/
Текст
Е. Н. МОШНИН
д-р техн, наук
ГИБКА И ПРАВКА
НА РОТАЦИОННЫХ
МАШИНАХ
Технология и оборудование
Издание 2-е,
переработанное и дополненное
Сканировал
Е. Лебецкий
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
Москва 1967
УДК 621.981.21
Настоящая книга значительно отличается от выпущенной
в 1956 г. издательством Машгиз книги Е. Н. Мошнина «Гибоч-
ные и правильные машины». Расширена технологическая часть,
дан раздел о гибке труб по вращающемуся шаблону.
В-книге кратко изложена теория пластического изгиба, а так-
же рассмотрены основные технологические процессы гибки и
правки на ротационных машинах, описаны технология и мето-
ды определения технологических параметров процессов. При-
ведены принципиальные конструкции гибочных и правильных
машин.
Освещены новые способы гибки и правки.
Книга предназначена для технологов и конструкторов маши-
ностроительных заводов и проектно-технологических и конст-
рукторских организаций. Табл. 18. Илл. 131. Библ. 45 назв.
Рецензент канд. техн, наук Е. Н Ланской
3-12-3
224-67
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одним из основных направлений в развитии кузнечно-штам-
повочного производства является повышение удельного веса
гибочных и правильных работ. Потребность в применении новой
технологии вызвана принципиальными изменениями в области
конструирования и технологии изготовления машин и сооруже-
ний.
Современное машиностроение характеризуется следующим:
а) стремлением выполнять изделия из меньшего количества
деталей, хотя бы более крупных по размерам, так как благодаря
этому сокращается количество стыков, уменьшается вес и тру-
доемкость изготовления изделия, повышается его эксплуатаци-
онная надежность и сокращаются непроизводительные расходы
металла в стружку;
б) вытеснением литых, кованых и чистосварных деталей
штампо-сварными, изготовляемыми преимущественно из гнутых
элементов, что особенно эффективно при выполнении крупнога-
баритных деталей, в которых исключается круговая механиче-
ская обработка детали; успехи в развитии сварки и физических
методов контроля сварных соединений обеспечили возможность
изготовления с применением гибочных и правйльных работ
высококачественных крупногабаритных деталей из листовых за-
готовок толщиной до 200 мм\
в) широким применением взамен профильного проката лег-
ких профилей, получаемых посредством гибки из полосы или
ленты и прессования.
Гибка и правка широко применяются как при мелкосерий-
ном, так и крупносерийном и даже массовом производствах; при-
меняются в котлостроении, химическом машиностроении, судо-
строении, вагоностроении и сельскохозяйственном машинострое-
нии. Примером использования рассматриваемых процессов при
массовом производстве является производство сварных труб для
газо-нефтепроводов и изготовление приварных фланцев.
Правка находит особенно большое применение в металлур-
гической промышленности, так как почти весь листовой и сорто-
вой прокат, профильные прессованные прутки и трубы подвер-
гаются операции правки.
Технологические процессы гибки и в большинстве случаев
правки производятся посредством пластического изгиба или од-
новременного действия пластического изгиба и растяжения или
сжатия. По характеру деформирования эти процессы обычно
выделяются в самостоятельную группу процессов обработки ме-
таллов давлением.
Гибочные и правильные работы осуществляются на трех ви-
дах оборудования — ротационных машинах, прессах и растяж-
ных машинах.
В книге рассматриваются вопросы технологии гибки и правки
на ротационных машинах, дается анализ этих технологических
процессов и рекомендуются методы расчета и выбора их пара-
метров. Рассматриваются также конструктивные особенности
гибочных и правильных машин и технологической оснастки. Ос-
вещаются теоретические основы пластического изгиба. Процес-
сы гибки и правки на прессах и растяжных машинах рассмот-
рены в другой работе {14]. В книге не рассмотрены процессы
гибки в профилировочных станах, как имеющие специфические
особенности и описанные в самостоятельных трудах.
Книга обобщает опыт внедрения технологических процессов
на заводах, экспериментальные и теоретические исследования ав-
тора, данные отечественной и иностранной технической литера-
туры.
В СССР с 1 января 1963 г. введен в действие ГОСТ 9867—61, которым
устанавливается применение Международной системы единиц измерения (СИ)
как предпочтительной во всех областях науки, техники и народного хозяйства,
а также при преподавании.
Основные единицы Международной системы единиц измерений СИ
Наименование величины Единица измерения Сокращенные обозначения
Длина Масса Время Сила электрического тока Термодинамическая температура .... Сила света метр килограмм секунда ампер градус Кельвина свеча м кг сек а °К св
При переводе принятых в книге единиц измерения в единицы системы СИ
следует пользоваться следующими соотношениями:
Усилие .........................1 кГ » 9,81 н; 1 тс 9,81 103 н
Давление . ... ... 1 кГ1см2 ~ 9,81 • 104 н/м2
Работа............................ 1 кГ - м ~ 9,81 н м
Мощность............................. 1 л. с. = 736 вт
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Начальные размеры изгибаемого бруса (до изгиба)
Н — высота в мм;
Ь — ширина в мм,
I—длина в мм;
Р — площадь поперечного сечения в мм2;
— момент инерции поперечного сечения в мм4;
й7 — момент сопротивления поперечного сечения в мм3;
5 — удвоенный статический момент половины поперечного сечения
в мм3;
8
я, = — — коэффициент профиля;
Н1 — начальный радиус слоя, проходящего через центр тяжести по-
перечного сечения, в мм.
Размеры изогнутого бруса до пружинения
Ло — высота в мм;
10 —длина в мм;
Й — радиус слоя, проходящего через центр тяжести поперечного се-
чения, в мм;
— внутренний радиус в мм;
#н — наружный радиус в мм;
р — радиус нейтрального слоя напряжений, т. е. слоя,
циальные напряжения скачкообразно меняют знак,
ные напряжения достигают наибольшей величины,
Ро — радиус нейтрального слоя деформаций в мм;
у — текущий размер по высоте от нейтрального слоя в
где танген-
а радиаль-
в мм;
мм;
ут — расстояние от нейтрального слоя до граничного слоя между
упругой и пластической зонами в мм;
Ну — текущий радиус в мм;
Й
— — относительный радиус слоя, проходящего
поперечного сечения;
через центр тяжести
Не
г в = —— — относительный
Н
йн
гн = — — относительный
внутренний радиус;
Р
Ро
°=Р'— г в
— относительный
— относительный
— относительное
наружный радиус;
радиус нейтрального слоя
радиус нейтрального слоя
напряжений;
деформаций;
расстояние от крайнего внутреннего слоя до
нейтрального слоя напряжений;
а0=Ро—гв— относительное расстояние от крайнего внутреннего слоя до
нейтрального слоя деформаций;
Ло
Т) = -у — коэффициент уменьшения высоты изгибаемого бруса;
а — угол изгиба в рад.
Размеры изогнутого бруса после пружинения
/?0 — радиус слоя, проходящего через центр тяжести поперечного
сечения, в мм;
Рое— внутренний радиус в мм;
«он — наружный радиус в мм;
гв = — — относительный радиус слоя, проходящего через центр тяжести
И
поперечного сечения;
1
— — относительная кривизна пружинения;
гпр
«о — угол изгиба в рад;
Да — угол пружинения в рад.
Величины, характеризующие интенсивность нагрузки
М — изгибающий момент в кГ мм;
М
т =------ — относительный изгибающий момент,
и/от
Мо — изгибающий момент чисто пластического изгиба без упрочнения
или начальный изгибающий момент чистопластического изгиба
с упрочнением в кГ мм.
Показатели механических свойств материала и
напряженно-деформированного состояния
от —предел текучести в кГ/мм2;
ов — предел прочности при растяжении в кГ)мм2;
аш—истинное напряжение в момент'появления шейки при растяже-
нии в кГ/мм2;
Е — модуль упругости в кГ/лш2;
771 —модуль упрочнения II участка диаграммы истинных напряже-
ний в кГ/мм2 (см. рис. 3);
П2 —модуль упрочнения III участка диаграммы истинных напряже-
ний в кГ/мм2 (см. рис. 3);
а — истинное напряжение при линейном напряженном состоянии
в кГ)мм2;
о6н и а0о —тангенциальные! главные напряжения соответственно в наруж-
и &гв — аксиальные ( ной и внутренней зонах изгибаемого бруса
огн и огй — радиальные ' в кГ/мм2;
е — относительная истинная деформация;
ет — наибольшая упругая относительная деформация;
б — относительное удлинение;
дв — равномерное относительное удлинение;
к0 — относительный модуль упрочнения, равный отношению модуля
упрочнения /71 к пределу текучести а?.
Теория пластического изгиба
и классификация процессов
гибки и правки
1. Общие положения пластического изгиба
Пластический изгиб начинается с некоторой начальной кри-
визны, полученной изгибаемым брусом в процессе упругого из-
гиба, и в общем виде представляет собой изгиб бруса с криво-
линейной осью, когда в его крайних по высоте зонах попереч-
ного сечения под действием изгибающего момента протекает
пластическая деформация материала. Максимальная деформа-
ция происходит в тангенциальном направлении (вдоль оси бру-
са); в наружной по отношению центра кривизны зоне получает-
ся деформация растяжения и во внутренней зоне — деформация
сжатия. С увеличением кривизны изгиба пластически деформи-
рованные зоны распространяются к середине бруса и в предель-
ном случае сливаются.
Тангенциальная пластическая деформация при условии по-
стоянства объема при пластическом формоизменении сопровож-
дается пластическими деформациями обратного вида в одном
или двух других взаимно перпендикулярных направлениях —
радиальном и аксиальном (поперечном). Последнее ведет к ис-
кажению поперечного сечения бруса в процессе изгиба (рис. 1).
У широкого бруса аксиальная деформация затруднена, так как
разнозначная по высоте бруса деформация стремится придать
поперечному сечению бруса форму кольцевого сектора (рис. 1, б,
пунктир), чему препятствует кривизна бруса.
Прямолинейный закон распределения по высоте изгибаемого
бруса нормальных напряжений в тангенциальном направлении
(тангенциальные напряжения), действующий при упругом изгибе,
значительно усложняется с переходом изгиба в пластическую
стадию вследствие появления пластических зон и, кроме того,
из-за влияния кривизны бруса на напряженное состояние его ма-
териала.
Кривизна изгибаемого бруса вызывает нажатие продольных
слоев друг на друга, благодаря чему возникают радиальные
напряжения, достигающие своего наибольшего значения на
нейтральном слое. Кроме того, у широкого бруса появляются
аксиальные напряжения вследствие затрудненности протекания
деформации в поперечном направлении.
Таким образом, при пластическом изгибе создается объемное
напряженно-деформированное состояние. У широкого бруса на-
пряженное состояние — объемное и деформированное — плоское
(рис. 2, а) (исключение составляют только крайние по ширине
бруса участки), а у узкого бруса — наоборот, т. е. напряженное
состояние — плоское и деформированное — объемное (рис. 2,6).
При этом напряженно-деформированное состояние неравномер-
но по высоте бруса.
Объемное напряженно-деформированное состояние при плас-
тическом изгибе оказывает существенное влияние на характер
деформации изогнутого бруса. При пластическом изгибе наблю-
дается увеличение длины изгибаемого бруса, уменьшение его
высоты и площади попе-
Рис. 1. Искажение поперечного сечения
бруса при пластическом изгибе:
а — до изгиба; б — после изгиба
речного сечения, а также,
как указывалось выше,
искажение поперечного
сечения бруса.
Изложенное соответст-
вует чистому пластическо-
му изгибу, т. е. изгибу,
происходящему только
под действием постоянно-
го по длине бруса изгиба-
ющего момента; в этом
случае полностью спра-
ведлива гипотеза плос-
ких сечений — поперечные сечения плоские и перпендикулярные
к продольной оси бруса до изгиба остаются плоскими и перпенди-
кулярными к изогнутой оси бруса и после изгиба.
При поперечном изгибе, осуществляемом приложением к бру-
су поперечных сил, напряженно-деформированное состояние еще
сложнее вследствие изменения изгибающего момента вдоль про-
дольной оси бруса и наличия касательных напряжений, возни-
кающих под действием поперечных сил.
При математическом анализе пластического изгиба в общем
виде встречаются значительные трудности, вследствие чего ис-
следователи принимают достаточно серьезные упрощения.
Пластический изгиб при теоретических исследованиях обыч-
но рассматривается как чистый изгиб. Значительное время
напряженно-деформированное состояние при пластическом из-
гибе принималось условно линейным, т. е. не учитывались ради-
альные и аксиальные напряжения и деформации и брус считал-
ся прямолинейным.
При этом отдельные исследователи принимали еще дополни-
тельные допущения, а именно: пренебрегали наличием упруго-
деформированной зоны или не учитывали упрочнения материала
бруса.
Указанные теоретические исследования обобщены в работах
[17, 30], но в них отсутствуют данные о пределах применимости
отдельных допущений.
В последнее время пластический изгиб начали рассматривать
исходя из объемного напряженно-деформированного состояния,
что позволяет установить, помимо силовых параметров процес-
са, аналитические зависимости изменения высоты и длины изги-
баемого бруса и искажение его поперечного сечения, а также
пределы применимости отдельных допущений. Впервые пласти-
ческий изгиб с учетом объемного напряженно-деформированного
состояния рассмотрен советским ученым И. П. Ренне [20 и 21].
Теорию чистого пластического изгиба целесообразно разде-
лять на теорию объемного пластического изгиба и на теорию
линейного пластического изгиба — упрощенную теорию. Опи-
санные в работе [11] экспериментальные и теоретические иссле-
дования пластического изгиба в холодном и горячем состояниях,
а также исследования ряда других авторов показали, что доста-
точно серьезные упрощения вполне допустимы для отдельных
стадий изгиба, характеризующихся степенью деформации изги-
баемого бруса. Последняя величина зависит только от относи-
тельного радиуса изгиба, т. е. радиуса изгиба, отнесенного к вы-
соте бруса.
Технологические процессы гибки и правки осуществляются
преимущественно посредством поперечного пластического изги-
ба, когда наряду с нормальными напряжениями действуют ка-
сательные напряжения.
Многочисленные эксперименты показали, что при гибке с
большим расстоянием между опорами влияние касательных на-
пряжений на параметры процесса пренебрежимо мало, поэтому
в этих случаях можно пользоваться зависимостями, установлен-
ными для чистого изгиба.
Поперечный изгиб целесообразно рассматривать самостоя-
тельно и при этом следует уделять особое внимание действию
касательных напряжений, а также контактных напряжений в зо-
не деформаций.
Таким образом, при теоретическом исследовании пластиче-
ский изгиб разделяется на объемный пластический изгиб, ли-
нейный пластический изгиб и поперечный пластический изгиб.
При анализе процессов обработки металлов давлением ис-
следователи принимают различные аналитические зависимости
изменения сопротивления деформированию (истинные напряже-
ния) от степени деформации — линейные, степенные, логарифми-
ческие и более сложные. Известные аналитические зависимости,
даже сложные, сравнительно хорошо отражают действительные
кривые сопротивления деформированию только на отдельных
участках — при больших, средних или малых деформациях. Дей-
ствительные кривые сопротивления деформированию различных
сплавов имеют существенные особенности (как например, пло-
щадку текучести у углеродистых сталей), которые относительно
точно могут быть отражены в каждом отдельном случае весьма
сложной функцией. Однако в этом нет надобности, так как у од-
них и тех же сплавов, но разных плавок или партий наблюда-
ется значительный разброс прочностных и пластических харак-
теристик, превышающий 10%.
С целью получения удобных для практического пользования
зависимостей параметров процессов деформирования посредст-
вом пластического изгиба для брусьев с различным профилем
поперечного сечения автором предложена на основе рассмотре-
ния многочисленных сплавов упрощенная диаграмма сопротив-
ления деформированию. Эта диаграмма представляет собой ло-
маную линию, состоящую из трех прямых участков (рис. 3):
I— участка упругих деформаций; II — участка небольших плас-
тических деформаций, характеризующегося интенсивным упроч-
нением; III — участка значительных пластических деформаций
01].
Предложенная аппроксимация кривой сопротивления дефор-
мированию сравнительно близко отображает действительные
10
кривые на всем их протяжении, а отдельные прямые участки
диаграммы, как показали описываемые далее исследования,
соответствуют определенным стадиям пластического изгиба: /
и II участки — линейному и 111 участок — объемному пластиче-
скому изгибу.
Координатами диаграммы одновременно могут быть как ин-
тенсивность напряжений и интенсивность деформации, обычно
обозначаемые а и е,, так и величины сопротивления деформи-
рованию и относительной продольной деформации, замеряемые
при линейном растяжении образцов.
Рис. 3. Упрощенная диаграмма истинных напряжений
На диаграмме степень деформации нами выражена в истин-
ных (логарифмических) деформациях, так как при пластическом
изгибе па малые радиусы она достигает значительной величи-
ны. За основу построения диаграммы взята диаграмма, рекомен-
дованная Г. А. Смирновым-Аляевым {28]. Однако ввиду малой
разницы между различными выражениями степени деформации
(истинная деформация, относительное удлинение и относитель-
ное сужение) при небольших степенях деформации принято за
степень деформации на I и 11 участках относительное удлинение,
так как оно наиболее просто выражается через размеры изгиба-
емого бруса.
С целью определения модуля упрочнения на II участке диа-
граммы, а также получения фактических данных по другим не-
обходимым для расчета механическим характеристикам были
проведены экспериментальные исследования по механическим
испытаниям в холодном и горячем состояниях образцов из неко-
торых конструкционных сталей.
Модуль упрочнения на II участке диаграммы определялся
графически путем построения действительной кривой сопротив-
ления деформированию по диаграммам (рис. 4), записываемым
испытательной разрывной машиной, и последующего проведения
усредненной прямой. Вид действительных кривых сопротивления
деформированию показал, что для одних сплавов (углеродистые
стали) целесообразно принимать за начало прямой II участка
предел текучести (рис. 4,а), а для других сплавов (нержавею-
Рис. 4. Прямолинейная зависимость на II участке упрощенной диа-
граммы истинных напряжений:
а — углеродистых конструкционных сталей; б — нержавеющих сталей
и «алюминиевых сплавов
щие стали, алюминиевые сплавы) —условную величину предела
текучести (рис. 4,б).
Значения модуля упрочнения на II участке диаграммы опре-
деляется по уравнению
П1 — Ф1 =------;-- или =---------т---•
аЪе аЪв
где а = — коэффициент, устанавливаемый по диаграмме
(см. рис. 4) (для углеродистой стали а «0,5);
°ш ~ °в(1 + $в)-
В табл. 1 приведены установленные по некоторым маркам
стали усредненные значения механических свойств в холодном
состоянии, характеризующие технологические свойства матери-
ала бруса при пластическом изгибе, а также значения относи-
тельного модуля упрочнения
* П\ , /7^
яо = —— или = —~.
При горячем деформировании (для углеродистых сталей вы-
ше 700—750° С) повышение сопротивления деформированию на-
блюдается приблизительно только на участке равномерной отно-
сительной деформации.
12
Таблица 1
Данные по свойствам сталей (действительные средние значения)
Группа стали Марка стали О т в кГ]мм2 Б, в % Лх в кГ]мм* ^0
I 10—15; Ст.1; Ст.2 21 21 210 10,0
II 20—25; Ст.З Ст.4, 20К—25К 26 18 300 11,6
III 30—35, Ст. 5 30 15 420 14,0
IV 40—45, Ст.6, 15Х, 20Х 34 12 600 17,6
V 50—60, Ст. 7, 20ХН, ЗОХ, 35Х 42 9 740 17,6
VI 40Х—50Х, 40ХН—50ХН 57 7 1000 17,6
Так как в технической литературе обычно имеются данные
по пределу прочности при растяжении сплавов в горячем со-
стоянии, то можно принимать за предел текучести для конструк-
ционных сталей величину, равную 0,6 от указанного предела
прочности.
В табл. 2 приведены полученные автором данные по пределу
прочности при растяжении со скоростью 16 мм/мин, равномер-
ному относительному удлинению и модулю упрочнения для угле-
родистой и легированных сталей некоторых марок в горячем со-
стоянии. По модулю упрочнения даны приближенные значения.
На III участке диаграммы в соответствии с рекомендациями
Г. А. Смирнова-Аляева [28] (рис. 3) модуль упрочнения
П2 = 1ё <Р2 =
и условный предел текучести
<гт = а,и (1 ев),
где ев ~ бв — равномерная относительная деформация. При пла-
стическом изгибе в горячем состоянии при скоростях деформи-
рования, соответствующих ротационным машинам, и значитель-
ных деформациях (е > ев) можно считать, что упрочнение от-
сутствует и сопротивление деформированию равно ош.
2. Объемный пластический изгиб
Напряжения, действующие в поперечном сечении бруса. Рас-
сматриваем изгиб широкого прямоугольного бруса, так как в
подавляющем большинстве технологических процессов гибке на
малые радиусы подвергаются только заготовки из листового и
полосового проката. За исходные положения берем уравнение
13
Данные, полученные автором
—
СТ X <5 1 1 1 1 1 1 О со 1 О 1 О сч иг о
1Ь 1X18 2X18Н9 45 ЛО 1 1 1 ! оо 1 11,0 1 11,0 15,0 14,0 15,5 13,5
ИЗ О 45 О 1 1 1 1 13,5 1 13,5 1 8.0 0*9 О ио С 3,2
<5 о иг сч 180 100 СО СО О иг о иг 50 ю со ио сч иг сч ио сч иг сч 25
-аль 20 ч> 1С> 8,0 О 5,5 8,5 12,0 о Ю о 13,0 12,5 13,0 13,0 12,5 11,5
О 45 О 27,0 22,0 15,5 11,5 9,5 9,5 8,5 6,5 5,0 иг 3,5 3,0 СЧ
«5 120 120 120 65 О •о О О ио 1 иг сч 1 ю сч 1 1
см см Л ч СО 45 ьО о 1 0'9 7,5 12,0 15,0 О иг 1 14,5 1 15,0 1 1
5 <а О 17,5 1 12,5 11,0 1О 0'01 8,5 1 6,0 1 4,3 1 1
ю 15 О иг сч 250 150 иг ио О иэ О иг «О СО иг О'] иг сч иг сч иг сч 25
аль 40, СО 5,0 4,5 О 12,0 13,5 13,0 12,5 12,0 12,5 13,5 12,5 11,5 10,5
О 30,0 24,0 17,0 12,5 9‘П 0'6 иг 6,5 5,0 4,5 3,5 3,0 СЧ
ю СО о’ 4 150 150 ю О иг 3 о иг о ио О иг иг со 35 иг С-1 иг сч 25
сталь 3 45 ьО 7,5 7,0 о 11,5 12,5 12,5 12,0 12,0 11,5 11,0 10,5 10,0 10,5
Ст.5, «а О 20,0 16,5 13,5 10,5 9,0 8,5 О 0'9 0'9 4,5 1 3,5 3,0 2,7
Л ч га 15 100 100 1.0 СО 50 О иг О ио 03 О иг О иг 35 иг сч сч 25
Сг.4, ст 20. 25 <0 ЛО 9,0 8,0 8,0 11,5 13,5 12,5 11,5 11,5 11,0 10,5 10,0 10,0 9,0
Ст.3, 45 е 17,0 13,0 10,0 7,5 3*9 1Л 6,5 5,5 4,5 О 3,2 00 сч 2,5
Эо Я вйЛхвйаииах 009 650 700 750 О о оо 850 900 950 1000 1050 ООП 1150 1200
пластичности и уравнение равновесия элементарного объема из-
гибаемого бруса.
Напряженное состояние при чистом изгибе широкого бруса
характеризуется наличием главных нормальных напряжений в
трех взаимно перпендикулярных направлениях: тангенциальном
сге, аксиальном ст2 и радиальном стг. Деформация по ширине
бруса отсутствует и, следовательно, напряжение ст2 будет являть-
ся средним главным напряжением и равно полусумме двух дру-
гих главных напряжений:
о, =-------
г 2
(1)
Уравнение пластичности для этого случая в общем виде вы-
разится
с&— ог = о4- (2)
или
ст© — стг = уст, (2а)
где о< — интенсивность напряженного состояния.
При материале, деформирующемся без упрочнения, изгиб в
горячем состоянии ст = стш, а при материале, деформирующемся
с упрочнением, изгиб в холодном состоянии
о = о'т + П2е (см. рис. 3), (3)
где ст — сопротивление деформированию при соответствующей
степени деформации и линейной схеме напряженного
состояния.
При изгибе относительная истинная деформация рассматри-
ваемого слоя
е = 1п —. (4)
Ро
Рассмотрим бесконечно малый элемент изгибаемого бруса,
ограниченный двумя плоскостями, повернутыми друг к другу на
угол (рис. 5,с). В наружной от центра кривизны зоне танген-
циальные напряжения оп будут растягивающие, а во внутренней
зоне — сжимающие. Радиальные напряжения стг по всей высоте
бруса будут сжимающие. При этом принимаем допущение, что
пластически деформированные зоны поперечного сечения бруса
распространяются до нейтрального слоя. Возможность принятия
этого допущения обосновывается в следующем разделе.
Уравнения пластичности для отдельных зон примут вид:
для наружной зоны
о0„ = у (с'т + П21п*-^Л стгн, (5)
\ Ро /
= уОш + (5а)
15
для внутренней зоны
°ев = У
— (УТ “Г" Н 2
аев — ----УСш + СГН-
(6)
(6а)
Уравнения (5а) и (6а) соответствуют пластическому изгибу
в горячем состоянии (без упрочнения).
— иен
бвв------
бг
(1п
<9
Рис. 5. Схема действия сил на
бесконечно малый элемент из-
гибаемого бруса (а) и распре-
деление тангенциальных напря-
жения при объемном пластиче-
ском изгибе (б)
бг*<1бг
бг<-йбг
Решая совместно уравнения пластичности и равновесия бес-
конечно малого элемента изогнутого бруса шириной, равной еди-
нице, получаем выражения для тангенциальных напряжений:
авч = уГа;Л _ + -Т 1п2 —— 1п2-——-\1,
I \ / 2 \ Ро р0 Ро /
(7)
°ев = — у
о'г Л + 1п
\ /
— ( 2 1п + 1п2 — 1п2 -^У|.
2 \ Ро Ро Ро /]
(8)
Так же могут быть получены выражения для радиального и
аксиального напряжений [11]. Аксиальные напряжения в край-
них слоях по высоте бруса составляют половину тангенциальных •
напряжений. Эти напряжения являются причиной появления в
некоторых случаях продольных трещин на наружной поверхно-
сти при изгибе заготовок из материала, имеющего резко выра-
женную волокнистую текстуру.
При пластическом изгибе в горячем состоянии модуль упроч-
нения равен нулю и, следовательно,
<ЪН = уош (1 — 1п (7а)
\ Ку /
0^ = — (1 + 1п-?Н- (8а)
\ *\в /
Уравнения (7) и (8) также можно получить, используя усло-
вие равновесия, установленное для осесимметричной плоской де-
формации в полярных координатах:
(1ог _ ре ~рг
ад-- Я
(9)
Распределение тангенциальных напряжений по высоте бруса
при пластическом изгибе показано на рис. 5,6. Вследствие объ-
емного напряженного состояния бруса тангенциальные напряже-
ния, равные в крайних слоях о=у(от+772е), ксредине бруса из-
меняются: в наружной зоне уменьшаются, во внутренней увели-
чиваются.
Механизм деформации изгибаемого бруса. В теории упругого
изгиба нейтральным слоем называют слой, в котором нормаль-
ные напряжения и деформации равны нулю. Оси поворота по-
перечных сечений изгибаемого бруса лежат в этом слое. Ней-
тральный слой совпадает со слоем, проходящим через центр тя-
жести поперечного сечения бруса. При пластическом изгибе
указанные слои не совпадают друг с другом и с центром тяже-
сти поперечного сечения.
Вследствие действия радиальных напряжений тангенциаль-
ные напряжения в растянутой зоне уменьшаются к нейтрально-
му слою, а в сжатой зоне увеличиваются и нейтральный слой
напряжений смещается по отношению среднего слоя к центру
кривизны, так как только в этом случае будет удовлетворяться
условие статики — сумма всех сил, действующих в поперечном
сечении бруса, равна нулю.
С увеличением кривизны изгиба бруса радиальные напряже-
ния непрерывно увеличиваются, что влечет за собой непрерыв-
ное увеличение смещения нейтрального слоя напряжений во
внутреннюю зону, где слои уже имеют деформацию сжатия. Ней-
тральный слой напряжений является также слоем, вокруг кото-
рого происходит поворот поперечных сечений изгибаемого бруса,
так как только в этом случае тангенциальные напряжения будут
изменять знак вследствие изменения направления приращения
тангенциальных деформаций.
При повороте поперечных сечений бруса вокруг центров, ле-
жащих на слоях, получивших ранее деформацию сжатия, нейт-
ральный слой деформации также будет перемещаться в сторону
2 Заказ 663 1 7
центра кривизны, так как он постоянно находится в зоне растя-
жения. Это наглядно представлено на рис. 6.
Поперечное сечение 1—1, отстоящее на расстоянии единицы
длины от вертикальной оси, проходящей через центр кривизны,
после изгиба займет положение 2—2 (для удобства рассмотре-
ния поперечные сечения по высоте совмещены). При бесконечно
малом приращении кривизны изгиба рассматриваемое сечение
повернется в положение 3—3 вокруг центра О, лежащего на
нейтральном слое напряжений; нейтральный слой деформаций
переместится из точки 01 в точку 02.
Рис. 6. Схема тангенциальных деформаций
при объемном пластическом изгибе
Следовательно, в слоях, находящихся между первоначаль-
ным средним слоем и нейтральным слоем напряжений, происхо-
дит немонотонная деформация: в начале изгиба эти слои сжи-
маются, а затем после перехода через них нейтрального слоя на-
пряжений они начинают растягиваться и восстанавливают свою
первоначальную длину при совмещении с ними нейтрального
слоя деформации.
На основании изложенного можно сделать важный для даль-
нейшего исследования вывод, что приращения абсолютных тан-
генциальных деформаций слоев изгибаемого бруса будут про-
порциональны расстояниям их от нейтрального слоя напряже-
ний, а полные величины абсолютных деформаций будут пропор-
циональны расстояниям слоев от нейтрального слоя деформа-
ций. Относительные тангенциальные деформации и их прираще-
ния изменяются по гиперболическому закону.
Радиусы нейтральных слоев. Радиус нейтрального слоя на-
пряжений более просто определяется из условия непрерывности
радиальных напряжений, т. е. радиальные напряжения, подсчи-
18
тываемые по уравнениям для наружной и внутренней зон, равны
между собой при ру = р:
2а;1П-^ +/721п-^-1п-^ =0. (10)
Ра Р02
После соответствующих преобразований получаем:
для изгиба с упрочнением
р = ап
\ Ро /
где
к = -^1п-^-;
2сг^ &в
для изгиба без упрочнения
р = Г7?Х (12)
и относительный радиус нейтрального слоя напряжений
Р' = /г7в- (12а)
Радиус нейтрального слоя деформаций определяется из усло-
вия постоянства объема изгибаемого бруса до и после деформи-
Рования: Р.- а • (13)
Относительные истинные деформации при изгибе выражают-
ся уравнениями:
для крайнего растянутого слоя
е₽ = 1п-^-; (14) Ро
для крайнего сжатого слоя
ес = 1п-^-. (15) "в
Для определения влияния упрочнения на деформацию бруса
при пластическом изгибе рассмотрим уравнение (10). Первые
Два множителя в обоих слагаемых числа положительные, следо-
вательно, уравнение может быть справедливо только в случае,
если один из вторых множителей есть отрицательное число. По-
следнее возможно, когда один из знаменателей, р2 или р2, больше
числителя Д-нЕд. Так как согласно анализу механизма деформа-
ции пластического изгиба всегда ро > р, то должно быть ро >
>Иадвир<
Приходим к выводу, что при пластическом изгибе с упрочн^яя^
нием нейтральный слой напряжений лежит ближе к центру к0й$>я*%
Р 1»/
визны, чем при изгибе без упрочнения. Этот вывод также под-
тверждается сопоставлением напряженного и деформированного
состояний при пластическом изгибе с упрочнением и без упроч-
нения. При пластическом изгибе без упрочнения относительные
деформации слоев во внутренней зоне всегда больше, чем в на-
г------------------------------- О Р
ружной зоне (если ро > р = V КнКе, то ее = 1п — > ен = 1п —,
Ко Ро
табл. 3), и, следовательно, при изгибе с упрочнением в первой
зоне должно происходить более интенсивное упрочнение мате-
риала бруса. Последнее влечет за собой большее смещение ней-
трального слоя напряжений, так как только в этом случае будет
справедливо условие равенства нулю суммы всех сил, действую-
щих в поперечном сечении бруса.
Таблица 3
Значения, характеризующие уменьшение высоты бруса,
смещение нейтральных слоев, величину деформаций крайних слоев
и величину изгибающего момента при объемном чистопластическом изгибе
г в гн 4 Р' % а «0 ен т ГПг
0,1 0,900 0,800 0,300 0,400 0,200 0,300 0,811 1,386 3,65 2,19
0,25 1,135 0,885 0,533 0,613 0,283 0,363 0,616 0,897 3,76 2,26
0,5 1,436 0,936 0,847 0,906 0,347 0,406 0,461 0,594 3,68 2,20
1 1,972 0,972 1,404 1,444 0,404 0,444 0,313 0,367 3,57 2,14
2 2,990 0,990 2,446 2,470 0,446 0,470 0,191 0,211 3,38 2,03
3 3,995 0,995 3,462 3,480 0,462 0,480 0,139 0,148 3,30 1,98
5 5,998 0,998 5,476 5,488 0,476 0,488 0,089 0,093 — —.
10 11,000 1,000 10,488 10,500 0,488 0,500 0,047 0,048 — —
25 26,000 1,000 25,500 25,500 0,500 0,500 0,0194 0,0198 — —
Большее смещение нейтрального слоя напряжений при изги-
бе с упрочнением вызывает увеличение растягивающих дефор-
маций в наружной зоне и уменьшение сжимающих деформаций
во внутренней зоне, а это ведет к более интенсивному смещению
нейтрального слоя деформаций и уменьшению высоты изгибае-
мого бруса.
Радиус наружного слоя и уменьшение высоты изгибаемого
бруса. Наружный радиус бруса определяем из условий постоян-
ства объема бруса до и после изгиба на бесконечно малую кри-
визну и пропорциональности бесконечно малых приращений аб-
солютных значений деформаций крайних слоев расстояниям их
от нейтрального слоя напряжений.
Первое условие (рис. 7)
(^-/?в2Н (16)
л л
где а — угол между двумя поперечными сечениями бруса, вы-
раженный в радианах.
Второе условие (рис. 7)
(Кн — анн) (а + ^«) — Кип __ — Р ,|7\
Рвп — (/?„ — <!/?„) (а + Ла) р — Пв
В результате совместного решения уравнений (16) и (17) по-
лучаем
(/?„р + — рД, + #в) — Ун — ^нР + рУ +
+ аджв = о. (18)
Для изгиба без упрочнения уравнение (18) относительно про-
сто решается после подстановки р = У УУ- Для изгиба с уп-
рочнением уравнение
(18) при подстановке
значения р из уравне-
ния (11) принимает
весьма сложный вид.
Однако эксперименты
показывают, что при
изгибе с упрочнением
и без упрочнения
уменьшение высоты
бруса и, следовательно,
смещение нейтральных
слоев практически
близки, поэтому прини-
маем для последующих
расчетов значение ра-
диуса нейтрального
Рис. 7. Схема деформаций бруса
при объемном пластическом изгибе
слоя напряжений при изгибе с упрочнением таким же, как и при
изгибе без упрочнения. Тогда после подстановки значения р в
Уравнение (18) имеем
(/?„ Ууу - /?в У7УУ0 + уу + Ув) ау - (/?„ - /?„ У уу 4-
+ У /ад,+ аджв = о.
(19)
Это уравнение является однородным дифференциальным
Уравнением, интегрируя которое получаем
С
у=
(20)
После соответствующего преобразования уравнения (20) и
применения условия, что при ~ = 0 и К = опреде-
ли
ляем постоянную интегрирования С —----
Подставляя значение с в уравнение (20) и производя преоб-
разования, получаем
/?« - + ₽« (0,25/г2 - 2/?2 - [п. ~т) +
+ ₽.(/?в + Л/?в + -^-) =0. (21)
С целью упрощения полученного уравнения подставляем от-
п п
носительные радиусы гн=— и гв = —:
Н Н.
Г*н — Г„ + Г„ (-1- — 2г2 — + гнгв (гв -у-) +
+ Гв(гв+гв + -^) = 0. (22)
Для уменьшения степени уравнения (22) заменяем гн = гв +
+ т). Тогда уравнение примет окончательный вид
>1а + (4гв - 1) + Ч (4г2 - 4гв + 0,25) - 4г2 = 0. (23)
С определением значения г; изложенное решение становится
замкнутым. Числовые значения т], гп, р и р0 и других величин
приведены в табл. 3.
На рис. 8 графически представлено изменение величин, ха-
рактеризующих смещение нейтральных слоев (а и а0 — расстоя-
ние от внутреннего слоя до нейтрального соответственно дефор-
маций и напряжений) и уменьшение высоты изгибаемого бруса
в зависимости от внутреннего относительного радиуса изгиба.
Диаграмма показывает, что явления, свойственные пластическо-
22
му изгибу, начинают заметно проявляться только при малых
относительных радиусах, примерно меньших 3.
Подробная разработка этого решения была опубликована
автором в 1954 г. [11]. Из зарубежной и отечественной литера-
туры известны другие теоретические исследования пластического
изгиба, в результате которых получены противоположные выво-
ды. В частности, в работах Р. Хилла [35], О. Гофмана и Г. Зак-
са [1] сказано, что при пластическом изгибе высота изгибаемого
бруса остается неизменной. Вывод указанных авторов противо-
речит ИСХОДНОМУ УСЛОВИЮ р= ]/ КнКв-
Наиболее просто и убедительно положение о постоянстве вы-
соты бруса при пластическом изгибе может быть опровергнуто
чисто геометрическим путем.
Из постоянства высоты изгибаемого бруса вытекает, что
должна быть также постоянной длина срединного слоя, так как
только в этом случае сохранится неизменным объем бруса, а
именно
Л1/?ср1аВ = Л2/?ср2 (а + Ла) В;
при Л2 = Л1
Яср1а = #ср2 (а + Ла), т. е. = /2.
С индексами 1 и 2 указаны размеры бруса соответственно до
и после дополнительного изгиба на угол Ла.
Если длина срединного слоя бруса остается постоянной, то
поворот поперечных сечений должен происходить вокруг цент-
ров, лежащих на этом слое; только в этом случае срединный
слой не будет удлиняться; тогда
„ „ о _ Кн Кв
Р — Ро Кср 2
Таким образом, полученный из условия постоянства высоты
изгибаемого бруса механизм деформаций несовместим с меха-
низмом деформации бруса, установленным ранее из анализа
напряженного состояния (рис. 6). В частности, выведенное урав-
нение отлично от уравнения (12), которое также получено
Р. Хиллом, О. Гофманом и Г. Заксом.
Причиной неточности решений Р. Хилла и др. является ис-
ходное уравнение, выражающее перемещение произвольного
слоя радиуса К при дополнительном изгибе на угол Ла:
ш=
27? а
Это уравнение выведено из условия '.постоянства объема коль-
цевого секторного элемента бруса, ограниченного в радиальном
направлении радиусами К и р.
Приравнивая Я = Нн и К = Кв, авторы получают одинаковые
значения перемещений крайних слоев и из этого делают вывод
о постоянстве высоты изгибаемого бруса.
Указанные подстановки являются неправомерными, так как
наружный и внутренние слои представляют собой материальные
слои, а нейтральный слой — геометрический слой, который в про-
цессе изгиба непрерывно смещается к внутреннему слою, тогда
как материальные слои перемещаются в обратном направлении.
Следовательно, объем рассматриваемого сектора переменный и
условие постоянства объема к нему неприменимо.
Увеличение длины изгибаемого бруса. Так как деформации
в аксиальном направлении при изгибе широкого бруса отсутст-
вуют, то согласно условию постоянства объема тела до и после
деформирования увеличение длины изгибаемого бруса будет
обратно пропорционально уменьшению его высоты, т. е.
/0=— I- (24)
Ц
Изгибающий момент. Изгибающий момент определяем из ус-
ловия равенства моментов внешних и внутренних сил. Для упро-
щения математических преобразований моменты тангенциаль-
ных напряжений наружной и внутренней зон определяем по от-
ношению центра кривизны:
Р
м = ь | - Ь | (25)
р яв
Подставляем в уравнение (25) значения сге из уравнений
(7) и (7а) и о6в из уравнений (8) и (8а) и значение р из урав-
нения (12). С целью упрощения математических преобразований
значение р при изгибе с упрочнением принимаем таким же, как
и при изгибе без упрочнения. Это допущение дает небольшое
увеличение тангенциальных напряжений в наружной зоне и
уменьшение их во внутренней зоне, что в общей сложности отра-
зится незначительно на величине изгибающего момента. Тогда
изгибающий момент
для изгиба с упрочнением
м. = уь .Го; +п2 Р»+/?21п -| /
Г \ 2 / ' Л 4 |/ Пе 8 Л
(26)
для изгиба без упрочнения
М = уатЬ . (26а)
Выражаем уравнения (26) и (26а) через относительные ра-
диусы и момент сопротивления В7 и подставляем числовое зна-
чение у, которое для плоского деформированного состояния рав-
но 1,15. Тогда:
для изгиба с упрочнением
М = 1,15- 1,5№ Ш +П2
для изгиба без упрочнения
М = 1,15 • 1,5№<м2.
(27а)
Для определения изгибающего момента пластического изги-
ба с упрочнением (гибка в холодном состоянии) подставляем со-
гласно принятой диаграмме сопротивления деформированию
(рис. 3) значения экстраполированного предела текучести о' =
= Ош(1 — ев), модуля упрочнения 772 = см, ев - и р'=
н
м = 1,15- 1,5Гстш
ро .
(28)
Для углеродистых сталей марок 10—-45 и многих конструкци-
онных легированных сталей сш = (1,952,15) от = (0,55-4-
-4-0,68) св и величина (1 — дв) =0,814-0,87.
Ввиду небольшого колебания указанных величин принимаем
для расчетной формулы их средние значения; тогда имеем
Л/= 3№от {т]2 + 1,15
или М — пг^ст, (29)
М = 1,814 {г]2 + 1,15 (г2 + гв2) 1п
или М = ш'^св. (30)
Для наглядного представления об изменении изгибающего
момента бруса из углеродистой стали подсчитываем числовые
значения относительного изгибающего момента ш = — для
Ряда относительных радиусов (результаты подсчетов приведены
в табл. 3).
До относительного радиуса, равного 0,25, изгибающий момент
возрастает вследствие упрочнения материала, а затем начинает
снижаться под влиянием интенсивного уменьшения высоты из-
виваемого бруса.
Пластический изгиб без упрочнения практически может про-
исходить при деформировании в горячем состоянии, когда при
больших степенях деформации отсутствует упрочнение. В этом
случае модуль упрочнения равен нулю, а экстраполированный
предел текучести соответствует сш- Величина б„ в среднем может
25
быть принята 0,1. Тогда изгибающий момент при материале в го-
рячем состоянии равен
М = 1,9№ад2. (31)
При определении наибольшего значения изгибающего момен-
та при материале в горячем состоянии нужно принимать т] = 1.
Пружинение согнутого бруса. Пластический изгиб, как и лю-
бое пластическое деформирование, сопровождается упругими
деформациями, величина которых пропорциональна напряжени-
ям. При разгрузке (снятии внешних сил) пластически деформи-
Рис. 9. Схема деформации пружинения
согнутого бруса:
о — брус до разгрузки; б — брус после
разгрузки
ки согнутый брус под действием
рованное тело восстанав-
ливает свой объем и час-
тично форму. Это явление
называется пружинением.
Процесс пружинения
согнутого бруса можно
схематически представить
в следующем виде: в кон-
це изгиба в поперечном
сечении бруса действуют
напряжения, момент кото-
рых (внутренний изгиба-
ющий момент) уравнове-
шивает изгибающий мо-
мент внешних сил и на-
правлен в обратную сто-
рону по отношению к по-
следнему. После разгруз-
внутреннего изгибающего
момента упруго разогнется и в нем как бы возникнут напряже-
ния, которые называем условными, так как они в действительно-
сти не будут иметь места. Эти напряжения алгебраически сло-
жатся с напряжениями, соответствующими концу изгиба, и в ре-
зультате получатся остаточные напряжения. Следовательно, за
величину пружинения можно принять упругую деформацию бру-
са, возникающую от действия обратного изгибающего момента.
А. А. Ильюшин [4] называет подобный метод анализа пружинения
при пластическом деформировании теоремой о разгрузке.
В теории упругости при исследовании чистого изгиба кривого
бруса обычно не учитывают действия радиальных и аксиальных
напряжений вследствие их малого влияния на величину танген-
циальных деформаций. Принимаем это условие и для нашего
случая, так как при пружинении мы имеем дело также с упруги-
ми деформациями. Тогда относительная тангенциальная дефор-
мация пружинения в общем виде выразится (рис. 9)
е =
(Ку — Р1)
(32)
где р1 — радиус нейтрального слоя при упругом изгибе кривого
бруса.
Условное напряжение определим, подставив в уравнение (32)
значение е = — . Тогда получим
Е
а = —. (33)
Яра
Определим положение нейтрального слоя для прямоугольного
сечения при пружинении из условия равенства нулю суммы всех
сил, действующих нормально в поперечном сечении бруса:
Я ЕР = Ь 1 н а<1Яу = С ₽^~-р1- (1Яу = 0, (34)
л = (35) 1П-7Г- 1п-4г
Угол пружинения определится из условия равенства момен-
тов внешних и внутренних сил:
М = ь | (36)
м=(37)
«в
После интегрирования получим
Л4 = ЕЬЕа
а
р2 __ р2
^^-(^р-рх). (38)
где Пср — средний радиус бруса;
да =-------. (39)
ЕЫг0(Кср-Р1)
Радиус кривизны изделия, т. е. радиус после пружинения,
определим из уравнения деформации крайнего внутреннего слоя:
Ла (Р! — /?в) = а0/?04 — а#в. (40)
Подставляя а = а^ + Да и проводя соответствующие преоб-
разования, получим
= + (41)
а
Заменяя в данном уравнении значение Да из уравнения (39) >
получим
_______Мр________
ЕЫ1о (Еср — Р1) — М
(42)
Выражаем уравнения (39) и (42) через относительный
Г Р1 V - и М
р, = — и относительный изгибающий момент т =--------:
* Н Гат
радиус
ГОв г в +
таТ а
6Е(гср~р{)^
^дтР|_________
еЕ(гсР — рЭ "п — тат
(43)
(44)
В уравнении (43) углы Да и а могут подставляться в радиа-
нах или градусах.
Анализ уравнений (43) и (44) показывает [11], что с увеличе-
нием радиуса изгиба величина гср — р] становится исчезающе
малой, так что ее трудно вычислить.
Для возможности определения показателей пружинения при
больших радиусах изгиба принимаем допущение, что в уравне-
нии (33) р1 = Кср в Ку в знаменателе также равен КСр, так как
в выражении Ку = Кср 4- у при больших радиусах величина у
сравнительно мала и ею можно пренебречь. Этим допущением
пренебрегаем влияние кривизны согнутого бруса. Тогда уравне-
ние (33) примет вид
а = . (45)
Уср®’
Определим угол пружинения из условия равенства моментов
внешних и внутренних сил:
к
2
2ЕДа С ,
м=<46>
о
После интегрирования и преобразования получаем
Да =
12йсрЛ4а
ЕЬИ*
(47)
Аналогично уравнению (42) получаем
Крс = Кв +
\2П2срМ
ЕЫг3 — 12ЕсрМ
(48)
Выражаем уравнения (47) и (48) через относительный ради-
ус и относительный изгибающий момент:
Да == 2тгсра. , (49)
с
ат
2гсрт ——
гм = гв+---------(50)
1 — 2гсрт —-
С
Сравнение величин Да, подсчитанных по точному уравнению
(43) и по приближенному уравнению (49), показывает, что они
практически совпадают при относительном внутреннем радиусе,
большем единицы (наибольшее отклонение 6,5%). Следователь-
но, при относительном радиусе, большем указанного, можно
пользоваться для определения величин Да и гОе приближенными
уравнениями (49) и (50).
Из рассмотрения уравнений (49) и (50) можно сделать за-
ключение, что:
а) с увеличением кривизны изгиба (уменьшения радиуса)
значительно уменьшается пружинение при одних и тех же углах
изгиба;
б) пружинение увеличивается с повышением предела текуче-
сти и модуля упрочнения материала изгибаемого бруса;
в) при определении пружинения бруса, согнутого на относи-
тельный радиус, больший единицы, можно рассматривать его
как прямолинейный.
3. Линейный пластический изгиб
Как установлено теорией объемного пластического изгиба,
объемное напряженно-деформированное состояние материала
оказывает заметное влияние на процесс пластического изгиба
только при малых относительных радиусах, меньших 3—5. Сле-
довательно, при больших радиусах изгиба может быть принята
упрощенная схема напряженно-деформированного состояния,—
линейная, при которой учитываются только тангенциальные на-
пряжения и деформации, а изгибаемый брус рассматривается
прямолинейным. Следует заметить, что аксиальные напряжения
будут достигать сравнительно больших значений (в поверхност-
ных слоях — до половины тангенциальных напряжений) и при
изгибе на относительно большие радиусы. Однако их влияние
скажется в основном только на условии разрушения изгибаемого
бруса.
При изгибе на К > (3 -г- 5) Я относительные деформации не-
значительны, вследствие чего за степень деформации можно
принять относительное удлинение, имеющее наиболее простую
аналитическую зависимость от параметров изгибаемого бруса:
а=-^
(51)
При линейном пластическом изгибе, как будет показано ни-
же, величины относительных деформаций соответствуют I и
II участкам принятой нами диаграммы сопротивления дефор-
мированию (рис. 3).
Вначале рассматриваем более общий случай линейного пла-
стического изгиба, так называемый упругопластический изгиб
с упрочнением, т. е. с учетом наличия средней упруго-деформи-
Рис. 10. Распределение напряжений по высоте бруса при линей-
ном пластическом изгибе:
с — упругопластическом с упрочнением: б — чистопластическом с упроч-
нением; в — упругопластическом без упрочнения; г — чистопластическом
без упрочнения
У изгибаемого бруса с произвольным симметричным по отно-
шению к оси, параллельной оси изгиба, профилем, в том числе
прямоугольным, круглым, двутавровым, нейтральный слой будет
проходить посредине поперечного сечения и распределение на-
пряжений по высоте бруса будет иметь вид, показанный на
рис. 10, а.
Функциональная зависимость напряжений выразится в упру-
гой зоне
О1 = СГТ-^-
Ут
и в пластической зоне
СТа = аг + -^1(«/ — ут).
(52)
(53)
Изгибающий момент в общем виде будет равен
Ут
М = 2ах 4у + 2
Л/2
I Ьх Гот+ ~-<У~ Ут)1 уЛу,
V А I
УТ
(54)
где Ьх — текущая ширина бруса.
Для прямоугольного бруса после интегрирования и подста-
новки ут = К—, г =— и ко выражение изгибающего мо-
Е Н ат
мента примет вид
Л4 = {1,5-2^ ('-^У+ [—-3-^- + 4г2(-^)3]А-) Гог.
I \ Е / 1г Е \ Е / ) 2 /
(55)
Уравнение (55) для определения изгибающего момента полу-
чилось сравнительно сложное даже для бруса наиболее простого
профиля.
С целью получения простых расчетных уравнений различные
авторы принимают дополнительные допущения — пренебрегают
влиянием средней упруго-деформированной зоны или упрочне-
нием материала бруса, или даже обоими факторами вместе.
В соответствии с принимаемыми допущениями можно дать сле-
дующие названия указанным методам анализа линейного пла-
стического изгиба — чистопластический изгиб с упрочнением,
Упругопластический изгиб без упрочнения и чистопластический
изгиб без упрочнения.
Установим выражения относительного изгибающего момента
Для прямоугольного бруса при перечисленных методах анализа
линейного пластического изгиба:
Для чисто пластического изгиба с упрочнением (рис. 10, б),
при ут = о
Н,5 + -^-^1Гстг; (56)
для упругопластического изгиба без упрочнения (фиг. 10, в),
при к0 = 0
М = Г1,5 — 2г2 (57)
для чистопластического изгиба без упрочнения (рис. 10, г),
при ут = о и ко = 0
М = 1,№от. (58)
Здесь, так же как при объемном пластическом изгибе, будем
называть выражение перед множителем относительным из-
гибающим моментом т, являющимся сравнимой величиной, не
зависящей от размеров изгибаемого бруса и предела прочности
его материала. Тогда в общем виде уравнение изгибающего мо-
мента будет иметь вид
М = т№т.
(59)
Для наглядного сравнения результатов, получаемых по при-
веденным уравнениям, наносим кривые относительных изгибаю-
щих моментов на общем графике для сталей группы II (рис. 11).
Влияние на величину изгибающего момента упруго-деформи-
рованной зоны заметно сказывается только при у‘Т > 0,25, в то
время как упрочнение материала бруса оказывает заметное влия-
ние при //^.<0,25. При изгибе тонкостенных брусьев (таврового,
1 — упругопластическнй изгиб с упрочнением; 2 — чистопластиче-
скнй изгиб с упрочнением; 3 — упругопластический изгиб без
упрочнения; 4 — чистопластический изгиб без упрочнения
трубного и др.) влияние упруго-деформированной зоны будет
значительно меньше, а упрочнения — несколько больше.
Следовательно, при расчетах изгибающего момента пласти-
ческого изгиба нет необходимости пользоваться сравнительно
сложными уравнениями упругопластического изгиба с упрочне-
нием, а целесообразно использовать при изгибе у ^,>0,25 (для
малоуглеродистой стали г > 200) уравнения упругопластическо-
го изгиба без упрочнения (погрешность до 2%), а при у^,<
< 0,25 — уравнения чистопластического изгиба с упрочнением
(погрешность до 9%). Эта рекомендация относится также к по-
казателям пружинения, так как угол и кривизна пружинения
прямо пропорциональны относительному изгибающему моменту.
При использовании уравнений чистопластического изгиба без
упрочнения погрешность может достигать до нескольких десят-
ков процентов как при небольших, так и при значительных ра-
диусах изгиба. В связи с этим целесообразно отметить, что не
следует пользоваться при практических расчетах параметров
32
технологических процессов гибки и правки (изгибающего момен-
та, угла пружинения и радиусов инструмента) уравнениями
чистопластического изгиба без упрочнения, как это рекомендует-
ся до настоящего времени в некоторых трудах по листовой штам-
повке и даже в справочной литературе.
Пружинение согнутого бруса. Установим зависимости пара-
метров пружинения при линейном пластическом изгибе. Как по-
казано при рассмотрении объемного пластического изгиба, ана-
лиз пружинения бруса, согнутого на радиус, больший высоты
бруса, можно упрощенно проводить, считая брус прямолиней-
ным. Тогда можно воспользоваться зависимостью, известной из
теории упругости:
Подставляя значения изгибающего момента из уравнения
(59) и производя преобразования, получаем выражения для оп-
ределения параметров пружинения:
кривизна пружинения
—1— = 2 — • — или —— = 2т ; (61)
Кпр й Е гпр Е
1
р
угол пружинения (получаем, используя соотношение —у- =
Т
_Да \
а /
Да = 2 — . — На = 2т — га; (62)
НЕ Е
радиус изгиба — радиус инструмента
Я =-------------- или г =-----; (63)
т ат ат
1+2Т--^'7?« и-2т— г0
НЕ с
радиус заготовки после пружинения
7?о =------------- или г о =---------. (64)
Приведенные уравнения будут справедливы для любого вида
линейного пластического изгиба, только в каждом случае следу-
ет подставлять соответствующее значение изгибающего момента.
Из анализа уравнений можно сделать вывод, что относитель-
ные величины пружинения (кривизна пружинения \1ЯПр по от-
3 Заказ 663 33
ношению 1/7?) и угол пружинения увеличиваются с увеличением
радиуса изгиба.
Работа деформирования при пластическом изгибе. Полную
работу деформирования при пластическом изгибе бруса можно
определить как площадь диаграммы изгибающих моментов, по-
строенной в зависимости от кривизны бруса (рис. 12, площадь
фигуры О АВС). Тогда работа изгиба бруса длиной Ь выразится
1
к
А = Ь (65)
Текущий изгибающий момент Му принимается по уравнению,
соответствующему принятому виду изгиба.
Рис. 12. Диаграмма изгибающих моментов
Работа, подсчитываемая по уравнению (65), представляет со-
бой общую работу деформирования, в которую входит работа,
затрачиваемая как на пластическую, так и на упругую дефор-
мацию. При гибке в ротационных машинах в большинстве случа-
ев работа электродвигателя затрачивается только на работу
пластических деформаций. Последнюю можно определить путем
исключения упругой деформации из полной работы деформиро-
вания.
Работа упругой деформации составляет
А,п.д=-^. (66)
Ж пр
Экспериментальные исследования. Для проверки установ-
ленных теоретических зависимостей параметров пластического
изгиба автором были проведены в ЦНИИТМАШе эксперимен-
тальные исследования. Были спроектированы и изготовлены две
специальные испытательные машины, осуществляющие чистый
изгиб образцов на сравнительно малые радиусы и записывающие
величины изгибающего момента в зависимости от кривизны из-
гиба [11]. Исследованию были подвергнуты образцы прямоуголь-
34
ного, круглого, квадратного на ребро, таврового и двутаврового
профилей из углеродистой стали разных марок и других сплавов.
При холодных испытаниях использовались образцы размером
12 X 30 X 350 мм, при горячих испытаниях — размером 30 X
X 90 X 600 мм.
Производились замеры изгибающего момента, угла пружине-
ния и радиусов образца до и после пружинения. Типовые экспе-
риментальные кривые изгибающих моментов в сопоставлении
С теоретической кривой показаны на рис. 13.
Рассмотрение результатов экспериментов показало, что тео-
ретические и экспериментальные данные совпадают с достаточ-
ной точностью [И]. Между экспериментальными кривыми нор-
мализованных и шлифованных образцов и необработанных
образцов в состоянии поставки нет существенной разницы. По-
следнее обстоятельство дает основание распространить выведен-
ные теоретические зависимости на горячекатаный прокат в со-
стоянии поставки, из которого обычно производится гибка изде-
лий и полуфабриката.
Значительное отклонение экспериментальных кривых от
теоретических получалось на диаграммах образцов из малоугле-
родистой стали марок 10—15. На экспериментальных кривых
в момент перехода из упругой зоны в пластическую образуется
пик, а затем эти кривые снижаются до теоретической кривой
(рис. 13, в). Превышение величины изгибающего момента в ме-
сте пика над теоретической прямой достигает у отожженных об-
разцов 20—30%, а у нормализованных и в состоянии поставки
Несколько меньше. Следовательно, у малоуглеродистых сталей,
Имеющих большую площадку текучести, наблюдается значитель-
ное повышение предела текучести при изгибе по сравнению с пре-
делом текучести при растяжении. С увеличением содержания
Углерода в стали это явление затухает; например, у стали мар-
ки 45 оно едва заметно. У кривых изгибающих моментов для
образцов из легированных сталей, алюминиевых и медных спла-
вов пик полностью отсутствует.
Таким образом, при определении изгибающего момента для
брусьев из малоуглеродистой стали необходимо учитывать, что
величина изгибающего момента в начале пластического изгиба
составляет
Мл^ак^ат, (67)
где а — коэффициент, учитывающий начальное повышение из-
гибающего момента; для стали марок 10 и 15, Ст.1 и
Ст.2 (группа I по табл. 1) а = 1,2; для стали марок 20
и 25, Ст.З и Ст. 4 а = 1,1;
& — коэффициент профиля; берется из табл. 4.
Более подробно результаты экспериментальных исследований
изложены в работе [11].
т
Рис. 13. Экспериментальные кривые относительных изгиба-
ющих моментов образцов:
а — прямоугольных из стали 35; 2 — круглых из стали 25; в —
прямоугольных из стали 15 в отожженном состоянии
4. Линейный чистопластический изгиб
с упрочнением
Изгибающий момент. Как было установлено при общем ана-
лизе линейного пластического изгиба, упруго-деформированной
зоной можно пренебречь при у'т = г (Для малоуглеро-
дистой стали г = 200) и рассматривать изгиб как чистопласти-
ческий. Тогда распределение напряжений по высоте бруса будет
соответствовать схеме, приведенной на рис. 10, б, а зависимость
напряжения выразится
ст = аг+4.г/. (68)
К
Положение нейтрального слоя получим из условия статики
сумма всех сил, действующих в поперечном сечении бруса, рав-
на нулю:
Л.
Ъх — ьх [ат + У^У = (69)
о о
м«/—
Ь*у<1у -
Интегралы левой части уравнения (69а) представляют собой
площади наружной и внутренней зон поперечного сечения бру-
са, а интегралы правой части — статические моменты этих зон.
Тогда имеем
(5.-5Д (70)
Где Ьх — текущая ширина бруса;
рн и — площади поперечного сечения соответственно на-
ружной и внутренней зон;
5Н и 5О — статические моменты поперечного сечения соот-
ветственно наружной и внутренней зон относи-
тельно нейтрального слоя.
Из анализа уравнения (70) можно заключить: 1) при изгибе
бруса с симметричным поперечным сечением относительно оси,
параллельной оси изгиба, нейтральный слой будет совпадать со
средним слоем поперечного сечения бруса; 2) при изгибе бруса
с несимметричным поперечным сечением относительно оси, па-
раллельной оси изгиба, нейтральный слой вначале изгиба будет
проходить через слой, делящий поперечное сечение бруса на рав-
ные по площади наружную и внутреннюю зоны (при = оо
Рн = Ре), а затем по мере изгиба нейтральный слой будет при-
ближаться к слою, проходящему через центр тяжести попереч-
ного сечения бруса (при К = 0 = 5в).
Так как чистопластический изгиб соответствует изгибу при
г 200, то для практических расчетов можно принять, что ней-
тральный слой проходит у брусьев с асимметричным поперечным
сечением через его центр тяжести, так же как у брусьев с сим-
метричным поперечным сечением. При этом погрешность в вели-
чине изгибающего момента для наиболее неблагоприятного се-
чения бруса (неравнобокий угольник) не превысит 10%. Тогда
изгибающий момент определится уравнением
М = 2ат
к/2
{ЬхуЛу +
о
Л/2
о
ЬхуЧу.
(71)
В правой части уравнения удвоенный интеграл первого сла-
гаемого представляет собой сумму статических моментов наруж-
ной и внутренней зон поперечного сечения бруса 5, а удвоенный
интеграл второго слагаемого — момент инерции этого сечения /.
Тогда имеем
М = сг8+ (72)
Произведем преобразование уравнения (72), вводя момент
сопротивления поперечного сечения М7:
м-а+-$)*<’’ <*»
В случае бруса с несимметричным по отношению оси, парал-
лельной оси изгиба, поперечным сечением применяем условный
момент сопротивления, имеющий одинаковое аналитическое вы-
2/
ражение, как и у симметричного профиля, т. е. = —.Это дает
И
возможность продолжать дальнейшее рассмотрение линейного
чистопластического изгиба в общем виде.
В излагаемой методике расчета изгибающего момента не учи-
тывается изменение в процессе изгиба профиля поперечного се-
чения бруса, так как в подавляющем большинстве случаев оно
оказывает пренебрежимо малое влияние на силовые параметры
процесса. Например, при изгибе узкого бруса (гибка на ребро)
или трубной заготовки уменьшение ширины или стенки заготов-
ки в растянутой зоне частично компенсируется утолщением ука-
занного элемента в сжатой зоне; при этом положение нейтраль-
ного слоя смещается к центру кривизны.
в отдельных случаях, в частности при изгибе стандартных
несимметричных профилей, являющихся относительно тонкостен-
ными (отношение ширины полки к ее толщине большее 6), изме-
нение толщины полки, расположенной в плоскости изгиба, замет-
но влияет на величину изгибающего момента. В связи с этим
рекомендуется определять изгибающий момент при гибке уголка
по отношению оси, параллельной одной из полок, тавра по отно-
шению оси, параллельной основанию, и швеллера по отношению
оси, параллельной стенке, с учетом поправочного коэффициен-
та с. Тогда момент сопротивления профиля
Г' = — с.
й
I Величину коэффициента с приближенно можно принимать по
уравнению
с= 1 ± —;
1 г°
в этом уравнении знак плюс соответствует изгибу полкой во
Внутрь (полка утолщается), а знак минус — изгибу полкой на-
руЖУ. п
Обозначив в уравнении (73) отношения — и —- соответствен-
у/
но коэффициентами к\ и к0, получим
М = (
\ /
Или, выражая -5-через относительный радиус изгиба,
М=(кг +
(74)
получаем
(75)
Коэффициент к1 зависит только от профиля поперечного се-
чения изгибаемого бруса, поэтому называем его коэффициентом
профиля (табл. 4).
Коэффициент кд звисит только от механических свойств ма-
териала изгибаемого бруса и характеризует интенсивность упроч-
нения материала, отнесенную к пределу текучести, вследствие
чего называем его относительным модулем упрочнения. Значе-
ния относительного модуля упрочнения конструкционных сталей
при холодном деформировании приведены в табл. 1.
Если кривая истинных напряжений аппроксимируется прямой,
начинающейся в точке, соответствующей (см. рис. 4, б), то
в уравнения (74) и (75) вместо следует подставлять а'.
При определении изгибающего момента в случае горячей гиб-
ки следует подсчитывать относительный модуль упрочнения по
Уравнению
Расчетные формулы и числовые значения коэффициента профиля для разных профилей
Наименование профиля и вид изгиба Вид профиля Расчетная формула Числовое значение
Прямоугольный к— Ь р. — ^ = 1,5
4
Квадратный «на реб- ро» — *1= 2,0
Круглый а — *1= 1,7
Двутавровый и швеллерный «верти- кально» . . 6А3-(А-^)(А-2/)2 1 ’ № — (6 — д.) (А — 2/)3 Для нормального профиля А1= 1,2
г г и т
ь
Продолжение табл. 4
Наименование профиля и вид изгиба Вид профиля Расчетная формула Числовое значение
Двутавровый «гори- зонтально» —А— . _ , .. 2да+(&-2рсР Й1 ’ 2й8 + (б-2оа3 Для нормального профиля Ах= 1,8
Швеллерный «гори- зонтально» г ЗА/(Л — П)2 к1~ Ат13-(6-20(П-^)3 + 2((/1-т1)3 Для нормального профиля А1 = 1,55
г 1 1
Тавровый полкой внутрь и наружу г .С а 1,5Ай (А —т])2 к1~ Ат]3-(А-<*)(т1-/)34-<1(А-т1)3 —
н -—1 т
Продолжение табл.
Числовое значение Для нормального профиля ^=1,5 йх = 1,5 а Для — =0,4-8-0,59 ^=1,6 а Для —=0,6-5-0,74 й1=1,5 - с* 1 । •с п ° С !; 2 С э с 1 о •« X в ч 3 ь > * С)
И ч ж О, & к я § 1» ся р 1 ю 1 -52 « 1 Е 1 т ср- -52 II «г 1 00 -I 5
Вид профиля ♦ ь 22222 и 1 V Н- /7 \ и х 7 < \> /7—
Наименование профиля и вид иагвба Равнобокий угловой полкой внутрь и на- ружу » » с X о и □ 5 X г 8 □ 3 у 2 Кольцевой (труба)
принимая величины Пх и оа по табл. 2. Также в уравнение (75)
следует подставлять вместо от величину 0,6 ав. Это вызвано тем,
что в литературе для сплавов в горячем состоянии обычно при-
водятся значения ов, а не от. Числовой коэффициент 0,6, пред-
ставляющий собой отношение предела текучести к пределу проч-
ности при растяжении, является средним для углеродистых и
малолегированных конструкционных сталей.
В уравнение (75) входит величина радиуса изгиба, т. е. до
пружинения. Но при практических расчетах изгибающий момент
можно рассчитывать непосредственно по радиусу изделия г0, так
как погрешность при этом не превышает 3%. Тогда уравнение
(75) примет вид
М= №<гг. (76)
\ 2г0 /
Для подсчетов показателей пружинения и для графического
выражения изменений изгибающих моментов удобно пользовать-
ся понятием относительного изгибающего момента т:
-=-<7==^ + -^. (77)
Начальный изгибающий момент
Мо = к^аТ. (78)
При изгибе в холодном состоянии образцов из малоуглероди-
стой стали (группы I и II) необходимо введение коэффициента
(см. уравнение 67). Для определения показателей пружинения
будут действительны уравнения (62) — (64).
Остаточные напряжения. В соответствии с анализом пружи-
нения (см. раздел 3) остаточные напряжения определятся из
сложения напряжений, действующих в конечный момент изгиба,
и Условных напряжений разгрузки.
__Условные напряжения слоя, находящегося на расстоянии у от
нейтрального слоя, определим из условия равенства момента
Условных напряжений изгибающему моменту конца изгиба:
(79)
Подставляя М = т№оТ, получаем
а' = 2таТ — ; (80)
И
'тогда остаточные напряжения выразятся
Сост= — 1рт. (81)
\ Л /
Остаточные напряжения в крайних слоях при симметричном
, , Л
относительно оси изгиба профиле у = —
^ = (^1-!)^
(82)
и при несимметричном относительно оси изгиба профиле у = И'
(И' — расстояние от нейтрального слоя до соответствующего
крайнего слоя)
о ост = (2^1 ---1) От- (83)
\ Л /
Следовательно, при чистопластическом изгибе остаточные на-
пряжения в крайних слоях зависят только от профиля сечения
(для прямоугольного профиля Пост- = 0,5от, для круглого Пост =
= 0,7от и для квадратного на ребро оОст = от), а в нейтральном
слое, независимо от профиля, они близки к пределу текучести.
Таким образом, в согнутом брусе имеют место высокие оста-
точные напряжения, которые могут при определенных условиях
вызвать коробление согнутой детали или содействовать возник-
новению трещин при последующей сварке.
Работа деформирования. При чистопластическом изгибе из-
менение изгибающих моментов происходит по линейной зависи-
мости (рис. 12, пунктир). Тогда полная работа деформирования
выразится простым уравнением (площадь фигуры ОЛ^ВС):
А = м + М-«.^. (84)
2 7?
Подставляя значения М и Мо из уравнения (76) и (78), по-
лучаем
А = (X + —1 (85)
\ 1 4г ) гН ' '
Для получения работы пластической деформации следует из
уравнения (85) вычесть работу упругих деформаций, определя-
емую по уравнению (66); тогда работа пластической деформации
1 \ | -
Гпр ) г _
— №(ТГ.
Л
(86)
При чистопластическом изгибе работа упругих деформаций
мала по сравнению с работой пластической деформации, поэто-
му в расчете гибочных валковых машин можно пользоваться
уравнением (85).
Граничный минимальный радиус. Граничный радиус между
линейным и объемным пластическими изгибами определен гра-
44
фически, путем построения диаграмм относительных изгибающих
моментов по уравнениям линейного и объемного пластического
изгибов. Точка пересечения кривых соответствует граничному
минимальному радиусу.
Пересечение кривых относительных изгибающих моментов
Для различных материалов про-
исходит при разных значениях
относительного радиуса. Это
объясняется тем, что принятые
ками прямолинейные зависимо-
сти II и III участков диаграм-
мы сопротивления деформиро-
ванию также имели точки пере-
сечения при различных вели-
чинах относительных деформа-
ций. При изгибе на относитель-
ный радиус (табл. 5), больший
Указанных значений, использу-
ются зависимости линейного
пластического изгиба, а при
меньших значениях — объем-
ного.
Таблица 5
Значения граничных радиусов изгиба
между объемным и линейным
чистопластическим изгибом
прямоугольного бруса
Группа и марка стали
Группа I (10, 15,
Ст.1 и Ст.2)
Группа II (20, 25,
Ст.З и Ст. 4) . .
Группа III (30, 35
и Ст.5) ...........
Группа IV (40, 45
и Ст. 6)...........
2,7
3,2
4,0
5,3
2,2
2,7
3,5
4,8
5. Линейный упругопластический изгиб
без упрочнения
,Согласно анализу, проведенному в разделе 3, при изгибе
СУТ > 0,25, что соответствует относительным радиусам изгиба
г > 100 4- 200, в зависимости от величины предела текучести
(21—42 кГ1мм2)\ параметры процесса можно определять, рас-
сматривая изгиб как упругопластический без упрочнения
(рис. 10, в).
Изгибающий момент. Для определения изгибающего момен-
та прямоугольного бруса будет справедливо уравнение (57).
При изгибе на большие радиусы пружинение согнутого бруса
значительно и поэтому в уравнение (57) необходимо подставлять
Л предварительно определив его исходя из относительного ра-
диуса изделия Го- Для определения относительного радиуса г
будет справедливо уравнение (63), но в него входит величина
относительного изгибающего момента т. Вследствие этого реко-
мендуем определять относительный радиус изгиба по графикам
на рис. 14.
Для материалов, не указанных на графиках, уравнения (57)
и (63) следует решать совместно методом подбора г.
Для бруса, имеющего тонкую стенку, расположенную перпен-
дикулярно оси изгиба (уголковый, тавровый, двутавровый и
швеллерный профили), уравнение для определения изгибающего
момента будет иметь вид
м-[**—Жг4)!]Го” (87)
где Ь\ — ширина стенки профиля.
Так как у стандартных профилей величина Ь\ во много раз
меньше Ъ (ширины полки), второй член уравнения в этом случае
Рис. 14. Диаграмма зависи-
мости между радиусами из-
гиба до и после пружинения
при упругопластическом из-
гибе прямоугольного бруса
представляет собой относительно
малую величину. Тогда определять
изгибающий момент можно по урав-
нению
М = к^ат. (88)
Как уже указывалось выше, для
брусьев из малоуглеродистой стали
(группы I и II) зависимости упруго-
пластического изгиба неприменимы.
Изгибающий момент следует опре-
делять по уравнению (67).
Остаточные напряжения. Опре-
деляем остаточные напряжения ана-
логично принятому методу при ана-
лизе чистопластического изгиба с
упрочнением. Напряжения в конеч-
ный момент изгиба в пластической
зоне
СУ — (Уу.
(89)
Получаем остаточные напряже-
ния путем алгебраического сложе-
ния напряжений о и сп. Условные на*
пряжения с?1 определяются из уравнения (79).
Тогда
о0ст —
(90)
Наибольшие остаточные напряжения будут возникать при
Й „ -
у = — и у = ут. С увеличением кривизны изгиба остаточные на-
пряжения будут увеличиваться и приближаться к величине оста-
точных напряжений чистопластического изгиба.
Работа деформирования. Эту работу при упругопластиче-
ском изгибе без упрочнения можно определить как сумму пло-
46
Щадей диаграммы моментов — площади от О до 1/7?3 и от 1//?3
Д° 1/7? (рис. 12, площадь фигуры ОАВ^):
(91)
На участке диаграммы от О до 1//?3, соответствующем упру-
гому изгибу, текущий изгибающий момент
1У,у — Г, Шуп — г, " иТ-
Ку Ку
(92)
На участке диаграммы от 1//?3 до 1//?, соответствующем пла-
стической стадии изгиба, текущий момент будет определяться
зависимостями упругопластического изгиба. В частности, для
прямоугольного бруса
,2
21
Му = 1,5 — 2
№ат.
(93)
После подстановки в уравнение (91) значений Му, интегриро-
вания и соответствующих преобразований получаем
Л =
1,5 —Зг —4-2г2
Е
(94)
Это уравнение соответствует полной работе изгиба. Для опре-
деления величины работы пластических деформаций необходимо
из уравнения (94) вычесть величину работы упругих деформа-
ций, подсчитываемую по уравнению (66); тогда
А = (Г1,5 — Зг4- 2г2 Г—)2]— -
II Е \ Е / 1 г
1,5 —2г2 X
X (95)
х Д / -1 пр
Анализ искажений сложных профилей при пластическом из-
гибе и мероприятия по их предупреждению изложены в гл. III.
6. Многократный пластический изгиб
Деформирование посредством многократного пластического
изгиба широко применяется при технологических процессах гиб-
ки и правки. Так, например, в валковых и роликовых машинах
гибка на небольшой радиус осуществляется за несколько после-
довательных изгибов, а правка — путем многократных знакопе-
ременных изгибов, т. е. изгибов с чередующимися направле-
ниями.
Для установления особенностей изменения сопротивления ма-
териала деформированию при различных видах многократного
пластического изгиба автором были проведены эксперименталь-
ные исследования на специальной испытательной машине [11].
Были исследованы следующие виды многократного пластиче-
ского изгиба.
а) Многократный последовательный изгиб. При эксперименте
образцы изгибались на некоторую кривизну, разгружались и за-
тем сгибались на большую кривизну. Полный изгиб образцов
осуществлялся за несколько последовательных изгибов с проме-
жуточными разгрузками. Результаты эксперимента представле-
ны графически в виде диаграммы изгибающих моментов
(рис. 15, а).
Величина изгибающего момента при повторных изгибах быст-
ро достигает величины изгибающего момента, соответствующей
изгибу на суммарную кривизну, т. е. на кривизну деформирова-
ния образца в данный момент. Отдельные кривые изгибающих
моментов в пластической зоне являются как бы продолжением
друг друга и образуют общую кривую, одинаковую с кривой
изгибающих моментов простого изгиба. Следовательно, проме-
жуточные разгрузки образца не влияют на величину изгибаю-
щего момента, которая, так же как при простом изгибе, зависит
от конечного радиуса изгиба.
Этот вид деформирования соответствует холодной гибке на
валковых и роликовых машинах за несколько последовательных
пропусков.
б) Многократный знакопеременный изгиб прямого бруса.
Эксперимент проводился путем многократных изгибов образца
в противоположные стороны на одинаковый радиус кривизны.
Диаграмма изгибающих моментов показана на фиг. 15, б.
Кривые изгибающих моментов последующих изгибов в на-
чальной стадии проходят значительно ниже кривой первого
изгиба, что является следствием снижения сопротивления дефор-
мированию, наблюдаемого при изменении направления деформи-
рования (эффект Баушингера), и наличия остаточных напряже-
ний в согнутом брусе.
Конечные величины изгибающих моментов последующих из-
гибов можно считать примерно одинаковыми с конечной величи-
ной изгибающего момента первого изгиба, если учесть, что
последующие изгибы проводились на кривизну, в 2 раза боль-
шую, чем первый изгиб.
Кривые изгибающих моментов повторных изгибов почти сов-
падают, и никакого повышения сопротивления деформированию
с увеличением числа изгибов не наблюдается.
Таким образом, при многократных знакопеременных изгибах
на одинаковые радиусы (до относительного радиуса, равного 3)
конечные величины изгибающих моментов равны конечной ве-
личине изгибающего момента первого изгиба на суммарную
48
а — последовательных; б — знакопеременных прямого бруса;
в — знакопеременных согнутого бруса
4 Заказ 663
49
кривизну и степень упрочнения материала не зависит от количе-
ства изгибов.
в) Многократный знакопеременный изгиб изогнутого бруса.
Этот эксперимент был поставлен для имитации процесса правки
в валковых и роликовых машинах.
Образцы были предварительно согнуты и подвергнуты нор-
мализации для снятия наклепа и остаточных напряжений.
При эксперименте образцы сначала разгибались, а затем им
давался многократный знакопеременный изгиб на кривизну, зна-
чительно меньшую начальной кривизны.
Рассмотрение диаграмм изгибающих моментов (рис. 15, в)
дает возможность установить, что изгибающие моменты много-
кратных изгибов по величине чередуются. Изгибающие моменты
изгибов с направлением, совпадающим с начальной кривизной
образца, значительно меньше, чем изгибающие моменты обрат-
ного направления. При многократном повторении знакоперемен-
ных изгибов влияние направления начальной кривизны постепен-
но ослабевает и изгибающие моменты прямых и обратных изги-
бов становятся одинаковыми и примерно равными изгибающему
моменту простого изгиба на тот же радиус кривизны. Следова-
тельно, при многократных знакопеременных изгибах на малую
кривизну выравнивается неравномерность механических свойств
материала образца, получившаяся от деформации распрямления
начальной кривизны. Установленное свойство дает возможность
объяснить, как влияет количество правильных валков или роли-
ков на качество правки.
7. Поперечный пластический изгиб
Технологические процессы гибки и правки осуществляются
посредством поперечного пластического изгиба, т. е. под дейст-
вием сил, прикладываемых к брусу перпендикулярно его про-
дольной оси. Основными схемами нагружения при простых про-
цессах гибки являются изгиб бруса, опертого на две опоры,
силой, сосредоточенной посредине, и изгиб бруса силой, прило-
женной консольно.
В отличие от чистого изгиба, при поперечном изгибе на брус
действуют изгибающий момент, непрерывно меняющийся по
длине бруса, и поперечные и продольные силы. Продольные силы
могут быть как сжимающие, которые вызываются наличием го-
ризонтальных составляющих реакции опор, так и растягиваю-
щие, возникающие вследствие защемления концевых участков
бруса при сложных процессах гибки и вследствие возникновения
сил трения между брусом и инструментом, в частности между
заготовкой и роликами.
На свободных участках бруса изгибающий момент изменяет-
ся по линейной зависимости, а поперечная сила постоянна. На
50
Рис. 16. Распределение изгибающего
момента и поперечной силы при по-
перечном пластическом изгибе
контактных участках вследствие действия нормальных контакт-
ных напряжений изменения изгибающего момента и поперечной
силы происходят по криволинейным законам (рис. 16).
Концевые участки бруса АБ и А'Б' деформируются упруго,
а средний участок — пластически. Примерные схемы распреде-
ления нормальных и касательных напряжений по высоте бруса
показаны на рис. 17 (при упругом изгибе — на рис. 17, а, при
пластическом изгибе на свободном участке — на рис. 17, б и при
пластическом изгибе на контактном участке — на рис. 17, в). На
пластически деформирую-
щихся участках БВ и Б'В'
(рис. 16), хотя поперечная
сила постоянна, происходит
непрерывное изменение эпю-
ры касательных напряже-
ний, так как изменяется эпю-
ра нормальных напряжений,
а при пластическом дефор-
мировании распределение
тех и других напряжений
связано условием пластич-
ности.
На контактных участках
бруса контактные напряже-
ния вызывают перераспреде-
ление нормальных и каса-
тельных напряжений. В сжа-
той зоне бруса (в очаге де-
формации контакт с инстру-
ментом происходит со сторо-
ны внутренней зоны попереч-
ного сечения бруса) значи-
тельно возрастают нормальные сжимающие напряжения во всех
трех взаимно перпендикулярных направлениях, вследствие чего
Повышается изгибающий момент, необходимый для изгиба кон-
тактного участка бруса.
Продольные силы также вызывают перераспределение нор-
мальных и касательных напряжений по высоте бруса. Однако,
как показывает анализ пластического изгиба с растяжением [15],
их действие существенно влияет только тогда, когда по величине
они сравнительно высоки (более 0,5 от).
У брусьев сложного профиля (углового, швеллерного, труб-
ного и др.) касательные напряжения возникают и в двух других
взаимно перпендикулярных плоскостях.
Таким образом, при поперечном пластическом изгибе напря-
женное состояние элементов непрерывно изменяется как по вы-
соте, так и по длине. Это отражается на кривизне изгиба бруса,
4* 51
которая получается переменной. Кроме того, касательные напря-
жения нарушают линейный закон деформаций по высоте бруса
(поперечные сечения искажаются).
Рис. 17. Распределение нормальных и касательных напряжений по высоте
бруса и схемы напряженного состояния при поперечном пластическом
изгибе
Напряженному состоянию бруса произвольного сечения бу-
дут соответствовать полные уравнения равновесия:
дсг , 1 . Че . аг~°е _ 0
дг г ЗВ дг г
Че , 1 ^ае . । ^хге __п
дг г д® дг г
дхгг । 1 . дхег । даг хгг _ 0
дг г ЗВ дг г
и уравнение пластичности
а/ = V (ог ~ °е)2 + (ое — ог)2 + (ог — ог)2 + 6 (т2е + 4г + 4г).
Для широкого прямоугольного бруса могут быть приняты
упрощенные уравнения равновесия и пластичности:
дсг . 1 Чв . аг — °е __ р
дг г дв г
^хге 1 бсте , Че р
дг г ЙВ г
Схемы напряженного состояния бесконечно малого элемен-
та прямоугольного бруса в сжатой и растянутой зонах показа-
ны на рис. 17, г и д.
