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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Рисунок 2.11 Схема контроля качества в линии ТЭСА 1020

 

                                      3. Специальная часть

 

3.1 Выбор рабочего инструмента

 

     Рабочий инструмент вертикальной гибочной балки – пуансон. Пуансон выполняется составным, так как схему формоизменения принимаем трехрадиусной. Выбор трехрадиусной схемы связан целью снижения требуемого усилия формовки. Так же применение такой схемы позволит уменьшить раскрытие заготовки по сравнению с однорадиусной схемой. Он показан на рисунке 8. Пуансон состоит из трех частей, образующих поверхность формоизменения.

 

 

 

 

 

 

 

                            

                                   Рисунок 3.1 Рабочий инструмент

 

     Это центральная, переходная и периферийная части инструмента. Радиус поверхности центральной части равен 164 мм, переходной 395 мм и периферийной части 261 мм. Все части крепится на базовой части инструмента. Высота инструмента составляет 395 мм, а его ширина равна 790 мм. Общая длина рабочего инструмента больше длины трубы и составляет 13 м. По длине пуансон также выполняется составным, каждая часть которого составляет 3250 мм.

     Масса рабочего инструмента,  выполненного из стали 30ХГТ:

m_инс = ω ^. V_инс = ω ^. L_инс ^. 2(α ^. ρ² + γ ^. R² + φ ^. r²) =

= 7,8 ^. 13 ^. 2(0,45 ^. 0,26² + 0,4 ^. 0,39² + 1,44 ^. 0,16²) = 31600 кг = 31,6 т

     Вес рабочего инструмента  Р_инс тогда равен:

Р_инс = g ^. m_инс = 9,81 ^. 31600 = 310000 H = 0,31 MH

 

3.2 Расчет геометрические параметры очага формоизменения листа на прессе предварительной формовки

 

     Расчет геометрические параметры очага формоизменения листа на прессе предварительной формовки произведен для типоразмера трубы D_т Х S_т = 820 Х 30 мм. Расчет проводится в обратном порядке. Начинается расчет с определения геометрических параметров на этапе получения U-образной заготовки и далее определяются геометрические параметры для этапа подгибки роликами и затем на этапе предварительной формовки.

 

3.2.1 Расчет геометрические параметры очага формоизменения листа на прессе предварительной формовки на этапе U-образная заготовка

 

    Расчет геометрических параметров этапов формоизменения ведется в обратном порядке. Находим ширину заготовки и рассчитываем длину, радиус формовки центрального участка. Ширина заготовки равна: В = D_гт – 30 = 820 – 30 = 790 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                               

 

                                                            

 

                                                               Рисунок 3.2  Этап U-образная заготовка

 

    Далее находим радиус  центрального участка, который определяется как половина ширины U-образной заготовки:

R₀ = В / 2 = 790 / 2 = 395 мм.

Так как при трехрадиусной схеме заготовка состоит из двух периферийных и одного центрального участка и двух участков перехода, то необходимо найти длины участков, радиусы формовки и углы формовки для каждого из участков по нейтральному сечению. Угол центрального участка рассчитывается как разность максимального угла формовки и углов переферийного и переходного участков. При этом максимальный угол формовки β должен составлять π.

φ = β - 2α - 2γ = 3,14 – 2 ^. 0,45 – 2 ^. 0,4 = 1,44 рад

Находим радиус центрального участка трехрадиусной схемы через угол и длину центрального участка:                  

r₀ = l₀^Ц / φ = 237 / 1,44 = 164,5 мм

    Затем для трехрадиусной схемы вычисляются углы формовки переферийного и переходного участков. Угол периферийного участка определяется как отношение длины участка к радиусу формовки:

α = l₀^п / ρ₀ = 118,5 / 261,5 = 0,45 рад

   Так же определяется угол  формовки участка перехода:

γ = l₀^пр / R₀ = 158 / 395 = 0,4 рад

   Длина центрального участка задается равной как произведение радиуса на угол формовки:

l₀^Ц = 0,3 ^. В = 0,3 ^. 790 = 237 мм

   Для трехрадиусной схемы,  кроме того, необходимо найти  длину периферийного участка  и участка перехода. Длина периферийного участка берется как 30 % от всей ширины заготовки, но так как участков два, то длина одного участка равна 15 % от всей ширины заготовки:

l₀^п = 0,15 ^. В = 0,15 ^. 790 = 118,5 мм

    Длина участка перехода  находится как разность между шириной заготовки и длинами других участков:

l₀^пр = (В – 2 ^. l₀^п – l₀^Ц) / 2 = (790 – 2 ^. 118,5 – 237) / 2 = 158 мм

А радиус периферийного участка  определяется как разность между  радиусом формовки по наружной поверхности и половиной толщины стенки:

ρ₀ = ρ_Н - (S/2) = 276,5 - (30/2) = 261,5 мм

     Рассчитав длины и  радиусы участков по нейтральному  сечению, далее следует найти  их по наружной и внутренней поверхности. Расчет ведется для толщины стенки 30 миллиметров. Радиус формовки периферийного участка по наружному волокну определяется как половина разности ширины заготовки и длины центрального участка:

ρ_Н = (В - l₀^Ц) / 2 = (790 – 237) / 2 = 276,5 мм

Радиус формовки по внутреннему  сечению вычисляется как разность между радиусом формовки по наружной поверхности и толщиной стенки:

ρ_BH = ρ_Н - (S) = 276,5 - (30) = 246,5 мм

    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 сечению 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 для трехрадиусной схемы:            

r_BH = r₀ - (S/2) = 164,5 - (30/2) = 149,5 мм

r_H = r₀ + (S/2) = 164,5 + (30/2) = 179,5 мм

Длина участка по внутреннему и наружному сечению:

l_BH^Ц = φ ^. (r_BH) = 1,44 ^. (149,5) = 215,3 мм

l_BH - длина дуги внутренней поверхности листа;

l_H^Ц = φ ^. (r_H) = 1,44 ^. (179,5) = 258,5 мм

l_H - длина дуги наружной поверхности листа;

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

R_BH = R₀ - (S/2) = 395 - (30/2) = 380 мм

R_H = R₀ + (S/2) = 395 + (30/2) = 410 мм

  Длина переходного участка по внутреннему и наружному сечению равна:

l_BH^пр = γ ^. (R_BH) = 0,4 ^. (380) = 152мм

l_BH - длина дуги внутренней поверхности листа;

l_H^пр = γ ^. (R_H) = 0,4 ^. (410) = 164 мм

  Длина переферийного участка по внутреннему и наружному сечению равна:

l_BH^п = α ^. (ρ_BH) = 0,47 ^. (246,5) = 115,8 мм

l_H^п = α ^. (ρ_H) = 0,47 ^. (276,5) = 125,7 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^.158 + 2^.118,5 + 237)) / 2 = 497,5 мм

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

Н = h_К + h_СР + h_Ц = 124,7 + 497,5 + 395 = 1017,2 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  длине одного среднего участка:

h_СР = l₀^СР = 497,5 мм

Высота центрального участка для  трехрадиусной схемы 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)) = 790 – (384 – 354cos(0,69/2)) = 739,2 мм

 

 

  3.2.2 Расчет геометрические параметры очага формоизменения листа на прессе предварительной формовки на этапе подгибки центральной части роликами

 

    Находим ширину  заготовки и рассчитываем длину,  радиус формовки центрального участка.

Далее находим радиус участка  перехода для трехрадиусной схемы, которые определяется как половина ширины заготовки и берется на 10 % меньше чем на этапе U-образной заготовки.

R₀ = 0,9 ^. (В / 2) = 0,9 ^. (790 / 2) = 355,5 мм

 

    

                                        

 

 

 

 

 

 

 

                                          

 

 

                                      Рисунок 3.3 Этап подгибки центральной части роликами

 

     Находим радиус  центрального участка через угол и длину центрального участка:                  

r₀ = l₀^Ц / φ = 213,3 / 1,32 = 161,5 мм

     Так как при трехрадиусной  схеме заготовка состоит из  двух периферийных и одного  центрального участка и двух участков перехода, то необходимо найти длины участков, радиусы формовки и углы формовки для каждого из участков по нейтральному сечению. Угол центрального участка рассчитывается как разность максимального угла формовки и углов переферийного и переходного участков. При этом максимальный угол формовки β должен составлять π.

φ = β - 2α - 2γ = 3,14 – 2 ^. 0,4 – 2 ^. 0,51 = 1,32 рад

   Затем для трехрадиусной схемы вычисляются углы формовки переферийного и переходного участков. Угол периферийного участка определяется как отношение длины участка к радиусу формовки:

α = l₀^п / ρ₀ = 106,7 / 273,4 = 0,40 рад

   Так же определяется угол  формовки участка перехода:

γ = l₀^пр / R₀ = 181,7 / 355,5 = 0,51 рад

Длина центрального участка для  трехрадиусной схемы задается равной 30 % от ширины заготовки и берется  на 10 % меньше чем на этапе U-образной заготовки:

l₀^Ц = 0,9(0,3 ^. В) = 0,9(0,3 ^. 790) = 213,3 мм

       Для трехрадиусной  схемы кроме того, необходимо  найти длину периферийного участка  и участка перехода. Длина периферийного участка берется как 30 % от всей ширины заготовки, но так как участков два, то длина одного участка равна 15 % от всей ширины заготовки и при этом берется на 10 % меньше чем на этапе U-образной заготовки:

l₀^п = 0,9(0,15 ^. В) = 0,9(0,15 ^. 790) = 106,7 мм

    Длина участка перехода  находится как разность между  шириной заготовки и длинами других участков:

l₀^пр = (В – 2 ^. l₀^п – l₀^Ц) / 2 = (790 – 2 ^. 106,7 – 213,3) / 2 = 181,7 мм

А радиус периферийного участка  определяется как разность между  радиусом формовки по наружной поверхности и половиной толщины стенки:

ρ₀ = ρ_Н - (S/2) = 288,4 - (30/2) = 273,4 мм

     Рассчитав длины и  радиусы участков по нейтральному  сечению, далее следует найти  их по наружной и внутренней поверхности. Расчет ведется для толщины стенки 30 миллиметров. Радиус формовки периферийного участка по наружному волокну определяется как половина разности ширины заготовки и длины центрального участка:

ρ_Н = ((В - l₀^Ц) / 2) = (790 – 213,3) / 2) = 288,4 мм

Радиус формовки по внутреннему  сечению вычисляется как разность между радиусом формовки по наружной поверхности и толщиной стенки:

ρ_BH = ρ_Н - (S) = 288,4 - (30) = 258,4 мм

    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: