Научная статья на тему 'Изготовление замкнутого профиля соединителя воздуховодов по полузакрытой схеме формовки'

Изготовление замкнутого профиля соединителя воздуховодов по полузакрытой схеме формовки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
126
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОФИЛИРОВАНИЕ / СОЕДИНИТЕЛЬ ВОЗДУХОВОДА / ЧИСЛО ПЕРЕХОДОВ / ЗОНА ПЛАВНОГО ПЕРЕХОДА / ФОРМУЮЩИЙ ВАЛОК / ROLL-FORMING / AIR DUCT CONNECTOR / NUMBER OF PASSES / FORMING ZONE LENGTH / FORMING ROLL

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Филимонов Андрей Вячеславович, Филимонов Вячеслав Иванович

Разработана технология производства в валках профиля соединения воздуховодов, использующая полузакрытую схему формообразования. Приведены этапы разработки технологии, сопутствующие технологические расчёты и показатели точности изготовленного профиля.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Филимонов Андрей Вячеславович, Филимонов Вячеслав Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MANUFACTURING OF CLOSED PROFILE FOR AIR DUCT CONNECTORS USING SEMI-CLOSED FORMING DIAGRAM

There was developed a roll-forming technology of a profile for air duct connectors manufacturing on the basis of semi-closed forming diagram. There are described the technology development stages, concomitant technological calculations and accuracy specifications of the manufactured profile.

Текст научной работы на тему «Изготовление замкнутого профиля соединителя воздуховодов по полузакрытой схеме формовки»

УДК 621.981

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ СОЕДИНИТЕЛЯ ВОЗДУХОВОДОВ ПО ПОЛУЗАКРЫТОЙ СХЕМЕ ФОРМОВКИ

А.В. Филимонов, В.И. Филимонов

Разработана технология производства в валках профиля соединения воздуховодов, использующая полузакрытую схему формообразования. Приведены этапы разработки технологии, сопутствующие технологические расчёты и показатели точности изготовленного профиля.

Ключевые слова: профилирование, соединитель воздуховода, число переходов, зона плавного перехода, формующий валок.

В промышленных системах вентиляции широко применяют соединители воздуховодов, полученные поперечной резкой гнутого замкнутого профиля сложной конфигурации. Сам гнутый профиль целесообразно получать на профилировочном станке, так как его изготовление в штампах имеет низкую точность, малую производительность и высокую трудоёмкость [1]. К сечению профиля предъявляются повышенные требования по точности зазора между дном и параллельным ему элементом для обеспечения плотности соединения с помощью штампованных уголков.

Разрабатываемая технология базируется на методе интенсивного деформирования (МИД) [1], который отличается от традиционного профилирования применением модульного номенклатурно-ориентированного оборудования (вместо дорогого универсального), использованием особой схемы формообразования с меньшим числом переходов, применением формующих валков небольших размеров с замкнутым контуром, совмещением формообразования с правкой. Этапы создания технологии МИД предусматривают: 1) анализ технологичности конструкции профиля, 2) расположение его сечения в чистовой клети, 3) определение базового элемента и оси профилирования, 4) расчёт числа переходов, 5) разработку схемы формообразования, 6) выбор оборудования, 7) проектирование процесса и технологического оснащения, 8) изготовление оснащения и его отладку, 9) внедрение технологии в производство.

Освоение производства указанного профиля представляет собой далеко не тривиальную технологическую задачу. Это связано с возникновением различных дефектов при ошибках в схеме формообразования (дефекты неустойчивости формоизменения: излом полок, кромковая волнистость, переформовка или смятие элементов профиля; дефекты формы и размеров: скрутка или саблевидность и отклонение размеров сечения) [1].

Цель работы: разработка и внедрение технологии производства профиля «соединителя воздуховода» в ООО «НПТ» (г. Нижний Новгород).

