Стаття COPRA Rollform

COPRA Rollform. Проектування роликового оснащення та оптимізація холодного прокату профілів, труб та профнастилів. Частина ІІ. Виробництво профнастилів

Завантажити статтю у форматі PDF - 611 Кбайт

Нагадаю, що розмову про можливості системи COPRA Rollform ми розпочали з процесу проектування профілів відкритого типу, а також закритих асиметричних профілів 1 . Цикл проектування включає кілька стадій: проектування конструкції профілю, розробку квітки розгорток, проектувальний аналіз процесу прокату з урахуванням характеристик прокатного та діаметрів роликів, оптимізацію розгортки, кількості клітей і відстані між ними, повторення циклу «аналіз — оптимізація». Це стосується будь-яких видів профілів, проте ряд особливостей самого процесу прокату вимагає звернути особливу увагу на прокат профнастилів, або, як їх прийнято називати на Заході, трапецієдальних профілів. Усі наведені на ілюстраціях приклади відображають процес проектування та аналізу прокату профільованого листа типу H114 згідно з ГОСТ 24045-94.

Одна з основних проблем прокату профнастилів полягає у великій ширині смуги штрипсу, що використовується. При цьому матеріал повинен сильно стягнутися від країв до середини, а край листа вигнути по дузі. Що стосується листового матеріалу це означає наявність високих зусиль розтягування, які призводять до пластичних деформацій і подовження матеріалу в областях, що прилягають до краю листа. Виникає характерний для профнастилів технологічний дефект хвиля вздовж краю листа.

Дуже важливо, щоб напруга матеріалу при продавлюванні листа крізь ролики кожної кліті стану не виявилося занадто великим. Найкращий варіант — більш менш рівні зусилля на кожній кліті: у цьому випадку протягом усього процесуформування пластична деформація матеріалу буде рівномірною, не виникне пікових навантажень на матеріал і, як наслідок, значно знизиться ймовірність розриву. Для проектування, аналізу та оптимізації розгортки (послідовності профілів листа в кліті під час прокатки) COPRA Rollform надає весь набір необхідних інструментів, забезпечуючи оптимальний режим роботи прокатного стану та високу якість продукції.

Починаємо, звісно, з формування профілю майбутнього листа. Як уже сказано в першій статті, тут зручно скористатися або вбудованим інструментарієм COPRA, або засобами інших САПР з можливістю експорту даних у формат AutoCAD, використовуваний COPRA Rollform як графічна платформа.

Головна з відмінних рис профнастилу - висока повторюваність елементів профілю, тому в COPRA Rollform передбачено безліч утиліт для автоматизації трьох рівнів процесу проектування 2 . Крім того, як і в будь-якій САПР, є засоби копіювання та дзеркального відображення, які необхідні при розмноженні елементів профілів. Коли проектування профілю завершено, автоматично розраховується ширина смуги штрипсу та базується сам профіль (методи розрахунку тут не розглядаються – вони докладно викладені у попередньому номері журналу).

При побудові квітки розгортки профілю для трапецієдальних перерізів найкраще застосовувати автоматичний метод, який використовує так звані послідовності згинання для вибраних згинів профілю. Мета процесу - забезпечити однакову напругу при проходженні кожної кліті. У цьому випадку величина напруги щодо краю листа на всіх клітях повинна знаходитися приблизно на одній прямій. Перехід з дуги в пряму безпосередньо самого листа досягається при останніх проходах, коли наВиході ми отримуємо вже готову продукцію. Таким чином, при правильному завданні вихідних даних ми отримаємо приблизно однакову напругу на всіх формотворчих клітях за винятком початкових і кінцевих, де здійснюється подача листа, вихід та калібрування готової продукції. Послідовність та кількість кутів система розраховує автоматично, виходячи з оптимальних параметрів процесу прокату. Після завдання даної послідовності COPRA Rollform автоматично формує послідовність профілів (квітка розгортки) з отриманими кутами згинання. Процес повторюється інших згинів до отримання плоского листа з готового вироби. В результаті ми отримуємо різнокольорову квітку розгортки.