Общее решение уравнений равновесия и пластичности даже
упрощенного вида соответствующего поперечного пластического
изгиба прямоугольного бруса представляет собой весьма слож-
ную математическую задачу.
В настоящее время известны упрощенные решения некоторых
отдельных вопросов теории поперечного пластического изгиба.
Подавляющее большинство их связано с решением задач по рас-
чету сооружений на прочность, как например определение несу-
щей способности балки при изгибе. Экспериментально доказано,
что влияние касательных напряжений на деформацию бруса ска-
зывается только при малом расстоянии между опорами, поэтому
при рассмотрении изгиба с большим расстоянием между опора-
ми обычно касательными напряжениями пренебрегают.
С целью получения основных исходных положений для ана-
лиза технологических процессов гибки и правки рассмотрим не-
которые особенности поперечного пластического изгиба.
Поперечный пластический изгиб при большом расстоянии
Между опорами. При этом изгибе, когда касательные напряже-
ния незначительны, считаются справедливыми зависимости, вы-
веденные для чистого изгиба, рассмотрение которого было про-
ведено выше.
Последовательность протекания деформации бруса при по-
перечном изгибе можно представить в следующем порядке: в
начале деформирования происходит упругий изгиб с переменной
кривизной по его длине; затем на участке приложения внешней
силы, где изгибающий момент достигает наибольшей величины
в крайних по высоте поперечного сечения слоях бруса, возника-
ют пластические деформации, которые при дальнейшем изгибе
распространяются в обе стороны и к его средине. С увеличением
кривизны изгиба пластические зоны охватывают все больший
объем изгибаемого бруса.
Изменение радиуса изгиба вдоль продольной оси согнутого
бруса можно теоретически определить, используя уравнения (74)
и (87). Однако, как показывают экспериментальные исследова-
ния, при поперечном пластическом изгибе существенное влияние
на распределение кривизны оказывают контактные напряжения
и некоторые другие факторы, благодаря которым изменение кри-
визны на сравнительно большой средней части пластически со-
гнутого участка происходит менее интенсивно, причем с увеличе-
нием изгиба неравномерность распределения кривизны снижает-
ся. Некоторые экспериментальные данные по распределению
кривизны вдоль продольной оси бруса приведены в работе [15].
Поперечный пластический изгиб при малом расстоянии меж-
ду опорами. При изгибе с малым относительным расстоянием
53
между опорами касательные напряжения оказывают в некото-
рых случаях существенное влияние на характер деформации из-
гибаемого бруса и на параметры процесса.
Рассмотрением касательных напряжений при пластическом
изгибе занимались многие исследователи [18, 22 и 29], но в основ-
ном применительно к определению несущей способности балок.
Изгиб принимался обычно как упругопластический без упроч-
нения.
Предельным напряженным состоянием элементов изгибаемо-
го бруса будет условие, при котором интенсивность напряженно-
го состояния достигает величины сопротивления деформирова-
нию ст *. Для случая линейного пластического изгиба (стг = ст2 =
= 0 и хХу = Туг = 0) условие пластичности можно принять
о’ = ]/ст2 + Зт2. (96)
Для возможности рассмотрения пластического изгиба на зна-
чительную кривизну под действием нормальных и касательных
напряжений необходимо задаться эпюрой нормальных или ка-
сательных напряжений, но для этого не имеется обоснованных
критериев [22].
С целью выявления предельных условий изгиба, при которых
касательные напряжения начинают оказывать существенное
влияние на величину нормальных напряжений и на изгибающий
момент, определим касательные напряжения из условия незави-
симости действия нормальных и касательных напряжений. Это
допущение может быть вполне приемлемо при т 0,5т8 [34],
когда снижение нормальных напряжений от одновременного
действия будет менее 15%, а изгибающего момента приблизи-
тельно менее 3%, так как касательные напряжения достигают
54
наибольших значений на нейтральном слое. При рассмотрении
поперечного пластического изгиба со значительными касатель-
ными напряжениями принимаем другой метод, излагаемый ниже.
Рассмотрим вначале касательные напряжения при упруго-
пластическом изгибе с упрочнением, как более общем случае.
Распределение нормальных напряжений по высоте изгибаемого
бруса примем таким же, как при чистом изгибе.
Выделим на изгибаемом брусе участок, ограниченный попе-
речными сечениями, расположенными друг от- друга на расстоя-
нии <1х (рис. 18, а). В сечении ахЪ\ будет действовать изгибающий
момент М, а в сечении а2Ь2 — изгибающий момент М + <1М.
В первом сечении пластическая зона отстоит от нейтрального
слоя на расстоянии ут, а во втором сечении — на расстоянии
Ут — ^Ут-
Законы изменения нормальных напряжений следующие:
а) в пластической зоне [по аналогии с уравнением (53) и при
подстановке /?1 = ут — и Р2 = (ут — <1ут) — в сечении ахЬ\
Ст Ст
°*“Ч1+'гЬН1)]’ (97)
в сечении а2Ь2
а2 = ст Г1 + — (---— — 1 )1; (98)
[ Е \ Ут —а‘Ут И
б) в упругой зоне в сечении
= (99)
&Т
в сечении а2Ь2
02 =----(100)
Ут —аУт
Рассмотрим касательные напряжения в брусе прямоугольно-
го сечения.
Определяем зависимость касательных напряжений в пласти-
ческой зоне из условия равновесия параллелепипеда сечением
и шириной Ь (сумма проекций всех сил на горизонталь-
ную ось равна нулю):
Л,'2 Л/2
У О1Ьс1у — у о2Ьс1у + т:плЬ(1х = 0.
> У
После интегрирования и преобразований получаем значение
касательного напряжения в пластической зоне:
п Х"л " Е ст Л2 Т -У ЛУт (Ю1)
2 Ут <1х
Определяем зависимость касательных напряжений в упругой
зоне из условия равновесия параллелепипеда
ут к!2 Ут—<1ут й/2
<цМу + О1Ьс1у — а^ЬЛу — у о2Ьс1у + хуп Мх = 0.
У Ут У У7—Лут
(102)
После интегрирования и преобразований получаем значения
касательных напряжений в упругой зоне:
_ ат 2 — ’. (103) у2
Находим с1ут путем дифференцирования уравнения
Еит
котором значение г заменяем через —-—'
(55), в
(Ю4)
Пт Н
Подставляем значение йу-г в уравнения (101) и (103) и заме-
*У7 у—, РН .р
няем — им/ соответственно через (2 и —. Тогда получаем рас-
четное уравнение для касательных напряжений:
Максимальное значение касательных напряжений будет на
нейтральном слое, т. е. при у = 0; тогда уравнение (106) примет
вид
Определим касательные напряжения при чистопластическом
изгибе с упрочнением (рис. 18, б). Используя уравнения, соответ-
56
ствующие уравнению (68), и подставляя значение —из уравне-
ния (72), получаем
О1==от+(А_2АОт^, (Ю8)
, / М + ам 2кх \
°2 — СТ,. Ц- I ' ~ °т ) У-
\ Л П /
Аналогично предыдущему решению получаем значение каса-
тельного напряжения для бруса произвольного сечения
где 8У1 — статический момент относительно нейтральной оси
части сечения, находящегося выше у,
Ьх—ширина бруса на расстоянии у от нейтрального слоя.
Наибольшее значение касательного напряжения будет на
нейтральном слое. В этом случае 8У = 5, а 25 = к\117. Тогда
тах НЬ.
(111)
Для бруса прямоугольного сечения уравнения (110) и (111)
имеют вид
—. А.Г1 — 4/
2 Р [ \
_ - А 0.
1тах 2 р
(112)
(ИЗ)
Уравнения (112) и (113) полностью одинаковы с уравнения-
ми упругого изгиба. Следовательно, величина и характер рас-
пределения касательных напряжений при чистопластическом с
упрочнением и упругом изгибе будут также одинаковыми.
Распределение касательных напряжений для упругопластиче-
ского и чистопластического изгиба приведено на рис. 19, а и б.
При упругопластическом изгибе касательные напряжения на ней-
тральном слое увеличиваются с увеличением изгиба бруса и до-
стигают максимума при изгибе на относительный радиус, равный-
ПО—130, или при ут = к', затем они снижаются.
Для удобства суждения о величине касательных напряжений
выразим их значение через относительный изгибающий момент и
относительное расстояние между опорами. При изгибе бруса,
опертого на две опоры сосредоточенной посредине силой, попе-
р
речная сила () = —. Подставим в уравнения (117) и (113) зна-
чения
<2 = — = —Гот;
1 1 ’
обозначим буквой А коэффициент при — в указанных урав-
Р
нениях и заменим от = 2тт; тогда имеем
2 Л/п
^тах ~ з " Тт-
(И4)
При упругопластическом изгибе с упрочнением прямоуголь-
ного бруса наибольшие значения Л = 3-4-4 и пг ~ 1,5 (при г =
= 110-4- 130 и у = 0) и, следовательно, касательные напряжения
на нейтральном слое, где нормальные напряжения равны нулю,
достигают тт при относительном расстоянии между опорами
1 = 3-4- 4. При этом касательные напряжения в пластиче-
ской зоне будут иметь наибольшее значение в слое, граничащем
Рис. 19. Распределение касательных напря-
жений по высоте изгибаемого бруса пря-
моугольного сечения при изгибе:
а — упругопластическом; б — чистопластнческом
с упруго-деформиро-
ванной зоной, где
они равны т = 0,15тт.
В этом случае, соглас-
но уравнению (96),
уменьшение нормаль-
ных напряжений будет
менее 1,5% и, следова-
тельно, можно рассмат-
ривать действие нор-
мальных и касательных
напряжений независи-
А = 1,5 и т = 2,5-^3,0 (г < 5 и у = 0)
мо друг от друга.
В процессе чисто-
пластического изгиба с
упрочнением прямо-
угольного бруса при
касательные напряжения
достигают на нейтральном слое значения т = 0,5тт при относи-
тельном расстоянии между опорами I 5-4-6. У бруса сложного
профиля, имеющего узкую ширину на нейтральном слое, напри-
мер двутаврового или тонкостенного кольцевого сечения, каса-
тельные напряжения будут достигать на нейтральном слое вели-
чины Хт при большем расстоянии между опорами.
Таким образом, при чистопластическом изгибе прямоуголь-
ного бруса с относительным расстоянием между опорами I < 6
и бруса сложного профиля с / <6-4-12 вследствие одновремен-
ного действия нормальных и касательных напряжений влияние
последних будет сказываться на параметрах процесса.
При одновременном действии нормальных и касательных на-
пряжений эпюра нормальных напряжений, показанная на
рис. 10, б, будет соответствовать эпюре интенсивности напряже-
ний по уравнению (96). Для решения задачи необходимо знать
закон распределения по высоте бруса нормальных или касатель-
ных напряжений; но для этого в технической литературе отсут-
ствуют обоснованные критерии, в связи с чем некоторые иссле-
дователи предложили упрощенные эпюры распределения
нормальных и касательных напряжений [22]. Однако эти предло-
жения не подходят для рассматриваемого случая пластического
изгиба.
При чистопластическом изгибе с упрочнением наибольшего
значения касательные напряжения достигают в средней зоне бру-
са и, следовательно, в этой зоне нормальные напряжения сни-
жаются до минимума. Тогда эпюры нормальных и касательных
Рис. 20. Схемы распределения нормальных и касательных напряжений
при чистопластическом изгибе при учете их одновременного действия:
а — приближенная; б — упрощенная
напряжений можно представить в виде, изображенном на
рис. 20, а.
Для получения приближенных аналитических зависимостей
силовых параметров принимаем упрощенное распределение нор-
мальных и касательных напряжений в виде трапеций
(рис. 20, б). Эти эпюры в отношении величин изгибающего мо-
мента и поперечной силы будут сравнительно близко соответст-
вовать распределению напряжений, указанному на рис. 20, а.
Принятое допущение соответствует наибольшим значениям изги-
бающего момента и поперечной силы при их одновременном дей-
ствии. Тогда для бруса с сечением, симметричным по отношению
оси, параллельной оси изгиба, изгибающий момент и попереч-
ная сила определяются по формулам
Л/2
й/2
(115)
Уо
<2 = 2тг \Ь^1у +
0 о
^\Ьхуду. (116)
В уравнении (115) интеграл первого слагаемого представляет
собой статический момент, интеграл второго слагаемого — мо-
мент инерции зоны полусечения бруса, в которой действуют нор-
мальные напряжения, а в уравнении (116)—интеграл первого
слагаемого — площадь, интеграл второго слагаемого — статиче-
ский момент зоны полусечения бруса, в которой действуют каса-
тельные напряжения. Получаем
М = 25^ + —
В.
С = 2Лптт -|- <$1Р
(Н7)
(П8)
Для прямоугольного бруса после принятых выше подста-
новок
(2 = □'“-Л + Ро (120)
Н \ 2г Л /
Для наиболее распространенных случаев пластического изги-
ба, когда изгиб бруса, опертого на две опоры, производится си-
лой, сосредоточенной посредине, и изгиб бруса производится
приложенной консольно силой, находим величину — из условия
4 ^0 / Уб V I /2 | А ( У о \1 2 I [. Уч ________________________
3 г Л / \ г К ) II
1 + -1А)=0. (121)
3 г /
1 /
2 \
Определить величину -у-и затем Л1 и 0 можно решением ку-
бического уравнения или путем построения графика I--у для
заданных значений ко и г, преобразовав уравнение (121):
Ввиду сравнительно небольшого пружинения при чистопла-
стическом изгибе при решении уравнения (122) можно принять
60
Го за г. Для суждения об изменении силовых параметров процес-
са их значения в зависимости от I показаны на графике (рис. 21).
С уменьшением расстояния между опорами I касательные
напряжения увеличиваются, а нормальные снижаются; благода-
ря этому уменьшение изгибающего момента и увеличение попе-
речной силы происходит ограниченно (если при анализе напря-
женного состояния не учитывать касательные напряжения при
I —0, поперечная сила м в соответствии с условием
0=^).
ь}
Предельная величина поперечной силы соответствует момен-
ту, при котором касательные напряжения достигают предела те-
мента т, относительной поперечной силы д и вели-
чины уо/Н в зависимости от расстояния между опо-
рами I при изгибе прямоугольного бруса на г = 5
кучести (с учетом упрочнения материала) по всей высоте изги-
баемого бруса, т. е. при /->0,
<этах=4-(1 + 44 (123)
2 \ 4г /
Уравнения (117) — (123) действительны при линейном плас-
тическом изгибе; если же изгиб производится на относительный
радиус, соответствующий диапазону относительных радиусов
•объемного пластического изгиба, то, учитывая упрочнение мате-
риала изгибаемого бруса, наибольшую величину поперечной
силы можно приближенно принимать
<2тах = (124)
Таким образом, при поперечном пластическом изгибе с ма-
лым расстоянием между опорами под действием касательных на-
пряжений будет происходить пластический сдвиг одних продоль-
ных слоев по отношению к другим, вследствие чего первоначаль-
но плоские поперечные сечения бруса в процессе изгиба получат
искривления. Наибольшее изменение угла между касательной к
поверхности первоначально плоского сечения и продольной осью
имеет место на нейтральном слое, где касательные напряжения
достигают максимума.
Проявление действия касательных напряжений может быть
нескольких видов. Если эти напряжения превосходят предел теку-
чести в средних слоях только на небольшом участке по длине
бруса, где кривизна изгиба достигает предельной величины, то
на этом участке произойдет незначительный местный пластиче-
ский сдвиг, так как соседние по длине бруса участки будут пре-
пятствовать развитию деформаций сдвига. При многих техноло-
гических процессах гибки у изгибаемой заготовки имеются
концы, остающиеся после гибки прямыми, которые оказывают
тормозящее действие на деформацию сдвига, являясь жесткими
концами. При достаточной длине прямых концов незначитель-
ные деформации сдвига локализуются на небольших участках.
При гибке в роликах или по шаблону соседние участки бру-
са, недеформируемые в рассматриваемый момент, так же как и
прямые концы, предупреждают деформацию сдвига; значитель-
ные деформации сдвига могут произойти только при изгибе край-
них по длине участков заготовки.
Если касательные напряжения достигают предела текучести
по всей длине бруса, то пластический сдвиг получится вдоль все-
го бруса, причем наибольшее искривление получат его торцовые
плоскости. Это условие иногда используется при технологичес-
ких процессах. Примером может служить гибка в штампе из
трубной заготовки угольника с малым радиусом изгиба, равным
1,0—1,5 диаметра трубы. Если сгибать длинную трубу, то в на-
ружных слоях в месте изгиба возникнут чрезмерно большие
деформации растяжения, из-за чего произойдет разрыв заго-
товки. В связи с этим для изготовления круто изогнутых уголь-
ников применяют технологию, предусматривающую использова-
ние действия касательных напряжений. Угольник гнется в горя-
чем состоянии из короткой заготовки со скошенными торцами.
В процессе гибки происходят деформации сдвига продольных
слоев, благодаря чему тангенциальные деформации растяжения
наружных слоев уменьшаются па 30—50%, а торцы согнутого
угольника становятся перпендикулярными к продольной оси.
Если в процессе изгиба бруса с прямыми концами расстоя-
ние между опорами сокращается до весьма малых размеров, то
при достижении поперечной силой максимального значения про-
изойдет местный сдвиг пошоперечным плоскостям.
Пластический изгиб с растяжением описан в книге [15].
8. Классификация технологических процессов гибки
и правки в ротационных машинах
Технологические процессы гибки и правки в ротационных
машинах осуществляются посредством пластического изгиба
при перемещении заготовок между вращающимися роликами
(валками).
Зона деформаций одновременно охватывает небольшой уча-
сток заготовки и в процессе деформирования непрерывно пере-
мещается по ее длине. Подача заготовки происходит за счет
сил трения, возникающих между нею и роликами.
В зависимости от схемы деформирования процесс может осу-
ществляться посредством поперечной гибки, если ось изгиба
перпендикулярна направлению подачи, или посредством про-
дольной гибки, когда ось изгиба совпадает с направлением по-
дачи, а также посредством гибки, при которой направление из-
гибающих усилий непрерывно изменяется вследствие вращения
заготовки или инструмента вокруг продольной оси.
При гибке по шаблону по существу происходит поперечный
изгиб заготовки между двумя роликами — гибочным шаблоном
и нажимным роликом, а крепление переднего конца заготовки
к шаблону как бы заменяет третий ролик. Кроме того, особенно-
сти процессов гибки и правки, конструкций машин и особенно
их рабочих частей в значительной мере зависят от профиля из-
гибаемых заготовок.
По указанным признакам способы гибки и правки можно
разделить на десять основных групп (табл. 6).
В первых четырех процессах получается свободный изгиб,
при котором заготовка изгибается по кривой, соответствующей
эпюре изгибающих моментов.
Гибка по шаблону характеризуется видом, при котором заго-
товка принимает контур шаблона.
Поперечная гибка в роликах и гибка по шаблону происходят
при напряженно-деформированном состоянии поперечного пла-
стического изгиба, причем сопутствующие напряжения, возни-
кающие от сил трения, не вносят заметных изменений в процесс.
При профилировании, фальцовке и зиговке заготовка сги-
бается в соответствии с профилем рабочего ручья, образуемого
парными роликами; при этом напряженно-деформированное со-
стояние более сложное. Помимо изгиба возникают значитель-
ные продольные напряжения и деформации растяжения и
сжатия.
В настоящей книге рассмотрение технологических процессов
гибки и правки в ротационных машинах ограничено первыми
шестью процессами, имеющими много общего и широко приме-
няемыми в машиностроении.
Таблица 6
Классификация процессов гибки и правки в ротационных машинах
Схема деформирова- ния Способ гибки Группа машин
Поперечный из- гиб в роликах Гибка в валках листовых заготовок Листогибочные трех- и четырехвалковые
Гибка в роликах сорто- вых заготовок Сортогибочные трех- и ч етыр ехро ликовые
Правка в роликах лис- товых заготовок Листоправильные много- валковые
Правка в роликах сор- товых заготовок Сортоправильные много- роликовые
Изгиб по шаблону Гибка по шаблону лис- товых заготовок Профилегибочные с по- воротной траверсой
Гибка по шаблону про- фильных заготовок Фланце-, профиле-и тру- богибочные с поворотным столом
Продольный из- гиб в роликах Фальцовка и зиговка Кромкогибочные и про- филировочные парнороли- ковые. Зигмашины
Профилирование в ро- ликах Профилировочные станы
Многосторонний изгиб в роликах Правка в косо располо- женных валках Трубоправильные косо- валковые
Правка в эксцентрично расположенных роликах Правильные с эксцентрич- но расположенными роли- ками для прутков и прово- локи
Процессы, осуществляемые посредством продольного и мно-
гостороннего изгиба, в роликах,— гибка в профилировочных
станах, правка в трубоправйльных косовалковых машинах и не-
которых других машинах,— используются в основном в метал-
лургической промышленности; эти процессы имеют резко выра-
женную специфику, поэтому они не включены в книгу.
Гибка в валках деталей
из листовых заготовок
9. Назначение и область применения
Процесс гибки деталей из листовых заготовок осуществляет-
ся на валковых машинах, в которых гибка происходит между
тремя вращающимися валками, установленными в шахматном
порядке. Преимущественно используются универсальные трех-
и четырехвалковые листогибочные машины, но в отдельных слу-
чаях находят применение и специализированные машины.
Основным назначением универсальных листогибочных ма-
шин является гибка цилиндрических и конических обечаек и
секторов. Гибка выполняется в холодном и горячем состоянии,
причем горячая гибка используется для формовки только тол-
стостенных заготовок. Минимально возможный радиус изгиба
равен не менее пяти- десятикратной толщине заготовки; с уве-
личением ширины заготовки предельное значение радиуса изги-
ба увеличивается.
При небольшом объеме производства универсальные листо-
гибочные машины применяются также и для проведения дру-
гих технологических процессов, как-то гибки сортового проката
и труб, гибки листовых заготовок на малый радиус, местной
штамповки и правки листовых заготовок.
Основными преимуществами универсальных листогибочных
машин являются отсутствие необходимости в сменной техноло-
гической оснастке и большая их универсальность, благодаря че-
му применение этих машин экономически выгодно и при индиви-
дуальном производстве.
Специализированные валковые машины выпускаются для
крупносерийного производства элементов обшивки, конических
обечаек, сварных труб из листовых заготовок, для получения
сложно изогнутых деталей и в некоторых других случаях.
Листогибочные машины выпускаются для гибки заготовок,
начиная от тонколистовых небольшого размера (толщиной 1—
2 мм) и до крупногабаритных толстостенных заготовок, напри-
мер обечаек котлов и сосудов высокого давления и элементов
корпусов конвертеров. В промышленности работают машины,
позволяющие гнуть заготовки с поперечным сечением 13000x40
и 5000 X 150 мм.
5 Заказ 663 ($5
Гибка в валках широко распространена в машиностроитель-
ной промышленности, но особенно большое применение находит
в котло- и судостроении, химическом и нефтяном машинострое-
нии и в авиационной промышленности.
10. Особенности гибки в валках и схемы располо-
жения и регулировки валков
При гибке в валках наибольший изгибающий момент возни-
кает в заготовке под средним валком, вследствие этого в зоне
касания заготовки с указанным валком сосредоточивается очаг
деформаций изгиба.
Начальный изгиб заготовки происходит на узком участке,
при поперечном перемещении одного из валков. Включением
вращения валков производится продольная подача заготовки за
счет сил трения между заготовкой и валками. Перемещаясь под
средним валком, участки заготовки последовательно проходят
через очаг деформаций, благодаря чему обечайка получает рав-
номерный изгиб по всей длине.
Путем соответствующей установки валков по отношению
друг к другу заготовка может быть согнута на любой радиус,
но только не меньше радиуса среднего валка, вокруг которого
она огибается.
Наибольшая кривизна изгиба, получаемая заготовкой за
один пропуск ее через валки, ограничивается силой сцепления
приводных валков с изгибаемой заготовкой. По этой причине
гибка на небольшой радиус производится за несколько после-
довательных пропусков, причем после каждого пропуска увели-
чивают прогиб заготовки в валках.
Универсальные листогибочные машины выполняются пре-
имущественно горизонтального типа (рис. 22, а), что соответст-
вует наиболее удобным условиям работы. Заготовка может за-
водиться в валки и выдаваться после проведения гибки с обеих
сторон. Для выдачи из машины замкнутой обечайки задний под-
шипник среднего валка (передний находится у привода маши-
ны) выполняется откидным и предусматривается возможность
запрокидывания валка задним концом вверх примерно на угол
3°. Валок запрокидывается нажимным механизмом, опускаю-
щим передний консольный конец валка.
Положение среднего или боковых валков регулируется по
высоте, что требуется при начальном изгибе заготовки и осво-
бождении ее после гибки. Предусматривается возможность-
установки регулируемых валков под углом, что создает усло-
вие для гибки конических обечаек. Для уменьшения прогиба
боковых валков при их относительно большой длине устанав-
ливается один или два ряда опорных роликов (фиг. 22, а).
В машинах с особенно длинными (более 6 м) валками преду-
сматривается устройство для компенсации прогиба среднего
валка, для чего этот валок выполняется с двумя консольными
концами (рис. 22, б). Приложением усилия на консольных кон-
цах валок выгибается на среднем участке вниз. При гибке валок
выгибается в обратном направлении и принимает форму, близ-
кую к прямолинейной.
Использование устройств для компенсации прогиба среднего
валка и опорных роликов боковых валков позволяет выполнять
машину с валками сравнительно небольшого диаметра, на кото-
Рис. 22. Конструктивные схемы листогибочной валковой машины:
а — наиболее распространенная; б — с устройством для выгибания среднего валка;
в — машина вертикального типа
рой можно сгибать длинные обечайки. Например, известны ма-
шины для холодной гибки обечаек сварных труб длиной 12 м,
диаметром 700 мм и с толщиной стенки 12,7 мм.
Для удовлетворения потребностей производства машины вы-
полняются трех- и четырехвалковыми, с различным взаимным
расположением валков и способом регулировки их положения.
Наиболее ранними и широко распространенными в промыш-
ленности являются трехвалковые симметричные машины, харак-
теризующиеся симметричным расположением боковых валков по
отношению к среднему. При этом средний валок перемещается по
высоте, благодаря чему производится изгиб заготовки на на-
чальном участке. Приводными выполняются обычно только бо-
ковые валки, установленные в неподвижных подшипниках ста-
нины (рис. 23, а).
'Существенным недостатком этого расположения валков яв-
ляется невозможность согнуть заготовку по всей длине. Концы
5* 67.
листа длиной несколько меньшей половины расстояния между
боковыми валками остаются прямыми (рис. 23, а), так как они
не могут быть пропущены через очаг деформации, находящийся
под средним валком.
С целью получения строго цилиндрической обечайки концы
заготовки предварительно подгибаются на другом специальном
оборудовании, а тонкостенные заготовки — вручную. Необходи-
мость применения дополнительного оборудования для подгибки
концов заготовки ведет к значительному увеличению требую-
щейся производственной площади.
Для обеспечения возможности подгибки концов заготовки
непосредственно на листогибочной машине используются маши-
Рис. 23. Положение валков в машинах:
а — трехвалковой симметричной; б — трехвалковой асим-
метричной; в — четырехвалковой
ны более сложных конструкций. В связи с этим получили рас-
пространение трехвалковые асимметричные и четырехвалковые
машины.
В асимметричных трехвалковых машинах передний боковой
валок расположен с малым смещением вперед по отношению к
среднему валку и начальный изгиб заготовки производится пе-
ремещением под углом к вертикали заднего валка (рис. 23, б).
Это дает возможность согнуть конец листа почти полностью, так
как расстояние, на которое может быть подведена задняя кром-
ка заготовки к среднему валку, незначительно. Для получения
обечайки с обоими согнутыми концами она заводится в машину
дважды. Кроме того, на асимметричных машинах можно сги-
бать заготовку за один пропуск ее через валки на значительно
большую кривизну, так как между заготовкой и валками (сред-
ним и передним) возникают более высокие усилия, чем при
симметричном расположении валков. Однако из-за больших
усилий на валках асимметричные листогибочные машины вы-
пускаются только среднего и малого размера—для гибки заго-
товок толщиной до 30 мм и шириной до 4—5 м.
Для гибки толстых листов машины выполняются четырех-
валковыми, со схемой расположения валков, приведенной на
68
рис. 23, в. У этих машин, в отличие от трехвалковых симметрич-
ных, боковые валки расставлены шире и под средним валком
поставлен дополнительный нижний валок. Регулируется по вы-
соте положение боковых валков, которые перемещаются наклон-
но к вертикали.
Приводным выполняется только средний, а иногда средний
и нижний валки. Гибка осуществляется между средним и боко-
выми валками, а нижний валок под действием пружин или гид-
равлических цилиндров давит на заготовку и тем создает боль-
шее тяговое усилие между заготовкой и приводным средним
валком.
При выключении из работы одного из боковых валков (отве-
дения его вниз) расположение валков становится таким же, как
у трехвалковой асимметричной машины. Следовательно, четы-
рехвалковая машина является комбинацией симметричной и
асимметричной трехвалковых машин.
Заготовки большой толщины сгибаются при симметричном
расположении валков, и в этом случае, так же как при гибке в
симметричных трехвалковых машинах, требуется предваритель-
ная подгибка концов заготовки. Заготовки меньшей толщины по
условию прочности валков можно сгибать с подгибкой концов
при расположении валков по асимметричной схеме. При прямом
(спереди назад) пропуске работает задний боковой валок, а при
обратном пропуске — передний. Этим и достигается изгиб обоих
концов заготовки с одной установки ее в машину. Последнее
преимущество особенно эффективно сказывается при гибке
крупногабаритных заготовок.
В последнее время получили развитие комбинированные
трехвалковые листогибочные машины, в которых валки могут
устанавливаться по симметричной и асимметричной схемам,
причем во втором случае — как с правым, так и с левым распо-
ложением валков. Благодаря этому обеспечивается подгибка
обоих концов заготовки при однократном заведении ее в маши-
ну, так же как в четырехвалковой машине.
Известная западногерманская фирма Ргопер, ФРГ [39] соз-
дала конструкцию машины, в которой установка валков в рабо-
чее положение осуществляется посредством перемещения сред-
него валка в вертикальном и горизонтальном направлениях.
При установке среднего валка посредине между боковыми вал-
ками (рис. 24, а) расположение валков соответствует симмет-
ричной машине, а при смещении среднего валка (рис. 24, б)
схема расположения валков становится асимметричной.
Второй разновидностью комбинированных трехвалковых ма-
шин является машина с вертикальной регулировкой положения
боковых валков фирмы Нпзпсйз ипб Зойп, ФРГ [39], причем мо-
жет осуществляться регулировка как одновременно обоих боко-
вых валков, так и раздельно каждого валка; благодаря этому
валки также могут устанавливаться по симметричной и асим-
метричной схемам (рис. 25, а).
Несколько отличную от предыдущей конструкцию имеют ма-
шины с наклонной регулировкой положения боковых валков,
Рис. 24. Положение валков в комбиниро-
ванной машине с горизонтальной регули-
ровкой среднего валка
что также может осу-
ществляться одновре-
менно и раздельно
(рис. 25, б).
При наклонной ре-
гулировке валков кон-
струкция машины не-
сколько усложняется,
но технологические
возможности машины
повышаются. При гиб-
ке толстостенных обе-
чаек, имеющих боль-
шой диаметр, расстоя-
ние между боковыми валками значительно и, следовательно, мо-
гут сгибаться заготовки сравнительно большой толщины, так
как с увеличением указанного расстояния усилия на валках
уменьшаются. При гибке тонкостенных обечаек на относительно
малые радиусы, в том числе близкие к диаметру среднего валка,
расстояние между боковыми валками небольшое, благодаря че-
Рис. 25. Положение валков в комбинированной машине с регулировкой боко-
вых валков:
а — вертикальной; б — наклонной
му обеспечиваются лучшие условия подачи заготовки и, значит,
возможность гибки тонких заготовок.
Кроме универсальных листогибочных валковых машин гори-
зонтального типа, в отдельных случаях используются машины
вертикального типа, обладающие несколько иными технологиче-
скими возможностями (рис. 22, в).
В судостроении и авиационной промышленности для изготов-
ления элементов обшивки, имеющих угол изгиба, меньший 180°,
применяются машины с верхней траверсой. Наличие верхней
70
траверсы позволяет установить опорные ролики для поддержа-
ния среднего валка. Для крупносерийной гибки конических де-
талей изготовляются машины с конусными валками.
11. Технология
Гибка цилиндрических обечаек. Для цилиндрических обечаек
заготовка выполняется прямоугольной, со строго параллельны-
ми продольными кромками и длиной, подсчитанной с учетом
требующегося зазора под сварку. Если для сварки продольного
шва требуется разделка кромки, то она производится у плоской
заготовки.
Заготовка, плоская или с предварительно подогнутыми
кромками, если гибка осуществляется на симметричной машине,
заводится в зазор между раздвинутыми валками вручную или
при помощи крана; при крупносерийном производстве для зада-
чи заготовки может применяться стол или задающая тележка.
Следует учитывать, что задача и установка заготовки в листо-
гибочной машине, особенно если гибка производится в горячем
состоянии, является трудоемкой и небезопасной работой, поэто-
му ее механизация весьма целесообразна.
Заводимая в машину заготовка устанавливается передней
кромкой параллельно валкам. Это производится путем выверки
заготовки по заднему боковому валку. Наличие на боковых
валках продольных канавок или рисок способствует более точ-
ной установке заготовки. У четырехвалковой машины заготовка,
опущенная на передний боковой и нижний валки, продвигается
до упора в задний боковой валок. Наличие у машины стола или
другого задающего устройства значительно упрощает правиль-
ную установку заготовки.
Установленную в валки заготовку зажимают между валка-
ми, снова проверяют ее правильное положение и только после
этого производят гибку.
Процесс гибки обечайки из плоской заготовки начинают с
подгибки кромок (у трехвалковых асимметричных и четырех-
валковых машин). Регулировкой положения бокового валка
прогибают конец заготовки на одном участке и затем включе-
нием вращения валков производят гибку концевого участка на
длину, несколько превышающую половину расстояния между
боковыми валками. Подгибка на заданный радиус осуществ-
ляется за несколько перемещений заготовки вперед — назад с
промежуточными замерами радиуса изгиба шаблоном и после-
дующим прогибом заготовки для доведения радиуса изгиба до
заданного. При‘гибке партии заготовок подгибка кромки про-
изводится за один прием, так как при начальной регулировке
боковой валок устанавливается в конечное положение по указа-
тельному устройству. Соответствующая отметка на указатель-
ном устройстве делается при гибке первой обечайки такого же
размера. После подгибки обеих кромок приступают к гибке
среднего участка заготовки.
Наиболее современным для цилиндрических заготовок яв-
ляется процесс, осуществляемый на четырехвалковых машинах,
а также на трехвалковых машинах с регулируемыми боковыми
валками.
Заготовка заводится в валки до упора в противоположный
боковой валок (рис. 26, а). Перемещением вверх нижнего валка
заготовка зажимается между средним и нижним валками. За-
тем производится гибка заготовки на узком участке путем пере-
Рис. 26. Технология гибки обечайки на четырехвалковой машине
мещения бокового валка (рис. 26, б). Включением вращения
валков конец заготовки до самой кромки сгибается на конеч-
ный радиус (рис. 26, в). После этого валки устанавливаются по
симметричной схеме и сгибается средний участок заготовки на
промежуточный радиус (рис. 26, г). Подгибка второго конца за-
готовки осуществляется тем же способом, как и первого. Затем
за один-два пропуска заготовка на среднем участке сгибается
на окончательный радиус (рис. 26, д и е). Количество пропусков
зависит от серийности заготовки и квалификации гибщика. При
большой серийности и опытном гибщике переходы подгибки кон-
цов и гибку среднего участка заготовки можно сразу выполнять
на конечный радиус.
Следует иметь в виду, что при подгибке кромок в машине
возникают более высокие усилия на валках, чем при гибке сред-
него участка заготовки в валках, расположенных по симметрич-
ной схеме. По этой причине предельная толщина сгибаемых на
машине заготовок без подгибки кромок существенно больше
72
Рис. 27. Способы подгибки кромок на сим-
метричной трехвалковой машине:
а — с применением плиты; б — с применением
клина
толщины заготовок, получаемых с подгибкой кромок. Более
подробно этот вопрос рассмотрен в следующем разделе.
В отличие от описанной выше технологии, при гибке на трех-
валковых асимметричных машинах вначале производится под-
гибка задней кромки заготовки. После этого заготовка выдает-
ся из машины, повертывается в горизонтальной плоскости на
180° и снова заводится в машину вперед согнутой кромкой. Про-
изводится подгибка второй кромки и затем гибка среднего уча-
стка заготовки.
В машинах симметричного типа обычно производится гибка
заготовки с предварительно подогнутыми на другом оборудова-
нии кромками. Для под-
гибки кромок заготовки
обычно устанавливается
специальная машина —
подгибочный пресс [15]
или подгибочная парно-
роликовая машина.
В некоторых случаях
подгибку кромок можно
выполнять и на симмет-
ричной машине. Для это-
го применяется вспомога-
тельная плита, предвари-
тельно согнутая на соот-
ветствующий радиус. Пли'
заготовка кладется кромкой на плиту (рис. 27, а). Средний ва-
лок опускается до прижатия заготовки к плите и создания не-
большого упругого прогиба плиты. Затем вращением валков про-
изводится подгибка кромки.
При таком способе подгибки на валках возникают сравни-
тельно большие усилия, поэтому по условию прочности валков
подгибаться могут только заготовки значительно меньшей тол-
щины, чем указанная в паспорте машины. Вспомогательная пли-
та толщиной, превышающей в 2—3 раза толщину заготовки,
сгибается предварительно на заданный радиус обечайки с уче-
том пружинения согнутой заготовки. Подгибка кромок сравни-
тельно тонких листов производится также на симметричной ма-
шине с помощью клиновой прокладки, которая заводится между
заготовкой и верхним валком (рис. 27, б). При подгибке кромок
у широких листов прокладка имеет длину, примерно равную 1 м,
и подгибка осуществляется за несколько перестановок проклад-
ки по ширине листа.
Способ подгибки относительно толстых листов, что также
может быть осуществлено на симметричной трехвалковой маши-
не, заключается в следующем. Заготовка устанавливается меж-
ду валками так, чтобы кромка совпадала с вертикальной осью
73
устанавливается между валками, и
одного из боковых валков. Опусканием среднего валка заготов-
ка прогибается на радиус, меньший радиуса детали. Так же под-
гибается и другая кромка заготовки. После этого валок припод-
нимается и производится гибка среднего участка заготовки.
У согнутой обечайки получаются прямые концы, лежащие на
одной прямой. Затем производится сварка продольного шва обе-
чайки. После этого сваренная обечайка снова заводится в маши-
ну и производится правка дефектов цилиндричности. Описанный
способ гибки обечаек с подгибкой ее концов на машине успешно
применяется при гибке толстостенных обечаек в горячем состоя-
нии. При холодной гибке тонкостенных обечаек значительно
труднее добиться правкой строгой цилиндричности.
При гибке обечаек на валковых машинах требуется большое
внимание гибщика к правильности регулировки положения вал-
ков и установки заготовки в валках, а также наблюдение за пе-
ремещением заготовки в процессе гибки. После каждого перехо-
да следует проверять параллельность заготовки валкам. Плос-
кая заготовка должна быть предварительно выправлена, так как
наличие искривленности вызывает перекос заготовки в валках.
Однако часто по окончании формовки обечайки гибщик убе-
ждается, что обечайка получилась с существенными дефектами
по форме — конусная, бочкообразная, со смещенными торцовы-
ми кромками или неправильной цилиндричностью. В таких
случаях обечайку подвергают правке.
Конусность обечайки получается вследствие перекоса регу-
лируемого валка или при гибке заготовки, несимметрично рас-
положенной по длине валков. Конусность выправляется просто,
для этого требуется небольшой перекос регулируемого валка в
обратную сторону, т. е., например, у симметричной машины верх-
ний валок должен быть несколько опущен со стороны большего
диаметра обечайки. После корректировки установки валка обе-
чайка вновь пропускается через валки.
Более серьезным и частым дефектом согнутой обечайки яв-
ляется ее бочкообразность, т. е. обечайка получается с выпук-
лой или вогнутой образующей (рис. 28). Этот дефект является
следствием чрезмерного прогиба валков по длине в процессе
гибки или при гибке на машинах, имеющих устройство для выги-
бания среднего валка (фиг. 22, а); он возникает из-за неправиль-
ного назначения величины усилия противодавления.
Выпуклая бочкообразность получается при меньшем изгибе
заготовки посредине (прогиб валков), а вогнутая — при мень-
шем изгибе на концах. Правка бочкообразное™ на машинах с
указанным устройством производится путем соответствующей
корректировки величины противодавления и повторного пропус-
ка обечайки через валки.
В машинах, не оборудованных таким устройством, правка
бочкообразности обечайки осуществима только с применением
74
прокладок. При выпуклой бочкообразности прокладки помеща-
ются на внутреннюю поверхность обечайки посредине. Произ-
водится нажим верхним валком (или боковым), и обечайка про-
пускается через валки. Затем прокладка несколько передвигает-
ся от средины к концам. Производится нажим верхним валком,
несколько меньший, и снова заготовка пропускается через вал-
ки. При правке вогнутой обечайки прокладки помещаются у
концов.
Более удобно правку обечайки осуществлять, когда она сог-
нута не полностью, поэтому проверку на прямолинейность обра-
зующей следует выполнять перед заключительным переходом
гибки.
Рис. 28. Дефекты гибки обечайки в виде бочко-
образности:
а — выпуклой: б — вогнутой
Смещение торцовых кромок у обечайки возникает вследст-
вие перекоса ее в валках при гибке, т. е. из-за спирального изги-
ба. Смещение кромок исправляется путем обратного перекоса
обечайки в валках. Правка возможна, если обечайка согнута не-
полностью.
Искажение цилиндричности обечайки в основном получается
вследствие недостаточной или чрезмерной подгибки кромок. Этот
дефект может быть выправлен при помощи прокладки, поме-
щаемой внутрь заготовки, вдоль валков. При работе на четырех-
валковой машине правку целесообразно производить после свар-
ки продольного шва.
Сваренная обечайка вторично заводится в машину. Произ-
водится перегиб стенки обечайки вдоль образующей в валках,
которые затем приводятся во вращение. Правка осуществляется
за несколько оборотов обечайки. Более качественно и за мень-
шее число оборотов происходит правка в горячем состоянии. При
холодной правке сравнительно тонкостенных обечаек иногда
приходится прибегать к применению продольных прокладок.
При необходимости на валковых машинах можно осущест-
влять калибровку диаметра сваренной обечайки на концевых
участках для припасовки их к днищу. Калибровка производит-
ся с применением прокладок, помещаемых по окружности на
кромках. После нажима средним валком обечайке дается воз-
вратно-поступательное перемещение, и затем прокладка пере-
дается на следующий участок по окружности. На четырехвалко-
вых и асимметричных трехвалковых машинах калибровку диа-
метра торцовых кромок обечайки можно осуществлять путем
наклонной установки верхнего валка. Тогда при перемещении
обечайки в валках происходит раскатка торцовых кромок, бла-
годаря чему увеличивается их диаметр. Более интенсивно рас-
катка происходит при калибровке в горячем состоянии. Посред-
ством калибровки можно увеличить диаметр заготовки на 10—
15 мм, а у толстостенных обечаек в горячем состоянии до 30—
50 мм.
Однако следует иметь в виду, что правку обечаек следует
применять только в исключительных случаях, так как трудоем-
кость формовки обечайки с введением операции правки увели-
чивается значительно, в некоторых случаях в несколько раз, по-
этому нужно стремиться получать обечайку с правильными фор-
мой и размерами в процессе гибки.
Гибка конических обечаек. Заготовки (развертки) кониче-
ских обечаек имеют вид кольцевых секторов (рис. 29). Размеры
конической обечайки связаны между собой зависимостями
= ; 1 =---к_; 51=_*!_; 82 = 5г — I. (125)
10 сов а ею а
Радиусы сектора равны расстояниям от центра конуса до со-
ответствующих кромок по образующей 5] и 5г, а угол сектора
определяется из уравнения
₽° = 360 зш а или р° = 360 (126)
51
Для конической обечайки с углом конуса до 60° требуется за-
готовка с центральным углом, меньшим 180° (рис. 29, а), а при
большем угле конуса — с углом, превышающим 180° (рис. 29, б).
В отличие от гибки цилиндрических, при гибке конических
обечаек необходимо создавать неодинаковый по ширине заго-
товки прогиб ее между валками-—у кромки с меньшим радиусом
больший, чем у кромки с большим радиусом.
Второй особенностью гибки конической обечайки является
условие, заключающееся в том, что вершина конуса сгибаемой
обечайки всегда должна лежать в вертикальной плоскости, про-
ходящей через продольную ось среднего валка. Это условие мо-
жет быть обеспечено, если скорости перемещения (подачи) кро-
мок заготовки в валках будут пропорциональны расстояниям их
до вершины конуса.
Неодинаковый прогиб заготовки в валках можно получить
путем наклонной установки среднего валка у симметричной
трехвалковой машины или бокового валка у асимметричной
трехвалковой и у четырехвалковой машин. Положение обечайки
в валках при заключительном переходе гибки показано на
рис. 30.
Чтобы получить различные скорости подачи кромок заготов-
ки, необходимо корректировать ее перемещение принудительно,
т. е. создавать большую скорость подачи длинной кромки по
сравнению со скоростью подачи короткой кромки за счет прео-
Рис. 29. Конические обечайки и заготовки для них:
а — обечайка с о < 30°; б — обечайка с <х > 30°
доления сил трения между валками и заготовкой в процессе
гибки.
При гибке сравнительно тонких обечаек, толщиной до 3—
5 мм, эту корректировку можно осуществлять вручную.
Известны специальные устройства, предназначаемые для
правильной подачи заготовки в процессе гибки. Принцип дейст-
вия подающих устройств наиболее простой конструкции заклю-
чается в том, что заготовка закрепляется в зажиме, который
поворачивается вокруг оси. Точное положение оси устройства на-
ходится в вершине сгибаемой конической обечайки, т. е. лежит
в вертикальной плоскости, проходящей через ось среднего вал-
ка. Падающие устройства выполняются приставными
(рис. 31, а). Такие устройства могут применяться при гибке в
асимметричных трехвалковых и в четырехвалковых машинах
(при установке валков по асимметричной схеме), так как у этих
машин заготовка входит в валки в горизонтальном положении.
В этом случае можно использовать также устройства с направ-
ляющими роликами.
При гибке в симметричных трехвалковых машинах оба конца
заготовки при надавливании средним валком принимают на-
клонное положение. Вследствие этого приходится идти на при-
менение более сложных устройств.
Одно из подобных устройств показано на рис. 31, б. Ось по-
воротного зажима закреплена на кольце, которое может сво-
бодно поворачиваться вокруг среднего валка. Благодаря этому
зажим самоустанавливается параллельно кромке сгибаемой
обечайки.
Падающие устройства применяются при гибке заготовок тол-
щиной до 12—15 мм. При их установке существенно упрощается
процесс гибки конической обечайки, но все же часто требуется
окончательная доводка формы обечайки после освобождения ее
из зажима.
При гибке конических обечаек с центральным углом, мень-
шим 60°, также применяют направляющий ролик, закрепляемый
на кронштейне задней стойки машины. У симметричных трех-
валковых машин направляющий ролик располагают вертикаль-
78
но, снизу среднего валка, у асимметричных трехвалковых ма-
шин— спереди валков, а у четырехвалковых машин применяют
два направляющих ролика, расположенных несколько наклонно
по бокам среднего валка.
Валки устанавливают по отношению друг друга наклонно.
Перед гибкой заготовка прижимается к направляющему ролику
вогнутой кромкой, и в процессе продольного перемещения ее
валками она разворачивается направляющим роликом. Благо-
даря направляющему ролику изгиб заготовки происходит по
конической поверхности.
Рис. 31. Подающие устройства:
а — приставное; б — устанавливаемое на среднем валке
Правильная конусность обечайки получается при некотором
оптимальном соотношении ее размеров, а в большинстве случа-
ев требуется дополнительная корректировка положения изги-
баемой заготовки в валках вручную или последующая правка.
При мелкосерийном производстве и при гибке крупногаба-
ритных толстостенных конических обечаек обычно применяют
способ, заключающийся в гибке заготовки по участкам. Для
этой цели заготовка делится радиальными рисками на несколь-
ко секторов с углом между рисками 10—20° и проводятся цен-
тральные риски (рис. 29, а). Заготовка устанавливается в вал-
ки так, чтобы направление центральной риски одного из участ-
ков совпадало с продольной осью верхнего валка. Вертикальным
перемещением верхнего валка, установленного в наклон-
ное положение, производится изгиб заготовки до нужного про-
гиба; затем заготовка перемещается между валками до рисок,
ограничивающих данный участок, получается соответствующий
изгиб на длине участка. Далее заготовка устанавливается в вал-
ки следующим участком, который сгибается таким же способом.
Так гнется последовательно участок за участком заготовки.
Более удобно начинать гибку поочередно с крайних участков
и заканчивать изгибом среднего участка. Заготовки с централь-
ным углом, большим 180°, следует предварительно сгибать на
среднем участке, чтобы при гибке участков на одном конце за-
готовки другой ее конец располагался над средним валком. Ме-
тодика расчета установки валков приведена в следующем раз-
деле.
Гибка дугообразных элементов. В некоторых отраслях маши-
ностроения (судостроении, авиационной промышленности) уни-
версальные и специальные валковые машины широко использу-
ются для гибки дугообразных элементов, в основном сложно
согнутых элементов.
Цилиндрические и конические элементы сгибаются аналогич-
но обечайкам, а гибка элементов со сложной кривизной в зави-
симости от их вида имеет свои особенности.
Гибка элементов с кривизной, изменяющейся по участкам,
осуществляется по разметке. Каждый участок элемента дово-
дится до заданной кривизны за несколько пропусков его через
валки с промежуточным дополнительным опусканием среднего
валка. Проверка получаемой формы выполняется посредством
шаблонов. Вначале сгибаются участки элемента с малой кри-
визной. Элементы с двусторонней кривизной сгибаются с проме-
жуточным поворачиванием заготовки в вертикальной плоскости
и повторным заведением ее в валки. Элементы с постепенно из-
меняющейся кривизной сгибаются на универсальных машинах
также по участкам, но в этом случае заготовка размечается на
более узкие участки. Для крупносерийной гибки элементов этого
вида применяются специальные машины, у которых положение
верхнего валка изменяется в процессе формовки по задаваемой
программе.
При мелкосерийном производстве на универсальных маши-
нах могут формоваться двояковыгнутые элементы, т. е. с кри-
визной в поперечном и продольном направлениях, причем в про-
дольном направлении может быть получена только незначитель-
ная кривизна. При гибке таких элементов производится
одновременно процесс вытяжки посредством применения трех
прокладок. При формовке двояковыпуклых элементов средняя
прокладка помещается над заготовкой, а боковые — под ней
(рис. 32, а), а при формовке выпукло-вогнутых элементов про-
кладки располагают в обратном порядке (рис. 32, б). Посред-
ством применения прокладок иногда производят формовку и бо-
лее сложно согнутых элементов [26].
Правка дугообразных элементов может осуществляться на
валковых машинах в виде разгибки. В этом случае согнутый
элемент заводится между валками выпуклостью вверх и произ-
водится нажим средним валком.
Известны случаи использования листогибочных валковых ма-
шин для изготовления гофрированных дугообразных элемен-
тов [43]. На одной машине, имеющей валки с продольным риф-
80
лением, т. е. с продольными выступами и впадинами, гофриру-
ются листы, а на другой машине, с поперечным рифлением,
производится гибка дугообразных гофрированных элементов. Та-
ким способом изготовляются элементы крыш гаражей, ангаров
и других сооружений.
Способы выполнения других операций. При мелкосерийном
производстве крупногабаритных изделий и отсутствии соответст-
вующего оборудования выполняют некоторые другие операции
на универсальных листогибочных валковых машинах, а именно:
гибку по радиусу сортовых и трубных заготовок, гибку У-образ-
ных, П-образных и других сложных деталей с малыми радиуса-
Рис. 32. Размещение прокладок при формовке элементов:
а — двояковыпуклых; б — вогнуто-выпуклых
ми закруглений, местную формовку, а также правку плоских
листовых заготовок.
Для гибки по радиусу сортовых и трубных заготовок у вал-
ковых машин иногда предусматривают цапфы на концах валков,
выступающие с внешней стороны задней стойки машины. На
цапфы надевают профильные ролики для гибки соответствую-
щих заготовок. Если на машине не предусмотрены цапфы, то
можно надеть на среднюю часть валков разъемные ролики
(рис. 33).
В некоторых случаях используют механизм вертикального
перемещения среднего валка для гибки-штамповки и местной
формовки. Для осуществления гибки листовой заготовки на ма-
лый радиус на средний валок крепится гибочный пуансон
(рис. 34). Заготовка кладется на боковые валки, и нажатием
среднего валка производится ее изгиб на заданный угол. Если
прочность валков недостаточна, то гибка длинной заготовки
производится за несколько ходов среднего валка, а пуансон пос-
ле каждого хода передвигается вдоль валка. Детали, имеющие
несколько линий сгиба, изготовляются за несколько переходов,
причем за каждый переход выполняется изгиб только по одной
линии.
6 Заказ 663
81
Следует иметь в виду, что при таком способе гибки (свобод-
ная гибка) радиус изгиба зависит от расстояния между валка-
ми, толщины заготовки и угла изгиба [15]. Если заданный радиус
изгиба не соответствует фактически получаемому радиусу или
ширина отгибаемой кромки меньше половины расстояния между
боковыми валками, то следует применять матрицу, устанавли-
Рис. 33. Разъемные ролики для гибки профильных
заготовок
ваемую на боковые валки. Матрица может быть составлена из
отдельных профильных балок (рис. 34, б).
На согнутой обечайке может быть выполнена местная вытяж-
ка неглубокого «кармана» или отбортовка предварительно вы-
Рис. 34. Гибка заготовок на малый радиус:
а — с применением пуансона; б — с применением пуаисоиа
и матрицы
резанного отверстия. Для выполнения указанных операций на
средний и боковые валки крепятся пуансон и матрица. Формов-
ка осуществляется также перемещением вниз среднего валка
при помощи механизма регулировки.
Такое использование механизмов регулировки среднего вал-
ка допускается в исключительных случаях, и при проведении
формовки следует обращать особое внимание на недопустимость
перегрузки.
Листогибочные валковые машины часто используются для
правки плоских листовых заготовок, имеющих сложную конфи-
82 •
гурацию в плане, вследствие чего их затруднительно выправлять
на многовалковых листоправйльных машинах. Для возможности
осуществления правки между валками листогибочной машины
устанавливается толстая плита. Подлежащая правке заготовка
кладется на плиту выпуклостью вверх, и в соответствующих ме-
стах заготовки располагаются три накладки в виде полос — две
накладки снизу, одна сверху. Плита вместе с установленной за-
готовкой пропускается через валки, и средний валок, нажимая
на верхнюю накладку, производит правку заготовки.
Известны конструкции комбинированных правильно-гибоч-
ных машин, на которых можно проводить правку так же, как на
многовалковых машинах. Машины снабжены дополнительными
валками (одним или двумя), которые при операциях гибки отве-
дены вниз. Для осуществления правки дополнительные валки
при помощи самостоятельных механизмов регулировки переме-
щаются вверх и образуют вместе с основными валками два ряда
валков, расположенных в шахматном порядке. Лист пропускает-
ся между рядами валков и благодаря этому правится. Ввиду
малого количества правильных валков (четыре или пять) каче-
ство правки получается низкое. Машины используются только
при небольшом объеме гибочных и правильных работ и все
меньше применяются в промышленности.
12. Определение основных параметров процесса
Анализ процесса гибки. При гибке заготовки с остаточной
кривизной прогиб ее в валках будет несимметричным (рис. 35).
При сходе с переднего бокового валка участок заготовки посте-
пенно, по мере перемещения к среднему валку, нагружается из-
гибающим моментом, который достигает в сечении аа. величины
наибольшего изгибающего момента упругого изгиба; затем при
перемещении до соприкосновения рассматриваемого участка со
средним валком происходит пластический изгиб и кривизна уча-
стка достигает максимальной величины. После продвижения
участка за средний валок кривизна его уменьшается незначи-
тельно, только за счет упругой отдачи — пружинения. Следова-
тельно по одну сторону среднего валка кривизна заготовки изме-
няется от нуля до максимального значения, а по другую сторону
она остается примерно постоянной, равной наибольшей вели-
чине. По этой причине будут несимметрично направлены усилия
давления заготовки на валки, в результате чего возникает сила
Т = 0 \ + Оъ (рис. 35), препятствующая перемещению заготов-
ки. Работа, затрачиваемая на преодоление силы Т, и является
работой пластического изгиба заготовки. Тогда
у А Г. Л
6*
(127)
₽3
и крутящий момент, затрачиваемый на пластический изгиб,
ХР =
2Ь
(128)
Работа пластического изгиба Апл может быть определена по
уравнениям (86) или (95), в зависимости от величины относи-
тельного радиуса изгиба. Так как при производственной гибке
относительный радиус заготовки, как правило, меньше 100, то,
следовательно, подлежит применению преимущественно первое
уравнение, имеющее более простой вид.
Рис. 35. Схема изгиба заготовки в валках:
а — при упругом изгибе; б — при пластическом изгибе
Работа внешних сил, приведенная к приводному валку,
А = (129)
Из совместного решения уравнений (84) и (129) при изгибе
прямой заготовки получаем
ХР = (м + мв)-Ь-. (130)
При изгибе заготовки, предварительно согнутой за предыду-
щий пропуск, работа пластического изгиба будет равна работе
пластического изгиба на конечный радиус за вычетом работы
пластического изгиба, затраченной при предыдущем пропуске
или при предыдущих пропусках, если гибка производится за не-
сколько пропусков. Следовательно, при изгибе предварительно
согнутой заготовки
МР = (Л4 + Л40 (^-- 031)
где Л11 — изгибающий момент, соответствующий радиусу изгиба
предварительно согнутой заготовки (радиус после пру-
жинения)
При изгибе в валковых машинах работа электродвигателя так-
же будет затрачиваться на преодоление трения качения валков
по заготовке и трения цапф валков в подшипниках. Крутящий
момент, возникающий на приводных валках от указанных по-
терь,
<Р = (Л + /Ш+ + <132)
где Р| и — суммарные усилия соответственно на привод-
ных и неприводных валках;
П2, ^1 и г/2— диаметры валков и их цапф соответственно
приводных и неприводных;
I — коэффициент трения качения валков по заго-
товке;
ц, — коэффициент трения скольжения в подшипни-
ках валков.
При расчете валковых машин рекомендуется принимать сле-
дующие величины коэффициентов трения: коэффициент трения
качения валков по заготовке из горячекатаного листа черного
металла ) = 0,8 мм, по заготовке из холоднокатаного листа чер-
ного металла / = 0,5 мм и по заготовке из цветного металла
I = 0,3 -н 0,4 мм\ коэффициент трения качения валков по опор-
ным роликам } = 0,2 мм\ коэффициент трения скольжения цапф
валков в подшипниках скольжения с бронзовыми вкладышами
ц = 0,05 4- 0,08.
Общий крутящий момент на приводных валках
Мкр = Мгкр + М?р. (133)
Мощность привода машины
Я = _. _^рЕ- квт, (134)
где V — окружная скорость валков;
т] — к. п. д. привода машины.
Наибольшая кривизна изгиба заготовки за один пропуск ее
через валки лимитируется тяговым усилием, которое ограничи-
вается условием сцепления приводных валков с заготовкой. Тог-
да наибольшее тяговое усилие будет
^ах=Р1Н1. (135)
где р1 — коэффициент трения скольжения валков по изгибаемой
заготовке; значения Ц] соответствуют предельной вели-
чине, при которой еще происходит подача заготовки
валками.
Ввиду большого влияния на величину щ состояния поверх-
ности изгибаемого листа (окалины, ржавчины, загрязнения мас-
лами) точный выбор его значения затруднителен. При установ-
лении основных параметров машины рекомендуется принимать
для заготовок из горячекатаного проката щ 0,2, для холодно-
катаного проката щ 0,12. Для увеличения сцепления валков
с заготовкой часто предусматривают на приводных валках три-
четыре продольных канавки.
Наибольшее тяговое усилие должно быть всегда больше уси-
лия, возникающего при преодолении крутящих моментов, затра-
чиваемых на пластический изгиб заготовки и на трение между
валками и заготовкой и в подшипниках неприводных валков:
т
1 гпах
Ох
Крутящий момент, затрачиваемый на трение,
^1 = (Р1 + Р2)^ + Рг-|-.-^-р.
2 1^2
(136)
(137)
При этом следует иметь в виду, что тяговое усилие также мо-
жет ограничиваться мощностью электродвигателя.
Усилия на валках и крутящие моменты. Точное определение
величины и направления усилий, действующих при гибке в вал-
ках, затруднительно вследствие сложной кривизны изгиба заго-
Рис. 36. Схема действия сил при гибке в трехвалковой машине:
а — симметричной; б — асимметричной
товки в валках. Для упрощения задачи в таких случаях обычно
принимают условную схему действия, усилий, согласно которой
радиус кривизны изогнутой между валками заготовки считается
постоянным и равным радиусу изгиба, а силы трения учитыва-
ются отдельно. Допустимость применения такой схемы действия
усилий на валки подтвердилась проведенными эксперименталь-
ными исследованиями [22].
Усилия на валках от давления изгибаемой заготовки опреде-
лим из условия равенства изгибающего момента заготовки под
средним валком сумме моментов вертикальной и горизонталь-
ных составляющих усилия на боковых валках. Тогда у трехвал-
ковой симметричной машины, имеющей регулировку положения
среднего валка по вертикали (рис. 36, а), усилие на боковом
валке
(138)
а усилие на среднем валке
(139)
где угол а определяем из уравнения
51п а =
/ Л Об \
2 * + т + -г)
(140)
Толщина заготовки И. обычно мала по сравнению с радиусом
кривизны, и поэтому в полученных уравнениях величиной
можно пренебречь. Тогда уравнения примут более простой
2
вид:
(141)
(142)
(143)
при-
Л б — ‘ 9
О 8Ш а
р 2М
ср ’
5,па = ~7^
2Г+ 2 )
Изгибающий момент определяем по уравнению (76). В
веденных уравнениях 7? является радиусом изгиба до пружине-
ния, поэтому его необходимо предварительно определить из
Уравнения (63) по заданному радиусу, т. е. радиусу изгиба после
пружинения.
На рис. 37 показано изменение усилий на валках в зависимо-
сти от радиуса.изгиба заготовки. С увеличением кривизны изгиба
усилия на валках значительно возрастают.
В трехвалковой асимметричной машине в соответствии со
схемой действия сил, показанной на рис. 36, б, усилия на валках
(144)
(145)
(146)
выразятся уравнениями
Р - м
‘п ' „ . ,
К 51п а
Р. ЯП Р
У типовых конструкций трехвалковых асимметричных машин
обычно передний боковой валок имеет вертикальную регули-
ровку, а задний боковой валок — под углом у к вертикальной
Рис. 37. Изменение усилий на валках в трехвалковой сим-
метричной машине в зависимости от относительной кривиз-
ны заготовки
оси. Величины А, а и у являются постоянными для каждой ма-
шины. Тогда аир определятся по формулам
зшр~—а— ; (147)
при К > А +
К-Л-
2
а = у — е и 8ш 6 ~-----51П у;
при %<А
а = у 6 и з1п(Ы--------8Ш у.
(148)
(149)
В рассматриваемых машинах величины усилий, действующих
на валки, в еще большей мере зависят от величины радиуса из-
гиба заготовки.
В четырехвалковых машинах валки устанавливаются по сим-
метричной и асимметричной схемам. Однако для расчета усилий
на валках приведенные выше уравнения для трехвалковых ма-
шин не могут быть полностью использованы, так как четырех-
валковые машины имеют несколько отличную схему регулировки
валков.
Рис. 38. Схема действия сил при гибке в четырехвалковой машине
при установке валков:
а — по симметричной схеме; б — по асимметричной схеме
Постоянными параметрами машины являются величины А и у
(рис. 38).
При установке валков по симметричной схеме (фиг. 38, а)
Уравнение для определения усилий на боковых валках будет
одинаковым с уравнением (141). На средний валок дополни-
тельно к усилию, возникающему от давления заготовки, будет
также действовать усилие от прижима нижнего валка. Следова-
тельно,
Р =
1 ср
-±^ + Рн-
(150)
Для определения угла а будут справедливы уравнения (140)
и (143).
При установке валков по асимметричной схеме (рис. 38, б)
действие сил будет отличаться от схемы, принятой для трехвал-
ковой асимметричной машины, так как у четырехвалковой ма-
шины средний и нижний валки находятся на одной вертикаль-
ной линии и, кроме того, положение валков при гибке опреде-
ляется также усилием, которое развивает гидравлическое или
пружинное устройства прижима нижнего валка.
Усилия на валках связаны с другими величинами уравнения-
ми, одинаковыми с уравнениями для трехвалковых асимметрич-
ных машин — уравнениями (144) — (146). Отличной является
методика определения углов расположения валков по отноше-
нию друг к другу.
Так как величина Рн (см. ниже) известна, то угол а
(рис. 38, б) определим из условия (144):
(151)
М
81П а =-----
РНР
Расстояния В, С и угол <р находим из геометрических условий:
(152)
(153)
(154)
В = ~ С°8 + ф)'
Угол р и другие геометрические размеры, необходимые для
определения усилий на валках, проще установить графически,
вычертив положение валков по данным величинам Л и у и под-
считанной величине В.
Минимально возможный радиус гибки за один пропуск огра-
ничен возможностью подачи изгибаемой заготовки приводными
валками. Возможность подачи заготовки в трехвалковой сим-
метричной машине в соответствии с уравнением (136) опреде-
ляется условиями:
при гибке прямой заготовки
2РбИ > + (Рср + 2Рб) + РсрИ ; (155)
л-'ср
при гибке предварительно согнутой заготовки
2РбИ1 > + (Рср + 2Р0) -^- + Рср^. (156)
Для упрощения уравнений (155) и (156) принимаем М + Мо
и М + Л11 равными 2М. Это допущение создает небольшой запас
90
в расчетной величине активного крутящего момента, необходи-
мый для устранения возможности буксования. После подстанов-
ки значений усилий на валках из уравнений (141) и (142) имеем:
при гибке прямой заготовки (первый пропуск)
—----------1-------——(157)
/.т аср I <
4 щ (1 + соаа) — рсоз а ——
/>б МСр
при гибке предварительно согнутой заготовки (гибка за не-
сколько пропусков)
1 —
2 р.х —----(1 + соз а) — р. соз а ——
I Рб Рср .
ею а
(158)
В уравнениях (157) и (158) Ям выражено неявно, так как
тригонометрические функции угла а, входящие в правые части
уравнений, являются функциями Ям- Для решения данных урав-
нений необходимо предварительно задаться значением Ям, опре-
делить а по уравнению (143) и подставить значения последнего
в эти уравнения. Если полученное значение Ям совпадает с при-
нятым, то результат решения правильный.
В выведенные уравнения не
входят поперечные размеры
изгибаемой заготовки, поэтому
минимально возможные радиу-
сы изгиба будут для заготовок
разной толщины одинаковыми.
Но это относится к радиусам
изгиба до пружинения; факти-
чески же получаемые радиусы
изгиба заготовки (радиусы
после пружинения) будут за-
висеть от ее толщины, так как
пружинение тонких заготовок
значительно больше пружине-
ния толстых заготовок. Зна-
чения минимальных радиусов
изгиба, на которые могут быть
Таблица 7
Минимально возможные радиусы
за пропуск (размеры в мм}
Толщина листа Первый пропуск Второй пропуск
Радиус | изгиба Радиус изде- лия (после пружинения) Радиус Л О 5 0 5 Радиус изде- лия (после пружинения)
10 5 2,5 460 460 460 570 735 1710 215 245 335 240 320 720
согнуты заготовки из горячекатаного проката на машине, пока-
занной на рис. 44, приведены в табл. 7.
Следовательно, заготовку наибольшей толщины, т. е. 10 мм,
определяемой прочностью машины, можно согнуть за два про-
пуска на радиус, близкий к радиусу среднего валка, а заготовку
толщиной 2,5 мм — только на радиус, в 3 раза больший. Заго-
товки еще меньшей толщины вообще не могут быть согнуты на
машине, так как после выхода из валков они будут почти пол-
ностью распрямляться вследствие пружинения.
Для асимметричных трехвалковых машин возможность по-
дачи заготовки приводным средним валком определяется усло-
вием (при гибке прямой заготовки)
+ (Рср + Рп 4- Р3) + (рп + Р3^-} Н- (159)
^ср \ 1'п ^3
В асимметричных машинах изгиб заготовки за один пропуск
может осуществляться до радиуса, близкого к радиусу среднего
валка. В этом случае разница между М и Мо будет большей,
чем у симметричных машин, поэтому принимаем среднее значе-
ние М + М0= 1,8Л4; при этом погрешность будет до 7%. Так
как у асимметричных машин усилие на среднем валке больше,
чем усилие на переднем валке, на 7—16%, то в целях упрощения
расчетных формул выражаем Рср через Рп, принимая Рср =
= 1,12РП.
После подстановки в уравнение (159) значений Рп и Р3 и со-
ответствующих преобразований получаем выражение для мини-
мально возможного радиуса изгиба за один пропуск:
1 ( V ,
I ~г р* I I
8Ш а \ Рср Р3 ) ] Рср
а | 0,9-]-
Рм>----------
У четырехвалковой машины при симметричной установке
валков относительное расстояние (отнесенное к диаметру сред-
него валка) между боковыми валками значительно больше, чем
у трехвалковой симметричной машины, поэтому гибку на срав-
нительно малые радиусы проводят с прижатым нижним валком.
Благодаря этому увеличивается тяговое усилие. Тогда условие,
обеспечивающее подачу заготовки валками, примет вид
(Рср + Рн) + (ЛР + 2Р„ + 2Рб) +
Рср
+ /Ч-^ + 2Рб-А-)р. (161)
\ рн Рб /
Выбор геометрических параметров машин. У симметричных
трехвалковых машин основным геометрическим параметром яв-
ляется расстояние между боковыми валками, которое, с одной
стороны, определяет технологические возможности машины —
минимально возможный радиус изгиба за один пропуск и, с дру-
гой стороны,— размеры валков и мощность привода. Следова-
тельно, при проектировании машины должно быть обращено
особое внимание на правильный выбор данного параметра.
С уменьшением расстояния между боковыми валками будут
существенно увеличиваться усилия на валках, их диаметры и,
следовательно, общие размеры машины. На рис. 39 показаны
92
изменения усилий на валках при изменении расстояния между
боковыми валками. Кроме того, с уменьшением расстояния меж-
ду боковыми валками снижается к. и. д. машины.
В типовых универсальных трехвалковых симметричных ма-
шинах принимают I = (1,1 -т- 1,3)1)Ср, а диаметр боковых валков
Об = (0,8-4-0,9)2?ср- Диаметр среднего валка определяется рас-
четом на прочность и жесткость, исходя из приведенных соотно-
шений и размеров наибольшей заготовки, намеченной для гибки
на данной машине.
Рис. 39. Усилие на валках в трехвалковой симмет-
ричной машине в зависимости от расстояния ме-
жду боковыми валками:
------при г = 20:-----— при г — 60
Минимально возможный радиус, который может быть полу-
чен за один пропуск заготовки, в зависимости от геометрических
параметров машины колеблется в пределах Ем = (1,25 4- 2,5)Оср.
Величина Ем уменьшается с уменьшением расстояния между
— ^ср
боковыми валками и отношения —
Е>ср
Наибольший угол наклона среднего валка для гибки кони-
ческих поверхностей обычно применяют 10—12°, что обеспечи-
вает гибку конусов с углом от нуля и до 180°.
Величина регулировки среднего валка устанавливается из
условия, что крайнее верхнее положение валка должно давать
возможность свободно заводить заготовки наибольшей толщины
между валками, а крайнее нижнее положение валка — получать
радиус изгиба заготовки наименьшей толщины, равной радиусу
среднего валка, т. е. в крайнем нижнем положении средний ва-
лок должен почти касаться боковых валков.
В целях наибольшего использования технологических воз-
можностей машины, а также повышения ее к. п. д. мощность
-электродвигателя следует выбирать так, чтобы она обеспечивала
получение за один пропуск минимально возможного радиуса из-
гиба заготовки в соответствии с уравнением (157).
У асимметричных машин основным геометрическим парамет-
ром является расстояние между осями среднего и переднего вал-
ков в горизонтальной плоскости, т. е. величина а (рис. 36, б).
Если исходить из условия обеспечения возможности гибки заго-
товки на радиус, равный радиусу среднего валка, то у типовых
машин (приводной валок — средний и диаметры среднего и пе-
реднего валков одинаковы) величина а — (0,15-4-0,21)Дср. Эти
данные соответствуют машинам с диаметром валков 100—
600 мм и отношением 0,5 ОД причем числовой коэффи-
циент возрастает с уменьшением диаметра валков и отноше-
ния — .
Оп
Величина а в большой степени влияет на значения усилий
на валках и, следовательно, на размеры машины. При малых
значениях величины а усилия на валках резко возрастают и сни-
жается к. п. д. машины.
Значения остальных геометрических параметров машины вы-
бираются следующими: угол направления регулировки заднего
валка у = 25 -ь 40°, диаметры среднего и переднего валков оди-
наковые, диаметр заднего валка Оэ = (0,7 -г- 0,9) Оср. Угол на-
клона среднего валка выполняется равным 2—3°; у асимметрич-
ных машин наклонная установка среднего валка служит только
для облегчения снятия согнутой обечайки, а гибка конических
поверхностей осуществляется за счет наклонной установки зад-
него валка, величина угла которой принимается равной 10—12°.
Величина регулировки переднего валка в 1,5—2 раза больше
наибольшей толщины заготовки; в крайнем верхнем положении
нижний валок соприкасается со средним. Величина регулировки
заднего валка устанавливается из условия, что в крайнем ниж-
нем положении верхняя образующая валка лежит на уровне об-
разующей переднего валка в опущенном положении, а в край-
нем верхнем положении задний валок должен касаться среднего
валка.
У четырехвалковых машин усилие на нижнем валке, т. е.
усилие амортизатора, определяется по заданному значению а
(рис. 38), которое принимается таким же, как у трехвалковых
асимметричных машин. При этом, т. е. при подгибке кромки,
толщина заготовки принимается равной 0,70—0,85 толщины за-
готовки, гибка которой обеспечивается при симметричном рас-
положении валков.
Средний и нижний валки выполняются одинакового диамет-
ра, а диаметр боковых валков Пс = (0,7 -ь 0,8) Оср. Угол между
направлением регулировки боковых валков и вертикальной осью
принимается равным 25—40°. Угол запрокидывания среднего
94
валка равен 2—3°. В случае необходимости гибки конических
поверхностей предусматривается наклонная установка боковых
валков на угол до 10—12°. Величины регулировки нижнего и
боковых валков принимаются такими же, как у трехвалковых
асимметричных машин.
Методика расчета установки валков при гибке конических
обечаек. При наклонном друг к другу положении валков
(рис. 30) радиус изгиба каждого элемента заготовки по ее ши-
рине будет зависеть от геометрических параметров (расстояния
между опорами и стрелы прогиба) в рассматриваемом сечении
заготовки, перпендикулярном к
продольной оси верхнего валка
(рис. 40). В указанном сечении
коническая обечайка имеет пере-
менную кривизну. Построение
кривой поперечного сечения кони-
Рис. 40. Схема гибки конической обечайки в трехвалковой симметричной
машине
ческой обечайки в плоскости аа показывает, что на участке меж-
ду боковыми валками средний радиус несколько больше расстоя-
ния АВ. Приближенно его можно принять — ЬАВ. Значения
коэффициента к следующие:
Угол обечайки а в
град........... 0—20 21—30 31—40 41—50 51—60 61-80
Значение коэффициен-
та к ..... . 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1.6
Вследствие принятого нами условия радиус большой кромки
конической обечайки, который соответствует радиусу согнутой
заготовки после пружинения, будет равен
(162)
соз а
Радиус изгиба с учетом пружинения (рис. 40) опреде-
ляется по уравнению (63), исходя из значения Я'О1.
Значения прогибов кромок при гибке в симметричной трех-
валковой машине определим из тригонометрической зависимо-
сти, учитывая, что у этой машины расстояние между центрами
боковых валков постоянно, а регулируется положение по высоте
верхнего валка. Тогда прогиб наружной кромки (рис. 36, а)
А == Я1 (1 — соз «х); (163)
при этом угол щ находится из уравнения
й, 5с /1 С Л \
51 п = —-------------. (164)
+ к -Т 0,5Рб
Прогиб внутренней кромки /г определяется по уравне-
нию (163) путем подстановки в формулу вместо и соот-
ветствующей величины аг-
Угол наклона верхнего валка (рис. 30)
= (165)
Высота установки среднего валка у наружной кромки заго-
товки
Н = 0,5 (Рср + Об) + А - А. (166)
Высота установки среднего валка в подшипниках
Нв.п = Н^Ьг^, (167)
Я„.„ = Я1-(10-11)1бф. (168)
где — расстояние от средины заднего подшипника валков до
наружной кромки заготовки; заготовка устанавливает-
ся посредине валков или смещается к заднему подшип-
нику, если введению обечайки в валки мешает перед-
няя стойка станины.
Величина смещения подшипников по указательным шкалам,
если на них за нулевую отметку принято положение среднего
валка, когда образующая его рабочей цилиндрической поверхно-
сти лежит в одной горизонтальной плоскости с соответствующи-
ми образующими боковых валков, определяется из уравнений
Ь3.п=-К — А + Мёф. (169)
= Л —А —(7-0 —^х)1йф- (170)
Так как в асимметричных трехвалковых машинах взаимное
положение валков регулируется путем перемещения боковых
валков под углом у к вертикали (рис. 36, б), то при установке
бокового валка в наклонное положение расстояние между цент-
рами этого валка с вертикалью, проходящей через центр сред-
него валка, т. е. 1/2, переменное.
Из тригонометрических соотношений получаем расстояние
между центрами бокового валка и точкой О:
в^ць + н + о.бо^^-.
81П у
Значение гц находим по уравнениям (148) или (149).
Угол наклона бокового валка в направлении регулировки
§1п<р= ~В1~Вг • (171)
Расстояние от центра бокового валка до точки О по осям зад-
него и переднего подшипников
Вэ.„ = В1 + 114е<р, (172)
Вп.п = Вг (Ьо— 7-1) 1§<р. (173)
Если за начальное положение бокового валка на указатель-
ных устройствах принято положение, при котором окружности
валков касаются общей горизонтальной прямой (средний валок
касается сверху, а передний и боковой — снизу), то при этом
расстояние центра бокового валка от точки О равно
В _ ^4 + 0,5 (Рср Др) (174)
0 СО5 у
Тогда смещение валка от этого положения может быть опре-
делено как разность между величиной Во и подсчитанными вели-
чинами Ву и В2.
Анализ установленных зависимостей показывает, что требую-
щийся при гибке конических обечаек наибольший угол наклон-
ной установки валков достигает 5—8°. Следовательно, на уни-
версальных трех- и четырехвалковых машинах, у которых воз-
можно установить валки под углом до 10—12°, можно
осуществлять гибку конических обечаек с любым центральным
углом, т. е. от нуля до 180°.
13. Методика расчета валков
(Разработана Н. Е. Мошниным)
При определении диаметра валков и установлении целесо-
образности применения опорных роликов у боковых валков не-
обходимо исходить, с одной стороны, из прочности валков и,
с другой стороны, из их жесткости, так как только до опреде-
ленной величины прогиба валков обечайка может быть качест-
венно согнута.
При значительном прогибе валков обечайка получается бочко-
образной и с неравномерным зазором между кромками, что су-
щественно ухудшает условия сварки.
В расчетах на жесткость валков обычно исходят из допусти-
мого прогиба валков. Из технической литературы [40] известна
7 Заказ 663 97
рекомендация, по которой допускается наибольший прогиб вал-
ка, равный величине 0,001 Ьн (где Ьн — наибольшая ширина за-
готовки). Поверочный расчет существующих машин отечествен-
ного производства и иностранных фирм, а также расчет, прове-
денный с использованием каталожных данных, показал, что
у машин с боковыми валками, не имеющими опорных роликов,
прогиб каждого валка, т. е. среднего и боковых при гибке заго-
товок наибольшей ширины при номинальной толщине достигает
0,001 Ьн. В машинах с боковыми валками, опирающимися по-
средине на опорные ролики, прогиб среднего валка составляет
(0,0012 ч- 0,002) Ьн, т. е. примерно в 2 раза больший, так как бо-
ковые валки не имеют возможности прогибаться посредине.
Следовательно, приводимая выше рекомендация, согласно кото-
Рис. 41. Схема нагружения валков:
а — без опорных роликов; б — с опорными роликами
рой суммарный прогиб валков может достигать 0,0026и, под-
тверждается поверочным расчетом существующих машин, но яв-
ляется предельной.
При расчете валков на прочность и жесткость некоторые ав-
торы [40] рекомендуют принимать схему нагружения валков,
в которой реакции опор приложены на внутренних концах под-
шипников и давление заготовки равномерно распределено на
всю длину валка между опорами. По нашему мнению, более точ-
ной схемой нагружения валков будет схема, приведенная на
рис. 41, а. Реакции опор приложены посредине подшипников, так
как подшипники валков листогибочных машин обычно выполня-
ются самоустанавливающимися. Диаметр валка принимается по
всей его длине одинаковым и равным диаметру бочки. Наличие
у валка цапф оказывает пренебрежимо малое влияние на вели-
чину прогиба валка. Давление заготовки на валок принимается
равномерно распределенным по ее ширине.
Последнее условие также является определенным допуще-
нием, так как вследствие прогиба валков давление заготовки по-
средине несколько меньше, чем у кромок.
Для принимаемой схемы нагружения валка величины напря-
жения и прогиба валков определяются по уравнениям, известным
из сопротивления материалов.
Наибольшее напряжение изгиба (посредине валка)
Р/- /2_ ±\
811/ \ Ь ) ’
(175)
Наибольший прогиб валка (посредине)
И3 Г 1______1 /Ь_\2 2. / М31 =
48Е/ |_ 2 \ Ь / ' 8 \ Л / ] ~ 48Г7 ’
прогиб валка на кромках заготовки
г РР8 Г] о/6 V । ( & У]-^ Р1Мг -
кр 48Ы [ \ Ь / Г I Ь / ] 48Б/ ’
(176)
(177)
прогиб валка на расстоянии х от опоры
рх = _р^1Гз_Ш21а_4(А\3+2А[^
48ДУ Д \Ь] \ Ь \Ь ) Ь [Ь
где Р — усилие на валке от давления заготовки:
117 — момент сопротивления бочки валка;
/ — экваториальный момент инерции бочки валка.
Для упрощения расчетов про-
гиба по уравнениям (176) и (177)
приводим значения коэффициен-
тов А{ и Л на графике (рис. 42).
Из практических данных при-
нято при расчетах валков, обыч-
но выполняемых из стали с пре-
делом прочности при растяже-
нии 60—70 кГ/мм2, назначать до-
пускаемое напряжение на изгиб
12 кГ/мм2. Напряжения кручения
у приводных валков небольшие
по сравнению с напряжениями
изгиба, и поэтому их при расчете
на прочность бочки валка не учи-
Рис. 42. График изменения
коэффициентов Д, и А2
тывают.
Находим длину валка, при которой одновременно удовлетво-
ряются предельные условия по прочности и жесткости. Для этого
решаем совместно уравнения (175) и (176), подставляя =
= 0,001Ьи, Ов.и = 12 кГ/мм2, Е = 22000 кГ/мм2 и среднее зна-
чение у- = 0,9. Получаем
Ьо = 9,54, (179)
где (1 — диаметр бочки валка.
При Ь < 9,5г/ валок следует рассчитывать на прочность, а
при Ь > 9,5г/ — на жесткость. Из приведенной зависимости так-
же вытекает вывод, что опорные ролики у боковых валков целе-
сообразно ставить при Ь > 9,5г/.