Освоению подлежал замкнутый профиль соединителя воздуховода 20x27x8,5x0,7 мм (рис. 1). Предварительно был выбран профилировочный станок производства ООО «Спецтехнология» СПУ-400К12 с наращиваемыми модулями (четыре клети в одном модуле) [2]. Концепция освоения профиля базировалась на общей методике разработки технологии производства многоэлементных полузамкнутых и замкнутых профилей [1, 3]. Требования к профилю были следующими: 1) неуказанные предельные отклонения размеров - Н14, Ь14, 1Т14/2; 2) неуказанные внутренние радиусы - ±0,5 мм; 3) серповидность на длине 1 м, - не более 1,0 мм; 4) угол скручивания на длине 1 м, - не более 1°; 5) волнистость кромки - не более ±0,8 мм; 6) предельные отклонения углов - ±1°; 7) отклонения габаритных размеров сечения - не более +0,2 мм; 8) предельные отклонения зазора (вдоль дна профиля) —0,1 мм. Ниже дано описание этапов разработки технологии.

Рис. 1. Исходная конфигурация профиля 20*27x8,5*0,7мм

Анализ технологичности конструкции профиля обычно проводят по 34 признакам [4] на стадии технического задания на разработку технологии. Для некоторых видов профилей аналогичного типа по согласованию с заказчиком можно вводить продольный (конструктивный или технологический рифт) на гладкой вертикальной полке для предотвращения кромко-вой волнистости. Такой рифт, не входящий в противоречие с функциональным назначением профиля, улучшает условия формовки и предотвращает возникновение указанного дефекта [3]. В данном случае ширина полки небольшая, поэтому введение рифта не требуется, а по остальным показателям профиль был признан технологичным.

Расположение несимметричного профиля в чистовой клети обычно выполняют открытой частью вверх с наклоном донной части профиля на угол Да [3]

Да = 0^02*2, (1)

Ъ\ + ¿2

где а1, а2 - углы подгибки левой и правой несущих полок; Ъь Ь2- ширина левой и правой несущих полок соответственно.

Для данного профиля ширина одной несущей полки Ъ1 = 12 мм, а другой Ъ2 = 27 мм; углы подгибки а1 = 270°, а2 = 90°. Расчёт по формуле (1) даёт Да = 20,7°. Это означает, что дно профиля следует повернуть на 20° по

76

часовой стрелке, что позволит выполнить формовку «носка» профиля и уменьшить различие перемещений торцов для предотвращения скрутки или саблевидности профиля. «Раскрыв» профиля вверх позволяет оператору контролировать ход процесса и доставляет определённое удобство при отладке технологии. Расположение сечения профиля в чистовой клети предопределяет выбор «базового элемента» и «оси профилирования».

Базовый элемент (БЭ) и ось профилирования (ОП) в МИД связаны с физическим участком заготовки (прямолинейным элементом или зоной изгиба), который обычно контактирует с нижними участками валковой пары [3]. Это отличает МИД от традиционного профилирования, где эти два понятия соотносятся со скоростным режимом формовки и часто не связаны физически с телом заготовки. Например, в различных способах формовки труб ось профилирования располагают «по нижней точке», «по центру тяжести», «по единому уровню кромок» [5]. В двух последних случаях базовый элемент не имеет физического тела, хотя и представляется геометрически точкой и отрезком (соединяющим торцы заготовки) соответственно. Физически, различие в выборе базового элемента и оси профилирования заключается в том, относительно какой точки происходит поворот сечения профиля при формообразовании (рис. 2,а и 2,б). Если на рис. 2,а базовым элементом является зона изгиба, то на рис. 2,б - дно профиля. Этот неоднозначный выбор иногда диктуется условиями формовки закрытых угловых зон (односторонний доступ инструмента) и заданием радиусов изгиба на предварительных переходах, хотя в МИД радиусы изгиба чаще всего задают с первого перехода в отличие от традиционного профилирования [6], где радиус меняется монотонно по переходам. В целом, выбор базового элемента и оси профилирования может отражаться на скоростном режиме формовки (различие скоростей по высоте сечения) высоких профилей, а также выборе технологических баз при изготовлении формующих валков.

Рис. 2. Схема формообразования профиля: а - БЭ - угловая зона; б - БЭ - дно профиля

77

Расчёт числа переходов для многоэлементных профилей в МИД формализован и дается зависимостью (2) (хотя в традиционном профилировании это обусловлено традициями научных школ) [7]:

где Д - смещение кромки в вертикальной плоскости, содержащей оси рабочих валов клети последнего перехода, по отношению к соответствующим точкам плоской заготовки, мм; Ьм - межклетьевое расстояние профилировочного станка, мм; Ь - предельный угол «стеснения» заготовки, рад; Н, Ш - высота и ширина сечения профиля соответственно, мм; б - приведённая толщина профиля; к - квалитет сечения профиля; Т - допуск размера сечения для квалитета к, мм; о8, ов - пределы текучести и прочности материала заготовки, МПа; п - число зон изгиба профиля; - суммарный угол подгибки несущей полки, рад.; п - безразмерный форм-модификатор, учитывающий особенности технологии.

