Моделирование контактных взаимодействий роликового инструмента с полкой профиля швеллерного типа при изготовлении гнутых профилей методом интенсивного деформирования

Марковцева Валерия Владимировна, аспирантка

Для исследования был выбран профиль швеллерного типа – 60хBхS, для которого были проведены исследования при варьировании высоты полки (В) и толщины исходной заготовки (S) (рис. 1). В качестве инструмента использовали роликовую оснастку с вертикальными буртами, специфичную для интенсивных методов деформирования [1] (рис. 2).

Рис. 1. Исследуемый профиль швеллерного типа 60хBxS и варьирование его геометрических параметров

В данных калибрах были исследованы все 9 вариантов геометрии профиля. Для получения необходимого зазора применялась разрезная конструкция роликового инструмента, что позволило в программе смещать части роликов, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости. Использование номинальной ширины заготовки (при изготовлении профиля 60х38хS) соответствовало изготовлению методом интенсивного деформирования, поскольку происходил как контакт с буртом нижнего ролика, так и с его конической частью (рис. 3). Использование меньшей ширины заготовки (при изготовлении профилей 60х26хS и 60х14хS) соответствовал традиционному методу изготовления (контакт на первых 2-х, 3-х переходах происходил только с конической частью нижнего ролика). Наличие контакта с буртом ролика и другие особенности формовки в зависимости от геометрических параметров рассматриваемого профиля представлены в табл. 1.

Рис. 2. Технологические роликовые калибры для изготовления профиля швеллер 60хBxS

Рис. 3. Зоны контакта полки профиля с нижним роликом:

1 – контакт с буртом ролика, 2 – контакт с конической частью ролика

Таблица 1. Наличие контакта полки профиля с буртом нижнего ролика, величина контактного давления (МПа) и характерный вид контакта

На первом и втором переходах контакт с буртом имел место только для профилей с шириной полки В=38 мм, на третьем переходе для профилей с полкой В=38 и В=26 мм, на четвёртом переходе контакт с буртом происходит для всех ширин полок профиля. Характерно, что при углах подгибки 200 и 450 контакт происходил с предторцевой зоной заготовки, а при углах 750

контакт смещался в сторону угловой зоны профиля, что было отмечено в наших более ранних работах [1]. Зоны контакта с конической частью нижнего ролика и максимальные значения контактного давления по переходам приведены на рис. 4-7. Направление движение заготовки слева – направо.

Рис. 4. Зоны контакта между конической частью нижнего ролика и заготовкой на первом переходе ( α =20⁰) и максимальные давления (МПа) для швеллера 60хВхS

Рис. 5. Зоны контакта между конической частью нижнего ролика и заготовкой на втором переходе ( α =45⁰) и максимальные давления (МПа) для швеллера 60хВхS

Рис. 6. Зоны контакта между конической частью нижнего ролика и заготовкой на третьем переходе ( α =75⁰) и максимальные давления (МПа) для швеллера 60хВхS

Рис. 7. Зоны контакта между цилиндрической частью нижнего ролика (включая бурт) и заготовкой на четвертом переходе ( α =90⁰) и максимальные давления (МПа) для швеллера 60хВхS

Выводы:

• 1.    Уменьшение толщины исходной заготовки приводит к уменьшению как площади ЗК, так и величины максимального контактного давления.

• 2.    Форма ЗК отличается в случае наличия контакта с буртом (рис. 4а, b; рис. 5а, b, c) и без контакта с буртом (рис. 4d, e, f; рис. 5d, e, f). В первом случае мы имеем изогнутую ЗК с максимальными контактными давлениями, как правило, у края полки. Во втором случае имеем сложную эллипсную (овальную) форму ЗК, центральная ось которой находится на прямой,

• 3.    Характерно наличие нескольких пиков контактного давления по ЗК: как правило, данные пики расположены вблизи угловой зоны профиля или у торца полки профиля.

• 4.    При углах подгибки до 45⁰ характерным является то, что начальный контакт происходит с предторцевым участком заготовки.

• 5.    При углах подгибки 90⁰ форма ЗК имеет более сложный вид. Характерно наличие значительного участка контакта с буртом нижнего ролика (рис. 7а).

• 6.    Особенностью метода интенсивного деформирования является наличие торцевого давления по полке профиля, что хорошо видно на рис. 7а.

• 7.    При подгибке на 90⁰ при уменьшении величины полки характерно увеличение контактного давления (см. табл. 1), что связано с уменьшением плеча подгибки.

расположенной под некоторым углом. Кроме того, во втором случае имеется разрыв ЗК (возникает дополнительная ЗК у края полки, рис. 4,5,d, e, f).