При расчете боковых валков, поддерживаемых опорными ро-
ликами, исходят из условий, что три опоры лежат на одном уров-
не и средняя опора расположена посредине между подшипника-
ми (рис. 41, б).
Момент на средней опоре (по теореме Клапейрона)
(180)
Усилие на средней опоре
(181)
Изгибающий момент на расстоянии х от средней опоры
Мх = Мв —
(182)
Рх2
2Ь
Прогиб валка на расстоянии х от средней опоры
Используя уравнения (178) — (183), можно подсчитать вели-
чины суммарного прогиба среднего и бокового валков на уча-
стке, соприкасающемся с заготовкой, и более точно определить
жесткость валков.
По условиям прочности и жесткости листогибочной машины
можно заготовки, меньшие наибольшей ширины, которая указы-
вается в технической характеристике, сгибать большей толщи-
ны по сравнению с номинальной толщиной.
При определении допустимой толщины заготовки при задан-
ной ширине следует исходить из наибольшей величины усилий,
действующих на валки, и из напряжений, возникающих в валках
Проверка на прогиб может не производиться, так как с умень-
шением ширины заготовки при постоянном усилии относитель-
ный прогиб валка на ширине заготовки уменьшается.
Величина усилия на валке лимитируется прочностью подшип-
ников и механизма регулировки положения валка. Максимально
допустимую толщину заготовки заданной ширины следует опре-
делять из равенства усилий, требующихся для гибки заготовок
с номинальными и заданными размерами, и с учетом различия
в сопротивлении деформированию материала заготовок.
Приближенно искомую
толщину заготовки можно подсчи-
тать по уравнению
(184)
где — заданная ширина заготовки.
С уменьшением ширины заготовки при одинаковом усилии на
валке напряжения посредине валка увеличиваются, так как схе-
ма нагружения приближается к схеме изгиба балки сосредото-
ченной посредине силой. Если диаметры валков выбраны исходя
из допустимых напряжений, то тогда для приближенных расче-
тов следует применять другое уравнение, а именно:
(185)
Уравнения (184) и (185) действительны только в случае,
если материал заданной заготовки по механическим свойствам
одинаков с материалом заготовки, указанном в паспорте на ма-
шину.
Валки листогибочных машин для холодной гибки изготовля-
ются из сталей 34ХНЗМ и 34ХН2М с термообработкой до твер-
дости (на поверхности) НВ 280—320, а тяжелые валки, весом
свыше 25 т, из сталей 40ХНМА и 34ХМ — с термообработкой до
твердости НВ 260—300. Валки, предназначаемые для горячей
гибки, могут изготовляться из сталей 55Х и 50.
14. Конструкции машин
У универсальных листогибочных валковых машин, выполняе-
мых горизонтальными, подшипники валков располагаются в двух
узких стойках, внутри которых монтируются механизмы регули-
ровки положения валков. Для валков применяются самоуста-
навливающиеся подшипники скольжения. Стойки, корпуса опор-
ных роликов, привод машины и механизм запрокидывания сред-
него валка обычно устанавливаются на общей раме.
Современные машины изготовляются с полностью закрытыми
механизмами (рис. 43), и часто их основные детали (стойки,
корпуса привода и опорных роликов) изготовляются сварными.
Привод валков осуществляется от реверсивного электродви-
гателя. В некоторых конструкциях машин имеется две — четыре
скорости гибки. Для этой цели предусматривается установка
специального электродвигателя или дополнительные зубчатые
передачи с муфтами переключения.
От электродвигателя движение валкам передается через
двух-, трех- и четырехступенчатые цилиндрические зубчатые пе-
редачи; реже применяется червячная передача. Первая от элек-
тродвигателя передача выполняется зубчатой с косозубым за-
цеплением или клиноременной.
Механизмы регулировки положения валков также приводят-
ся от электродвигателя, причем у машин небольшого размера
привод валков и механизмов регулировки осуществляется от об-
щего электродвигателя. Для переключения механизмов преду-
сматриваются кулачковые или фрикционные муфты.
При регулировке положения валков от электродвигателя в
механизме привода предусматривается предохранительное уст-
Рис. 43. Листогибочная машина современной конструкции
ройство в виде фрикционной муфты. Необходимость применения
предохранительного устройства вызывается тем, что регулируе-
мые валки при настройке машины часто доводятся до упора в
стационарно установленные валки. При помощи конечных вы-
ключателей не представляется возможным предупредить пере-
грузку, так как на машинах сгибаются обечайки различной тол-
щины.
Механизм для запрокидывания среднего валка монтируется
на передней стойке. Механизмы для запрокидывания валка и от-
кидывания заднего подшипника в машинах средних и больших
размеров приводятся от самостоятельных электродвигателей или
от общего привода, а также посредством гидравлических
устройств.
Машины с ручным приводом всех механизмов изготовляются
только для тонких листов, толщиной до 3 мм, и предназначаются
для использования в производстве с небольшой загрузкой.
Настройка машины на требующийся радиус изгиба (ориен-
тировочная при мелкосерийной и окончательная при крупносе-
102
рийиой гибке) производится по указательным устройствам, пока-
зывающим положение регулируемых валков.
Наиболее простым и распространенным указателем является
шкала со стрелкой. Шкала крепится к стойке станины, а стрел-
ка — к подшипнику валка. В машинах среднего и особенно боль-
шого размера, предназначаемых для интенсивной работы, при-
менение указателей этого типа вызывает неудобства, так как на-
блюдение за ними может осуществляться только с близкого рас-
стояния. В этом случае применяются специальные указательные
устройства, вынесенные на видное место, с делениями шкалы во
много раз большими, чем величины перемещения валка.
Указательные устройства встраиваются в стойки станины или
выводятся к общему пульту управления. Они выполняются пре-
имущественно в виде круглого циферблата с поворачивающейся
стрелкой, на которую движение передается посредством рычаж-
ных или зубчатых передач (см. рис. 50).
В универсальных машинах управление основными механиз-
мами, действующими от электродвигателей, производится от
кнопочной панели, а некоторых вспомогательных механизмов —
при помощи рукояток.
В специализированных машинах, предназначаемых для срав-
нительно узкой номенклатуры работ, предусматривается полу-
автоматический режим работы или работа от программного уп-
равления. В частности,, имеется трехвалковая машина для гибки
обечаек небольших труб [43], в которой с момента задачи плоской
заготовки в валки все остальные переключения механизмов про-
исходят автоматически. Изготовление обечайки заканчивается
выталкиванием ее из машины посредством пневматического уст-
ройства.
Рассмотрим кратко конструктивные особенности универсаль-
ных машин основных типов и некоторых специальных машин.
Трехвалковые симметричные машины. Машины этого типа вы-
полняются, как правило, с приводными стационарно установ-
ленными боковыми валками и со средним валком, положение
которого регулируется по высоте. При таком выполнении ма-
шина получается наиболее простой по конструкции.
Типовой машиной с механическим приводом можно считать
машину для гибки заготовок размером 6200 X 10 мм (конструк-
ция Центрального бюро кузнечно-прессового машиностроения),
представленную на рис. 44 и 45.
На жесткой сварной раме 1 установлены литые стойки 2 и
корпус привода. Средний 3 и боковые валки 4 выполнены строго
цилиндрическими.
Боковые валки приводятся в движение от электродвигате-
ля 5 через червячный редуктор 6 и две пары цилиндрических
зубчатых передач 7 и 8. Последняя передача 8 имеет три коле-
са — одно ведущее и два ведомых. Ведомые колеса сидят
консольно на боковых валках. Изменение направления враще-
ния боковых валков осуществляется реверсом электродвигателя.
Механизмы регулировки положения среднего валка показа-
ны отдельно на рис. 45. Корпусы подшипников 9 и 10 валка,
установленные шарнирно на осях 11 и 12, могут перемещаться
в направляющих стоек по вертикали. Механизмы регулировки
состоят из шпинделей 13 и 14 с трапецеидальной резьбой, га-
ек 15, вращающихся в подшипниках стоек, и червячных пере-
дач. Колесо 16 червячной передачи сидит жестко на гайке
шпинделя. Червяки обоих механизмов соединены общим
Рис. 45. Механизм регулировки трехвалковой симметричной
машины
валом 17 и приводятся в движение от самостоятельного ревер-
сивного электродвигателя 18 через две пары цилиндрических
зубчатых передач 19 и 20. Механизм регулировки заднего
подшипника валка может быть отключен посредством кулачко-
вой муфты 21 и рукоятки 22. Выключение одного механизма
дает возможность установить средний валок наклонно.
Данная конструкция механизма регулировки положения
валка применяется преимущественно для регулировки положе-
ния валков в гибочных трех- и четырехвалковых машинах.
Для запрокидывания вверх среднего валка предусмотрен от-
дельный механизм. Нажимной винт 23, вращаемый штурва-
лом 24, установлен в гайке 25, жестко закрепленной в
траверсе 26, которая соединена двумя колонками 27 с корпу-
сом 28. Последний укреплен болтами на раме станины.
Нажимная колодка 29 направляется колонками. С ней винт
соединен цилиндрической пятой, поджимаемой гайкой. При
опускании колодки посредством вращения винта она нажимает
на шаровой конец среднего валка и поворачивает его вокруг
оси 11 переднего подшипника, поднимая задний конец валка.
У машин среднего размера с целью уменьшения усилия на
штурвале вводят дополнительную зубчатую передачу. В этом
случае штурвал располагают не непосредственно на нажимном
винте, а на горизонтальном валу, соединенном с нажимным
винтом конической или червячной передачей. При этом штурвал
для удобства обслуживания выводят на край машины (см.
рис. 46). При механическом приводе движение от электродви-
гателя на нажимной винт передается посредством червячной
передачи.
В машинах для горячей гибки следует предусматривать пре-
дохранители от превышения давления заготовки на валки при
чрезмерном остывании заготовки. Более удобными для этого
являются тензометрические предохранители.
Перед запрокидыванием валка с него откидывается левый
подшипник, установленный шарнирно на оси 12. Для откидыва-
ния подшипника предусмотрен механизм, состоящий из двух
отводных рычагов 30 и червячной передачи 31, вращаемой
посредством штурвала 32. В откинутом положении подшипник
уравновешивается противовесом 33. При установке подшипника
в рабочее положение он крепится с буксой 34 цилиндрической
шпонкой 35, поворачиваемой на 180° рукояткой 36. Каждый
боковой валок опирается на два ролика 37, укрепленных в от-
дельном корпусе 38. Положение последних регулируется в
вертикальном и горизонтальном направлениях установочными
винтами 39 и 40 относительно плиты 41, помещенной на раме
машины. Это дает возможность периодически выверять поло-
жение опорных роликов.
Трехвалковые симметричные машины выпускаются для гиб-
ки листов шириной до 9 м и толщиной до 50 мм в холодном со-
стоянии и толщиной до 150 мм в горячем состоянии.
В Советском Союзе основные параметры трехвалковых сим-
метричных машин стандартизованы (ГОСТ 10664—63).
Заводы, специализирующиеся на выпуске листогибочных ма-
шин, должны при проектировании машин исходить из условия
максимальной унификации узлов машин. Для этой цели размер-
ный ряд машин разделяется на модели по крутящему моменту
(табл. 8).
Известны трехвалковые симметричные машины с регулируе-
мым расстоянием между боковыми валками. Регулировка этого
расстояния предусматривается с целью увеличения диапазона
гибочных работ по толщине листа и радиусу изгиба. Наиболь-
шее расстояние между боковыми валками обеспечивает гибку
толстых листов, а уменьшение его дает возможность гнуть ли-
106
Основные параметры трехвалковых симметричных машин
№ модели машины Наибольшая толщина листа (сталь с бд = 45 кГ]мм2) при наибольшей ширине листа в мм Скорость гибки в м'мин, Мощность электродвига- теля в л. с.
1500 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 го о со к Е В г; в и и Р-О.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 13 20 7 11 18 25 30 6 9 14 20 25 30 36 42 49 6 9 13 18 21 26 31 37 42 8 12 16 20 24 28 33 38 20 22 26 30 35 18 22 24 28 32 22 26 30 24 23 6 6 5 5 5 5 4 4 4 3 6 10 18 24 32 35 45 60 2 4 6 10 15 20 22 25 30
сты, хотя и меньшие по толщине, но на малый радиус. Во втором
«случае средний валок устанавливается меньшего диаметра.
Конструкция этой машины несколько сложнее, и габаритные
размеры ее больше по сравнению с обычными трехвалковыми
симметричными машинами. Подшипники боковых валков и кор-
пусы опорных роликов машины установлены в горизонтальных
направляющих. Перемещение подшипников и корпусов роликов
каждого валка происходит одновременно путем вращения при-
водного вала. Движение от приводного вала передается посред-
ством червячных передач и нажимных винтов. Ввиду нестацио-
нарного положения подшипников боковых валков последние
соединены с валами привода шарнирными шпинделями.
Машины с регулируемым расстоянием между боковыми вал-
ками находят применение в производстве, где гибочные работы
незначительны по объему, но разнообразны по размерам сги-
баемых обечаек.
Трехвалковые ассимметричные машины. В этих машинах
средний валок обычно выполняется стационарным, положение
переднего валка регулируется на небольшую величину, несколь-
ко большую наибольшей толщины заготовки, а задний валок
может перемещаться в стойках станины на значительное рас-
стояние, которое обеспечивает гибку заготовок до радиуса,
почти равного радиусу среднего валка. Приводными выполня-
ются средний или средний и передний валки. В машинах,
предназначаемых для гибки заготовок из цветных металлов
(полированные валки), оба валка выполняются обязательно
приводными.
Ввиду того что регулировка положения переднего валка тре-
буется только при переходе на гибку обечаек с другой толщи-
ной стенки и величина регулировки небольшая, привод ее чаще
осуществляется от ручного маховичка.
При неправильной установке переднего валка по отношению
к среднему (слишком близкая установка) и при схождении
кромок обечайки внахлестку может произойти аварийная пе-
регрузка машины, поэтому в машинах с механическим приводом
предусматриваются предохранительные устройства, ограничи-
вающие увеличение усилия на переднем валке. Предохранители
применяются срезывающего и пружинного типов. Пружинные
предохранители сложнее, но имеют существенное преимущество
перед срезывающими. В случае неправильной установки валков,
пружины предохранителя сжимаются, расстояние между перед-
ним и средним валками увеличивается при небольшом повыше-
нии усилия и гибка может осуществляться нормально.
Предусматривается установка среднего и заднего валков в
наклонное положение: среднего — для удобства снятия согну-
той заготовки, а заднего — для возможности гибки конических
обечаек.
Для представления о конструкции типовой машины приво-
дим описание машины, выпускаемой Старо-Краматорским ма-
шиностроительным заводом им. Орджоникидзе (рис. 46).
Две литые стойки и корпуса редукторов установлены на
сварной раме 1. В стойках 2 и 3 размещены подшипники и ме-
ханизмы регулировки валков. Средний валок 4 может запроки-
дываться задним концом вверх, а передний 5 и задний 6 валки
имеют регулировку положения подшипников по высоте.
Приводным является только средний валок. Его привод
осуществляется от электродвигателя 7 через редуктор 8 с двумя
цилиндрическими зубчатыми передачами и муфту 9. Первый
подшипник 10 среднего валка установлен в стойке на цапфах,
расположенных по оси валка.
Букса левого подшипника среднего валка помещена в кор-
пусе 11 в прямоугольном пазу. Корпус подшипника закреплен
на стойке посредством вала 12. При вращении маховичка 13
движение передается через червячную передачу 14 на вал /2,
который, поворачиваясь, производит откидывание корпуса под-
шипника в горизонтальное положение. Посредством устрой-
ства 15 и цепной передачи 16 ограничиваются крайние положе-
ние корпуса подшипника и осуществляется его уравновеши-
вание.
Регулировка положения переднего и заднего валков произ-
водится от самостоятельного электродвигателя 17 через редук-
тор 18 с одноступенчатой цилиндрической передачей и переклю-
чающим устройством. При помощи рукояток 19 и 20 включаются
приводные валы механизмов регулировки переднего и заднего
валков. Приводной вал 21 механизма регулировки заднего вал-
ка разрезной, левая часть его может быть отключена посред-
108
р Рис. 46. Трехвалковая асиметричная машина с механическим приводом
ством муфты 22 и от рукоятки 23. Этим достигается возмож-
ность выключения левого механизма регулировки заднего валка
и установки его в наклонном положении, что необходимо при
гибке конических деталей.
Корпуса 24 и 25 подшипников переднего и заднего валков,
опираются цилиндрическими поверхностями на башмаки на-
жимных винтов 26 и 27, чем предупреждается возможность-
защемления в подшипниках цапф валков при их прогибе.
Механизм регулировки переднего валка совмещен с предо-
хранительным устройством. Нажимной винт входит в гайку 28,
опирающуюся на бронзовое кольцо 29. Так как при регулировке
переднего валка действует нагрузка только от веса деталей, то
нет необходимости в установке упорного подшипника качения.
В продольные пазы гайки нажимного винта входят скользящие
шпонки колеса червячной передачи 30, посредством которых
передается вращение на гайку.
Кольцо 29 опирается через стержни 31 и плиту 32 на четыре
цилиндрические пружины 33, затянутые до определенного уси-
лия. При повышении нагрузки на переднем валке выше допу-
скаемой пружины сжимаются и валок отходит вниз; при этом
гайка нажимного винта свободно перемещается в червячном
колесе. После устранения перегрузки автоматически восстанав-
ливается исходное положение переднего валка и предохрани-
тельного механизма.
Механизм регулировки заднего валка — обычной конструк-
ции. Гайка нажимного винта опирается на упорный шариковый
подшипник, так как посредством перемещения заднего валка
производится начальный изгиб листа.
Средний валок запрокидывается от маховичка 34. Механизм
запрокидывания состоит из червячной передачи 35, колесо кото-
рой служит одновременно гайкой нажимного винта 36.
В асимметричных машинах наиболее распространены кон-
струкции, в которых регулировка переднего валка производится
посредством клиновых механизмов, перемещаемых вручную от
маховичка. Маховичек установлен на распределительном валу,
соединенном коническими и винтовыми передачами с клиновы-
ми механизмами обоих подшипников переднего валка. С меха-
низмами регулировки совмещены предохранительные устройства
срезывающего типа.
В машиностроительной промышленности находят примене-
ние асимметричные машины небольшого и среднего размеров, а
именно: для гибки обечаек длиной до 4000 мм и толщиной стен-
ки до 20 мм. В табл. 9 приводятся основные параметры асим-
метричных машин, выпускаемых одной из иностранных фирм.
В монтажных условиях применяются преимущественно
симметричные и асимметричные машины с ручным приводом.
Предпочтение следует отдавать асимметричным машинам, ко-
110
Основные параметры трехвалковых асимметричных машин
№ модели машины Наибольшая толщина листа (сталь ов — — 45 кГ/мм2) при наибольшей ширине листов в мм Диаметр переднего и среднего валков в мм Е * Й Мощность электродвига- теля в л. с.
скорости ки в м/м
1000 1500 2000 3000 4000 5000 при- вода регули- ровки
1 7 6 5 3 150 7,5 6,5 3
2 — 8 6 4 — — 190 7,5 8 3,5
3 — — 10 7 5 —. 240 7,5 12 5
4 —. 15 10 7 —. 270 7,5 16 6,5
5 — —. 20 14 9 — 300—320 7,5 25 10
6 —. —. 30 20 15 10 370—400 6,5 40 16
7 -—. —. — 26 20 16 440—460 6 60 25
8 — -— — 36 28 23 500—520 75 30
торые обеспечивают гибку обечайки на всей длине, т. е. обеспе-
чивают подгибку концов.
К более удобным в работе машинам с ручным приводом
можно отнести машину конструкции Центрального бюро куз-
нечно-прессового машиностроения, хотя эта машина была за-
проектирована более 25 лет назад (рис. 47).
Станина машины состоит из четырех литых чугунных частей:
двух стоек 1 и 2, траверсы 3 и фундаментной плиты 4. Отдель-
ные части станины соединены между собой болтами. В стойках
станины размещены подшипники валков и приводных валов.
Положение среднего валка 5 постоянное, а положение передне-
го 6 и заднего 7 валков регулируется посредством перемещения
подшипников в пазах стоек станины..
Положение переднего валка устанавливается по толщине
заготовки поворотом кулаков 8, осуществляемым рукояткой 9
через вал 10. После установки рукоятка закрепляется зажим-
ным устройством 11. Задний валок перемещается посредством
поворота кулаков 12, сидящих на валу 13 с внутренней стороны
стоек. Кулаки поворачиваются вращением от маховичка 14
вала 15, установленного в приливах правой стойки. Этот вал
соединен с валом 13 самотормозящей червячной передачей 16.
Для снятия согнутой обечайки с машины можно средний
валок выдвигать из станины правым концом вперед. С этой
целью рукоятка 17 поворачивается вверх в положение, показан-
ное на рисунке, т. е. так, чтобы прорезь в ее ступице, являющей-
ся одновременно подшипником валка, приняла горизонтальное
положение. В этом случае правая цапфа валка свободно выво-
дится из подшипника, а левый подшипник поворачивается в
горизонтальной плоскости вокруг оси 18.
Приводными валками являются средний и передний. Привод
валков осуществляется вращением приводного вала 19 посред-
ством рукоятки 20. При гибке тонких листов рукоятка может
быть переставлена на второй приводной вал 21, соединенный с
первым зубчатой передачей 22. Это дает возможность увеличить
скорость гибки примерно в 2,5 раза.
Второй приводной вал соединяется зубчатой передачей 23 со
средним валком. Средний и передний валки соединены между
собой зубчатой передачей 24, расположенной с правой стороны
станины.
Трехвалковые машины с ручным приводом изготовляются
для листов толщиной 1—5 мм и шириной 1000—2000 мм.
Четырехвалковые машины. В соответствии с конструктивны-
ми особеностями четырехвалковые машины применяются для
гибки толстостенных крупногабаритных обечаек. В этих маши-
нах предусматриваются преимущественно механизмы для ком-
пенсации прогиба валков. Приводным выполняется обычно
средний валок и реже — средний и нижний валки. Два валка
изготовляются приводными главным образом у машин, пред-
назначаемых для гибки заготовок из цветных металлов.
Регулировка положения нижнего валка производится только
для компенсации изменения толщины сгибаемой заготовки.
Прижим нижнего валка к среднему через заготовку выпол-
няется в машинах среднего размера при помощи пружинного
механизма, а в тяжелых машинах — посредством гидравличе-
ских устройств. Прижимное устройство также служит предо-
хранителем от перегрузки при гибке обечайки в валках, уста-
новленных по асимметричной схеме.
Четырехвалковая машина чисто механической конструкции
для наибольшей толщины 40 мм и с рабочей длиной валков
4000 мм изображена на рис. 48.
^550
8 Заказ 663
Отдельные узлы машины установлены на фундаменте по-
средством самостоятельных фундаментных плит литой или
сварной конструкции. В двух литых стойках 1 и 2 расположены
четыре валка: средний 3, нижний 4 и два боковых 5.
Привод среднего валка осуществляется от реверсивного
электродвигателя 6, оборудованного колодочным тормозом 7,
действующим от электромагнита 8. Тормоз включается автома-
тически при выключении электродвигателя. От электродвигате-
ля движение передается на средний валок через редуктор 9 с
тремя цилиндрическими зубчатыми передачами и кулачковую
муфту 10.
Последняя зубчатая передача двойная; ее большие зубчатые
колеса 11 жестко посажены на полой втулке 12, установленной
в подшипниках редуктора. Сквозь отверстие втулки проходит
конец среднего валка. Для передачи вращения на средний ва-
лок и возможности запрокидывать валок в наклонное положение
предусмотрена кулачковая муфта. Ее правая часть 13 сидит
жестко на втулке шестерен, а левая 14 может скользить вдоль
среднего валка. Левая часть муфты постоянно прижата к пра-
вой пружинами 15. При наклоне среднего валка левая часть
муфты, упираясь в правую, отодвигается влево, сжимая пру-
жины.
Правый подшипник 16 верхнего валка укреплен в стойке
станины посредством оси, что дает возможность осуществлять
запрокидывание валка. Левый подшипник состоит из откидного
корпуса 17, сидящего в стойке на оси 18, и буксы 19 с бронзо-
вой втулкой, которая остается на валке при откидывании
корпуса. Шарнирная установка подшипников среднего валка
обеспечивает также незащемление валка в подшипниках при
его прогибе.
Нижний валок установлен в буксах 20, опирающихся цилин-
дрической поверхностью на башмаки 21, чем также устраняется
возможность защемления валка в подшипниках. Башмак имеет
винт, входящий в гайку 22, на которой сидит колесо червячной
передачи 23. Перемещению гайки в вертикальном направлении
препятствуют кольцо 24 и пята 25, удерживаемая пружинами 26.
Вращением гайки производится регулировка положения ниж-
него валка.
Пружины рассчитаны на наибольшую допустимую нагрузку
на нижнем валке. При увеличении давления выше допустимого
пружины сжимаются и нижний валок вместе с башмаком и гай-
кой опускается вниз.
Пята соединена стяжными болтами 27 с диском 28, имею-
щим нажимной винт 29. Посредством этого устройства произ-
водится предварительный натяг пружины.
Конструкция механизма регулировки боковых валков ана-
логична конструкциям этих механизмов у трехвалковых машин.
114
Регулировка нижнего и боковых валков осуществляется от
самостоятельного реверсивного электродвигателя 30, соединен-
ного валом 31 с редуктором 32. Редуктор имеет пять ведомых
валов: для регулировки нижнего валка, для регулировки двух
боковых валков, для отведения левого подшипника и для запро-
кидывания верхнего валка. Все валы включаются рукоятками
при помощи кулачковых муфт. Положение боковых валков мо-
жет регулироваться одновременно или каждого самостоятельно.
Кроме того, валы боковых валков имеют кулачковые муфты,
посредством которых могут быть отключены механизмы регу-
лировки левых подшипников, оба вместе или каждый самостоя-
тельно. Этим достигается наклонная установка боковых валков.
Вал механизма откидывания левого подшипника среднего
валка имеет фрикционную предохранительную муфту, сраба-
тывающую при перемещении корпуса подшипника в крайнее
положение. Движение от вала передается на вал 33 посредством
червячной передачи и далее шестерней 34 на зубчатый сек-
тор 35, прикрепленный болтами к корпусу подшипника.
От вала механизма запрокидывания верхнего валка пере-
дается вращение через червячную передачу 36 на гайку 37 на-
жимного винта 38, закрепленного верхним концом в траверсе 39.
Последняя связана двумя серьгами 40 с колодкой 41, опираю-
щейся на концевую цапфу верхнего валка. При опускании
нажимного винта верхний валок поворачивается вокруг оси пра-
вого подшипника. Крайнее положение наклона валка ограничи-
вается концевым выключателем.
Основные параметры четырехвалковых чисто механических
машин приведены в табл. 10.
В четырехвалковых машинах тяжелых моделей чаще при-
меняется гидравлический привод для вспомогательных механиз-
Таблица 10
Основные параметры четырехвалковых машин
№ модели машины Наибольшая толщина листа (ов = 45 кГ/лш2) при наибольшей ширине листа в мм Скорость гибки в м(мин Мощность электродвига- теля в л. с.
1500 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 при- вода регули- ровки
1 12 11 10 9 9 8 8 8 5 10 5
2 18 17 15 14 13 13 12 12 5 18 10
3 23 22 20 19 18 17 16 16 5 32 15
4 29 27 25 23 22 21 20 19 5 38 18
5 34 33 30 28 26 25 24 23 5 50 24
6 42 40 36 34 32 30 29 28 4.5 60 28
7 49 47 42 39 37 35 34 33 4,5 75 30
8 58 55 49 46 43 42 40 39 4 90 40
8*
115
мов. Гидравлический привод требует устройства насосной ус-
тановки, но конструкции механизмов упрощаются.
На рис. 49 и 50 показана четырехвалковая машина для гиб-
ки в холодном состоянии заготовок 40 X 8000 мм. Основной
привод машины и привод механизмов регулировки боковых
валков механические, а запрокидывание верхнего валка, отки-
дывание левого подшипника среднего валка и нажатие опорных
роликов нижнего валка осуществляются посредством гидравли-
ки. Кроме того, машина имеет еще гидравлические устройства
для компенсации прогиба среднего валка.
Конструкция машины следующая: на двух продольных свар-
ных балках 1 установлены стойки станины 2 и 3 из тонкостен-
ного стального литья, редукторы приводов и некоторые другие
механизмы машины. Между стойками станины размещены че-
тыре рабочих валка — средний 4, нижний 5 и два боковых 6.
Средний валок является приводным. Его правый подшип-
ник 7 опирается на крышку 8 правой стойки цилиндрическими
поверхностями, а корпус 9 левого подшипника установлен на
оси 10, что дает возможность подшипникам самоустанавливать-
ся по валку.
Средний валок приводится от электродвигателя 11 через
трехступенчатый редуктор и зубчатую цилиндрическую переда-
чу 12, колесо которой сидит на среднем валке и имеет куполо-
образную форму. Посредством переключения шестерен двух
первых передач редуктора осуществляется изменение скорости
гибки. Перемещением шестерен, сидящих на первом валу редук-
тора, производится сцепление одной из двух параллельных пе-
редач 13 и 14 первой ступени. Зубчатые передачи второй ступе-
ни переключаются посредством кулачковой муфты 15.
Переключение передач производится вращением штурвалов 16
и 17, из которых первый сидит на полом составном валу 18, а
второй — на внутреннем валу 19. От валов движение передает-
ся через две рядом сидящие зубчатые конические передачи 20
и 21, зубчатые реечные передачи 22 и 23 и поводки 24 и 25.
Запрокидывание среднего валка производится нажатием
плунжера гидравлического цилиндра 26 через ползушку 27 и
сферический подшипник 28 на конец вала. Левый подшипник
откидывается посредством поршня гидравлического цилин-
дра 29. При движении поршня цилиндра сначала при помощи
системы рычагов 30 выдвигается из отверстия корпуса запор-
ный палец 31, затем отводится в сторону крышка 32, вращаясь
вокруг оси 33, и после этого весь подшипник поворачивается
вокруг оси 10 и устанавливается в горизонтальное положение.
Подшипник уравновешен противовесом 34.
Для устранения влияния прогиба среднего валка на правиль-
ность изгиба обечайки этот валок выполнен с небольшим уве-
личением диаметра к средине рабочего участка валка. Кроме
116
м ы. и ।
того, предусмотрены специальные устройства для выгиба валка
в обратную сторону. Эти устройства состоят из гидравлических
цилиндров 35 и 36, двуплечего рычага 37 и ползушек 38. При
включении давления жидкости в гидравлических цилиндрах
консольные части валка выгибаются вверх, а средняя рабочая
часть валка — вниз. Усилия предварительного изгиба валка
выбираются так, чтобы во время работы под действием нажатия
изгибаемой заготовки валок стал прямолинейным. Регулировка
усилия производится путем изменения положения центра вра-
щения рычага. Рычаг опирается пятой 39 на башмак 40, кото-
рый установлен в направляющих 41 и может быть перемещен
вдоль рычага. Перемещение осуществляется от электродвигате-
ля 42 (рис. 50) через три зубчатые цилиндрические передачи 43,
44 и 45 на распределительный вал 46, от которого движение пе-
редается на шестерни 47. Последние являются одновременно
гайками ходовых винтов 48, закрепленных на башмаках. Изме-
нением положения опоры рычага производится регулировка
усилия обратного изгиба валка от 24 до 160 т.
Регулировка нижнего валка и его прижим к изгибаемой за-
готовке осуществляются посредством включения давления жид-
кости в гидравлических цилиндрах 49 и 50 опорных роликов 51.
Цилиндры являются одновременно корпусами опорных роликов
и движутся в направляющих стоек, а плунжеры цилиндров ус-
тановлены на траверсах 52, подвешенных к стойкам на тягах 53.
В зависимости от требуемого усилия прижима могут быть
включены как все цилиндры одновременно, так и отдельно один
средний или два боковых.
Нижний валок имеет еще механическую регулировку своего
начального положения. Самоустанавливающиеся подшипники 54
нижнего валка опираются цилиндрической поверхностью на
башмак нажимного винта 55, входящий в гайку 56. Гайка сидит
в стакане 57 на шпонке и может свободно перемещаться вдоль
стакана. На стакане закреплены штифтами червячная шестер-
ня 58 и червяк 59, который получает движение через зубчатую
коническую передачу 60 от ручного маховичка 61. Начальное
положение нижнего валка устанавливается по указателю 62.
Регулировка начального положения валка сокращает величину
хода нижнего валка и, следовательно, уменьшает расход рабо-
чей жидкости.
В начальном положении, когда в гидравлических цилиндрах
отсутствует давление, гайка опирается на дно стакана и тем
воспринимается вес нижнего валка. При включении давления
жидкости в цилиндрах нижний валок подымается и прижи-
мается к изгибаемой заготовке; при этом гайка скользит вдоль
стакана. Участие в работе нижнего валка необходимо при
асимметричной схеме расположения валков. Плечо между
точками соприкосновения изгибаемой заготовки со средним и
нижним валками образуется при изгибе заготовки боковым
валком, когда нижний валок несколько отходит назад. Вели-
чина плеча устанавливается автоматически в зависимости от
поперечных размеров изгибаемой заготовки и от суммарного
усилия в гидравлических цилиндрах.
При симметричной схеме расположения валков посредством
прижима нижним валком повышаются силы сцепления между
приводным верхним валком и изгибаемой заготовкой, что дает
возможность за один пропуск сгибать заготовку на несколько
меньший радиус.
Регулировка боковых валков осуществляется механическим
путем. Подшипники 63 и корпуса 64 опорных роликов боковых
валков опираются цилиндрическими поверхностями на башмаки
нажимных винтов 65, которые опираются на гайки 66. На гай-
ках жестко сидят червячные колеса 67, получающие движение
от электродвигателя 68. Движение от электродвигателя пере-
дается через две зубчатые цилиндрические передачи 69 и 70 на
распределительный вал 71 переднего бокового валка и зубча-
той передачей 72 с передаточным отношением 1 : 1 на распреде-
лительный вал заднего бокового валка, имеющего одинаковую
с передним валком конструкцию привода механизмов регу-
лировки.
Зубчатые колеса, сидящие на распределительных валах,
соединены с последними через дисковые фрикционные муф-
ты 73, служащие предохранителями от перегрузки. Каждый
распределительный вал может быть отключен от привода ку-
лачковой муфтой 74, что необходимо при асимметричной схеме
расположения валков.
Механизмы регулировки левых подшипников могут быть от-
ключены посредством кулачковых муфт 75, чем достигается
возможность наклонной установки боковых валков в случае
гибки конических поверхностей. Механизмы регулировки опор-
ных роликов боковых валков соединены с распределительным
валом через две параллельные зубчатые цилиндрические пере-
дачи 76 и 77, которые включаются в работу кулачковой
муфтой 78. При гибке цилиндрических поверхностей включает-
ся передача 76, имеющая передаточное отношение 1 : 1, а при
гибке конических поверхностей — передача 77.
Для наблюдения за установкой боковых валков предусмот-
рены указательные устройства 79. Они соединены с правой
частью распределительных валов зубчатой конической переда-
чей 80 и зубчатой цилиндрической передачей 81 и с левой
частью — зубчатой конической передачей 82, валом 83 и зубча-
той цилиндрической передачей 84.
Управление основными механизмами машины сосредоточено
на площадке 85, откуда удобно наблюдать за работой машины.
120
Техническая характеристика четырехвалковой машины наи-
большего размера описанной конструкции следующая:
Наибольшая ширина заготовки в мм..................... 13 000
Наибольшая толщина заготовки в мм при наибольшей
ширине:
при гибке в холодном состоянии (<те = 50 кГ/мм2) 40
при гибке в горячем состоянии .................... 70
Наименьший диаметр сгибаемой обечайки в мм...... 900
Диаметр валков в мм-.
среднего.......................................... 800
нижнего.......................................... 725
бокового......................................... 620
Скорость в м/мин-.
гибки ............................................6—30
регулировки.................................... 0,3
Наибольшее давление на средний валок, включая давление
нижнего валка, в т.................................... 1100
Противодавление на консолях среднего валка в т ... . 35—190
Мощность электродвигателей в л. с.:
главного ......................................... 326
для регулировки боковых валков.................... 95
для регулировки рычажного механизма противодав-
ления ............................................ 24
Вес машины в т.........................................~450
По размерам и степени механизации данная машина явля-
ется уникальной.
Комбинированные трехвалковые машины. Хотя отдельные
конструкции комбинированных трехвалковых листогибочных
машин были известны из технической литературы сравнительно
давно, но только в последние годы они стали изготовляться не-
которыми ведущими зарубежными фирмами как типовые уни-
версальные машины.
В зависимости от принятой схемы регулировки положения
валков конструкции машин имеют существенные особенности.
Машина с регулировкой положения среднего валка в верти-
кальном и горизонтальном направлениях (рис. 24) является
развитием листогибочных симметричных машин типовой кон-
струкции. У нее приводными выполнены также боковые валки,
которые вращаются в стационарных подшипниках. Средний
валок может быть запрокинут задним концом вверх и его зад-
ний подшипник сделан откидным для удобства выдачи согнутых
обечаек.
Оригинальным в конструкции машины является выполнение
механизма регулировки положения среднего валка. Корпуса
подшипников среднего валка установлены в горизонтальных
направляющих передней и задней рамок, по которым они могут
перемещаться в поперечном направлении от общего привода.
Конструкция механизмов вертикальной и горизонтальной
регулировки среднего валка показана на рис. 51. Задний под-
121
шипник среднего валка 1 помещен в рамке 2, которая может
поворачиваться на оси 3 по часовой стрелке посредством ры-
чажного механизма 4. Положение рамки по высоте регулирует-
ся посредством двух шпинделей 5, имеющих возможность
перемещаться в вертикальном направлении. Их перемещение
осуществляется путем вращения гаек 6 шпинделей, вмонтиро-
ванных в зубчатые колеса 7. Оба колеса соединены с централь-
ной шестерней 8, приводимой в движение через червячную
передачу 9 и распределительный вал 10 от электродвигателя.
Рис. 51. Механизм регулировки положения среднего валка комбинирован-
ной трехвалковой машины
В горизонтальном направлении положение среднего валка
регулируется путем вращения гайки 11 горизонтального шпин-
деля 12. Движение на гайку передается от электродвигателя
через распределительный вал 13, червячную передачу 14, сдво-
енную коническую передачу 15 и простую коническую переда-
чу 16. Сдвоенная коническая передача предусмотрена ввиду
того, что вал 17 укреплен на поворотной рамке, а вал 18 — на
неподвижной станине. Она является шарниром при повороте
рамки.
Для обеспечения возможности расположения рамок средний
валок выполнен большей длины, что является недостатком
122
конструкции машины, так как
уменьшается по сравнению с
прочность и жесткость валка
валком обычной симметричной
Рис. 52. Механизм регулировки по-
ложения боковых валков комбиниро-
ванной трехвалковой машины
машины.
Несколько более удачной в конструктивном отношении яв-
ляются машины с регулировкой положения боковых валков.
На рис. 52 показан механизм регулировки машины с вертикаль-
ным перемещением боковых валков. От реверсивного электро-
двигателя через распределительный вал 1 движение передается
на зубчатые колеса 2 регулировочных механизмов переднего и
и заднего подшипников обоих
боковых валков и далее через
червячную передачу 3 на гай-
ку-колесо 4. Последняя опи-
рается на упорный шариковый
подшипник 5. При вращении
гайки подшипник 6 валка, же-
стко соединенный со шпинде-
лем 7, перемещается в верти-
кальном направлении в на-
правляющих стоек.
Приводными валками вы-
полняются боковые валки. Вви-
ду того что положение этих
валков регулируется, их при-
вод осуществляется при помо-
щи шарнирных шпинделей, что
несколько усложняет конструк-
цию машины и увеличивает ее
габаритные размеры. Однако
комбинированные трехвалко-
вые машины проще по конст-
рукции и легче по весу, чем
четырехвалковые машины, с
которыми трехвалковые машины обладают примерно одинако-
выми технологическими данными.
Специальные валковые машины. К наиболее распространен-
ным специальным валковым машинам можно отнести трех- и
четырехвалковые машины вертикального типа,'машины с верх-
ней траверсой и машины для конических обечаек.
Вертикальные машины по сравнению с горизонтальными за-
нимают небольшую площадь цеха, и задача заготовки в верти-
кальную машину более проста. Однако вертикальным машинам
присущи и серьезные недостатки: а) требуется значительная
высота цеха и расстояние до подкрановых путей, так как согну-
тая обечайка вынимается из валков в вертикальном направле-
нии; б) проведение замеров правильности изгиба заготовки в
процессе гибки менее удобно; в) гибка конических обечаек и
проведение дополнительных технологических операций затруд-
нительны (см. рис. 22, в).
Вертикальные машины нашли применение преимущественно
в судостроении, где цехи обычно имеют большую высоту и гну-
тые элементы требуются сравнительно небольшой ширины.
Машины этого типа выпускаются со станиной в виде высокой
стойки; вверху и внизу станины установлены подшипники вал-
ков и механизмы регулировки положения валков. Для возмож-
ности снятия замкнутой обечайки верхний подшипник среднего
валка выполняется откидным. Привод машины обычно располо-
жен ниже уровня пола. Машины выпускаются для гибки заго-
товок шириной до 4000 и толщиной до 100 мм (при гибке в
горячем состоянии).
В листогибочных машинах с верхней траверсой средний ва-
лок, так же как и боковые валки, опирается на несколько рядов
опорных роликов. Это позволяет выполнять валки значительной
длины при сравнительно небольшом диаметре. При установке
верхней траверсы технологические возможности машины сни-
жаются, так как гибка заготовки может происходить только
по дуге до 180°. В связи с этим машины находят преимуще-
ственное применение в судостроении и авиационной промыш-
ленности.
На рис. 53 показана мощная машина с верхней траверсой.
Станина рамной конструкции; она состоит из двух литых сто-
ек 1 и 2, нижней 3 и верхней 4 сварных траверс, сблоченных
между собой.
В направляющих стоек установлена подвижная траверса 5,
к которой прикреплены подшипники среднего валка 6 и опорных
роликов 7. Подшипники боковых валков 8 выполнены в стойках,
а подшипники опорных роликов 9 этих валков прикреплены к
нижней траверсе.
Боковые валки выполнены приводными. Привод их осуще-
ствляется от электродвигателя 10 через зубчатые передачи 11 и
12 на распределительный вал 13. Последний связан зубчатыми
цилиндрическими передачами 14 и 15 с боковыми валками, при-
чем в целях удобства размещения зубчатых передач валки
приводятся с разных сторон.
Регулировка положения среднего валка производится пере-
мещением подвижной траверсы. Привод механизма регулиров-
ки каждой стороны осуществляется от отдельного электродвига-
теля 16 через цилиндрическую передачу 17.
Конструкция механизма состоит из нажимного винта 18,
укрепленного в подвижной траверсе, и червячной передачи 19.
Червячное колесо последней одновременно служит гайкой на-
жимного винта. Для возможности гибки конусообразных поверх-
ностей подвижная траверса может быть установлена несколько
наклонно путем включения только одного электродвигателя.
124
Рис. 53. Трехвалковая симметричная машина с верхней траверсой
Электродвигатели механизма регулировки имеют две скоро-
сти вращения, что дает возможность осуществлять прогиб за-
готовки при малой скорости, а подъем и опускание среднего
валка до соприкасания его с заготовкой — при повышенной
скорости.
В современных конструкциях машин с верхней траверсой
предусматривается регулировка расстояния между боковыми
валками и возможность установки валков по асимметричной
схеме за счет перемещения в горизонтальном направлении боко-
вых валков.
В машинах некоторых конструкций предусматривают уст-
ройство для выгибания валков с целью получения гнутых эле-
ментов с двоякой кривизной. Выгибание валков осуществляется
изменением положения по высоте средних опорных роликов
валков путем уменьшения или увеличения расстояния между
клиньями подшипников опорных роликов. Расстояние между
клиньями регулируется вращением приводного вала от само-
стоятельного электродвигателя. На валу имеются участки с
правой и левой резьбой, входящие в гайки клиньев.
Машины с верхней траверсой применительно к потребностям
судостроения изготовляются с рабочей длиной валков 5000—
12000 мм и предназначаются для холодной гибки элементов
обшивки судов толщиной 25—50 мм.
В авиационной промышленности применяются трех- и четы-
рехвалковые машины с верхней траверсой разнообразных кон-
струкций, описание которых приводится в работе [2].
Для крупносерийного производства конических обечаек из-
готовляются трехвалковые машины со сменными коническими
валками. Из условий удобства работы машины выполняются с
консольным расположением валков. Положение всех трех вал-
ков регулируется в радиальном направлении, и они устанавли-
ваются наклонно под углом к центральной оси.
Конструкция машины для гибки конических обечаек с дли-
ной образующей до 1300 мм и толщиной стенки до 10 мм, спро-
ектированная Центральным бюро кузнечно-прессового машино-
строения, показана на рис. 54.
Боковые валки выполнены приводными от индивидуальных
электродвигателей. Раздельно регулируется положение перед-
него и заднего подшипников каждого валка с помощью ручных
маховичков.
Средний валок вращается в подшипниках свободно. Так как
он является нажимным, т. е. путем изменения его положения
по высоте производится начальный изгиб заготовки и ее осво-
бождение после гибки, то регулировка положения этого валка
производится от электродвигателя. Для возможности регули-
ровки угла наклона валка предусмотрена разъединительная
кулачковая муфта на распределительном валу, передающем
126
движение от электродвигателя к механизмам регулировки пе-
реднего и заднего подшипников валка. Угол наклона валков
изменяется от 0 до 15°, что обеспечивает гибку обечаек с цен-
тральным углом до 180°.
На машине могут сгибаться конические обечайки с диамет-
рами кромок, близкими к соответствующим диаметрам среднего
валка и до неограниченных диаметров.
Рис. 54. Специализированная машина для гибки конических обечаек
Специальные машины для гибки конических обечаек другого
типа представляют собой четырехвалковые закрытые машины с
составными цилиндрическими валками. Особенностью машин
является конструкция валков и их привода.
Каждый валок состоит из вала и надетых на него узких ро-
ликов одинакового диаметра. У среднего и нижнего роликов
приводятся во вращение крайние ролики. Все промежуточные
ролики свободно вращаются на валу. Числа оборотов правых
и левых приводных роликов различные, благодаря чему и осу-
ществляется подача кромок секторной заготовки с заданными
скоростями. Подбор соответствующих чисел оборотов привод-
ных роликов осуществляется посредством коробок скоростей,
предусматриваемых в приводе машины. Боковые валки имеют
только свободно вращающиеся ролики.
Ввиду небольшой жесткости валков рассматриваемые маши-
ны, предназначаемые для гибки замкнутых обечаек, могут быть
выполнены только с валками незначительной длины. В маши-
нах, применяемых в авиационной промышленности [2], где не
требуется замкнутых обечаек, предусматривается верхняя
траверса, на которой устанавливаются опорные ролики, под-
держивающие средний валок. Боковые валки также опираются
на опорные ролики.
Производительность листогибочных машин, а также других
машин, рассматриваемых в настоящей книге, в значительной
степени зависит от величины партии деталей, размеров загото-
вок, наличных средств механизации и организации производ-
ственного участка.
При крупносерийном изготовлении небольших деталей, на-
пример мелких листовых и профильных заготовок, коротких
трубных заготовок диаметром до 60 мм можно достичь произ-
водительности до 200 заготовок в час, а при гибке крупногаба-
ритных тяжелых заготовок, например обечаек барабанов
крупных котельных установок, длинных труб большого диамет-
ра производительность машин ограничивается двумя-тремя за-
готовками в час.
Бригада рабочих, обслуживающая гибочную или правиль-
ную машину, обычно состоит из двух человек —• гибщика и под-
ручного, так как заготовки имеют большие габаритные размеры;
при гибке коротких заготовок небольшого веса машину может об-
служивать один гибщик.
III
Гибка в роликах
деталей из сортового
и профильного проката
15. Назначение и область применения
Способ гибки в роликах заготовок с фасонным профилем
поперечного сечения в основном аналогичен гибке в валках ли-
стовых заготовок. При рассматриваемом способе рабочим ин-
струментом являются ролики, имеющие фасонный рабочий ру-
чей в соответствии с профилем и размерами поперечного
сечения заготовки.
В промышленности преимущественно находят применение
универсальные роликовые машины, предназначаемые для гибки
заготовок с различным профилем поперечного сечения. Соответ-
ствующая настройка роликов позволяет сгибать заготовки на
любой радиус. Наименьший радиус изгиба ограничивается ра-
диусом среднего ролика; он равен пяти-десятикратной высоте
профиля заготовки.
Заготовки могут сгибаться в виде замкнутых колец и дуго-
образных элементов, а также по спирали и переменной кривиз-
не. Для возможности гибки заготовок с различным профилем
универсальные машины выполняются со сменными роликами.
В целях создания удобства для смены роликов машины изго-
товляются с консольным расположением роликов.
Основным назначением универсальных роликовых машин
является гибка заготовок из горячекатаного проката — сортово-
го (полосового, круглого), и профильного (углового, таврового,
швеллерного, двутаврового), а также заготовок из толстостен-
ных труб. В основном гибка осуществляется в холодном состоя-
нии, и только при гибке тяжелых профилей и в некоторых
специальных случаях применяется предварительный нагрев
заготовок.
Гибка в роликах тонкостенных заготовок со сложным профи-
лем, получаемых продольной гибкой из листовых заготовок или
прессованием, встречает трудности, поэтому для этой цели при-
меняют другой способ гибки — гибку по шаблону.
Гибочные роликовые машины находят применение во многих
отраслях машиностроения, но наибольшее распространение они
получили в котлостроении, химическом и нефтяном машинострое-
9 Заказ 663 129
ний — для получения крупногабаритных фланцев и ребер жест-
кости, в судостроении и авиационной промышленности — для
изготовления элементов каркаса судов и самолетов.
16. Особенности процесса и технология гибки в ро-
ликах
Существенные особенности по сравнению с гибкой в валках
имеет гибка в роликах заготовок со сложным профилем попе-
речного сечения. При изгибе таких заготовок возникают неже-
лательные побочные деформации элементов профиля по отно-
шению друг к другу — малковка полок профиля (изменение
прямого угла между полками угольника или полками и стенкой
швеллера), овализация сечения трубной заготовки и скручива-
ние несимметричной заготовки по спирали, а также потеря
устойчивости (складкообразование) на отдельных элементах
сгибаемой заготовки.
Возникновение побочных деформаций является следствием
неравномерности напряженного состояния элементов заготовки
по ее ширине. В отличие от напряженного состояния при изгибе
прямоугольной заготовки, когда нормальные тангенциальные
напряжения вызывают сжимающие радиальные напряжения,
при гибке заготовок сложного поперечного сечения его полки
(элементы, расположенные параллельно оси изгиба) удержи-
ваются от смещения к нейтральному слою соседними по ширине
заготовки участками, вследствие чего возникают касательные
напряжения в плоскости аа (рис. 55). При определенных усло-
виях касательные напряжения превосходят предел текучести
при сдвиге и вызывают малковку полок или овализацию про-
филя (показано пунктиром).
При снятии изгибающей нагрузки происходит более слож-
ное перераспределение нормальных и касательных напряжений,
вследствие чего пружинение заготовки сопровождается также
побочными деформациями.
Ввиду малой жесткости в поперечном направлении тонко-
стенных элементов профильных заготовок в них могут образо-
вываться складки — поперечные под действием тангенциальных
сжимающих напряжений (рис. 56, а и б) и продольные складки
под действием радиальных напряжений, которые всегда явля-
ются сжимающими (рис. 56, в).
Гибка заготовок с побочными деформациями, как правило,
вызывает необходимость ее правки, что является очень трудо-
емкой работой. С целью предупреждения появления побочных
деформаций применяют различные меры: используют гибочные
ролики специальных конструкций, наполнители и гибкие оправ-
ки, предусматривают в конструкции машины направляющие и
130
поддерживающие ролики. Для гибки особо тонкостенных заго-
товок применяют гибку по шаблону или более сложные спосо-
бы— гибку с растяжением [15], гибку с местным нагревом,
гибку обжатием полки и др.
Указанные особенности процесса гибки заготовок разного
профиля оказывают влияние на величину минимального ра-
диуса изгиба заготовки. Так, из практических данных установ-
лено, что при гибке на универсальных роликовых машинах
1Ц
Рис. 55. Искаже-
ние профиля тон-
костенной заготов-
ки при гибке:
а — уголка;
б — трубы
Рис. 56. Образование складок у тонко-
стенных профилей:
с и б — поперечных; в — продольных
минимальный радиус равен для заготовок: полосовой плашмя
3,5—4/г, полосовой на ребро 6й, уголка, тавра, и швеллера пол-
кой наружу 8/г и полкой во внутрь 10/ц двутавра и швеллера
относительно наибольшего момента сопротивления 12—15/г.
Кроме того, минимальный радиус может также лимитировать
диаметр среднего ролика.
В универсальных сортогибочных машинах для крупных заго-
товок гибочные ролики располагаются по симметричной схеме
(см. рис. 23,а), поэтому требуется предварительная подгибка
концов заготовки на прессе в штампе. При крупносерийном про-
изводстве кольцевых заготовок целесообразно производить
подгибку концов после гибки, используя для этой цели штамп с
клиновым механизмом. Этот штамп позволяет при подгибке
концов располагать согнутую кольцевую заготовку в горизон-
тальном положении.
У универсальных машин малого размера ролики размещают
по асимметричной схеме (рис. 23, б) или машины выполняют
четырехроликовыми (рис. 23, в). В асимметричных машинах
ролики часто устанавливают по схеме, несколько отличной от
принятой в листогибочных машинах. Такая установка роликов
(рис. 57) имеет преимущество при гибке длинных заготовок,
так как в процессе гибки длинный задний конец не приподни-
мается с рольганга.
При гибке по спирали согнутый участок заготовки несколько
отклоняется направляющим роликом перпендикулярно плоско-
Рис. 57. Схема расположения роли-
ков в асимметричной роликовой
сти изгиба, чтобы при гибке
следующего витка предыдущий
виток проходил перед торцами
роликов.
Гибка по переменной кри-
вой производится путем регу-
лировки положения среднего
ролика в процессе гибки. В ма-
шинах, предназначаемых для
крупносерийного производст-
ва спиралей, эта регулировка
осуществляется посредством
машине: программного управления.
1 — гибочные ролики; 2 — направляющие ОСНОВНОЙ ТСХНОЛОГИЧеСКОЙ
ролики; 3 — индуктор „
оснасткой сортогибочных ма-
шин являются гибочные роли-
ки, которые выполняются фасонными, в соответствии с профилем
заготовки, подлежащей гибке.
Для заготовок из круглого проката и труб рабочий ручей
всех гибочных роликов имеет полукруглый профиль. Гибка за-
готовок из полосы на ребро производится в роликах, имеющих
рабочий ручей прямоугольного профиля. Ширина ручья выпол-
няется близкой к толщине заготовки, благодаря чему заготовка
в процессе гибки удерживается в заданном положении и преду-
преждается потеря ею устойчивости в виде скручивания.
Заготовки углового и таврового профиля также сгибаются
в роликах с прямоугольными рабочими ручьями, в которые захо-
дит полка, перпендикулярная к оси изгиба.
В зависимости от направления гибки заготовки,— полкой во
внутрь или полкой наружу,— фасонный ручей имеет средний ро-
лик или боковые.
При гибке плашмя заготовок из швеллерного или двутавро-
вого проката в роликах предусматриваются два прямоугольных
рабочих ручья.
Профиль рабочих ручьев гибочных роликов выполняется с
условием, чтобы усилие роликов передавалось заготовке через
полки заготовки, расположенные параллельно оси изгиба, а пол-
ки, перпендикулярные к оси изгиба, свободно входили в проточ-
ки роликов и не опирались кромками.
Обычно вместе с универсальной машиной поставляется на-
бор сменных роликов. Для хранения большого набора роликов,
особенно к машинам тяжелых моделей, требуются значительные
площади, поэтому в машинах средних и больших размеров, с
целью уменьшения набора и сокращения времени для смены,
ролики делаются сборной конструкции.
Одна из сборных конструкций роликов показана на рис. 58.
На валу укрепляется ролик, состоящий из двух основных час-
тей — верхней 1 и нижней 2. Между этими частями в неглубоких
Рис. 58. Гибочные ролики для машин с параллельно рас-
положенными валами
боковых проточках устанавливается проставка 3, состоящая из
двух полуколец. Высота проставки определяет величину просве-
та между верхней и нижней частями ролика: просвет должен
соответствовать, с учетом небольшого зазора, толщине полки
изгибаемой заготовки углового или таврового профиля или тол-
щине изгибаемой полосы.
При переходе на гибку заготовок с другой толщиной полки
сменяется только проставка. Смена ее производится следующим
образом: верхняя часть ролика приподнимается вращением
гайки 4 при помощи ломика, вставляемого в отверстие гайки,
затем в радиальные отверстия проставки вставляются штыри,
посредством которых обе половинки проставки вынимаются из
ролика и устанавливаются другие, требуемого размера; после
этого вращением гайки опускается верхняя часть ролика.
Кольцо 5 ставится в месте, подверженном наиболее интен-
сивному износу. Выполняется оно из износоустойчивой стали с
соответствующей термической обработкой. Такие кольца приме-
няются только у роликов больших размеров.
Другой комбинированной конструкцией рабочих роликов яв-
ляются ролики, состоящие из втулки и наборных колец. Кольца
собираются на втулках отдельно, вне машины; затем собранные
ролики устанавливаются на машину. При этом значительно
сокращается время переналадки машины на гибку заготовок
другого профиля.
Для возможности применения гибочных роликов более эф-
фективной конструкции иногда идут на усложнение конструкции
гибочной машины, выполняя валы роликов наклонными друг к
другу. В этом случае ролики имеют коническую форму и явля-
ются универсальными (рис. 59).
Рис. 59. Гибочные ролики для машин с наклонно располо-
женными валами а, б
В сортогибочных машинах устанавливаются направляющие
ролики, которые служат для поддержания заготовки в процессе
гибки с целью уменьшения побочных деформаций.
Как указывалось, гибка заготовок несимметричного про-
филя, например углового, бульбового, швеллерного, при гибке
на ребро сопровождается побочными деформациями кручения,
причем одновременно происходит скручивание заготовки вокруг
своей продольной оси и изгиб ее происходит по спирали; на-
пример, у кольцевой заготовки торцы получаются разведенными
и повернутыми по отношению друг к другу.
Соответствующей установкой направляющих роликов можно
уменьшить деформацию скручивания. Направляющие ролики
должны создавать небольшой изгиб заготовки в направлении,
перпендикулярном к плоскости основного изгиба. При гибке не-
симметричных заготовок применяют также их спаривание. Две
заготовки предварительно соединяют друг с другом полками
посредством местных прихваток на концах электросваркой и
сгибают в спаренном состоянии, как симметричный профиль, а
после гибки места сварки срубают. Однако после разъединения
под действием остаточных напряжений заготовки несколько
скручиваются.
Более радикальным мероприятием для устранения скручи-
вания несимметричных заготовок является применение гибки в
134
горячем состоянии. Эффективным при гибке профильных заго-
товок является в симметричных машинах встроенный нагрев
индуктором тока высокой частоты (т. в. ч.). Индуктор устанав-
ливается перед средним гибочным роликом. Наиболее удобным
расположением роликов для применения нагрева т. в. ч. являет-
ся схема, приведенная на рис. 57; в этом случае положение
индуктора постоянно. Гибка с нагревом т. в. ч. успешно приме-
няется на некоторых отечественных заводах.
При гибке на сравнительно небольшой радиус заготовок
швеллерного профиля на ребро требуется удержание полок от
малковки, т. е. от изгиба их во внутрь профиля. Для этой цели
может быть применен поддерживающий ролик, устанавливае-
мый у среднего гибочного ролика (см. рис. 63), а также гибкие
оправки, закладываемые во внутрь профиля.
Гибкие оправки составляются из узких чугунных башмаков,
выполненных по конфигурации внутренней полости заготовки и
скрепленных между собой проволокой.
При гибке тонкостенных заготовок закрытого профиля, на-
пример тонкостенных труб, для предупреждения сплющивания
(овализации трубы) и потери стенками устойчивости применяют
наполнители. Перед гибкой внутренняя полость заготовки плот-
но заполняется наполнителем (сухим песком, легкоплавким
сплавом, канифолью, солями металлов и др.), который после
гибки удаляется встряхиванием или нагревом в горячей воде.
Следует заметить, что гибка труб в роликах используется
преимущественно в мелкосерийном производстве, в крупносе-
рийном производстве гнутые трубные детали получают гибкой
по шаблону (см. гл. V).
В последние годы в отечественном машиностроении, судо-
строении и котлостроении успешно применяется гибка труб с
местным нагревом индуктором т. в. ч. Нагрев заготовки проис-
ходит непрерывно в процессе гибки путем перемещения ее сквозь
кольцевой индуктор. Последний совмещен с водяным спрейер-
ным устройством, которое после прохождения участка трубы
через индуктор сразу же его охлаждает. Таким образом, нагре-
тым до высокой температуры является узкий участок трубы, на
котором и протекают деформации изгиба. Соседние холодные
участки трубы, имеющие значительно большую прочность, ока-
зывают поддерживающее действие деформирующемуся участку,
благодаря чему овализации трубы не происходит.
Гибка осуществляется между пятью роликами (рис. 60, а),
из которых ролики 1, 2 и 3 служат как гибочные, а ролики 4 и 5
являются направляющими. Подача заготовки осуществляется
путем толкания башмаком ее в торец или клещами, зажимающи-
ми заготовку вместо первой пары роликов. Подача трубы может
осуществляться также выполнением парных роликов приводны-
ми. Разновидностью рассматриваемого процесса является гибка
посредством поворотного водила (рис. 60,6).
В настоящее время рядом организаций (ВПТИэнергомашем,
Ленинград, и др.) разработано несколько типоразмеров трубо-
гибочных машин с местным нагревом т. в. ч. для гибки труб диа-
метром до 550 мм; машины успешно эксплуатируются на мно-
гих заводах. Основным преимуществом процесса является
незначительная потребность в технологической оснастке. Приме-
нение этого процесса гибки целесообразно в индивидуальном и
мелкосерийном производстве, где указанное преимущество име-
ет существенное значение.
Рис. 60. Схема расположения роликов
в трубогибочных машинах с нагре-
вом т. в. ч.:
а — с гибочным роликом; б — с водилом
Рис. 61. Принцип гибки
путем обжатия заготов-
ки роликами
Недостатками процесса являются малая производительность
(скорость подачи от 0,2 до 2—4 мм/сек) и необходимость ис-
пользования сравнительно дорогостоящей и занимающей значи-
тельную площадь электрогенераторной установки.
Получил известность разработанный в Советском Союзе
новый способ гибки заготовок посредством обжатия полки дву-
мя парными роликами [27]. Обжимается по толщине полка заго-
товки, лежащая в плоскости изгиба, и в результате происходит
изгиб заготовки. По ширине полки степень обжатия должна
быть неравномерной и максимальной на наружной кромке
(рис. 61). Этот процесс позволяет получать гнутые элементы из
несимметричных профилей без побочных деформаций. Процесс
нашел применение при изготовлении деталей типа шпангоутов
из бульбового и углового (полкой наружу) профилей.
17. Определение основных параметров процесса
Метод расчета роликовых машин в основном одинаков с ме-
тодом расчета валковых машин. Вследствие консольного распо-
ложения роликов уравнение для определения моментов сил тре-
ния в подшипниках принимает иной вид. В частности, для сим-
метричных машин
М^ = ЦРср + 2Рб) + ^(Рср^.-^-дср + Р(>аедХ (186)
где <7сР и —коэффициенты, учитывающие повышение сум-
марного давления на подшипники валов среднего
и боковых роликов, так как ролики расположе-
ны консольно.
Эти коэффициенты определяются по размерам соответствую-
щих валов:
‘7=(1 + 4-1—+ 1’ (187>
\ а ) с
где й и Й1 — диаметры шеек вала в переднем и заднем под-
шипниках;
с — расстояние между центрами подшипников;
а — расстояние от центра переднего подшипника до-
рабочего ручья гибочного ролика.
Таким образом, в уравнения крутящих моментов, установ-
ленные для валковых машин при применении их для расчета
роликовых машин с консольно расположенными роликами,,
должны быть дополнительно введены коэффициенты д в члены,
учитывающие трение в подшипниках.
За расчетные диаметры роликов принимаются те, которыми
ролики катятся по заготовке. Определение усилий на роликах
при гибке заготовки, имеющей сравнительно большую высоту,
й 0,2/), должно производиться по уравнениям (138) — (140),
учитывающим высоту заготовок.
При расчете роликовых машин особое затруднение вызывает
выбор коэффициента, учитывающего потери при качении роли-
ков по заготовке. При гибке фасонных профилей несимметрич-
ного сечения (углового, бульбового, швеллерного) наряду с
потерями на трение качения роликов по заготовке возникают
значительные потери на трение скольжения вследствие побоч-
ных деформаций изгибаемой заготовки (размалковки полок,
скручивания по спирали). С уменьшением радиуса изгиба эти
потери резко увеличиваются. По этой причине при расчете ро-
ликовых машин для гибки фасонных профилей коэффициент
трения качения роликов по заготовке следует принимать на 50—
200% большим, чем при расчете валковых машин.
18. Конструкции машин
Роликовые машины выполняются открытого типа, т. е. ги-
бочные ролики располагаются консольно на концах валов.
В зависимости от назначения валы роликов располагаются в
вертикальном и горизонтальном направлениях. По этому при-
знаку роликовые машины делятся на два основных типа — вер-
тикальные и горизонтальные.
9 10 11 13
Рис. 62. Вертикальная трехроликовая симметричная машина
с нижним расположением привода
Вертикальные машины характеризуются вертикальным распо-
ложением валов роликов, следовательно, заготовка сгибается в
горизонтальной плоскости, что создает существенные удобства
при гибке колец большого диаметра из тяжелых профилей. По
этой причине вертикальные машины строятся преимущественно
средних и больших размеров. Ролики располагаются по симмет-
ричной схеме, так как в этом случае на роликах получаются
меньшие усилия, что имеет особое значение в машинах большо-
го размера.
Машины встречаются нескольких конструктивных разновид-
ностей. На рис. 62 показана машина среднего размера с ручной
регулировкой среднего ролика и расположением привода ниже
уровня пола. На столе литой станины 1 консольно на валах
расположены гибочные ролики. Боковые ролики 2 приводные,
138
каждый их вал вращается в двух подшипниках станины. На
нижние концы валов посажены зубчатые цилиндрические коле-
са 3, сцепляющиеся с общим колесом 4, сидящим на валу боль-
шого колеса конической передачи. Привод осуществляется от
электродвигателя 5 через две цилиндрические 6 и 7 и кониче-
скую 8 зубчатые передачи. Положение среднего ролика 9 регу-
лируется. Вал ролика установлен в двух подшипниках. Нижний
подшипник 10 установлен в направляющих станины и может
перемещаться посредством вращения ходового винта 11 от штур-
вала 12. Верхний подшипник 13 соединен серьгой 14 и стяжным
винтом 15 с траверсой 16, сидящей на концах валов боковых ро-
ликов. Для снятия согнутого кольца предусмотрен механизм для
откидывания подшипника вала среднего ролика. Подшипник от-
водится вручную вращением вокруг оси 17. Длина стяжного вин-
та регулируется маховичком 18. При смене роликов верхний
подшипник и траверса снимаются. Для поддержания изгибае-
мого бруса в процессе гибки установлены направляющие ро-
лики 19.
Расположение привода ниже уровня пола создает более сво-
бодный подход к рабочему инструменту (роликам) и уменьшает
габаритные размеры машины в плане, но в то же время условия
обслуживания и работы привода ухудшаются и необходимо уст-
ройство достаточно глубокого приямка.
В машинах большого размера механизм регулировки положе-
ния среднего ролика приводится от электродвигателя. В боль-
шинстве случаев для регулирования ставится отдельный элек-
тродвигатель. Конструкция (ЦБКМ) такой машины показана на
рис. 63.
Литая станина состоит из двух частей — нижней 1 и верх-
ней 2, скрепленных друг с другом болтами 3 и штифтами 4.
В нижней части станины смонтирован привод, а в верхней части,
являющейся столом машины, расположены остальные механизмы.
Привод машины осуществляется от электродвигателя посред-
ством эластичной муфты 5, двухступенчатого редуктора с ци-
линдрическими и коническими передачами. Колесо последней
сидит на валу бокового ролика. На вал 6 второго бокового ро-
лика движение передается зубчатой цилиндрической переда-
чей 7, имеющей паразитную шестерню 8, сидящую на оси 9.
В колесе 10 первой передачи привода предусмотрен предо-
хранитель от перегрузки в виде срезывающегося пальца 11, кото-
рый вставлен в закаленные втулки 12 шестерни 13.
Регулировка положения вала среднего ролика производится
от электродвигателя 14 через червячный редуктор 15 и кониче-
скую передачу 16 на распределительный вал 17. В ступице ко-
леса конической передачи встроен срезывающийся предохрани-
тель 18 от перегрузки. От распределительного вала движение
передается на ходовые винты посредством конических пере-
139
Рис. 63. Вертикальная трехроликовая симметричная машина с электропри-
водом механизма регулировки
дач 19, ведомые шестерни которых прикреплены к гайкам 20 хо-
довых винтов 21 и 22, воспринимающих усилие среднего ролика.
На ходовом винте верхнего подшипника имеется шарнир 23,
что дает возможность отводить вилку 24 при снятии с машины
согнутых колец. Стяжная гайка 25 предусмотрена для выверки
параллельности осей валов роликов.
Нижний подшипник 26 среднего ролика перемещается в при-
зматических направляющих станины, зазор в которых регули-
руется перемещением планки 27 посредством нажимных 28 и от-
жимных 29 винтов. Положение среднего ролика устанавливается
по указательному устройству 30.
Стрелка устройства связана с нижним подшипником сред-
него ролика тягой 31 и кронштейном 32.
Гибочные ролики составные и сменные. Поддерживающий ро- •
лик 33 предупреждает малковку полок швеллера в процессе
гибки.
Наиболее существенные конструктивные отличия имеют трех-
роликовые машины с наклонным расположением роликов. Ма-
шины более сложны в изготовлении, но имеют преимущества пе-
ред машинами с вертикальным расположением роликов.
Наклонное расположение роликов обеспечивает применение
конических роликов, что значительно уменьшает потери на тре-
ние, создает лучшие условия для получения геометрически пра-
вильных колец и дуг при гибке несимметричных профилей и дает
возможность применять конструкции роликов с небольшим коли-
чеством сменных деталей.
Конструкция машины с наклонным расположением роликов
показана на фиг. 64. В сварной станине 1 наклонно установлены
в подшипниках скольжения валы 2 и 3 боковых роликов. Валы
соединены между собой посредством трех конических шестерен
4 и 5 с небольшим углом конусности. Шестерня 5 свободно сидит
на оси 6. Привод осуществляется от реверсивного электродвига-
теля 7 на вал 3 через три зубчатые передачи — две цилиндриче-
ские 8 и 10 и одну коническую 9. Промежуточные шестерни сое-
динены жестко попарно и вращаются на бронзовых втулках на
осях И и 12. На колесе первой цилиндрической передачи установ-
лен колодочный тормоз 13, действующий от педали.
В отличие от предыдущих конструкций машин, средний ро-
лик установлен не на валу, а свободно вращается на оси 14,
укрепленной в ползуне 15 посредством детали 16. Угол наклона
ролика переменный; он регулируется вращением стержня 17, ко-
торый входит концами с правой и левой резьбой в гайки 18 и 19.
Вращение стержня производится с помощью съемной рукоятки,
надеваемой на верхний конек стержня, имеющий шестигранную
головку.
Положение среднего ролика регулируется перемещением пол-
зуна 15 в направляющих станины. Ползун перемещается посред-
ством вращения гайки 20 нажимного винта 21. Гайка помещена
в литом подшипнике 22, закрепленном на стание, и приводится
во вращение от электродвигателя 23 через четыре зубчатые ци-
линдрические передачи 24, 25, 26 и 27. Шестерня, сидящая на
валу электродвигателя, выполнена из кожи. У машин малых раз-
меров привод регулировки осуществляется вручную от маховичка.
В приводе регулировки предусмотрен фрикционный предохра-
нитель от перегрузки. На приводном валу 28 посредством шпон-
ки укреплена втулка 29. Между фланцем втулки и нажимной
шайбой 30 через прокладки 31 из ферродо зажата ступица зуб-
чатого колеса 24. Нажатие производится пружиной 32 на кол-
пак 33. Усилие пружины регулируется гайками 34. При перегруз-
ке зубчатое колесо пробуксовывает на приводном валу.
Стол «35 выполнен регулируемым по высоте, что производит-
ся вращением гаек 36. В проемах стола по обеим сторонам ра-
142
Значения параметров вертикальных трехроликовых машин
№ модели со 200x40 1? О 5 > с сс с< с 200x22 X 180x22 о со С СО 04 О О- тг ю со ооюо СО - - - - Ю СО СО 04 04
Ь- 150x36 •О 240x50 х 160x20 5 140X17 X 04 о 1-0 04 СО сс со 04 - - - - СО 04 04 04
о 125X34 1100 1С > О 8 140x17 =о 120x15 5 81 88 СО Н- 'Ф 04 СО —- СО 04 04 СЪ
ю 100x32 О' 180x40 8 120x16 100X14 с? ОО 8 X О со СО СО Ь О1 сою ио — - - - - 'Ф 04 04 04 СО
80x28 = 140X30 •'Т 90X13 X 80X12 8 700 400 сс сс 1 СП х со со _ ^Гсо
СО 60x20 С ю 100x25 с 80x8 о 70x3 8 ос 2 5 со со I со ио сл
см 50X16 -С О > ос X 65x7 о -О 60x6 С 6,5 500 950 о> ю ю ю ю - 1 гг 04 СО 04 хф 1 - - - -
- 40x12 ^О “С сс Ю сс о 50x6 'Т 45x5 8 ю 450 900 О СО 1 1,3 1,1 1,1 0,8
Г а о. г 55 Полосовое на ребро (об = 45 кГ/мм2)'. размер в мм .............. наименьший внутренний диаметр сгибания В ММ Полосовое плашмя: оазмео в мм наименьший внутренний диаметр сгибания а Уголок полкой наружу: размер в мм .............. : наименьший внутренний диаметр сгибания =; с Уголок полкой внутрь: размер в мм .............. наименьший внх’тоенний пиамето сгибания СС Двутавровое и швеллерное полками наружу: наименьший внутренний диаметр сгибания И Наименьший внутренний диаметр роликов в мм Скорость гибки в м/мин ........... Мощность электродвигателя в л. с /Мощность электродвигателя регулировки в л. с. Габаритные размеры машины в л: длина .... ширина высота Вес машины в т
бочих роликов помещены направляющие ролики 37. Их устанав-
ливают путем поворота вокруг вертикальной оси перпендикуляр-
но движению изгибаемого бруса.
Вследствие размещения привода внутри станины габаритные
размеры машины небольшие по сравнению с другими конструкци-
ями аналогичных машин. Основные параметры вертикальных
трехроликовых машин одной из конструктивных разновидностей
приведены в табл. 11. Часто считают, что характерным парамет-
ром машины является наибольший момент сопротивления попе-
речного сечения заготовки, который не зависит от формы ее про-
филя. Это мнение нельзя признать точным.
Во-первых, как указывалось в гл. I, раздел 4, фактический
момент сопротивления заготовки зависит от положения ее профи-
ля по отношению оси изгиба, например, для уголка от располо-
жения полки — во внутрь или наружу. Во-вторых, относительные
потери на трение заготовки в роликах неодинаковы при гибке за-
готовок разного профиля. Вследствие этого на машине могут
сгибаться прямоугольные заготовки с большим моментом сопро-
тивления, чем заготовки углового профиля, и заготовки углового
профиля полкой наружу с большим моментом сопротивления,
чем заготовки этого же профиля полкой во внутрь.
У горизонтальных машин оси роликов расположены горизон-
тально, что создает условия для свободного подхода к гибочным
роликам и удобство наблюдения. Машины изготовляются пре-
имущественно небольших размеров, так как только в этом случае
они более удобны, чем вертикальные. Гибка колец большого ра-
диуса в вертикальной плоскости вызывает трудности, вследствие
чего эта операция производится на вертикальных машинах.
Горизонтальные машины в зависимости от назначения выпол-
няются трех основных разновидностей: трехроликовые симмет-
ричные, трехроликовые асимметричные и четырехроликовые.
Трехроликовые симметричные машины применяются главным
образом для гибки профильного проката и труб. У горизонталь-
ных симметричных машин, так же как и у вертикальных, привод-
ными выполняются боковые ролики, а средний имеет регулиров-
ку положения (рис. 65). Боковые ролики 1 помещены в глухих
подшипниках станины 2 и приводятся от реверсивного электро-
двигателя через две цилиндрические зубчатые передачи, понижа-
ющие число оборотов, и распределительную цилидрическую зуб-
чатую передачу, посредством которой движение передается на
валы боковых роликов. Вал среднего ролика 3 установлен в тра-
версе 4, которая укреплена в станине на оси, находящейся над
валом правого бокового ролика. Положение среднего ролика ре-
гулируется поворотом траверсы посредством вращения махович-
ка 5 на винте 6.
Для предупреждения появления побочных боковых деформа-
ций— образования спирали при гибке несимметричных профи-
144
лей — предусмотрены направляющие ролики 7. Корпуса 8 роли-
ков установлены в станине на осях и могут выдвигаться вперед
до требуемого положения и устанавливаться перпендикулярно
направлению движения изгибаемой заготовки. Посредством со-
ответствующей установки направляющих роликов заготовка мо-
жет быть также согнута в спираль.
На корпусах направляющих роликов установлены ползуш-
ки 9 с сухарями 10. Ползушки могут перемещаться вдоль ролика
Рис. 65. Горизонтальная трехроликовая симметричная машина
вращением винта 11 рукояткой 12. Каждому радиусу гибки соот-
ветствует определенное положение сухарей. При гибке крупной
серии деталей сухари устанавливаются по первому согнутому
кольцу, и затем установка среднего ролика контролируется по
сухарям, что значительно упрощает работу. В процессе гибки
заготовка должна слегка касаться сухарей. Установка направ-
ляющих роликов и сухарей при гибке углового проката полкой
во внутрь и наружу показана на рис. 66, а и б.
Машины этого типа часто выполняются с приводом всех трех
роликов, что дает возможность сгибать на машине за один про-
пуск кольца малого радиуса из несимметричных профилей (угло-
вой и др.).
Горизонтальные асимметричные машины (рис. 67 и 68) в ос-
новном предназначаются для гибки полосового проката. Боко-
10 Заказ.663 1 45
вне ролики приводные, установлены между двумя подшипника-
ми. Они имеют насечку для увеличения сцепления их с изгиба-
емой заготовкой, что дает возможность получать кольца малого
радиуса. Средний ролик вращается на оси на роликовых под-
шипниках. Ось среднего ролика крепится в обойме, установлен-
ной шарнирно в ползуне, имеющем возможность перемещаться
в направляющих станины. В ползуне установлен рычажный ме-
ханизм, поднимающий средний ролик свободным концом вверх.
Подъем ролика производится от пневматического устройства,
управление которым осуществляется от педали. Положение сред-
него ролика в машинах больших моделей (рис. 67) регулируется
от электродвигателя через червячную передачу и ходовой винт,
а в машинах малых моделей (рис. 68)—вручную от рукоятки
вращением ходового винта посредством храпового механизма.
Применение пневматического механизма для подъема верхне-
го ролика дает значительное увеличение производительности, так
как в этом случае не требуется поднимать средний ролик посред-
ством механизма регулировки при задаче в ролики новой заго-
товки, а также выключать привод машины после каждой опера-
ции.
Основные параметры машин приведены в табл. 12.
Таблица 12
Основные параметры горизонтальных трехроликовых асимметричных машин
Параметры № модели
1 2 3 4 5
Диаметр гибки в мм: наибольший 350 460 560 760 910
наименьший 90 125 200 300 400
Стандартные диаметры роликов в мм: верхний 90 125 200 300 400
нижний 70 90 100 125 165
Момент сопротивления заготовки в см3 (ав = 45 кГ/мм2) 3,5 13 45 ПО 240
Длина роликов в мм 160 200 300 400 400
Скорость гибки в м/мин 14 14 13 12 10
Мощность электродвигателя в л. с. ... 1,5 3 7,5 10 16
Габаритные размеры машины в м: длина 1,4 2,0 2,7 3,3 4,0
ширина 0,9 1,1 1,4 1,7 2,1
высота 2,0 2,2 2,6 3,0 3,5
Вес машины в т 0,9 1,4 2,7 4,5 6,7
Горизонтальные четырехроликовые машины являются наибо-
лее универсальными; они применяются для гибки различных про-
филей по дуге, в кольцо и по спирали. Плоские заготовки могут
одновременно сгибаться по радиусу и скручиваться по спирали
146
с небольшим углом подъема вокруг своей оси. Могут быть полу-
чены также несложные профили путем продольной гибки из по-
лосового проката.
На рис. 69 показана верхняя часть горизонтальной четырех-
роликовой машины со снятыми роликами. Приводными роликами
являются средний 1 и нижний 2. Положение среднего и боко-
вых 8 роликов регулируется. Вал среднего ролика установлен в
подшипниках ползуна, состоящего из двух частей — нижней 4 и
верхней 5. Ползун перемещается в направляющих станины по-
Рис. 66. Установка направляющих
роликов и сухарей:
а — при гибке уголка полкой во
внутрь; б — при гибке уголка полкой
наружу
средством ходового винта от маховичка 6. Для быстрого снятия
согнутого кольца между нижней и верхней частями ползуна
предусмотрен специальный эксцентриковый механизм. Поворо-
том рукоятки 7 нижняя часть ползуна с верхним роликом подни-
мается, и кольцо может быть свободно вынуто из роликов.
Корпусы 8 боковых роликов также установлены в направляю-
щих станины, и положение роликов регулируется вращением хо-
довых винтов 9 от рукоятки 10. Направляющие ролики 11 укреп-
лены на валах 12. Эти ролики могут перестанавливаться вдоль
вала. Крепление их на валу осуществляется посредством шпонки
и установочного винта. Кроме того, положение направляющих
роликов может регулироваться поворотом их вокруг оси вала.
Последнее осуществляется перестановкой штыря 18 из одного от-
верстия станины в другое. При проведении на машине операций,
при которых возникают относительно высокие усилия на роликах,
на свободные концы валов среднего и нижнего роликов устанав-
ливаются дополнительные подшипники 14. Они жестко стягива-
10* 147
Рис. 67. Горизонтальная трехролико-
вая асимметричная машина для гиб-
ки полосы
Рис. 68. Горизонтальная трехролико-
вая асимметричная машина для гиб-
ки широкой полосы
ются между собой тягами 15 и нажимным винтом 16. Это устрой-
ство значительно уменьшает напряжения и прогибы валов роли-
ков.
Описанные выше сортогибочные машины являются стаци-
онарными машинами, предназначаемыми для работы в цехах.
Рис. 69. Горизонтальная четырехроликовая
машина
в условиях строительства более удобны передвижные машины,
тем более что при строительно-монтажных работах требуются
машины небольшого размера. Передвижные сортогибочные ма-
шины обычно устанавливаются на четырех колесах с широким
ободом. Для облегчения веса станина выполняется сварной.
IV
Гибка по шаблону
деталей из листовых
заготовок
19. Назначение и область применения
Гибка по шаблону листовых заготовок осуществляется на
универсальных и специализированных профилегибочных маши-
нах, в которых заготовка сгибается движением поворотной тра-
версы.
Основным назначением универсальных профилегибочных ма-
шин является изготовление из листовых заготовок в холодном
состоянии профилей с различным контуром поперечного сечения
(рис. 70). Кроме того, в некоторых универсальных машинах пред-
гиппнпли
улллллсгшии
Рис. 70. Профили, изготовляемые на универсальных профилегибочных
машинах
усматривается возможность выполнять гибку цилиндрических,
конических и прямоугольных труб, свариваемых встык или сты-
куемых посредством фальца, металлических коробок, ящиков,
шкафов для всевозможных аппаратов и приборов и многих дру-
гих листовых изделий, имеющих гнутые участки.
