МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ПРУЖЕННЯ ТА ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРИ ПОПЕРЕДНІЙ ФОРМІВЦІ ТРУБНОЇ
Точність форми та розмірів прямошовних зварних труб великого діаметра (до 1420 мм) головним чином визначається мінімальними їх відхиленнями від циліндричності на стадії пресового формування. При формуванні труб великого діаметра виникають спотворення геометрії заготовок через пружинення, технології виготовлення (ребристість при покроковій формуванні) та ін.
Найбільш продуктивним способом формоутворення таких виробів з листової заготовки є так званий процес UOE [5]. Він включає три послідовні стадії (переходу) деформації: стадію попередньої підгинання кромок, стадію попереднього формування u-подібної заготовки та заключну стадію.
Виготовлення труб високої точності вимагає отримання мінімальних відхилень від номінальних розмірів кожному з цих переходів. Нижче розглядається друга стадія попередньої формування, для якої важливо визначити геометрію формуючого інструменту і параметрів налаштування пресового обладнання з урахуванням конкретних механічних властивостей металу, що деформується, істотно впливають на залишкові деформації (пружинення) виробу, що отримується.
Одним з головних геометричних показників виробів на стадії попереднього формування є розмір хорди a-a1 (рис. 1), який, зокрема, визначає можливість розміщення та позиціонування заготівлі в технологічному інструменті преса остаточного формування та в кінцевому рахунку - геометричну точність трубної заготовки під зварювання .
а
Мал. 1. Схема попереднього формування труб: а – одношовний, б – двошовний
Основними характеристиками,визначальними розмір розпружинування a-a1 є механічні властивості матеріалу виробу, співвідношення його товщини стінки з радіусами технологічного інструменту і початкова ширина вихідного листа з урахуванням його необхідних подальших деформацій. З цією метою для стадії попереднього формування нами розроблено програмний комплекс, що дозволяє в діалоговому режимі виконувати розрахунок «пружинення» заготівлі з урахуванням багатоваріантності вищезгаданих факторів. В основу комплексу покладено нижченаведені залежності.
Кут пружинення визначається за формулою [3]:
, (1)
де: r – радіус пуансона;
s – товщина стінки;
α - кут формування.
Радіус заготівлі після зняття навантаження може бути знайдений залежно від [2]:
(2)
Ширина листа Bl після стружки на кромкострогальному верстаті визначається за залежністю [2]: для одношовної труби (3)
і для двошовної труби , (4)
де ΔP враховує роздачу в пресі-розширювачі - ΔP = 0,012 ... 0,016;
Δf - обтискання в пресі остаточного формування - Δf = 0,003 ... 0,016;
ks - коефіцієнт, що враховує втрати металу в зоні зварювання на чад, розбризкування та утворення грата - ks = 0,4-0,5;
Δr - величина редукування при зварюванні - Δr = (8 ... 9) мм
Після підгинання кромок заготівля матиме вигляд, показаний на рис. 2.
Мал. 2. Схема формування заготівлі однорадіусним пуансоном
Позначення ділянок на рис. 1 відповідає позначенням рис. 2. Довжина ділянки gg1 знаходиться за формулою:
де - кут охоплення пуансона попередньої формування заготівлею.
Довжина ділянки підгинання знаходиться за формулою:
afcр=Uпід(Rпід + 0.5S), (6)
а довжина ділянки cf дорівнюватиме:
cf = (R під + S) SinU під (7)
З урахуванням (3)(4)(5)(6)довжина ділянки fg дорівнюватиме:
fg = 0.5 (Bl - 2afcр - gg1) (8)
Кут повороту перерізу g після зняття навантаження визначимо за формулою (1), а радіус пружинення за формулою (2). Збільшення хорди пружинення при повороті ділянки cg на кут φпр= 0.5(α - Δα) буде рівним:
L = 2 cg Cos φпр `(9)
Зміна хорди пружинення за рахунок підігнутих кромок визначиться залежно від:
H2 = (R під + S) (1 - CosU під) Sinφпр (10)
Остаточно хорда aa1 (рис. 1) знайдеться за виразом:
aa1=2((R0B+S) Sinφпр) + L - 2H2 (11)
У разі дворадіусного пуансона відповідність між ділянками заготівлі до і після формування показано на рис. 3.
Довжини ділянок можуть бути знайдені за залежністю:
Мал. 3. Схема формування заготівлі дворадіусним пуансоном
fd=0.5(Bl - 2afcр - 2dg - gg1) (14)
Кут повороту перерізів g і d після зняття навантаження визначимо за формулою (1), а радіус пружинення ділянок gg1 та dg за формулою (2). Збільшення хорди пружинення при повороті ділянки cd на кут φпрс = 0.5 (α1 - Δαс) + (α2 - Δαк) буде дорівнює:
L=2 cd Cos φпрс, (15)
де: φпрс – сумарний кут пружинення обох ділянок заготівлі.
Зміна хорди пружинення за рахунок підігнутих кромок визначиться залежно від:
H2 = (R під + S) (1 - CosU під) Sinφпрс (16)
Остаточно хорда aa1 (рис. 1) знайдеться за виразом:
aa1=2(( rпр1- rпр2) Sinφпр1 + (rпр2+ S) Sinφпрс) + L - 2H2 (17)
Розроблений комплекс дозволяє різко знизити трудомісткість розрахунків при виборі параметрів, що забезпечують можливість остаточного формування. Результати розрахунку пружинення характерної заготівлі у розрахунковому діалоговому вікні розробленого програмного комплексу наведено на рис. 4.
Мал. 4. Діалогове розрахунковевікно програмного комплексу
Для перевірки розрахункової методики та програмного комплексу використано порівняння з експериментальними даними. Зважаючи на складність широких випробувань на діючому обладнанні була створена фізична модель для необхідних вимірів основних характеристик попереднього формування (рис. 5).
а
Мал. 5. Фізична модель преса попереднього формування: а – загальний вид установки, б – етап формування
Для визначення геометричних параметрів заготовок після формування знаходить своє застосування обробка в «Автокаді» растрових зображень, отриманих фотографуванням або скануванням [4]. Оброблене в «Автокаді» зображення заготовки, отриманої на установці (рис. 5), показано на рис. 6а.
а
Мал. 6. Заготівля після попереднього формування: а – відскановане зображення заготівлі, оброблене в «Автокаді», б – схема вимірювання координат заготівлі на КІМ
Для оцінки точності використання растрових зображень можна використовувати координатно-вимірювальні машини (рис. 6б).
Результати виміру координат точок заготівлі за рис. 6 наведено у таблиці 1.
Таблиця 1 - Результати вимірювання координат точок заготівлі після попереднього формування