Застосувавши спеціальні методи, розгортку можна модифікувати (зокрема автоматично).

Метод переходу на переріз.Використовується за умовчанням. Кожен наступний переріз є похідним від попереднього - змінюються значення кутів згинів, при цьому площина базування (червона пунктирна горизонталь) залишається незмінною.
Метод збереження положення центру мас.Як випливає з назви методу, зберігається положення центру мас щодо площини базування, яка проходить через сам центр мас.

Метод збереження положення краю аркуша.Зберігається відстань від краю аркуша до площини базування (в окремому випадку вихідна смуга лежить на площині базування).
Спеціальний метод оптимізації Downhillforming(у буквальному перекладі з англійської - "формування по схилу") знижує напругу під час формоутворення. Метод працює за умови, що у клітях прокатних станів по осі Y можуть переміщатися як верхні, так і нижні осі роликів. При використанні цього методунижні ролики на кожному наступному проході опускаються все нижче і нижче, створюючи додатковий натяг листа і змінюючи кут заходу листа формоутворюючу кліть. Оптимізація розгортки за допомогою методу Downhillforming (якщо, звичайно, є технічні можливості його застосування) дозволяє зменшити розтяг матеріалу на 50-75%.

Наступний крок - аналіз отриманої розгортки та її оптимізація за допомогою зміни значень окремих кутів або всієї послідовності згинання.

Окремо слід сказати про помилки, які можна виявити в моделі, що отримується під час аналізу процесу прокату.

Перша і найнебезпечніша - це зворотне пружинення матеріалу після проходження кожної кліті. Вбудовані методи розрахунку COPRA Rollform дозволяють розрахувати як реально одержувані значення кутів і радіусів при заданих параметрах розрахунку, так і необхідні кути згинів для отримання заданих. Відкоригувавши кути або вказавши необхідні калібрувальні проходи, можна навести параметри теоретично ідеальної розгортки до реальних параметрів формоутворення.

Інша проблема - хвиля вздовж кромки листа: хвилеподібна кромка помітна на тривимірній моделі неозброєним оком. У своєму прикладі я спробував за один фінішний прохід сформувати ребра жорсткості і отримав не тільки високу напругу, а й різке подовження матеріалу вздовж кромок, а отже, і хвилю. Уникнути подібного можна різними способами: змінити формотворну відстань, якщо розраховане системою значення більше відстані між клітями (розсунути кліті), збільшити діаметр інструменту, додати калібрувальний прохід або розбити один формотворний прохід на два.

Інші проблеми ставляться скоріше до неявних, що, втім, робить їх менш важливими. Наприклад, я провів такий аналіз. Звсіх способів прокатки профілю H114 найбільш очевидні два:

Сформувати ребра жорсткості, зменшивши ширину смуги прокату, а потім рівномірно (тому я назвав цей спосібСимметрією) сформувати всі три трапеції. Істотний недолік способу - висока вартість інструменту: для всіх трьох трапецій практично вже з першої кліті потрібно використовувати інструмент великого діаметру. З міркувань економії багато підприємств воліють другу стратегію.
Ширину відразу зменшують за рахунок формування центральної трапеції, після чого формуються бічні трапеції та, нарешті, ребра жорсткості. При тих же вихідних даних цей спосіб вимагає на 1-2 кліті більше, але все-таки виявляється дешевшим - за рахунок меншої вартості інструменту. Однак це враження може виявитися помилковим, якщо не провести точний аналіз обох варіантів.

Якщо проаналізувати помилку, пов'язану із зворотним пружиненням матеріалу, можна виявити закономірність, яка відображена на графіку. При симетричному прокаті всіх трапецій зворотне пружинення приблизно однаково впливає всі кути профілю, і профіль рівномірно «просаджується» по висоті. Декілька калібрувальних проходів швидко виправлять ситуацію, а самі трапеції — і це найголовніше! - залишаться однаковими. При використанні другого способу похибка на середньому профілі, звісно, з'являється раніше. Її необхідно усувати індивідуально, інакше ліва та права трапеції будуть сформовані асиметрично по відношенню до центральної. Асиметрія вимагатиме виконати в 1,5-2 рази більше калібрувальних проходів (це залежить від товщини, розмірів смуги та складності профілю), так що тут уже доведеться порівнювати можливі переваги та недоліки двох стратегій прокату.