Аналогичные гнутые детали могут изготовляться также на
гибочно-штамповочных прессах [15] и профилировочных станах.
Особенностью гибки на профилегибочных машинах с поворотной
траверсой является сравнительно простая технологическая ос-
настка и более широкая универсальность этих машин. Но по
производительности профилегибочные машины значительно усту-
пают гибочно-штамповочным прессам и профилировочным ста-
нам.
В связи с указанными особенностями профилегибочные ма-
шины предназначаются преимущественно для мелкосерийного и
индивидуального производства. Они используются во многих от-
раслях машиностроения, но наибольшее применение находят в
транспортном машиностроении, судостроении, авиационной про-
мышленности и строительном деле.
При крупносерийном производстве в отдельных случаях при-
меняются специализированные машины, в которых изгиб заго-
товки осуществляется поворотом траверсы. Например, известны
машины с двумя вертикальными поворотными траверсами и по-
воротным столом, предназначаемые для изготовления металличе-
ских ящиков и др.
20. Технология
Типовым процессом является изгиб заготовки с использовани-
ем трех траверс — неподвижной (стол) /, прижимной 2 и пово-
ротной или гибочной 3 (рис. 71,а). Заготовка устанавливается
по упорам на неподвижной траверсе и сверху зажимается при-
жимной траверсой. Вращением поворотной траверсы выступаю-
щая из траверс / и 2 кромка заготовки загибается вокруг шаб-
лона-вставки 4, определяющей радиус изгиба.
Рис. 71. Конструктивная схема универсальной профилегибочной машины
Обычно траверсы универсальной машины располагаются
между двух стоек станины 5. Поворотная траверса устанавли-
вается в двух кулисах 6, которые поворачиваются на цапфах, си-
дящих в подшипниках стоек. Наибольшая длина сгибаемой кром-
ки определяется размером Ь.
Основное условие технологии гибки заключается в том, что
центр закругления гибочной вставки должен быть совмещен с
центром вращения поворотной траверсы. Для обеспечения этого
условия и расширения технологических возможностей в совре-
менных машинах положение неподвижной и поворотной траверс
выполняется регулируемым по высоте. Кроме того, предусматри-
вается горизонтальная регулировка положения поворотной тра-
верен и выдвижение прижимной траверсы одним концом вперед
путем вращения ее в горизонтальной плоскости вокруг шарнирно
закрепленного второго конца.
Горизонтальная регулировка поворотной траверсы позволяет
значительно расширить диапазон сгибаемых заготовок по толщи-
не. Толстые заготовки гнутся с наибольшим плечом /ь при кото-
ром нажимное усилие минимально (рис. 71,6), а при гибке тон-
ких заготовок плечо /2 уменьшается, чтобы обеспечить получение
радиуса изгиба заготовки в соответствии с радиусом гибочной
вставки, т. е. радиусом детали. Выдвижение прижимной траверсы
требуется для снятия с нее изготовляемых на машине закрытых
деталей.
Длина хода регулировки траверс, размеры и конфигурация
их поперечных сечений определяют технологию изготовления и
предельные значения угла изгиба, ширину полок и другие попе-
речные размеры изгибаемых деталей.
Кромки неограниченной ширины могут сгибаться на угол
а 120 4- 135° (рис. 72, а, поз. 7), а узкие кромки — на угол до
150° при условии использования специальной остроугольной ги-
бочной вставки (рис. 72,6). Таким же способом производится
гибка кромки по сравнительно большому радиусу на угол, рав-
ный примерно 120°, а на больший угол кромка сгибается за два
перехода.
Гибка сложных деталей осуществляется за несколько пере-
ходов, причем каждый согнутый участок гнется за отдельный
переход при соответствующей установке заготовки в траверсах.
Г-образные профили сгибаются за два перехода. Ширина узкой
полки лимитируется углом а и высотой стенки (рис. 72, а, поз. 2).
П-образные профили шириной, большей размера А (рис. 72, в,
поз. 7), можно получать с полками неограниченной высоты, а у
узких профилей (поз. 2) высота полок ограничивается размером
К зависящим от длины хода прижимной траверсы. Высокие 2-об-
разные профили могут сгибаться также с неограниченной шири-
ной полок (рис. 72, а, поз. 7), а если высота профиля меньше раз-
мера В, то ширина задней полки (поз. 2) ограничивается разме-
ром й], который зависит от длины регулировки неподвижной
траверсы.
Размеры сгибаемых закрытых профилей должны быть боль-
ше поперечных размеров прижимной траверсы А и Н (рис. 72, а,
поз.З). Невысокие закрытые и полузакрытые профили могут сги-
баться с применением оправки (рис. 74,6). Высота оправки
лимитируется длиной хода прижимной траверсы. Могут также
изготовляться изделия типа ящиков (рис. 72, е).
С использованием цилиндрической оправки производится гиб-
ка труб относительно небольшого диаметра за три перехода
(рис. 73,а — в). Сначала подгибается передняя кромка, затем
заготовка поворачивается вперед другой кромкой и сгибается за
152
два перехода. Ограничением для радиуса сгибаемой трубы яв-
ляется величина регулировки неподвижной траверсы.
Для компенсации пружинения гибочные вставки изготовляют-
ся с радиусами рабочих закруглений, меньшими соответствую-
щих радиусов сгибаемой детали, и траверса поворачивается на
несколько больший угол. В частности, цилиндрическая оправка
Рис. 73. Способы гибки труб
Рис. 72. Способы гибки типовых деталей на оправке
выполняется также меньшего диаметра и гибка осуществляется
внахлестку.
На профилегибочных машинах могут также сгибаться ци-
линдрические и конические полуобечайки большого диаметра.
Они изготовляются путем многопереходной гибки, когда заготов-
ки разделяются на участки (рис. 74,а и б), которые сгибаются
последовательно один за другим. Таким же способом сгибаются
половинки переходов с круглого сечения на прямоугольное
(рис. 74,в).
Длинные профили, большие рабочей длины траверс (рис. 71,
размер Ь), могут быть получены за несколько переходов при ус-
ловии продольного перемещения после каждого перехода. При-
менение этого способа возможно только на машинах, имеющих
вылет в стойках.
Заготовки коробок с дном и четырьмя стенками изготовляют
путем последовательной гибки каждой стенки. В этом случае ис-
а)
4
Рис. 74. Схемы разметки крупногабаритных заго-
товок на участки для изготовления полуобечаек:
а — цилиндрической; б —конической; в — переходной
пользуется высокая гибочная вставка длиной, равной длине сги-
баемой стенки.
Крепления гибочных вставок и вставок, предохраняющих не-
подвижную и поворотную траверсы от износа, применяются
разнообразных конструкций. При конструировании вставок стре-
мятся достичь возможности
быстрой смены вставок, их
меньшего веса и большей
универсальности, с тем что-
бы уменьшить количество
технологической оснастки.
Некоторые часто применяе-
мые конструкции штампов
приведены на рис. 75.
Вставки крепятся на тра-
версах в замок, а болты или
штыри служат в основном
только для поддержки. При
работе вставки прижимают-
ся к траверсам и в некото-
рых случаях,
Рис. 75. Примерные конструкции гибочных наГпужаются
штампов гУ
крепления.
кроме того,
замковые
На рис. 75, в показана
конструкция гибочного штампа, состоящего из двух частей — соб-
ственно вставки и подкладной плиты. Этим достигается умень-
шение поперечных размеров многочисленных наиболее часто
применяемых вставнок; в отдельных случаях возможно примене-
ние вставки больших размеров, тогда подкладная плита не уста-
навливается.
21. Определение технологических параметров
Гибка заготовки осуществляется сгибанием ее вокруг шабло-
на (оправки, гибочной вставки)
ром гибочном плече /.
На участке от точки касания
км приложения силы заготовка
ного радиуса (рис. 76). Ради-
ус изгиба каждого элементар-
ного участка будет соответст-
вовать величине изгибающего
момента, действующего в рас-
сматриваемом участке.
В сечении 1—1 изгибаю-
щий момент достигает наи-
большей величины упругого из-
гиба
Мя = №от, (188)
а в сечении 2—2 — величины
изгибающего момента пласти-
ческого изгиба на радиус, рав-
ный радиусу шаблона.
Момент внешней силы Р
равен в сечении 2—2
М = Р(1+с), (189)
и относительно центра враще-
ния траверсы крутящий мо-
мент
Мкр = Р1. (190)
Крутящий момент и нажим-
ное усилие определяем из ус-
ловия равенства работы внеш-
них и внутренних сил. Тогда
крутящий момент
(191)
где А — работа внутренних сил изгиба;
Ь — длина сгибаемого участка.
При рассматриваемом процессе гибки работа внутренних сил
соответствует общей работе деформации, т. е. сумме работ плас-
тической и упругой деформации, так как пружинение заготовки
происходит после окончания процесса гибки, когда отводится
назад поворотная траверса.
Работа деформаций при изгибе может быть определена по
уравнениям (84) или (94) в зависимости от радиуса шаблона.
Для случая изгиба на радиусы, соответствующие стадии чисто-
силой, приложенной на некото-
заготовки с шаблоном и до точ-
изгибается по кривой перемен-
Рис. 76. Схемы гибки по шаблону
при расположении нажимного
ролика:
а — на расстоянии от осн шаблона:
б — по оси шаблона
пластического изгиба, т. е. когда Я = (3 -н 100) к, значение кру-
тящего момента получаем из совместного решения уравнений
(84) и (191):
=
р 2
(192)
Из решения уравнений (189) и (190) совместно с уравнением
(192) имеем
1 = с-М + М°
м — м0
(193)
пли, подставляя значения М и Мо из уравнений (75) и (78) и
значение /гь равное для листовых заготовок 1,5,
К
л*0
I = с
(194)
Для определения плеча I необходимо задаться величиной с,
которая характеризует равномерность кривизны согнутого участ-
ка заготовки. Достаточно близкой к дуге окружности кривая из-
гиба получается при с = 0,5 К. При выборе / в соответствии с ус-
ловием с > Я будет происходить свободный изгиб заготовки, при
котором сгибаемый участок не прилегает к радиусу шаблона.
При изгибе на радиус, меньший Зк, действительные значе-
ния I получаются несколько большими, чем значения, определя-
емые по уравнению (194), так как при больших относительных
деформациях интенсивность упрочнения металлов существенно
снижается.
При изложенной методике определения параметров процесса
не учитывалась сила Т, возникающая от трения заготовки по на-
жимному элементу — поворотной траверсе. При учете этой силы
изгибающий момент будет
М = Р (/ + с) + Рца, (195)
где р, — коэффициент трения скольжения заготовки по поворот-
ной траверсе;
а — плечо силы трения (рис. 76).
Сила трения Рц по сравнению с силой Р мала (Рц = 0,15 Р),
и плечо а в несколько раз меньше плеча I + с, поэтому при опре-
делении геометрических параметров процесса можно в уравне-
нии (195) вторым членом пренебречь и определить значение
изгибающего момента как было принято выше, по уравне-
нию (194).
При определении общего крутящего момента должны учиты-
ваться крутящий момент, образующийся от веса поворотной тра-
156
верен, если отсутствует ее уравновешивание, и крутящий момент,
затрачиваемый на преодоление сопротивления трения в цапфах
поворотной траверсы и трения нажимной поверхности траверсы
по заготовке. Последний равен
М” = Сс +(/> + 6) (19б)
где С — вес частей, вращающихся с поворотной траверсой;
е — расстояние центра тяжести поворотной траверсы от
центра вращения;
(1 — диаметр цапфы поворотной траверсы;
Р1 — коэффициент трения в цапфах поворотной траверсы.
При проектировании универсальных профилегибочных машин
наибольший крутящий момент обычно устанавливается на осно-
вании длин гибочного плеча /, равного трех-пятикратной величи-
не наибольшей толщины заготовки при ее номинальной ширине.
Узкие заготовки можно сгибать несколько большей толщины или
при меньшем гибочном плече. Проверка возможности их гибки
на машине может производиться по приведенным выше уравне-
ниям.
22. Конструкции машин
Универсальные профилегибочные машины выполняют по од-
ной конструктивной схеме (рис. 71). Особенности некоторых кон-
струкций машин состоят в различном исполнении отдельных ме-
ханизмов и их компоновке на машине. В некоторых случаях
конструктивные особенности машин определяют их отдельные
технологические параметры.
Наиболее распространенным типом универсальных профиле-
гибочных машин являются машины с боковым расположением
привода. Машины выполняются с приводом от электродвигателя,
а машины малых моделей — также с ручным приводом.
На рис. 77 показана конструкция (ЦБКМ) машины с ручным
приводом. Конструкции основных механизмов машины являются
также типовыми для машин с механическим приводом.
Стейки 1 и неподвижная траверса 2, крепко стянутые болта-
ми, образуют жесткую станину машины. При регулировке поло-
жения неподвижной траверсы болты слегка освобождаются и
траверса перемещается в требуемом направлении — вверх и вниз,
затем болты затягиваются. Болты не мешают перемещению тра-
версы, так как входят в продолговатые отверстия стоек. Положе-
ние траверсы устанавливается по шкале 3, а регулировка ее по
высоте осуществляется посредством механизма перемещения
прижимной траверсы.
Прижимная траверса 4 установлена левым концом при помо-
щи поворотной колонки 5 в кронштейнах левой стойки, а правым
концом — в ползунке 6 свободно в горизонтальном пазу. Травер-
са выдвигается вручную. В закрытом положении траверса закре-
пляется стопорным болтом 7. Поворотная колонка и ползунок
могут перемещаться вертикально по отношению к станине; пол-
зунок имеет Т-образные призматические направляющие.
Вертикальное перемещение прижимной траверсы осуществля-
ется вращением штурвала 8, от которого движение передается на
шпиндели 9 посредством трех передач — цепной 10, зубчатой ци-
Рис. 77. Универсальная профилегибочная машина с ручным приводом
линдрической //и червячной 12. Шпиндели вращаются в шари-
ковых подшипниках неподвижной траверсы и в гайках 13, укреп-
ленных в поворотной колонке и в ползунке прижимной траверсы.
При вращении шпинделей прижимная траверса получает переме-
щение в вертикальном направлении.
При регулировке положения неподвижной траверсы прижим-
ная траверса опускается в самое нижнее положение на упоры,
158
установленные в стойках станины, и затем, после освобождения
болтов, производится перемещение неподвижной траверсы вра-
щением штурвала 8.
Поворотная траверса 14, установленная в призматических на-
правляющих двух кулис 15, может поворачиваться на 120°. По-
ворот траверсы производится вручную двумя рукоятками 16, рас-
положенными по обеим сторонам машины. Каждая рукоятка
совместно с шестерней 17 свободно вращается на осп 18 цапф
кулис. Шестерня сцепляется с зубчатым колесом 19 приводного
вала 20, связывающего оба приводных механизма. Шестерни 21
приводного вала сцепляются с зубчатыми секторами 22, жестко
сидящими на цапфах кулис. Поворот траверсы до заданного по-
ложения ограничивается упором 23, который перестанавливается
в пазу, расположенном по окружности в зубчатом секторе.
Вертикальная регулировка поворотной траверсы производит-
ся вращением рукоятки 24 вала 25, передающего движение на
механизмы, встроенные в кулисы. Каждый механизм состоит из
Рис. 78. Универсальная профилегибочная машина с меха-
ническим приводом
червячной передачи 26 и шпинделя 27 с гайкой-сухарем 28. Тра-
верса устанавливается по шкале 29. Для уравновешивания веса
траверсы имеются противовесы 30.
Сменные вставки 31, 32 и 33 предусмотрены на всех трех тра-
версах. Для установки на машину круглой оправки в цапфах ку-
лис поворотной траверсы вставлены два центра 34. При установ-
ке и снятии оправки центры вдвигаются рукоятками 35 в отвер-
стия цапф.
Современные универсальные профилегибочные машины вы-
полняются с полностью закрытыми механизмами и с компактно
расположенным приводом в отдельном корпусе (рис. 78).
От общего электродвигателя приводится во вращение пово-
ротная траверса и регулируется положение прижимной траверсы.
Управление машиной осуществляется постредством двух рукоя- Ь
ток, поворотом которых соответствующие механизмы включают- I
ся на прямой или обратный ход.
Движение прижимной траверсы вниз происходит до тех пор,
пока траверса не зажмет заготовку, установленную на нижней
траверсе, и фрикционная муфта не начнет буксовать; после этого
механизм регулировки поворотной траверсы отключается от при-
вода. Применение фрикционной муфты обеспечивает определен-
ное усилие прижима листа и предохраняет механизм от пере-
грузки.
В машинах малых моделей узел привода с электродвигателем
размещается под неподвижной траверсой, благодаря чему ма-
шина становится более компактной.
Второй конструктивной разновидностью универсальных про-
филегибочных машин являются машины с задним расположени-
ем привода. В машинах этого типа привод подвешен к неподвиж-
ной траверсе с задней стороны (рис. 79, а). С внешних сторон I
а) б)
Рис. 79. Универсальная профилегибочная машина с задним расположением
привода:
а — общий вид; б — схема расположения привода
стоек совершенно удалены элементы привода, чем достигнуты
наименьшие габаритные размеры машины в плане, а также воз-
можность производить гибку листов неограниченной длины за
несколько последующих переходов.
Для обеспечения последнего условия цапфы кулис выполнены
полуцилиндрической формы с большим сквозным центральным
160
отверстием, а подшипники кулисы — открытыми (место М на
рис. 79,а). Наибольшая высота борта, получаемого на машине
при гибке заготовки неограниченной длины, лимитируется радиу-
сом отверстия в цапфе кулисы. Следовательно, наличие полуци-
линдрической цапфы позволяет во многих случаях применять
машину с небольшим расстоянием между стойками, что является
серьезным преимуществом рассматриваемой конструкции ма-
шины.
Привод машины осуществляется от фланцевого электродвига-
теля через редуктор, в котором размещены зубчатые передачи и
муфты переключения (рис. 79,6). От электродвигателя 1 дви-
жение передается червячной передачей на распределительный
вал. Последний соединяется двумя цилиндрическими передача-
ми, прямой и обратной (с помощью паразитной шестерни), с при-
водным валом 2 поворотной траверсы и такими же передачами
соединяется с приводным валом 3 механизма перемещения при-
жимной траверсы.
Включение приводного вала 2 производится при пймйщп
сдвоенной фрикционной многодисковой муфты, установленной на
распределительном валу, а включение приводного вала 3 — сдво-
енной кулачковой муфтой, помещенной на этом же валу. Муфты
переключаются посредством рычажных механизмов от рукояток,
установленных с рабочей стороны машины у левой стойки.
Поворотная траверса соединяется с приводным валом двумя
зубчатыми передачами, состоящими из шестерен 4 и зубчатых
секторов 5. Последние прикреплены одним концом при помощи
шарнира 6 к поворотной траверсе, а в средней части поддержи-
ваются роликами 7. Ролики укреплены на коромысле 8, подве-
шенном на приводном валу. Последнее устройство дает возмож-
ность роликам самоустанавливаться в соответствии с положени-
ем зубчатого сектора и одновременно обеспечивать заданный
зазор в зубчатом зацеплении траверсы.
На приводном валу установлен также ленточный тормоз,
предупреждающий самопроизвольное опускание поворотной тра-
версы под действием собственного веса при переключении фрик-
ционной муфты в верхнем положении траверсы.
Привод механизма перемещения прижимной траверсы осуще-
ствляется от приводного вала 3 посредством зубчатых передач.
Для обеспечения заданного усилия прижима предусмотрена ку-
лачковая муфта. Кулачки полумуфт имеют скошенные рабочие
плоскости. Подвижная полумуфта постоянно прижимается к не-
подвижной полумуфте пружиной. При превышении усилия при-
жима подвижная полумуфта отодвигается кулачками, сжимая
пружину. Величина предельного усилия устанавливается регули-
ровкой нажатия пружины на подвижную полумуфту.
Несколько отличная конструкция машины этого типа с гид-
равлическим устройством для перемещения прижимной травер-
Ц Заказ 663 161
сы. В этом случае в прижимную траверсу встраиваются два ги-
дравлических цилиндра, расположенные по обоим ее концам.
Штоки цилиндров крепятся к неподвижной траверсе. Подача
масла в цилиндре осуществляется от насоса, установленного в
корпусе редуктора. Усилие прижима регулируется предохрани-
тельным клапаном. Предупреждение перекоса траверсы обеспе-
чивается двумя реечными передачами. Рейки крепятся к прижим-
ной траверсе, а шестерни, соединенные валом, установлены на
неподвижной траверсе.
Расположение привода сзади машины создает, с одной сто-
роны, большие преимущества (меньшие габаритные размеры ма-
шины и возможность гибки заготовок неограниченной длины),
но, с другой стороны, также ограничивает некоторые технологи-
ческие параметры.
Наибольший угол поворота поворотной траверсы, т. е. наи-
больший угол гибки за один переход возможен на 90° и, следо-
вательно, гибку на больший угол можно осуществлять только за
два перехода. Увеличить угол поворота траверсы не представля-
ется возможным, так как тогда зубчатые сектора будут мешать
гибке широкой заготовки.
Кроме того, заднее расположение привода также ограничи-
вает высоту 7-образных профилей (рис. 72,а).
В случае применения гидравлического устройства для пере-
мещения прижимной траверсы, штоки цилиндров и рейки умень-
шают расстояние в свету для заведения широких заготовок.
Известны также конструкции универсальных профилегибоч-
ных машин с приводом отдельных механизмов от самостоятель-
ных электродвигателей. Шестерни передач механизмов приводов
Таблица 13
Основные параметры универсальных профипегибочных машин
с поворотной траверсой
Наибольшая толщина в мм изгибаемого листа при ширине (св = 45 кГ/мм*) Величина регулирования в мм земых !КТрО- , С.
№ модели 1550 2050 2550 3050 3550 4050 4550 прижимной траверсы поворотной и неподвиж- ной траверс \с в. О) 2 ГС к И труб в мм Мощность эле двигателя в л.
I II III IV V VI VII 1 | | | 1 3,5 5 7 9 12 3 4,5 6 8 10 13 17 2,5 3,5 4,5 7 9 12 15 3,5 6 8 10 13 4,5 6 8 12 6,5 9 280 320 380 420 470 470 520 но 150 150 150 200 200 200 40—220 40—300 50—300 50—300 70—350 80—400 80—400 6 8 14 18 23 30 38
размещаются внутри стоек станины. Это дает возможность весь-
ма компактно разместить механизмы приводов и упрощает при-
менение кнопочного управления с полуавтоматическим и авто-
матическим режимами работы. Последнее создает условия для
значительного повышения производительности машины, но кон-
струкция машины и ее эксплуатация несколько усложняются,
вследствие чего применение таких машин рентабельно в завод-
ских условиях при крупносерийном производстве.
Примерные характеристики машин с поворотной траверсой
приведены в табл. 13.
V
Гибка по шаблону
деталей из сортовых
и профильных заготовок
23. Назначение и область применения
Гибка по шаблону сортовых и профильных заготовок приме-
няется для получения круглых и овальных деталей, а также де-
талей с прямоугольными и трапециевидным со скругленными
углами контуром. Детали могут иметь как замкнутый контур, так
и вид дуги.
Гибка толстостенных деталей производится в холодном и го-
рячем состояниях, а тонкостенных только в холодном состоянии.
Посредством рассматриваемого способа гибки изготовляют
приварные плоские и воротниковые фланцы трубопроводов и ап-
паратов, а также фланцы из углового проката. Получают многие
гнутые по сложному контуру из тонкостенных профилей детали
пассажирских железнодорожных вагонов, автобусов, троллейбу-
сов, автомашин, самолетов и пароходов, например, оконные рамы
различного контура, дугообразные элементы каркаса и крыши.
Особенно широко гибка по шаблону используется для изго-
товления гнутых трубных деталей — элементов трубопроводов и
элементов змеевиков теплообменных аппаратов. До 90—95% тру-
богибочных работ производится с применением шаблона. Этот
процесс позволяет получать из сортовых и профильных заготовок
гнутые детали с радиусами, кратными от 3—5 до 10—50 высот
поперечного сечения детали, а в некоторых случаях, например,
гнутые трубы с радиусами начиная от 1,5—2,0 диаметров трубы.
Гибка с поворотным столом или шаблоном горизонтального
типа выполняется преимущественно на машинах, имеющих не-
сколько узкое назначение—фланцегибочных, профилегибочных,
трубогибочных и др.
На гибочных машинах с поворотным столом изготовляют при-
мерно такие же детали, каки гибкой в роликовых машинах. Отли-
чительной особенностью гибки по шаблону является получение
более точных деталей, так как контур детали определяет шаб-
лон. Кроме того, при этом процессе представляются большие воз-
можности для удержания профиля тонкостенной заготовки от
побочных деформаций путем применения соответствующей техно-
логической оснастки.
Недостатком рассматриваемого процесса по сравнению с гиб-
кой в роликах является относительно крупногабаритная узкоспе-
циализированная технологическая оснастка. Например, гибочные
шаблоны должны быть специальными для каждого радиуса (или
контура) и профиля заготовки. Размеры детали ограничиваются
также диаметром поворотного стола машины или предельными
размерами гибочного шаблона.
По указанным причинам гибка по шаблону сортовых и про-
фильных заготовок применяется преимущественно при крупносе-
рийном производстве деталей небольших и средних размеров.
Однако область применения процесса расширяется; в последние
годы созданы трубогибочные машины для холодной гибки труб
диаметром до 550 мм и радиусом изгиба до 2000 мм.
В связи со сравнительно широкими технологическими воз-
можностями рассматриваемый процесс находит применение во
многих отраслях машиностроения, особенно котло- и судострое-
нии, в химическом и нефтеперерабатывающем машиностроении.
Разновидностью процесса гибки по шаблону является гибка
с растяжением. Этот процесс достаточно подробно изложен в ра-
боте [15], поэтому здесь его не рассматриваем.
24. Технология
Гибочный шаблон выполняется в соответствии с контуром де-
тали и с учетом пружинения при холодной гибке или с учетом
температурной усадки при горячей гибке.
Заготовка предваритель-
но крепится передним кон-
цом на гибочном шаблоне,
устанавливаемом на столе
машины или непосредствен-
но на главном валу. К заго-
товке на некотором расстоя-
нии от зажима подводится
нажимной ролик или колод-
ка. Затем гибочному шабло-
ну дается вращение и заго-
товка огибается по нему,
Рис. 80. Схемы гибки по шаблону:
а — с поворотным шаблоном; б — с пово-
ротным нажимным роликом
опираясь задним концом на нажимной ролик (рис. 80, а). Гибка
может выполняться также путем вращения нажимного ролика
вокруг неподвижного гибочного шаблона (рис. 80, б). Этот спо-
соб применяется почти исключительно в ручных гибочных уст-
ройствах.
Технология гибки имеет существенные особенности в зависи-
мости от размеров и профиля поперечного сечения заготовок. По
этому признаку гибку по шаблону можно разделить на три ос-
новпые способа: гибка толстостенных заготовок, гибка тонкостен-
ных заготовок и гибка труб.
Гибка толстостенных заготовок сопровождается возникнове-
нием на гибочном шаблоне и нажимном ролике больших усилий,
которые в значительной мере зависят от положения нажимного
ролика по отношению гибочного шаблона.
От положения нажимного ролика также зависит длина участ-
ка, сгибающегося по переменной кривизне, т. е. длина недогну-
того заднего конца заготовки (рис. 76, участок 1—2). С умень-
шением гибочного плеча I уменьшается длина этого участка, но
пропорционально увеличивается усилие гибки — усилия, действу-
Рис. 81. Технология холодной гибки фланца:
а — подгибка переднего конца; б, в — гибка среднего участка;
г — окончательная подгибка заднего конца
ющие на гибочный шаблон и нажимной ролик. С целью преду-
преждения возникновения слишком высоких усилий гибку осу-
ществляют при наличии гибочного плеча и даже в том случае,
если нажимной ролик располагается по оси гибочного шаблона
(рис. 76, б).
Чтобы получить правильное замкнутое кольцо-фланец, холод-
ную гибку проводят за три перехода; за первый переход произво-
дят подгибку одного конца (рис. 81, а), после чего заготовку
освобождают в зажиме и повертывают вторым концом вперед; за
второй переход сгибают заготовку на среднем участке (рис. 81, б,
в) и за третий переход производят окончательную подгибку зад-
него конца заготовки подачей нажимного ролика при неподвиж-
ном гибочном шаблоне. Последний переход также происходит
при наличии гибочного плеча (рис. 81, г).
Гибка фланцев за три перехода с промежуточным поворачива-
нием заготовки трудоемка, поэтому при холодной гибке неболь-
ших фланцев применяют несколько отличный способ. Заготовка
сгибается по спирали на несколько витков и затем разрезается
на отдельные кольца. Недогнутый задний конец заготовки идет
в отход. При гибке по спирали нажимной ролик должен иметь
возможность перемещения в осевом направлении, а у гибочного
шаблона предусматривается заходной борт со спиральной по-
верхностью.
При горячей гибке можно избежать повертывания заготовки,
осуществляя гибку за два перехода: за первый переход произво-
дится гибка (рис. 82, б, в), а за второй — подгибка заднего конца
заготовки путем подачи нажимного ролика (рис. 82, г). В этом
случае подгибка заднего конца заготовки может заканчиваться
при гибочном плече, близком к нулю, так как ввиду малой ско-
рости подачи нажимного ролика в нагретой заготовке успевают
протекать процессы релаксации и ползучести.
При гибке фланцев сравнительно небольшого диаметра (до
500—600 мм) первый переход приходится выполнять в два прие-
ма с промежуточным продольным перемещением заготовки в за-
жиме, чтобы при подгибке сухарь зажима не мешал подходу
нажимного ролика.
Рис. 82. Технология горячей гибки фланца:
а — установка заготовки; бив — гибка; д — подгибка заднего конца
При гибке на машине заготовок с относительно малым попе-
речным сечением длина гибочного плеча может быть сведена
к минимальной. В случае гибки фланца из широкой полосы
на ребро у нажимного ролика следует предусматривать реборду,
которая удерживала бы заготовку от выворачивания.
Заготовки из углового проката сгибаются в горячем состоя-
нии таким же способом. Нажимной ролик опирается на полку,
параллельную оси изгиба, а другая полка должна удерживатьсоя
от малковки торцовой плоскостью нажимного ролика или гибоч-
ного шаблона в зависимости от направления гибки (полкой на-
ружу или во внутрь).
Применяется также способ гибки по шаблону при помощи
двух роликов — нажимного и поддерживающего [14]. Но такой
способ не имеет серьезного преимущества перед гибкой одним
роликом.
Гибка по шаблону деталей без прямых концов, в частности
фланцев, сопровождается продольными сдвигами на концевых
участках, в результате чего перпендикулярность торцов заготов-
ки нарушается. Для получения у согнутых колец параллельных
торцов прямые заготовки режутся со скошенными торцами так,
чтобы после гибки они стали параллельными, с небольшим зазо-
ром под сварку. Величины углов скоса в зависимости от относи-
тельного радиуса изгиба указаны ниже.
Согнутые заготовки свариваются встык посредством электро-
шлаковой сварки или при помощи стыкосварочной машины. При
втором способе сварки целесообразно гибочный шаблон выпол-
нять несколько овальным, чтобы после сведения торцев заготов-
ка приняла форму правильного кольца.
Относительный радиус Вв/Н изгиба . . . 4—6 6—8 8—10 10—16
Угол скоса а в град............ 20 15 10 8
При гибке тонкостенных профильных заготовок основное вни-
мание обращается на предупреждение появления побочных де-
формаций (см. гл. III), искажающих поперечное сечение заго-
товки,— малковки полок, образования складок и скручивания.
Для устранения этих нежелательных явлений стараются ограни-
чить свободу перемещения элементов сгибаемой заготовки в зоне
деформации замкнутым контуром инструмента — гибочным шаб-
лоном и нажимной колодкой. С этой целью вместо нажимного
ролика применяют нажимную колодку, так как она охватывает
профиль на значительно большем по длине участке.
При гибке полузакрытых и закрытых профилей используются
также оправки и наполнители, которые предохраняют элементы
заготовки от деформации во внутреннюю полость.
С целью обеспечения строгого охвата инструментом заготовки
в зоне деформации необходимо, чтобы нажимная колодка плот-
но прижималась в этом месте к заготовке, т. е. отсутствовал бы
участок с переходной кривизной (рис. 76). Это достигается тем,
что к нажимной колодке прикладывается повышенное усилие,
благодаря чему длина участка с переменной кривизной практи-
чески снижается до нуля.
Нажимная колодка крепится к нажимному штоку шарнирно,
жесткое крепление нажимной колодки может применяться только
при гибке по круглому контуру.
Профиль рабочей поверхности гибочного шаблона соответст-
вует профилю внутренней поверхности, а профиль рабочей по-
верхности нажимной колодки — профилю наружной поверхности
сгибаемой детали (рис. 83).
Процессом гибки может производиться также скручивание за-
готовки на угол до 45°. В этом случае рабочая поверхность шаб-
лона выполняется по спирали, а у сухаря нажимной колодки
предусматривается возможность поворота в поперечном направ-
лении (рис. 83, г).
Детали с полузакрытым профилем сгибаются с применением
жесткой или гибкой оправки, которая крепится к нажимной ко-
лодке. Одна из конструкций гибкой оправки приведена на
рис. 84. К бронзовому ползуну 1 крепится набор бронзовых пла-
стин 2 и шайб 3 посредством троса 4. Конец сгибаемой детали 5
168
зажимается на гибочном шаблоне 6 при помощи планки 7. Гибка
осуществляется прижатием к шаблону колодки 8 давлением што-
ка 9 гидравлического цилиндра. Колодка упирается торцом
в ползунок оправки и удерживает ее от перемещения вместе с за-
готовкой. Применение жесткой оправки возможно только при
гибке деталей, имеющих одинаковые закругления контура.
Рис. 83. Профили рабочего ручья гибочного шаблона (а — д)
Гибку деталей с закрытым профилем осуществляют с напол-
нителем (канифолью, легкоплавким сплавом и др.), которым в
расплавленном виде заполняется внутренняя полость заготовки.
Рис. 84. Пример применения гибкой оправки:
а — оправка в исходном положении; б — оправка в процессе гибки
После гибки наполнитель удаляется посредством опускания со-
гнутой детали в горячую воду.
Вторая особенность гибки тонкостенных профильных деталей
состоит в том, что в подавляющем большинстве они имеют слож-
ный контур, со значительно отличающимися размерами в про-
дольном и поперечном направлениях. В этом случае требуется
в процессе гибки перемещать в радиальном направлении нажим-
ную колодку.
Гибка деталей с продолговатым контуром осуществляется на
специальных профилегибочных машинах с дополнительным ме-
ханизмом, позволяющим производить гибку таких деталей при
небольшом перемещении нажимной колодки (см. ниже).
Заготовки дугообразных деталей могут сгибаться из расчета
на одну деталь или одновременно на несколько деталей с после-
дующей разрезкой. Во втором случае гибочный штамп будет
большим по размерам, но производительность гибочных работ
существенно повысится.
Гибка трубных заготовок обычно осуществляется на угол до
180—210° и только в некоторых случаях — по спирали на не-
сколько витков.
Основные способы гибки приведены на рис. 85. Наиболее рас-
пространенным способом является гибка с неподвижной нажим-
ной колодкой (рис. 85, а). Однако при этом способе из-за трения
сгибаемой трубы по колодке возникает значительное растягива-
Рис. 85. Способы гибки труб по шаблону:
а — с неподвижной колодкой; б — с подвижным лотком
ющее усилие, которое увеличивает утонение наружной стенки
трубы на согнутом участке.
В последних конструкциях трубогибочных машин нажимная
колодка выполняется в виде длинного лотка, перемещающегося
вместе с трубой (рис. 85, б). Благодаря этому устройству растя-
гивающее усилие резко сокращается. Гибка с поворотным на-
жимным роликом (рис. 80, б) применяется только в ручных тру-
богибочных устройствах для гибки относительно толстостенных
труб небольшого диаметра.
При гибке на небольшие радиусы, меньшие 4—5 диаметров
трубы, происходит заметная овализация круглого профиля тру-
бы под действием касательных напряжений (рис. 55, б), а у особо
тонкостенных труб может наблюдаться также образование скла-
док на внутренней стенке из-за действия нормальных сжимаю-
щих напряжений (рис. 56, б).
При овализации сечение трубы стремится расшириться в по-
перечном направлении и уменьшиться по высоте.
Для предупреждения уширения поперечного сечения трубы
профиль рабочего ручья гибочного шаблона выполняется полу-
круглым и с небольшими ребордами, выступающими за средний
диаметр трубы (рис. 86), а для предупреждения уменьшения
высоты применяются оправки, заводимые в полость трубы, или
наполнители.
Проведенные эксперименты показали, что степень овализа-
ции поперечного сечения трубы зависит от относительного радиу-
са изгиба Л?/2) и относительной толщины стенки 6/2). Степень
овализации обычно выражается коэффициентом искажения про-
— н
филя для а = —-— (рис. 55, б). При гибке по шаблону с приве-
денным на рис. 86 профилем величина В приближенно может
быть принята равной диаметру трубы, т. е. а = 1 — . Для это-
го случая рекомендуется определить коэффициент по следующе-
му уравнению:
6(0,2 —6/Р)
(Я/О)2
(197)
Формула (197) действительна
для стальных труб с отношением
6/2) = 0,03 -т- 0,2. При отношении
6/2) > 0,2 и Я > 22) искажение про-
филя трубы незначительно.
В производственных условиях
допускают уменьшение наружного
диаметра трубы при изгибе до 10%
(с < 0,1). Учитывая, что при износе
Рис. 86. Профиль рабочего
ручья шаблона для гибки
труб
рабочей поверхности шаблона, т. е. при увеличении диаметра его
профиля искажение профиля трубы повышается, примем для
практического определения наименьшего радиуса изгиба трубы
без применения оправки а — 0,07. Тогда получим условие для
гибки без оправки:
О
(198)
В случае, если заданное отношение 7?/2) меньше правой сто-
роны уравнения (198), гибку следует производить с оправкой.
Допускаемая степень овализации согнутого участка трубы
часто задается размерами проходного сечения трубы, в частности
максимальным диаметром шарика, который должен беспрепят-
ственно проходить по трубе. Максимальный диаметр шарика
обычно задается в технических условиях в долях от номиналь-
ного внутреннего диаметра трубы, а именно
<2 = п2)вн. (199)
Коэффициент п можно выразить через коэффициент искаже-
ния проходного сечения трубы, рекомендации по которому были
даны выше. Тогда
где 6И — наибольшая (с учетом допуска) толщина стенки.
Если уравнение (200) не удовлетворяется, то необходимо
применение оправки.
Известны многие конструкции жестких и гибких оправок
(рис. 87) и рекомендации по их использованию, которые часто
бывают противоречивыми; нами рекомендуется применять оправ-
ки определенного типа также в зависимости от отношений
и 6/7?. Эти рекомендации приведены на рис. 88. Для оправки
каждого типа на диаграмме установлена оптимальная область
ее применения.
Жесткие оправки должны изготовляться длиной, кратной 3—4
диаметрам. Диаметр оправки выполняется на 2—5 мм меньше
Рис. 87. Конструкция оправок:
а — цилиндрическая; б — ложкообраз-
ная; в — с кольцевыми элементами;
г — с полусферическими элементами
Рис. 88. Диаграмма применимости
оправок разных типов:
зона / — без оправки; зона // — цилинд-
рическая; зона III — ложкообразная;
зона /V — гибкая
минимально возможного внутреннего диаметра трубы. На оправ-
ках намечаются установочные риски в месте окончания цилинд-
рической части. Установка оправки выполняется с опережением;
риска оправки должна выступать за поперечную ось гибочного
шаблона примерно на 5% от диаметра оправки. Этим путем до-
стигается компенсация несоответствия диаметров оправки и по-
лости трубы. Оптимальная величина опережения уточняется при
гибке первых заготовок данной партии.
Жесткие оправки небольших размеров могут изготовляться из
инструментальной стали с закалкой до твердости НР.С 52—56.
Оправки большого диаметра рекомендуется изготовлять из ста-
ли 50 с последующей термической обработкой или же из износо-
стойкого чугуна.
Смазка полости трубы смесью минерального масла с графи-
том значительно уменьшает износ оправок и устраняет появление
задиров на трубе.
Гибкие оправки прилегают к внутренней поверхности трубы
на участке значительной длины и тем в большей степени препят-
172
ствуют овализации профиля трубы и появлению складок. Их
применение особенно эффективно при гибке тонкостенных труб.
Гибкая оправка первого типа (рис. 87, в) предназначается для
гибки труб среднего и большого диаметра, а оправка второго
типа (рис. 87, г) — для гибки труб малого диаметра, меньше
80 мм.
Обращается внимание на конструкцию гибкой оправки, пока-
занной на рис. 89 (авторское свидетельство № 150345, класса 49/1
17—02). Рабочие кольца / с внутренними сферическими поверх-
ностями и рабочие кольца 2 с наружными сферическими поверх-
ностями центрируются относительно друг друга. Кольца 2 имеют
буртики 4, поддерживающие стенку трубы 3 с наружной сторо-
ны согнутого участка. У оправки А = 160 мм буртики выполне-
ны только на полуокружности, чтобы обеспечить возможность
свободного схождения колец оправки с внутренней стороны.
Кольца шарнирно сочленяются между собой посредством серег 5
и 6 и валиков 7.
В согнутом положении правильное расположение колец 2 ус-
танавливается посредством серег, а колец 1 — взаимодействием
их торцовых поверхностей во внутренней зоне.
Симметричное расположение колец оправки в ее исходном
(прямом) положении обеспечивается соприкосновением их торцо-
вых поверхностей.
Рекомендуемая конструкция оправки отличается от ранее из-
вестных оправок аналогичной конструкции тем, что в ней все
кольца (наружные и внутренние) выполнены рабочими, благо-
даря чему шаг между опорными участками, поддерживающими
стенку трубы, уменьшился почти в 2 раза и, следовательно, оп-
равка создает лучшие условия для удержания элементов трубы
от потери устойчивости.
Рабочие кольца выполняются из инструментальной стали
5ХНМ с термической обработкой до твердости ИКС 52—56.
Следует иметь в виду, что применение гибких оправок воз-
можно только при гибке чистых или протравленных труб и при
наличии смазки на их внутренней поверхности.
Тонкостенные трубы с окалиной можно сгибать с наполните-
лем; применение этого способа может быть экономически целе-
сообразным при мелкосерийном производстве.
