RU2015772C1

RU2015772C1 - Roller machine for sheet-bending

Info

Publication number: RU2015772C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Никитин; И.М. Закиров; А.В. Сосов; А.Г. Мартьянов
Original assignee: Казанский государственный технический университет
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: machine has driven forming roller 1 with flexible cover and bending mandrel, that has rollers 5, mounted in pits of central support 3, and movable supports 4, located symmetrically relatively central support 3. Supports 4 have drive of vertical motion. Central support 3 is mounted on movable traverse 2. EFFECT: machine provides bending of pieces with variable curvature without mandrel change. 3 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оборудованию для гибки листового и профильного металла. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to equipment for bending sheet and shaped metal.

Известно ротационное пластическое формообразование эластичной средой деталей из листового и профильного металла с применением жесткого валка и валка с эластичным покрытием (книга Закирова И.М., Лысова М.И. Гибка на валах с эластичным покрытием. - М.: Машиностроение, 1985. - 144 с.), где дано определение схем гибки. Known rotational plastic shaping by an elastic medium of parts made of sheet and shaped metal using a hard roll and roll with an elastic coating (book Zakirova IM, Lysova MI Bending on shafts with an elastic coating. - M .: Mechanical Engineering, 1985. - 144 p.), Where bending patterns are defined.

В зависимости от глубины внедрения контакт заготовки с жестким валком может быть линейным (по образующей) и сопряженным (по поверхности жесткого валка). Depending on the penetration depth, the contact of the workpiece with the hard roll can be linear (along the generatrix) and conjugate (along the surface of the hard roll).

При линейном контакте формообразование осуществляется по так называемой свободной схеме, позволяющей получит детали постоянной кривизны при Н_о = const и переменной кривизны, когда глубина внедрения изменяется (Н_о = var).With linear contact, the shaping is carried out according to the so-called free scheme, which allows to obtain details of constant curvature at Н _о = const and variable curvature, when the penetration depth changes (Н _о = var).

При увеличении глубины внедрения до определенного значения кривизна заготовки становится равной кривизне жесткого валка и дальнейшее увеличение глубины не приводит к нарастанию кривизны, а способствует расширению угла (дуги) контакта заготовки с жестким валком. Такую схему гибки принято называть сопряженной. Для сопряженной схемы гибки определяемыми параметрами являются радиус жесткого валка (валка - оправки), который с учетом пружинения должен обеспечить заданный (остаточный) радиус детали, и глубина внедрения, обеспечивающая гарантированное сопряжение заготовки с жестким валком. With an increase in the penetration depth to a certain value, the curvature of the workpiece becomes equal to the curvature of the hard roll and a further increase in depth does not lead to an increase in curvature, but contributes to the expansion of the contact angle (arc) of the workpiece with the hard roll. This bending scheme is usually called conjugate. For a coupled bending scheme, the defined parameters are the radius of the hard roll (roll - mandrel), which, taking into account the spring, should provide the specified (residual) radius of the part, and the penetration depth, which ensures guaranteed coupling of the workpiece with the hard roll.

Данные исследований показывают, что при гибке по свободной схеме на остаточный радиус детали оказывают влияние нестабильность глубины внедрения, разброс характеристик эластичного покрытия, механических характеристик заготовки и ее толщины, что в целом приводит к нестабильности остаточной кривизны детали. The research data show that when bending according to the free scheme, the residual radius of the part is affected by instability of the penetration depth, the scatter of the characteristics of the elastic coating, the mechanical characteristics of the workpiece and its thickness, which generally leads to instability of the residual curvature of the part.

Сопряженная гибка характеризуется более высокой точностью. Это обусловлено тем, что заданием глубины внедрения с некоторым запасом гарантируется сопряжение изгибаемой заготовки с жестким валком. Таким образом влияние на конечный радиус детали перечисленных выше факторов исключается. Paired bending is characterized by higher accuracy. This is due to the fact that by setting the penetration depth with a certain margin, the coupling of the bent workpiece with the hard roll is guaranteed. Thus, the influence on the final radius of the part of the above factors is eliminated.

Исследования показывают, что, например, для гибки цилиндрических обечаек из титановых сплавов с толщиной стенки до 1,5 мм и диаметрами 100-300 мм с приемлемой (заданной) точностью листогибочная машина должна быть оснащена 80 оправками с шагом 1 мм диаметрами 40-120 мм. Из этого следует, что предпочтительной является сопряженная схема гибки, обеспечивающая необходимую точность изготовления цилиндрических обечаек в производственных условиях. Недостатком сопряженной схемы, особенно в условиях многономенклатурного многосерийного производства, является необходимость иметь относительно широкий диапазон (номенклатуру) валков - оправок. Studies show that, for example, for bending cylindrical shells made of titanium alloys with a wall thickness of up to 1.5 mm and diameters of 100-300 mm with acceptable (predetermined) accuracy, the bending machine should be equipped with 80 mandrels with a pitch of 1 mm, diameters of 40-120 mm . It follows from this that the conjugated bending scheme is preferable, providing the necessary accuracy in the manufacture of cylindrical shells under production conditions. The disadvantage of the conjugate scheme, especially in conditions of multi-item multi-series production, is the need to have a relatively wide range (nomenclature) of rolls - mandrels.

Известна двухвалковая листогибочная машина, принятая за прототип, содержащая приводной формующий валок с эластичным покрытием, сменную оправку в виде валка и опорный элемент, устанавливаемый на траверсе, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения относительно формующего валка в направлении, перпендикулярном его оси. Known double-roll bending machine, adopted for the prototype, containing a drive forming roll with an elastic coating, a removable mandrel in the form of a roll and a support element mounted on a traverse having the ability to reciprocate relative to the forming roll in a direction perpendicular to its axis.

Гибка в данной машине осуществляется следующим образом. Bending in this machine is as follows.

Определяется потребный диаметр валка-оправки, обеспечивающего с учетом пружинения получение детали заданной кривизны. В соответствии с диапазоном, в который входит этот диаметр, на траверсу монтируется сменный опорный элемент соответствующего типоразмера, на который устанавливается валок-оправка. Затем осуществляется сближение валков и внедрение на расчетную глубину валка-оправки в эластичное покрытие формующего валка. В зону их контакта подается заготовка и включается привод вращения формующего валка, при этом заготовка изгибается относительно валка-оправки. The required diameter of the mandrel roll is determined, which, taking into account the springing, provides a part with a given curvature. In accordance with the range in which this diameter enters, a removable support element of the corresponding standard size, on which the mandrel roll is mounted, is mounted on the beam. Then the rapprochement of the rolls and the introduction of the calculated depth of the mandrel roll into the elastic coating of the forming roll is carried out. A workpiece is fed into their contact zone and the drive of rotation of the forming roll is turned on, while the workpiece is bent relative to the work roll.

К недостаткам этой машины следует отнести следующее. The disadvantages of this machine include the following.

Во-первых, для производства широкой номенклатуры деталей требуется большое количество сменных валков-оправок (например, для изготовления трубных деталей из титановых сплавов в диапазоне диаметров 100-300 мм и толщиной стенки до 1,5 мм необходимо 80 оправок диаметром 40-120 мм). Во-вторых, необходимо определенное количество сменных опорных элементов. В-третьих, вследствие того, что установка относительно больших по диаметру валков-оправок, а также соответствующих их размерам сменных опорных элементов приводит к значительному конструктивному усложнению машины, на одной машине нецелесообразно изготавливать детали широкого при кривизне диапазона. В-четвертых, машина не предназначена для производства деталей переменной кривизны. Firstly, the production of a wide range of parts requires a large number of interchangeable mandrel rolls (for example, for manufacturing tubular parts from titanium alloys in the range of diameters of 100-300 mm and wall thicknesses up to 1.5 mm, 80 mandrels with a diameter of 40-120 mm are required) . Secondly, you need a certain number of interchangeable support elements. Thirdly, due to the fact that the installation of relatively large diameter rolls-mandrels, as well as interchangeable supporting elements corresponding to their sizes, leads to a significant structural complication of the machine, it is impractical to produce parts of a wide range with a curvature on one machine. Fourth, the machine is not intended for the production of parts of variable curvature.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей машины за счет универсализации оправки. The aim of the invention is to expand the technological capabilities of the machine due to the universalization of the mandrel.

С этой целью в валковой листогибочной машине, содержащей формующий валок с эластичным покрытием, подвижную траверсу и гибочную оправку с рабочим и опорным элементами, последний из которых жестко закреплен на траверсе, оправка снабжена дополнительными подвижными опорными элементами, расположенными симметрично относительно имеющегося, с приводом их вертикального перемещения, а рабочий элемент оправки выполнен в виде катков, размещенных в гнездах, выполненных в опорных элементах. To this end, in a roll bending machine containing a forming roll with an elastic coating, a movable crosshead and a bending mandrel with a working and supporting elements, the last of which is rigidly fixed to the crossarm, the mandrel is equipped with additional movable supporting elements located symmetrically relative to the existing one, with their vertical drive movement, and the working element of the mandrel is made in the form of rollers placed in sockets made in the supporting elements.

В изобретении оправка универсальная, что позволяет, не производя смену оправки, осуществлять гибку деталей широкого диапазона по кривизне, а также изготовлять детали переменной кривизны по сопряженной схеме. Таким образом изобретение обеспечивает получение нового положительного эффекта, а именно, расширение технологических возможностей за счет универсализации оснастки и удовлетворяет критерию "существенные отличия". In the invention, the mandrel is universal, which allows, without changing the mandrel, to bend parts of a wide range of curvature, as well as to produce parts of variable curvature according to the conjugate scheme. Thus, the invention provides a new positive effect, namely, the expansion of technological capabilities due to the universalization of equipment and meets the criterion of "significant differences".

Для пояснения сути изобретения на фиг.1 представлен вид спереди на формующий валок и гибочную оправку; на фиг.2 - разрез по А-А с фиг.1; на фиг.3 - расчетная схема для определения максимального расстояния между осями катков. To explain the essence of the invention, Fig. 1 is a front view of a forming roll and a bending mandrel; figure 2 is a section along aa from figure 1; figure 3 is a design diagram for determining the maximum distance between the axes of the rollers.

Валковая листогибочная машина содержит формующий валок 1 с эластичным покрытием, подвижную траверсу 2 с установленной на ней гибочной оправкой, состоящей из центральной опоры 3, неподвижно установленной на траверсе 2, симметрично расположенных относительно нее подвижных опор 4 и катков 5, причем подвижные опоры 4 снабжены приводом вертикального перемещения, состоящим из подвижных клиньев 6, перемещаемых ходовыми винтами 7, вращаемыми приводом вращения 8. The roll bending machine comprises a forming roll 1 with an elastic coating, a movable crosshead 2 with a bending mandrel installed on it, consisting of a central support 3, fixedly mounted on the crosshead 2, movable bearings 4 and rollers 5 symmetrically arranged relative to it, the movable bearings 4 provided with a drive vertical movement, consisting of movable wedges 6, moved by spindles 7, rotated by the rotation drive 8.

Для обеспечения заданной точности получения деталей максимальное расстояние между осями катков 5 должно быть таким, чтобы отклонение действительной формы детали от описанной около катков окружности было не больше величины δ, определяемой заданной точностью получения деталей. To ensure a given accuracy in the production of parts, the maximum distance between the axes of the rollers 5 should be such that the deviation of the actual shape of the part from the circumference described near the rollers is not greater than δ determined by the specified accuracy of the parts.

На фиг. 3 представлена расчетная схема для определения максимального расстояния между осями катков для оправки, состоящей из трех катков (фиг. 2). В точке касания детали со средним катком введена заделка и рассматривается участок детали от Х = 0 до Х_р - координата выхода детали из контакта с эластичным покрытием формующего валка; ρ- радиус описанной окружности; Х_к - координата точки касания детали с крайним катком; q - распределенная нагрузка, действующая на деталь со стороны эластичного покрытия формующего валка; δ- отклонение действительной формы детали от описанной окружности.In FIG. 3 presents a design scheme for determining the maximum distance between the axes of the rollers for a mandrel consisting of three rollers (Fig. 2). At the point of contact of the part with the middle roller, termination is introduced and the part section from X = 0 to X _p is considered — the coordinate of the part coming out of contact with the elastic coating of the forming roll; ρ is the radius of the circumscribed circle; X _to - the coordinate of the point of contact of the part with the extreme roller; q is the distributed load acting on the part from the side of the elastic coating of the forming roll; δ is the deviation of the actual shape of the part from the circumscribed circle.

Для определения величины δфункцию прогибов детали в зоне ее контакта с эластичным покрытием формующего валка - на участках O-X_к и X_к-X_р можно задать, например, полиномами третьей степени, соответственно
Y = C _o' + C₁' X + C₂' X² + C₃ 'X³; (1)
Y = C_o''+ C₁'' X + C₂'' X² + C₃'' X³, (2) коэффициенты которых определяются из условий, что значения функций их первых и вторых производных в точках Х = 0 и Х = Х_к равны значениям соответствующих параметров описанной около катков окружности. В точке Х = Х_к для получения детали заданной кривизны изгибающий момент от внешней нагрузки со стороны участка Х_к-X_р должен быть равен моменту внутренних сил, потребному для изгиба заготовки на радиус описанной окружностиρ . В соответствии с формулами (2, 8) момент внутренних сил определяется выражением
M =

E_nJ_уп+

K_n·J_пл, (3) где Е = Е/(1 -μ)² - приведенный модуль упругости материала детали,
Е - модуль упругости материала детали;
μ- коэффициент Пуассона ( μ= 0,5 - для пластического изгиба);
К = (2/

) ¹⁺ⁿ К - приведенная константа аппроксимирующей кривой упрочнения;
К,n - константы аппроксимирующей кривой упрочнения;
I_уп, I_пл - приведенные моменты инерции соответственно упруго и пластически деформированных зон сечения детали относительно нейтральной оси.To determine the value of δ, the function of the deflection of the part in the zone of its contact with the elastic coating of the forming roll — in sections OX _k and X _k —X _p, can be specified, for example, by polynomials of the third degree, respectively
Y = C _o '+ C ₁ ' X + C ₂ 'X ² + C ₃ ' X ³ ; (1)
Y = C _o '' + C ₁ '' X + C ₂ '' X ² + C ₃ '' X ³ , (2) the coefficients of which are determined from the conditions that the values of the functions of their first and second derivatives at points X = 0 and X = X _to equal the values of the corresponding parameters described around the rollers of the circle. At the point X = X _k, in order to obtain a part of a given curvature, the bending moment from the external load from the side of the section X _to -X _p must be equal to the moment of internal forces required for bending the workpiece to the radius of the circumscribed circle _ρ . In accordance with formulas (2, 8), the moment of internal forces is determined by the expression
M =

E _n J _yn +

K _n · J _PL , (3) where E = E / (1 -μ) ² is the reduced modulus of elasticity of the material of the part,
E is the modulus of elasticity of the material of the part;
μ is the Poisson's ratio (μ = 0.5 - for plastic bending);
K = (2 /

) ^{1 + n} K is the reduced constant of the approximating hardening curve;
To, n are the constants of the approximating hardening curve;
I _pack , I _PL - reduced moments of inertia, respectively, of elastically and plastically deformed zones of the section of the part relative to the neutral axis.

Величины I_уп и I_пл в зависимости от формы поперечного сечения определяются по известным зависимостям.The values of I _UP and I _PL depending on the shape of the cross section are determined by known dependencies.

Момент изгиба от внешней нагрузки
M_изг=

q(X-X_k)d_x, (4) где q = Е_э˙ε- распределенная нагрузка, действующая со стороны эластичного покрытия на деталь;
ε =

- относительная деформация эластичного покрытия;
y_э=

- ордината поверхности эластичного покрытия в недеформированном состоянии;
Y_(x) - ордината детали;
Y_г - ордината поверхности гильзы формующего валка;
R_г - радиус гильзы формующего валка.Bending moment from external load
M _ex =

q (XX _k ) d _x , (4) where q = Е _э ˙ε is the distributed load acting on the part from the elastic coating;
ε =

- relative deformation of the elastic coating;
y _e =

- the ordinate of the surface of the elastic coating in an undeformed state;
Y _(x) - the ordinate of the part;
Y _g - the ordinate of the surface of the sleeve of the forming roll;
R _g is the radius of the sleeve of the forming roll.