Саме тому процеспроектування та аналізу у COPRA Rollform насамперед є ітераційним та багатоваріантним: за допомогою цього інструменту проектувальник вибирає найкраще співвідношення «якість продукції/собівартість оснастки».

Припустимо, що ми отримали практично ідеальний профіль та переходимо безпосередньо до проектування інструменту.

Насамперед слід вибрати прокатний стан, у якому задані основні параметри проекту: положення осей інструменту (базові діаметри) та просвіт у кліті (довжини валів).

Потім ми можемо в автоматичному режимі згенерувати чорнове уявлення верхнього та нижнього ролика для всіх проходів: результатом цієї операції стане набір роликів, що повністю сполучаються з профілем та атрибутами за умовчанням (атрибути задають наявність та форму отвору, маркування, отворів під підшипники та інших конструктивних елементів) ). Оскільки в профнастилах велика повторюваність, достатньо спроектувати ролики для прокатки половини однієї трапеції: решту ми отримаємо за допомогою дзеркального відображення, копіювання та невеликого редагування параметрів.

Отже, чорнове уявлення отримано. Встановлюємо необхідну ширину прямолінійних ділянок ролика, видаляємо радіуси неформообразующие і змінюємо кут конусних ділянок, щоб вони не притирали лист. При необхідності можна додати довільні або нестандартні ділянки ролика із прив'язкою до профілю. Склеюємо ділянки на один ролик. Усі модифікації займають кілька секунд!

Отримавши ліві верхній та нижній ролики, дзеркально відбиваємо їх щодо середини трапеції, після чого копіюємо на сусідні трапеції (якщо вони присутні в даному профілі).

Проектування пакета роликів завершується присвоєнням нестандартних атрибутів та формуванням вільних ланок(Проставні втулок-роликів або валків). Ця дія виконується автоматично за заданими параметрами - типовим рядом або діапазоном значень довжин і діаметрів цих деталей.

Проект закінчено, залишається його задокументувати. Вся документація за готовим проектом формується в автоматичному режимі.

Вибравши шаблон і натиснувши кнопкуСформувати послідовність розгортки, отримуємо профілі для всіх клітей та загальний вигляд розгортки, запускаємо пакетну генерацію деталувальних та складальних креслень роликів за проектом.

У діалоговому вікні необхідно налаштувати параметри основного напису, уточнити прокатний стан або набір атрибутів роликів, параметри проставляння розмірів та видів роликів. Фінальний штрих - шаблон для формування позначення файлів. Після натискання кнопки ОК система видає в автоматичному режимі весь пакет креслень для окремих роликів і такий самий для збірок по всіх клітинах.

Отриманих результатів достатньо для замовлення роликів або їхнього самостійного виготовлення на універсальному обладнанні. Але COPRA Rollform уміє не лише це.

Вибираємо способи виготовлення роликів (фрезерування або точення) і позиціонування заготовки, метод нумерації кадрів у програмі для верстата з ЧПУ, команду зупинки верстата - і отримуємо таку саму серію файлів, але вже у вигляді DXF-контурів для обробки та текстового опису оброблюваної геометрії в ISO коди. Додаємо до них заголовок запуску, призначення режимів, заготівлі та інструменту – і вперед, на верстат!

Ну, а для тих, хто вміє рахувати гроші, COPRA Rollform підготує зручні звіти для розрахунку собівартості металу. У табличному поданні формується інформація про чорнові та чистові розміри роликів (як формотворчих, так і допоміжних), їх матеріал, масу,позначення. Таким чином, COPRA Rollform надає все необхідне для проектування, аналізу та оптимізації самого процесу прокату, проектування та виготовлення роликового оснащення, а також отримання всіх звітів, які можуть знадобитися під час закупівлі матеріалів та розрахунку собівартості.