Инженерные и технологические расчеты процессов ОМД

Моделирование процесса изготовления в роликах профиля Z-образного сечения

В работе исследовано напряженно-деформированное состояние заготовки в процессе профилирования в роликовых калибрах при изготовлении несимметричного профиля Z-образного сечения с помощью программы LS-DYNA . Показана причина скрутки профиля в продольном направлении на основе изучения продольных деформаций. Исследование выполнено в научных целях.

Процесс профилирования в роликовых калибрах является одним их наиболее производительных и перспективных процессов в листовой обработке металлов давлением. Но, как и у любого процесса у него существуют и недостатки. В частности, при изготовлении профиля с несимметричным поперечным сечением, например, Z-образного сечения, возникает неустранимая скрутка профиля в продольном направлении. Скрутка связана с различными величинами продольной деформации по краям профиля.

Цель моделирования - определение величин продольных деформаций по краям профиля, с последующим определением способов их выравнивания и, таким образом, уменьшении скрутки. Для решения данной задачи использовалось математическое моделирование с помощью программы LS-DYNA версии 971.

Несимметричный профиль Z-образного сечения представлен на рис. 1. Процесс изготовления профиля из листовой заготовки происходит в 4-х роликовых калибрах (рис. 2), где последовательной подгибкой образуется требуемое поперечное сечение профиля. Материал профиля - холоднокатаная сталь 08пс, задан типом элемента Shell 163 с формулировкой №7 (corotational Hughes-Liu). Материал роликов - инструментальная сталь У8, задан твердым (Rigid) типом элемента Shell 163.

Рис. 1. Профиль Z-образного сечения 70х15х0,5	Рис. 2. Формообразующая оснастка (4 пары роликовых калибров) для изготовления Z-образного профиля

Формующие ролики ограничены от всех перемещений, разрешено только вращение в направлении плоскости проката. На исходную плоскую заготовку ограничения не прикладываются. Для захода с первый калибр к заготовке прикладывалась начальная скорость (INITIAL_VELOCITY). На ролики задавались угловые скорости, соответствующие направлению проката. Движение полосы через калибры происходит под воздействием сил трения, возникающих в процессе подгибки элементов полок, что полностью соответствует реальному процессу.

Конечно-элементная модель (рис. 3) была создана в программе ANSYS и включала в себя 120000 оболоченных элементов на исходной заготовке и 28800 оболоченных элементов на роликовом инструменте. После задания всех необходимых параметров задача передавалась решателю LS-DYNA . Результаты обрабатывались в программе LS-PrePost .

Рис. 3. Конечно-элементная модель роликов и заготовки

Результаты моделирования приведены на рис. 4, 5. Сечения профиля по переходам приведены на рис. 4.

Рис.4. Этапы изготовления Z-образного профиля. Распределение пластических деформаций по сечению профиля

Рис. 5. Графики продольных деформаций по ходу движения профиля на левом (а) и правом (б) краю профиля

Опробование данной схемы производилось на гибочно-прокатном стане. Угол скрутки замеряли после каждого перехода. Окончательный угол скрутки составлял 24 град/метр (рис. 6).

Рис. 6. Скрутка профиля Z-образного сечения

По результатам моделирования в программе LS - DYNA можно сделать следующие выводы: основная причина скрутки - остаточные деформации по одному из краев профиля. Для получения прямолинейного профиля необходимо применить способы, позволяющие уравновесить эти деформации, например, рациональный подбор углов подгибки профиля, что также осуществимо в данной программе.