = γ ^. (R_Н^пр) = 0,51 ^. (335) = 170,9 мм

l_H - длина дуги наружней поверхности листа;

         Заготовка состоит из трех основных участков: центрального, среднего, кромочного. Длины центрального участка были определены выше. Теперь необходимо определить длину одного среднего участка, который определяется как разность ширины заготовки и длин остальных участков. Затем находим ширину заготовки, которая будет складываться из длин проекций центрального, среднего и кромочного участков.

    Ширина заготовки  для трехрадиусной схемы: 

В = l_H^фsin(β) + 2(l₀^СРcos(λ) + Хcos(λ)) = 562,3sin(2,34) + 2(559,3cos1,17 + 349,4cos1,17) = 1112,9 мм

Длина кромочного участка находиться по теореме Пифагора:

Х = (2^.(R_H^К)² - (R_H^К)²cos (φ^К)))^0,5 = (2^.(384)² - (384)²cos(0,69))^0,5 = 349,4 мм

Заготовка имеет два средних  участка, длина которого определяется как разность ширины заготовки и длин остальных участков. Длина среднего участка заготовки при трехрадиусной схеме:

l₀^СР = (B_l – 2^.l₀^К – (2 ^. l₀^пр + l₀^ц)) / 2 = (2523 –2^.369 – (2^.163,2 + 191,1)) / 2 = 559,3 мм

     Угол наклона стенки λ заготовки на этапе подгибки пуансоном к горизонтали определяется из геометрических отношений через угол формовки центрального участка φ и максимального угла формовки β. Для трехрадиусной схемы:

λ = β / 2 = 2,34 / 2 = 1,17 рад

Определяем полную высоту заготовки, равную сумме высот средних, центральных, кромочных участков.   Н = h_К + h_СР + h_Ц = 124,7 + 514,9 + 335 = 974,6 мм.

Высота кромочного участка определяется схемой подгибки кромки.

h_К = R_К sin(φ^к/2) = 369sin(0,69/2) = 124,7 мм

Высота среднего участка равна  произведению длины одного среднего участка на угол наклона среднего участка от вертикали λ.

h_СР = l₀^СРsin(λ) = 559,3sin(1,17) = 514,9 мм

      Высота центрального  участка будет равняться радиусу  формовки центрального участка для трехрадиусной схемы как сумма высот центрального и участка перехода

h_Ц = (R₀^прcos(γ)) + (r₀^ц – r₀^цcos(φ/2)) = (320cos(0,51)) + (145 – 145cos(1,32/2)) = 335 мм

 

3.3 Напряженное и деформированное состояние листа при изгибе

 

    По найденным геометрическим параметрам определяется деформация на внутренней и наружной поверхности листа. Деформация на внутренней и наружной поверхности определяется по формуле Эйлера. По формуле Эйлера находим среднюю деформацию по всей длине центрального участка для трехрадиусной схемы. Расчет проводим для толщины стенки 30 миллиметров.

    Так как центральный участок заготовки при трехрадиусной схеме делится на три зоны, то определяем деформации для каждого из участков. Максимальная деформация сжатия для центрального участка:         

ε_BH^Ц = ((l_BH^ц - l₀^ц) / l₀^ц) = ((215,3 - 237) / 237) ^. 100 = - 9,2 %

Максимальная деформация растяжения для центрального участка:

ε_H^Ц = ((l_H^ц - l₀^ц) / l₀^ц) = ((258,5 - 237) / 237) ^. 100 = 9,2 %

    Рассчитываем деформацию  при пределе текучести: ε_T = σ_Т / E = 600 / 2^.10⁵ = 0,003

Для всех схем деформация предела  текучести остается равной.

    Определив деформацию, находим максимальные напряжения, возникающие на поверхности после снятия усилий. Наружная поверхность растягивается, а внутренняя поверхность сжимается, следовательно, необходимо рассчитывать напряжения для сжатия и растяжения. Максимальные напряжения при изгибе находится с учетом упрочнения. Для трехрадиусной схемы находим напряжения для каждого из участков. Для центрального участка:

σ^ц = σ_Т + П(ε_max - ε_T) = 600 ^. 10⁶ + 6000 ^. 10⁶(0,09 – 0,003) = 1122 ^. 10⁶ Па

    По полученным данным  строим эпюры напряжений и  деформаций. Эпюры напряжений представлены на рисунке 3.5. Так как изгиб упруго-пластичный, то рассчитывается длина упругой зоны. Длина упругой зоны определяется для каждого из участков центральной зоны заготовки при трехрадиусной схеме. Длина упругой зоны для участка перехода равна длине упругой зоны для всей длины центральной зоны и равна:

l_yp^ц = ε_T ^. r₀ = 0,003 ^. 164,5 = 0,49 мм

       Далее рассчитываем, напряженное и деформированное  состояние для этапа подгибки  роликами и полученные данные заносим в таблицу 3.1.

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              

 

Рисунок 3.5 Напряженное и деформированное состояние на этапе U-образная заготовка.

                                                           

                                                                                  Таблица 3.1 Степень деформации  и напряжение

Участок / Этап	центральный			переходный			переферийный
	ε, %	σ, МПа	lур, мм	ε, %	σ, МПа	lур, мм	ε, %	σ, МПа	lур, мм
Предварительная формовка	10,5	1212	0,43	4,7	864	0,96	-	-	-
Догибка роликом	9,1	1128	0,48	3,9	816	1,07	8,1	1068	0,82
Распружинивание	9,2	1122	0,49	3,9	816	1,18	7,2	1014	0,78