Ошибка расчёта по формуле (2) обычно не превышает 0,7 перехода [7]. Однако для несимметричного профиля расчёт выполняют по левой и правой сторонам профиля из-за различий перемещения кромок (ср. схемы а и б на рис. 2), что даёт различные значения числа переходов, из которых наибольшее объявляется искомым (здесь оно равно 12). В схеме а отношение смещений левого и правого торцов составляет 1,31, а в схеме б -1,15.

В традиционном профилировании вертикальная плоскость, содержащая ось профилирования, делит заготовку примерно пополам, что должно было бы обеспечивать равенство продольных деформаций кромок и, следовательно, отсутствие скрутки или саблевидности профиля. [3]. Схема а (рис. 2) данному условию вполне удовлетворяет, а схема б - нет, однако эта «технологическая асимметрия», связана с различной жёсткостью подгибаемых полок с левой и с правой сторон. Если подгибаемую полку с элементами жёсткости привести к «эквивалентной полке», то расчёт продольных деформаций (с учётом углов подгибки за переход), например, по формуле Чанга, даст приблизительно их одинаковые значения [8].

Разработку схемы формообразования начинают с расчёта ширины заготовки по средней линии с учётом нормированного приращения ширины [1, 3]. В среде трёхмерного моделирования по реперным точкам (торцы заготовки и будущие зон изгиба) создают трёхмерную модель и вычленяют сечения модели по переходам с корректировкой последовательности подгибки элементов, образуя линейную или розеточную схему формообразования. Корректировку углов подгибки, обеспечивающих равенство продольных деформаций кромок, ведут по итерационной процедуре

[1, 9].

Одновременно с назначением углов подгибки следует выполнять расчёт протяжённости зоны плавного перехода Ьк (к - номер перехода) [10]:

^ =

г~( г 2 + 3г ^

3л/3 — От о +---1

3 10 10

V

8 3 • С • 8 = +

г

2-0

к

•{°Т 0 +1-епр )-е пр

(3)

где Ь - ширина полки; где аТ0 - предел текучести материала заготовки; X -модуль линейного упрочнения, г, С - относительный радиус и относительная ширина дна профиля соответственно; 8 - толщина заготовки; епр -справочная величина предельной упругой деформации [10].

Это даёт возможность уточнить углы подгибки вк по критерию отсутствия переформовки заготовки на основе неравенства:

0к < гаМ(Ь{0)-Ь„,0) , (4)

где Ь(в) - функция, определяемая формулой (3); Ьм - межклетьевое расстояние профилировочного станка.

По готовой схеме формообразования выполнили окончательный выбор оборудования, уточнив число клетей, требуемую мощность, длину и диаметры валов, межосевое и межклетьевое расстояние станка.

Проектирование процесса и технологического оснащения, изготовление формующего инструмента и его отладку ведут согласно расчётным зависимостям и рекомендациям работ [1, 3]. На рис. 3 показаны формующие валки для изготовления профиля.

Рис. 3. Комплект валковой оснастки: 1 -12 - номера переходов

В таблице приведены данные по основным параметрам изготавливаемого профиля, соответствующие требованиям к профилю по чертежу. Размеры дна, полок и «носка» измеряли электронным штангенциркулем с разрешением 0,01 мм на длине 200 мм через каждые 20 мм, ширину зазора между дном и горизонтальной полкой - с помощью прибора МПБ-2 с 20-кратным увеличением. Замеры проводили десятикратно, обработку данных выполнили в БХСБЬ-2007.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 1 Параметры профиля 20*27*8,5*0,7мм и его образцы

Контролируемый параметр и его номинальное значение Среднее значение Стандартное отклонение для генеральной совокупности Доверительный интервал при уровне значимости 0,05 Предельные отклонения IT14/2 Образцы профиля для измерений