Коэффициенты полиномов (1) и (2) находят из граничных условий:
при Х = 0 y″_(o)= 2C

=

;
при Х = Х_к

-

;
(5)
при Х = Х_р

; где r - заданный (остаточный) радиус кривизны детали;
α= arccos (X_к/ρ ).The coefficients of polynomials (1) and (2) are found from the boundary conditions:
at X = 0 y ″ _(o) = 2C

=

;
at X = X _to

-

;
(5)
when X = X _p

; where r is the specified (residual) radius of curvature of the part;
α = arccos (X _c / ρ).

Величина ρопределяется по известной формуле

=

1-

J_уп/J+K_nJ

/(EJ)

(6) методом последовательных приближений.The value of ρ is determined by the well-known formula

=

1-

J _yn / J + K _n J

/ (EJ)

(6) by the method of successive approximations.

Неизвестными при вычислении коэффициентов полиномов являются величины Н_о и Х_р. Определение этих величин проводят методом последовательных приближений, используя в качестве критериев
равенство моментов, вычисленных по формулам (3) и (4);
глубину внедрения при Х = Х_р равна нулю, т.е.:
Y_э = Y(Х_р)
Определив значения коэффициентов полиномов, находят максимальную величину δ, задавая значения Х в интервале ОХ_к
δ= Y(x) - Y(ρ) (8) где y(ρ) = R_э+ρ-H_o-

- ордината описанной окружности.Unknown in the calculation of the coefficients of polynomials are the values of H _about and X _p . The determination of these quantities is carried out by the method of successive approximations, using as criteria
equality of moments calculated by formulas (3) and (4);
the penetration depth at X = X _p is equal to zero, i.e.:
Y _e = Y (X _p )
Having determined the values of the coefficients of the polynomials, find the maximum value of δ, setting the values of X in the interval OH _to
δ = Y (x) - Y (ρ) (8) where y (ρ) = R _e + ρ-H _o -

- ordinate of the circumscribed circle.

Если величина δбольше допустимой величины, уменьшается значение Х_ки расчет повторяется.If the value of δ is greater than the permissible value, the value of X _k decreases and the calculation is repeated.

Машина работает следующим образом. The machine operates as follows.

Перед гибкой заготовки 9 подвижные опоры 4 выставляются таким образом, чтобы описанная около катков окружность имела радиус ρ, рассчитанный по формуле (6). Заготовку укладывают так, чтобы ее торец при последующем контакте был на линии касания с крайним катком 5. Before the flexible blank 9, the movable bearings 4 are set so that the circumference described near the rollers has a radius ρ calculated by formula (6). The workpiece is laid so that its end face on subsequent contact is on the line of contact with the extreme roller 5.

Производят сближение формующего валка 1 с оправкой до достижения расчетной глубины внедрения Н_о, методика определения которой описана выше. Включают привод вращения формующего валка, в результате чего происходит гибка детали.The forming roll 1 is brought closer to the mandrel until the calculated penetration depth H _{o is} reached, the determination procedure of which is described above. The rotation drive of the forming roll is turned on, as a result of which the part is flexible.

При гибке деталей переменной кривизны действия аналогичны, но с той разницей, что радиус ρопределяют как функцию по длине заготовки в направлении гибки. В процессе гибки подвижные опоры перемещают так, чтобы изгибаемому участку детали с заданным радиусом кривизны r соответствовало рассчитанное значение ρ. When bending parts with variable curvature, the actions are similar, but with the difference that the radius ρ is determined as a function of the length of the workpiece in the bending direction. During bending, the movable supports are moved so that the calculated value of ρ corresponds to the bent part of the part with a given radius of curvature r.

Таким образом, изобретение позволяет производить гибку по сопряженной схеме деталей как с постоянной, так и с переменной кривизной в широком диапазоне ее изменения без смены оправки, что расширяет технологические возможности машины. Thus, the invention allows bending according to the conjugated scheme of parts with both constant and variable curvature in a wide range of its changes without changing the mandrel, which expands the technological capabilities of the machine.

Claims

ROLL BENDING MACHINE, comprising a forming roll with an elastic coating, a movable traverse and a bending mandrel with a working and supporting elements, the last of which is rigidly mounted on the traverse, characterized in that the mandrel is equipped with additional movable supporting elements located symmetrically relative to the existing one, with a drive of their vertical movement, and the working element of the mandrel is made in the form of rollers placed in sockets made in the supporting elements.