С = 20 мм 20,17 0,041 0,024 ±0,26

HR = 24 мм 24,16 0,056 0,033 ±0,31

HL = 27 мм 28,92 0,054 0,032 ±0,26

*Delta = 3,0 мм 2,93 0,040 0,024 (±0,15)

**h = 8,5 мм 8,48 0,027 0,016 (±0,18)

Примечания: С - ширина дна; HR - высота по правой полке; HL - высота по левой полке; Delta - зазор между дном и горизонтальной полкой (контролируемый и присоединительный размер); h - высота «носка» профиля. * Допуск по чертежу: -0,1 мм; **Допуск на радиус ±0,3 мм

Разработанная авторами методика проектирования технологии сложных гнутых профилей позволила создать и внедрить в промышленность линию производства «соединителя воздуховода» и сократить на 37 % затраты на отработку технологии.

Список литературы

1. Филимонов А.В., Филимонов С.В. Изготовление полузакрытых гнутых профилей в роликах методом интенсивного деформирования / под ред. проф. В.И. Филимонова. Ульяновск: УлГТУ, 2010. 206 с.

2. Филимонов С.В., Филимонов В.И., Филимонов А.В. Автоматизированные линии производства гнутых профилей // Заготовительные производства в машиностроении. 2008. № 4. С. 39 - 44.

3. Филимонов С.В., Филимонов В.И. Интенсивное формообразование гнутых профилей. Ульяновск: УлГТУ, 2008. 444 с.

4. Технологичность конструкции и производства гнутых профилей / В.И. Филимонов, С.В. Филимонов, С. А. Карпов, И.В. Кокорина // Справочник. Инженерный журнал. 2015. № 8. С. 11 - 17.

5. Технология трубного производства / В.Н. Данченко, А.П. Коли-ков, Б.А. Романцев, С.В. Самусев. М.: Интермет инжиниринг, 2002. 640 с.

6. Влияние радиуса изгиба на длину зоны плавного перехода подгибаемой полки гнутого профиля / И.О. Лисин, В.И. Филимонов, С.В. Филимонов, С.А. Карпов // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: междунар. сб. научн. тр. Магнитогорск: МаГТУ им. Г.И. Носова, 2014. Вып. 20. С. 40 - 49.

80

7. Расчёт числа технологических переходов при профилировании заготовки методом интенсивного деформирования / В.В. Лапин, В.И. Филимонов, В.И. Лапшин, С.В. Филимонов // Заготовительные производства в машиностроении. 2014. №2. С. 24 - 28.

8. Митукевич Р.В., Филимонов С.В., Филимонов В.И. Оптимизация углов подгибки полок профиля на основе модели Чанга // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем: сборник научных трудов Девятой Всероссийской НПК (Ульяновск, 1 - 2 октября 2015 г.). Ульяновск: УлГТУ, 2015. С. 250 - 252.

9. Филимонов С.В., Филимонов А.В., Филимонов В.И. Модель зон плавного перехода при интенсивном формообразовании профиля из упрочняющегося материала // Производство проката. 2008. № 10. С. 26 - 32.

10. Лапин В.В., Филимонов С.В., Филимонов В.И. Предельное формообразование гнутых профилей на профилировочных станках // Вестник Концерна «ПВО «Алмаз-Антей». 2015. № 2. С. 41 - 48.

Филимонов Андрей Вячеславович, канд. техн. наук, гл. инж., philimo-nov_a@mail.ru, Россия, Бор, Новые промышленные технологии,

Филимонов Вячеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., fwiumz@mail.ru, Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный технический университет

MANUFACTURING OF CLOSED PROFILE FOR AIR DUCT CONNECTORS USING

SEMI-CLOSED FORMING DIAGRAM

A.V. Filimonov, V.I. Filimonov

There was developed a roll-forming technology of a profile for air duct connectors manufacturing on the basis of semi-closed forming diagram. There are described the technology development stages, concomitant technological calculations and accuracy specifications of the manufactured profile.

Key words: roll-forming, air duct connector, number of passes, forming zone length, forming roll.

Filimonov Andrey Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, chief engineer, philimonov_a@,mail. ru, Russia, Bor, New Industrial Technologies,

Filimonov Vyacheslav Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, fwiumz a mail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Technical University

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.