В качестве наполнителей при холодной гибке применяют лег-
коплавкие сплавы, канифоль, соли металлов, лед и многие дру-
гие вещества. Трубная заготовка заполняется наполнителем
в жидком состоянии, затем он затвердевает. Наполнитель уда-
ляется из трубы путем погружения ее в горячую воду.
Горячая гибка труб применяется лишь в случае, если имею-
щиеся трубогибочные машины недостаточны по мощности для
гибки в холодном состоянии. Технология горячей гибки анало-
а)
Рис. 89. Шарнирная гибкая оправка конструкции ЦНИИТМАШ:
а — для гибки на радиус 600 мм; б — для гибки иа радиус 160 мм
гична технологии холодной гибки. Возможно применение жест-
ких оправок. В качестве наполнителя используют хорошо просу-
шенный песок.
25. Определение технологических параметров
процесса
Теоретический анализ гибки по шаблону был изложен в пре-
дыдущей главе. Здесь рассмотрим только некоторые особенности
процесса гибки по шаблону сортовых и профильных заготовок.
Гибка производится преимущественно на радиус, больший
трехкратной высоты заготовки, поэтому уравнение (192) для
определения крутящего момента, затрачиваемого на деформиро-
вание заготовки, будет вполне соответствовать и рассматривае-
мому процессу гибки. Ввиду сравнительно большого радиуса
шаблона потери на трение заготовки при перемещении ее по
нажимному ролику или колодке будут относительно большие.
Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сопротив-
лений трения, будет:
при гибке с нажимным роликом
р (^ +1") (г + и ’ (201)
при гибке с нажимной колодкой
= (202)
где / — коэффициент трения качения нажимного ролика по за-
готовке;
ц — коэффициент трения в подшипниках нажимного ро-
лика;
р.1 — коэффициент трения скольжения заготовки по нажим-
ной колодке.
Величина коэффициента [ в значительной степени зависит от
состояния поверхности заготовки. При холодной гибке заготовки
с поверхностью, получаемой после горячей прокатки, рекомен-
дуется принимать / = 1 мм, а при гибке заготовки с поверхно-
стью, получаемой после огневой резки с последующей зачисткой
(полосовые заготовки, вырезанные из листа), = 3 мм.
При гибке в горячем состоянии полосовых заготовок на ребро
наблюдается небольшое смятие поверхности заготовки, особенно
заметное при гибке относительно высоких заготовок, поэтому
Г = 2 4- 5 мм.
Коэффициент Ц1 при гибке холоднокатаных или протравлен-
ных заготовок с применением смазки можно принимать равным
0,12—0,15 (гибка горячекатаных непротравленных заготовок осу-
ществляется с нажимным роликом).
Следует также иметь в виду, что при гибке тонкостенных про-
филей и труб, помимо нажимного усилия между колодкой и за-
готовкой, во многих случаях возникают дополнительно распор-
ные усилия вследствие стремления элементов поперечного
сечения к побочным деформациям (малковке, скручиванию, ова-
лизации) й к складкообразованию. Тогда коэффициент Ц1 сле-
дует принимать значительно большим.
Крутящий момент на валу гибочного шаблона также затра-
чивается на преодоление трения в подшипниках этого вала:
= (203)
где <7 — коэффициент, учитывающий геометрические размеры
вала; он определяется по уравнению (187).
(1в — диаметр шейки вала в верхнем подшипнике.
При гибке по шаблону с переменным радиусом, когда нажим-
ной ролик или колодка в процессе гибки совершает возвратно-
поступательное движение, возникает еще крутящий момент от
нецентрального действия нажимного усилия (см. рис. 91). Кру-
тящий момент выражается так:
= (204)
где Д — расстояние от центра вращения шаблона до оси ролика
или оси шарнира колодки.
Этот крутящий момент при движении нажимного ролика или
колодки от центра вращения шаблона будет одного знака с дру-
гими крутящими моментами, а в случае движения ролика к цент-
ру вращения шаблона — противоположного знака, т. е. будет со-
действовать вращению шаблона.
При гибке по шаблону тонкостенных заготовок, как указыва-
лось выше, создается нажимное усилие такой величины, при ко-
торой заготовка в зоне деформации плотно зажимается между
нажимной колодкой и гибочным шаблоном, т. е. практически от-
сутствует гибочное плечо или оно мало. Следовательно, гибка
заготовки происходит в основном за счет деформаций сдвига.
Тогда нажимное усилие может быть определено по уравнениям
(121) —(123).
Радиус гибочного шаблона выполняется с учетом корректи-
ровки на пружинение. Для его определения справедливо уравне-
ние (63).
Гибка по шаблону труб осуществляется преимущественно по
схемам, приведенным на рис. 85. При гибке тонкостенных труб
применяются оправки.
Нажимное усилие, как показали экспериментальные исследо-
вания процесса гибки на трубогибочных машинах разных разме-
ров [13], соответствует при холодной гибке толстостенных труб
176
(а/О > 0,05) усилию, определяемому по уравнениям (188) и
(189), и условию, что гибочное плечо I = 2,52), а при гибке тон-
костенных труб — усилию, подсчитываемому по уравнениям
(121) —(123).
Для определения крутящего момента, затрачиваемого на пре-
одоление трения трубы по колодке, действительно уравнение
(202); только в одном случае (рис. 85,- а) оно соответствует ус-
ловиям трения трубы по неподвижной колодке, а в другом слу-
чае (рис. 85, б) — условиям трения подвижного лотка по направ-
ляющим станины. В обоих случаях плечо приложения силы
трения
Л = /?-+т •
Большое сопротивление перемещению сгибаемой трубы ока-
зывает трение ее по оправке. Усилие, возникающее на штанге
оправки, зависит от относительной толщины стенки трубы 6/2),
относительного радиуса изгиба 2?/2), конструкции и размеров
оправки, состояния поверхности трубы и смазки. Эксперименты
показали, что при холодной гибке стальных углеродистых и ма-
лолегированных труб с применением жестких оправок и обиль-
ной смазки крутящий момент, затрачиваемый на трение трубы
по оправке, соответствует приблизительно 70% от крутящего мо-
мента, затрачиваемого на деформирование.
Утонение наружной стенки трубы зависит от относительного
радиуса изгиба и от способа гибки. При гибке без оправки на
машине с подвижным лотком, а также с нажимным роликом тол-
щина стенки определяется уравнением
= б(1 — Р~б ). (205)
\ 22? /
При гибке с оправкой на машине с неподвижной колодкой
утонение наружной стенки повышается до 20—50% против под-
считываемых по уравнению (205).
26. Конструкция машин
Гибка по шаблону осуществляется преимущественно в маши-
нах с поворотным столом или шаблоном. В специализированных
трубогибочных машинах гибочный шаблон крепится непосредст-
венно на главном валу.
По технологическому назначению и конструктивным особен-
ностям машины разделяют на три группы: сортогибочные или'
фланцегибочные, профилегибочные и трубогибочные.
Сортогибочные машины предназначаются для гибки заготовок
по окружности; они используются в основном для гибки фланцев,
вследствие чего чаще называются фланцегибочными. Фланцеги-
12 Заказ 663 177
бочные машины выполняются с механическим приводом, только
у отдельных конструкций машин подача нажимного ролика осу-
ществляется от гидравлического устройства. Конструкция уни-
версальной фланцегибочной машины для фланцев диаметром
300—1200 мм (авторское свидетельство № 129927, класс 49й, 15)
показана на рис. 90.
Поворотный стол 1 машины укреплен на вертикальном валу 2,
установленном в станине 3 посредством подшипников качения.
Вал получает движение от электродвигателя 4 через клиноремен-
ную передачу 5, двухступенчатую цилиндрическую 6 и 7 и чер-
вячную 8 зубчатые передачи.
Сменный нажимной ролик 9 крепится на оси, вращающейся
на роликовых подшипниках в подвижной головке 10, которая
установлена в вертикальных направляющих ползуна 11. Ползун
может перемешаться к центру стола в горизонтальных направля-
ющих станины. Регулировка положения ползуна производится от
электродвигателя 12 через клиноременную передачу 13, червяч-
ную передачу 14 и ходовой винт 15. Для предохранения от воз-
можной перегрузки механизма привода регулировки ползуна
при установке нажимного ролика в рабочее положение и при
операции подгибки заднего конца заготовки поставлена дисковая
фрикционная муфта, ограничивающая предельный крутящий
момент.
С целью ограничения усилия нажима заготовки на ролик пре-
дусмотрена компенсирующая тарельчатая пружина 16. При гиб-
ке заготовка нажимает на ролик, сжимая пружину, благодаря
чему автоматически возникает гибочное плечо, соответствующее
величине изгибающего момента, необходимого для изгиба заго-
товки. Регулировка положения нажимного ролика в вертикаль-
ном направлении производится вращением ходового винта 17
посредством маховика 18.
При гибке по спирали нажимной ролик вместе с головкой и
ползушкой 19 по мере навивки заготовки отжимается ею вверх.
При этом возникает вертикальное давление реборды нажимного
ролика на заготовку, так как перемещение ползушки затрудняет-
ся тормозом.
Заготовка крепится на столе машины путем прижима к гибоч-
ному шаблону при помощи зажимного сухаря 20, перемещаемого
в радиальном пазу стола. Зажимной сухарь крепится к ползуш-
ке 21, связанной цилиндрической 22 и конической 23 зубчатыми
передачами с шестерней 24. Эта шестерня сцепляется с малой
шестерней реверсивного электродвигателя, установленного на
станине. Зажим и освобождение заготовки осуществляются
включением электродвигателя путем нажатия кнопки. При вра-
щении стола электродвигатель выключен и его вал свободно вра-
щается. Зажим заготовки может осуществляться также вращени-
ем рукоятки 25.
/9 21 20
I
Рис. 90. Универсальная фланцегибочная машина
Для охлаждения стола при интенсивной работе на машине
предусмотрено водяное охлаждение. Вода подается к внутренней
полости стола от цеховой магистрали по трубам 26 и 27 через
вертикальный вал.
Машина позволяет гнуть плоские фланцы диаметром 300—
1200 мм с поперечным сечением 95 X 42 мм в горячем состоянии
и с поперечным сечением 32 X 22 мм в холодном состоянии.
Профилегибочные машины предназначены для гибки тонко-
стенных профилей по фигурному контуру. Они изготовляются
многих типов, с простым и сложным вращением гибочного шаб-
лона.
Рис. 91. Схема профилегибочной машины с пово-
ротным столом
Наиболее простой профилегибочной машиной является ма-
шина с поворотным столом и пневматическим или гидравличе-
ским прижимом нажимной колодки (рис. 91). Заготовка в тече-
ние всего процесса гибки прижимается к шаблону 1 колодкой
или роликом 2, сидящим на штоке 3 пневматического или гидрав-
лического цилиндра 4. Нажимное усилие создается давлением
сжатого воздуха или жидкости на поршень 5. При выключении
давления в цилиндре колодка отодвигается в исходное положе-
ние под действием пружины 6.
Силовой цилиндр устанавливается стационарно или в направ-
ляющих станины, и расстояние его от центра стола может регу-
лироваться. Величина хода штока цилиндра ограничивает наи-
большую разницу между максимальным и минимальным радиу-
сами гибочного шаблона.
Машины выполняются с небольшим ходом нажимной колод-
ки, так как в противном случае в направляющих штока возни-
кали бы большие боковые усилия. Для уменьшения боковых
усилий часто применяется нажимной ролик вместо колодки.
Для гибки заготовок по удлиненному контуру (вытянутому
овалу или четырехугольнику со скругленными углами) предна-
180
значаются профилегибочные машины, имеющие сложное движе-
ние гибочного шаблона. Благодаря этому достигается значитель-
ное уменьшение требующегося хода штока нажимной колодки и
угла подъема (рис. 91).
Известны два основных типа таких машин: с поворотным и
возвратно-поступательным движением стола и машины с пово-
ротным столом и подвижным шаблоном.
В машинах первого типа гибочный шаблон одновременно
с вращательным движением совершает прямолинейное движение,
посредством которого наиболее выступающие участки контура
шаблона отводятся к центру стола при прохождении их мимо
нажимной колодки. Конструкция такой машины приведена на
рис. 92. На разъемной станине 1 установлен круглый стол 2,
вращающийся на упорном шариковом подшипнике. Боковые
усилия стола воспринимаются роликами, сидящими на оси 3.
В широком пазу круглого стола помещен прямоугольный ра-
бочий стол 4, который может перемещаться в радиальном на-
правлении в направляющих роликах 5. На верхнем конце оси 14
неподвижно закреплен башмак 6, в направляющих которого
установлен ползунок 7, перемещаемый вращением ходового вин-
та. На оси ползунка посажена прямоугольная втулка 8, входя-
щая в поперечный паз рабочего стола. При повороте круглого
стола ползунок заставляет рабочий стол отодвигаться в противо-
положную сторону от нажимной колодки.
Наибольший ход рабочего стола получается при совмещении
продольной оси стола с осью машины. В этом случае перемеще-
ние стола равно смещению оси ползунка по отношению центра
вращения круглого стола. Величина смещения регулируется вра-
щением вручную вала 9, связанного с ходовым винтом ползунка
винтовой передачей 10. Управление машиной пневматическое, от
цилиндра 11; включение производится педалью 15.
Вращение круглого стола осуществляется от электродвига-
теля 16 через цепную 17 и червячную 18 передачи. Большое ко-
лесо цепной передачи свободно сидит на приводном валу 19 и
соединяется с ним фрикционной муфтой включения. Последняя
включается от золотника пневматического цилиндра. При вы-
ключении муфты автоматически включается тормоз.
Шаблон крепится на рабочем столе шпонкой 12 и болтами.
Нажимная гибочная колодка устанавливается в поворотном
гнезде 13 рабочей головки 20. Последняя прикреплена к балке 21,
поворачивающейся на оси 22. Поворотная балка воспринимает
усилие, возникающее от трения сгибаемого профиля по нажим-
ной колодке, и тем разгружает шток 23 рабочего пневматического
цилиндра от боковых усилий.
В соответствии с кинематикой машины точки гибочного шаб-
лона эллиптического контура проходят мимо нажимной колодки
на расстоянии от центра круглого стола, которое равно малой
181
X
полуоси эллипса. При этом нажимная колодка, так же как при
гибке круглых деталей, остается неподвижной, а при гибке де-
талей другого контура ход нажимной колодки равен сумме наи-
больших смещений заданного контура наружу и во внутрь по
отношению к круглому или эллиптическому контуру.
Рис. 92. Профилегибочная машина с поворотным и возвратно-поступатель-
но двигающимся столом
При проектировании гибочного шаблона соответствующий
расчетный эллиптический контур выбирается по размерам сги-
баемой детали. Разница между большой и малой полуосями
эллипса равна смещению ползунка 7 от центра круглого
стола.
Оптимальным эллиптическим контуром является контур, при
котором сумма наибольших отклонений наружу и во внутрь этого
контура по отношению контура детали минимальна.
Машина предназначается для гибки стеклодержателей П-об-
разного сечения для оконных и дверных рам автомашин и само-
летов. Основные параметры машины следующие:
Размер рабочего стола в плане в мм.......... 950X1250
Число оборотов стола в минуту............... 7
Наибольший ход нажимной колодки в мм........ 670
Усилие нажимной колодки в кГ ........... До 2650
Наибольший ход рабочего стола в мм..... . . 180
Мощность электродвигателя в кет............. 8,2
В профилегибочных машинах с поворотным столом и подвиж-
ным шаблоном по центру стола или с небольшим смешением от
него выводится над столом консольный конец вала с насажен-
ной шестерней (рис. 93). Стол и вал могут вращаться совместно
и раздельно. На стол / устанав-
ливается зубчатый копир-шаб-
лон 2, имеющий контур сгибае-
мой детали. У шаблона предус-
мотрено внутреннее зубчатое за-
цепление,- с которым сцепляется
шестерня 3 вала. Шток 4 силово-
го цилиндра через нажимную ко-
лодку 5 и заготовку 6 в процессе
гибки прижимает шаблон к ше-
стерне. Перемещение шаблона
осуществляется при прохождении
мимо нажимной колодки прямых
Рис. 93. Схема работы машины с
поворотным столом и подвижным
шаблоном
участков вращением вала, а при
прохождении кривых участков —
совместным вращением вала и
стола.
Машины выполняются и с наружным зацеплением шаблона.
В этом случае на шаблоне укрепляется пластинчатая цепь, а вме-
сто шестерни ставится звездочка. Известны также машины, по-
зволяющие сгибать профиль по пространственной спиральной
кривой. Некоторые конструкции профилегибочных машин с по-
воротным столом и подвижным шаблоном приведены в работе [3].
Универсальные трубогибочные машины выпускаются для гиб-
ки труб диаметром в определенном диапазоне размеров и на
радиус от 1,5—2 до 5—10 диаметров трубы. Машины изготов-
ляются многих конструктивных разновидностей в части отдель-
ных узлов.
Основной конструктивной схемой машины является схема,
приведенная на рис. 94. На главном валу 1 жестко посажен
кронштейн зажимного устройства 2 и крепится гибочный шаб-
лон 3. Нажимное устройство 4 устанавливается на станине 5.
Зажимное и нажимное устройства часто выполняются одина-
ковой конструкции. Зажимная 6 (или нажимная 7) колодка кре-
пится к ползунку 8, который, в свою очередь, установлен в на-
правляющих кронштейна (или станины). При установке гибоч-
ного шаблона с другим радиусом рабочего ручья положение ко-
лодки изменяется путем перемещения ползунка вращением
вручную ходового винта 9.
Трубная заготовка 10 заводится продольным перемещением
на оправку И до упора 12, положение которого вдоль оси оправ-
ки может регулироваться для установки на разную длину пря-
мого участка заготовки.
Оправка крепится к станине машины посредством длинной
штанги 13. Для удаления оправки из согнутого участка заготов-
ки по окончании гибки часто ставится в месте крепления штанги
к станине специальное
Рис. 94. Конструктивная
схема трубогибочной
машины с механическим приводом
Для поворота заготовки вокруг продольной оси при много-
плоскостной гибке применяют поворотное устройство 14. После
первого изгиба заготовка поворачивается на заданный угол пово-
ротным устройством и удерживается им под углом в течение все-
го процесса гибки. При заведении трубной заготовки в машину
зажимная и прижимная колодки отведены от гибочного шабло-
на, чтобы создать условие для прохода заготовки.
Процесс гибки начинается с зажатия заготовки в зажимном
устройстве и перемещения в рабочее положение прижимной ко-
лодки. Для перемещения зажимной и прижимной колодок при-
меняются устройства различных типов — эксцентриковые, рычаж-
ные и др.
Машины выпускаются с механическим или гидравлическим
приводом. Механический привод выполняется преимущественно
с применением червячной передачи 15.
Все большее распространение получают гидравлические тру-
богибочные машины, выпускаемые от малых до самых больших
размеров. Гидравлические трубогибочные машины легко механи-
184
зировать и автоматизировать, что имеет важное значение, так
как у современных машин обычно предусматривается возмож-
ность работы как при индивидуальном включении отдельных
механизмов, так и на полуавтоматическом режиме. При полуав-
томатическом режиме работы с момента включения машины на
рабочий ход все переключения механизмов — перемещение в ра-
бочее положение зажимной и прижимной колодок, поворот ги-
бочного шаблона и останов его при заданном угле изгиба заго-
товки, удаление оправки, выталкивание трубы и возврат гибоч-
ного шаблона в исходное положение — происходят автомати-
чески.
В последнее время в крупносерийном производстве начинают
применяться для гибки труб небольшого диаметра машины с
программным управлением, позволяющим осуществлять много-
плоскостную гибку по заданной программе на полуавтоматичес-
ком режиме.
На рис. 95 показана конструкция главного вала и зажимного
механизма гидравлической трубогибочной машины с основным
приводом от гидравлического устройства.
Главный вал 1 установлен на станине 2 в мощных подшипни-
ках качения 3 и 4. На валу посредством шпонок в виде цилинд-
рических штифтов закреплен кронштейн 5 зажимного устройства.
Для обеспечения жесткости крепления кронштейн опирается на
главный вал также и в нижней части посредством детали 6.
Главный вал приводится во вращение от гидравлического
устройства двумя шарнирными пластинчатыми цепями, закреп-
ленными на колесе 7.
Гибочный шаблон 8 притягивается к главному валу централь-
ной шпилькой 9, а от проворота фиксируется шпонками 10.
Зажимная колодка 11 установлена в пазу клиновидной фор-
мы на ползунке 12, положение которого может регулироваться
на каретке 13. Регулировка положения ползунка производится
вращением винта 14, имеющего квадратную резьбу. Винт захо-
дит в полуцилиндрическую гайку 15, жестко закрепленную на ка-
ретке.
Вращение винта осуществляется качанием рукоятки 16, имею-
щей храповой механизм 17. Такая конструкция механизма позво-
ляет при помощи короткого винта осуществлять регулировку по-
ложения зажимной колодки на значительную длину. Положение
зажимной колодки регулируется при установке гибочного шабло-
на другого радиуса.
Для зажима заготовки и освобождения ее после окончания
гибки предусмотрен сдвоенный шарнирный ломающийся меха-
низм 18, приводимый в действие от поршня гидравлического ци-
линдра 19. Посредством этого механизма каретка вместе с пол-
зунком и колодкой отводится на значительное расстояние от ги-
бочного шаблона, а при зажиме механизм развивает большое
« и
Рис. 95. Узел главного вала и зажимного устройства
машины с гидравлическим приводом
усилие, необходимое для надежного удержания конца заготовки
на гибочном шаблоне. Последнее особенно необходимо при гиб-
ке заготовки на малый радиус с применением оправки.
На машинах используются также механизмы аналогичной
конструкции, но с одинарным шарнирным ломающимся механиз-
мом и большим усили-
ем гидравлического
устройства. Прижим-
ной механизм машины
обычно выполняется
полностью одинако-
вым с зажимным ме-
ханизмом.
На машинах не-
большого размера, для
труб диаметром до
108—115 мм, приме-
няется несколько от-
личная конструкция
привода главного ва-
ла — привод при по-
мощи гидравлического
лопастного двигателя
(рис. 96).
Главный вал 1 с
жестко закрепленным
на нем кронштейном 2
зажимного механизма
может свободно пово-
рачиваться в полом ва-
лу 3, скрепленном по-
средством шлицевого
соединения со втулкой
4 лопастного двигате-
ля. Втулка вращается
в корпусе двигателя,
состоящем из бараба-
на 5 и верхней и ниж-
ней крышек 6 и 7. От
Рис. 96. Узел главного вала и привода по-
средством гидравлического лопастного дви-
гателя
вытекания масла из ра-
бочей полости двигателя в крышках предусмотрены уплотнения.
Лопасть 8 двигателя крепится к втулке, а перемычки 9—к ба-
рабану.
Корпус двигателя установлен на станине 10 машины. Кроме
того, в станине в верхнем подшипнике 11 удерживается полый
вал, а в нижнем подшипнике 12 — главный вал. Для большей
жесткости крепления кронштейн зажимного устройства имеет
вторую опору на полый вал. На кронштейне предусмотрен тормоз
периодического действия 13. Зажимное устройство приводится
в действие от полого вала, который для этой цели введен в кон-
струкцию главного привода.
Каретка 14 соединена тягой 15 с осью 16, закрепленной на
фланце полого вала. При включении лопастного двигателя на
рабочий ход вначале поворачивается полый вал, перемещая ка-
ретку к гибочному шаблону 17. После прижатия трубной заготов-
ки зажимной колодкой 18 к гибочному шаблону начинается пово-
рот кронштейна вместе с главным валом и закрепленным на нем
гибочным шаблоном. При обратном вращении полого вала карет-
ка автоматически отводится от гибочного шаблона.
Регулировка положения зажимной колодки при смене гибоч-
ного шаблона производится перемещением ползуна 19 вращени-
ем нажимного винта 20.
Гидравлический лопастной двигатель удачно вписывается
в конструкцию трубогибочной машины; он нашел применение
в последних отечественных и зарубежных конструкциях трубоги-
бочных машин небольшого размера. Однако следует иметь в ви-
ду, что изготовление лопастного двигателя требует точной меха-
нической обработки основных деталей.
Применение в описанной конструкции трубогибочной маши-
ны зажимного устройства, действующего от главного привода,
позволило не делать установки специального зажимного меха-
низма, что несколько упростило конструкцию машины. Но это вы-
звало необходимость введения в конструкцию главного привода
полого вала, что усложнило конструкцию и вызвало увеличение
габаритных размеров лопастного двигателя.
Машины большого размера выполняются с приводом от гид-
равлического цилиндра посредством шарнирной пластинчатой
цепи. На рис. 97 показана мощная трубогибочная машина, кото-
рая используется на отечественных котельных заводах. Наиболь-
ший крутящий момент на главном валу равен 127 т. м. Машина
изготовлена Уральским заводом тяжелого машиностроения по
техническому проекту ЦНИИТМАШа.
Станина 1 машины выполнена сварной из труб большого диа-
метра, что сделало станину менее тяжелой. Привод главного ва-
ла 2 осуществляется от гидравлического цилиндра 3, приводимо-
го в действие от ротационного масляного насоса 4 и электродви-
гателя 5. Вспомогательные механизмы питаются от лопастного
насоса 6, приводимого электродвигателем 7.
Зажимное и прижимное устройства 8 и 9 одинаковы по кон-
струкции; они приводятся в действие от гидравлических цилинд-
ров 10 при помощи одинарных шарнирных ломающихся меха-
низмов.
На задней стойке станины установлен гидравлический ци-
линдр И, усилие в котором производит выдергивание оправки из
188
согнутого участка трубы. Цилиндр со всеми частями перемеща-
ется поперек станины посредством ходового винта 12\ благодаря
этому его положение устанавливается в соответствии с радиусом
гибочного шаблона.
Для поддержания трубы при ее заведении в машину 'преду-
смотрены направляющие ролики 13. Установка угла поворота
гибочного шаблона производится при помощи специального уст-
шг
Рнс. 97. Общий вид мощной трубогибочной машины диаметрами 114—426 л<л<
ройства 14, что позволяет получать более точный угол изгиба тру-
бы по сравнению с применением конечных выключателей, закреп-
ляемых на станине машины и действующих от кулачков главного
вала. Управление машиной производится от общего пульта 15.
На машине можно сгибать в горячем состоянии толстостенные
трубы диаметром до 426 мм.
В связи с использованием на тепловых электростанциях, в хи-
мической и нефтеперерабатывающей промышленности агрегатов
с высокими параметрами (давлением и температурой) возраста-
ет потребность в гибке толстотенных труб большого диаметра.
Кроме того, гибку стремятся проводить в холодном состоянии,
чтобы избежать необходимости в последующей нормализации
крупногабаритных гнутых трубных элементов.
Таблица 14
Техническая характеристика рекомендуемых трубогибочных машин
Параметры Модель
1 2 3 4 5
Наибольший крутящий момент па валу гибочного шаблона в т • м 3,2 16 80 250 1000
Наибольшие размеры трубы, сги- баемой .в холодном состоянии (предел текучести до 40 кГ/мм2) (диаметр X толщина стенки) в мм: без оправки 60x12 108X20 219x20 426X15 550x50
с оправкой 60x5,5 108x8,5 219x10 426x11 550x25
Наибольшие размеры трубы, сги баемой в горячем состоянии (предел текучести до 12 кГ/мм2), (диаметр х толщи- на стенки) в мм: без оправки 60 X Ю8Х 219х 465 x 32 550X
с оправкой , неогра- ничена неогра- ничена неогра- ничена 219x36 426x45 426x20 неогра- ничена
Радиусы изгиба в мм: наибольший 300 650 1300 465х 15 2000 2360
наименьший ..... 90 160 350 650 1280
Скорость гибки в об/мин . . . 5,0 3.0 1,0 0,5 —
Наибольшая длина трубы, заво- димой в машину, в м .... 5 5 7 7 12
Вес машины (ориентировочный) в т 4,0 7,5 25 80 625
Для удовлетворения указанной потребности Уральским заво-
дом тяжелого машиностроения изготовлены уникальные трубоги-
бочные машины с крутящим моментом 250 и 1000 т. м., обеспечи-
вающие гибку в холодном состоянии толстостенных труб диамет-
ром соответственно 465 и 550 мм. Машины имеют гидравлический
привод; они снабжены подвижным лотком.
В соответствии с технологией гибки, применяемой на котель-
ных заводах, ЦНИИТМАШем разработан размерный ряд трубо-
гибочных машин (табл. 14), по которому производится проекти-
рование и выпуск этих машин.
VI
Правка в валках
листового проката
27. Назначение и область применения
Правка в валках применяется для выправления в холодном
состоянии стальных листов и листов из цветных сплавов толщи-
ной до 50 мм и шириной до 5000 мм. Листы толщиной более 40—
50 мм обычно правятся под прессами.
Холодная правка в валках обеспечивает в условиях массового
производства, которым является прокатное, получение качества
листового проката в соответствии со стандартами на прокатную
тонколистовую и толстолистовую сталь. Согласно ГОСТам
3680—57 и 5681—57 допускается коробоватость тонколистового
проката обыкновенного 15 мм на 1 пог. м. и качественного, в за-
висимости от группы поверхности,— от 4 до 12 мм на 1 пог. м и
толстолистового проката обыкновенного 12 мм на 1 пог. м и каче-
ственного 8 мм на 1 пог. м.
На машиностроительных заводах в условиях серийного произ-
водства посредством холодной правки в многовалковых машинах
достигают большей точности листов, а именно: с коробоватостью
в пределах 1—2 мм на 1 пог. м, а в отдельных случаях даже еще
с меньшим допуском на коробоватость.
Горячая правка используется преимущественно в прокатных
цехах для промежуточной правки полуфабриката. Она осуществ-
ляется при температуре 500—700° С сразу же после выхода за-
готовок из клети прокатного стана. Правка в горячем состоянии
не может обеспечить достаточно ровную поверхность листов, так
как в процессе остывания происходит их коробление.
Правка в валках находит особенно широкое применение при
производстве проката на металлургических заводах, где почти
весь выпускаемый листовой прокат проходит операцию правки.
Этот способ правки применяют и на машиностроительных заво-
дах, на которых организовано производство изделий из листово-
го проката. Используется также деформирование в валках для
снятия старения у малоуглеродистого тонколистового проката
перед штамповкой из него облицовочных деталей автомобилей и
других аналогичных изделий.
Рассматриваемый способ правки является наиболее произво-
дительным по сравнению с другими способами правки — попереч-
191
ным изгибом на 'прессах и правкой растяжением. Правка произ-
водится в специальных листоправильных многовалковых ма-
шинах.
28. Технология
Правка осуществляется между двумя рядами валков, причем
валки одного ряда размещены в шахматном порядке по отноше-
нию валков другого ряда. Расстояние между рядами валков ре-
гулируется. Просвет между валками верхнего и нижнего рядов
устанавливается несколько меньшим толщины листа, подлежаще-
го правке.
Лист захватывается вращением валков и при прохождении
между ними получает многократные чередующиеся в противопо-
ложные стороны изгибы (перегибы) с напряжениями, превосхо-
дящими предел текучести материала, благодаря чему и достига-
ется выправление листа.
Правку можно производить в трех валках за два перехода, с
повертыванием заготовки перед вторым переходом. Так иногда
и выполняют на производстве правку путем использования гибоч-
ных машин при отсутствии многовалковой машины.
В этом случае кривизна перегиба не может превышать наи-
большую кривизну упругого изгиба, так как при большем изгибе
прямые участки листа получили бы в процессе правки некото-
рую остаточную кривизну. При прохождении между валками
искривленные участки, обращенные выпуклостью в сторону сред-
него валка, изгибаются на суммарную кривизну, складывающую-
ся от распрямления искривления и от перегиба в обратную сто-
рону. Благодаря этому искривленные участки получают пластиче-
скую деформацию изгиба и кривизна искривлений значительно
уменьшается. Полного выправления листа не происходит, так
как кривизна пружинения искривленных участков больше кривиз-
ны перегиба. Аналогично правка может осуществляться в четы-
рех валках только за один пропуск листа между валками.
В пятивалковой машине правка происходит более качествен-
но, чем в четырехвалковой, но все же искривления выправляются
не полностью, так как изгибающие моменты и, следовательно,
пружинение участков, бывших перед правкой прямыми и искрив-
ленными, будут неодинаковы вследствие неодинакового упрочне-
ния металла и разных остаточных напряжений. Пружинение ра-
нее искривленных участков, у которых направление кривизны
совпадает с направлением кривизны перегиба под четвертым вал-
ком, будет меньше, а у участков, искривленных в обратном на-
правлении,— больше, чем у прямолинейных участков (см. гл. I,
раздел 6).
Неравномерности механических свойств листа и распределе-
ния остаточных напряжений, получившиеся вследствие влияния
192
деформации выпрямления искривленных участков, могут быть
устранены, если лист подвергнуть многократным перегибам (см.
там же). Это свойство используется в многовалковых машинах.
С целью повышения качества правки в правильных машинах уве-
личивают количество валков до 17, а в отдельных специальных
случаях еще больше. При этом большее количество валков при-
нимается для тонких листов, которые более подвержены короб-
лению и труднее поддаются правке, чем толстые листы. Для лис-
тов с высоким пределом текучести также требуется большее ко-
личество валков.
Рис. 98. Положение правильных валков в машинах:
а — с параллельными рядами валков; б — с непараллельными рядами
валков
Многовалковые машины по расположению валков и принципу
регулировки их положения выполняются двух типов: с параллель-
ными рядами валков и индивидуальной регулировкой крайних
валков (рис. 98, а) и с непараллельными рядами валков
(рис. 98, б).
В машинах первого типа ряды валков расположены парал-
лельно. Регулировкой положения по высоте валков одного ряда
устанавливается требующийся прогиб листа. Кроме общей регу-
лировки, крайние валки имеют еще индивидуальную регулировку.
Последняя предусматривается у переднего валка в целях созда-
ния условия для более удобного заведения листа в валки, а у зад-
него валка, как было сказано выше, для обеспечения прямоли-
нейности прошедшего правку листа.
В зависимости от назначения машины количество валков при-
нимается равным 5—13. Пяти-семивалковые машины применяют-
ся для правки толстых листов, а также для грубой правки листов
средней толщины.
13 Заказ 663 193
При правке в горячем состоянии пружинение заготовки прак-
тически отсутствует, поэтому перегиб листа в валках производит-
ся только для создания усилий нажима на валки, обеспечиваю-
щих предварительную компенсацию упругих деформаций дета-
лей правильной машины.
В машинах второго типа ряды валков расположены под не-
которым небольшим углом друг к другу с увеличением расстоя-
ния между рядами валков к выходной стороне. Кривизна переги-
ба листа в валках постепенно уменьшается и на предпоследнем
валке становится близкой к кривизне упругого изгиба. Благода-
ря этому устраняется необходимость индивидуальной регулиров-
ки положения последнего валка. Следовательно, один ряд валков
имеет двойную регулировку: регулируется его положение по вы-
соте и угол наклона.
Машины с непараллельными рядами валков предназначают-
ся преимущественно для правки тонких листов, меньших 4—
8 мм. В этом случае непараллельная установка рядов валков
также содействует повышению качества правки благодаря воз-
никновению в листе дополнительных растягивающих напряже-
ний, так как основная работа изгиба происходит под первыми
валками, а тяговое усилие создается всеми валками. Количест-
во валков принимается равным 9—17.
Для заведения листа в валки предусматриваются задающие
парные валки, устанавливаемые перед правильными валками.
Задающие валки также производят предварительную правку
больших искривлений и тем облегчают подачу в правильные
валки тонких листов, обычно более искривленных, чем толстые
листы.
В последнее время в США наблюдается тенденция применять
машины с непараллельными рядами валков для листов средней
и большой толщины. По-видимому, это объясняется тем, что хотя
машины с непараллельными рядами валков несколько сложнее,
но при этом требуется электродвигатель меньшей мощности, чем
в машине с параллельными рядами валков.
Особо тонкие листы, толщиной менее 1—2 мм, не могут быть
доброкачественно выправлены в многовалковых машинах вто-
рого типа, тем более что для тонких листов, часто используемых
для изготовления облицовочных деталей, требования к качеству
правки значительно выше.
Причиной, снижающей качество правки тонколистового про-
ката, является особенность коробоватости этого вида проката,
вызываемая условиями прокатки.
При прокатке обычно получается неравномерное обжатие ли-
ста по ширине из-за неодинакового размера щели между про-
катными валками. Неравномерно обжатые участки располага-
ются вдоль всей длины листа в виде продольных полос.
Неравномерное обжатие влечет за собой разную по величине
вытяжку отдельных участков листа — более обжатые участки
получают большую вытяжку по длине листа, чем менее об-
жатые.
При прокатке толстых листов, происходящей при высокой тем-
пературе, благодаря большой пластичности металла и жесткости
листа более вытянутые участки легко преодолевают взаимодей-
ствие соседних участков и увеличивают длину листа, который
получается «с раскаткой» или «с ушами».
Тонкие листы вследствие быстрого остывания катаются при
пониженной температуре или в холодном состоянии. По этой
причине взаимодействие различно вытянутых участков вызывает
значительно большие внутренние напряжения сжатия в более
вытянутых участках и растяжения в менее вытянутых. Так как
жесткость тонких листов мала, то внутренние напряжения вызы-
вают потерю устойчивости более вытянутых участков, что приво-
дит к образованию местной волнистости или отдельных «Хлопу-
нов». Этот вид коробоватости, в отличие от погнутости, принято
называть волнистостью.
Волнистость листов может быть выправлена только путем вы-
равнивания длины различно обжатых участков листа. По анало-
гии с правкой на растяжных правильных машинах, на которых
менее вытянутые участки растягиваются до длины более вытяну-
тых участков, обычно считают, что при правке на многовалковых
машинах происходит растяжение листа. Как показывают теоре-
тические и экспериментальные исследования пластического изги-
ба, это мнение является неправильным, так как заметное
удлинение изгибаемого листа начинает происходить только при
изгибе на малые радиусы, во много раз меньшие радиусов, на
которые осуществляется изгиб при правке. Проведенные нами
опыты показали, что заметное удлинение заготовки на 0,2—0,5%
можно получить только после двадцати-тридцатикратного про-
пуска заготовки через правильную машину.
Процессу правки волнистости в многовалковых машинах
можно дать следующее объяснение. При правке в многовалковой
машине поперечные силы, распределенные приблизительно рав-
номерно по ширине листа, стремятся прижать все его участки к
валкам, т. е. изогнуть листы равномерно по ширине. Вследствие
этого в более вытянутых участках возникают в продольного на-
правлении сжимающие напряжения, в менее вытянутых — ра-
стягивающие. Эти напряжения складываются с напряжениями
изгиба, и нейтральный слой смещается в разные стороны, в за-
висимости от знака продольного напряжения. В результате в
процессе правки более вытянутые участки листа получают пла-
стическую деформацию сжатия, а менее вытянутые — деформа-
цию растяжения и, следовательно, волнистость листа уменьша-
ется.
В многовалковых машинах, предназначенных для правки тон-
колистового проката толщиной менее 1—2 мм, который обычно
имеет большую волнистость, для интенсификации выравнивания
длины различно вытянутых при прокатке участков листа преду-
сматриваются, с одной стороны, большое количество правиль-
ных валков (до 23—29) и, с другой стороны, специальные уст-
ройства для выгиба валков, благодаря чему создается неравно-
мерный прогиб листа по ширине. Естественно, что большему
прогибу подвергаются менее вытянутые участки листа. Для каж-
дого характерного вида распределения волнистости по ширине
листа требуется специальная
настройка машины — выгиб
валков на соответствующих
участках.
Установка валков для
правки листов с различным
расположением волнистости
показана на рис. 99. При вол-
нистости, расположенной по
краям листа, валки прогиба-
ются посредине нажатием
опорных роликов (рис. 99, а) и
листу дается на средних уча-
стках больший прогиб, а при
волнистости, расположенной
посредине листа, средние опор-
ные ролики отводятся от вал-
листа, проходящего правку, вал-
ки выгибаются посредине в обратном направлении (рис. 99,6) и
в результате создается больший прогиб листа по краям. В слу-
чае же одностороннего расположения волнистости валки уста-
навливаются наклонно поперек листа (рис. 99,в).
Для правки в этих машинах требуется большое количество
валков. Оно принимается равным 13—21, а в отдельных специ-
альных случаях машины выполняются с еще большим количест-
вом валков.
Известны машины с количеством валков до 29.
Следует заметить, что правка высококачественных листов
осуществляется с использованием двух способов: предваритель-
ной правки листов в многовалковой машине и окончательной —
в растяжной машине.
При освоении производства высокопрочных тонких листов из
специальных сталей, титановых и других сплавов, часто постав-
ляемых в закаленном или нагартованном состоянии, возникают
большие трудности в получении качественной правки. Правка в
многовалковых и растяжных машинах не обеспечивает требуемо-
го качества высокопрочных листов.
196
в)
Рис. 99. Положение валков при
волнистости листа:
а — по краям; б — посредине;
в — с одного края
ков и под действием давления
В многовалковых машинах диаметр валков, определяемый из
условий прочности, получается слишком большим, вследствие
чего не может быть осуществлена подача листа валками при не-
обходимой кривизне перегиба, которая также получается боль-
шой из-за высокого предела текучести материала листов.
На растяжных машинах также часто не представляется воз-
можным осуществить правку, так как относительное равномер-
ное удлинение и модуль упрочнения материала высокопрочных
листов незначительны. В частности, при малом модуле упрочне-
ния (примерно при отношении предела прочности при растяже-
нии к пределу текучести меньше 1,1—1,15) правка растяжением
невозможна из-за обрыва листов.
Рис. 100. Комбинирован-
ный способ правки одно-
временным растяжением
и перегибами в валках
Одним из наиболее перспективных способов правки высоко-
прочных листов является комбинированный способ правки —
путем одновременного растяжения и перегиба в валках (автор-
ское свидетельство № 85296 с приоритетом от 19 августа 1949 г.).
Этот способ может быть осуществлен путем перемещения много-
валковой каретки вдоль листа, находящегося в растянутом со-
стоянии (рис. 100,а), или же продвижением через многовалковое
устройство растянутого листа тянущими и притормаживающими
валковыми устройствами или моталками (рис. 100,6).
При перегибах в валках растянутого листа в нем возникают
напряжения от двух видов внешних нагрузок — растягивающего
усилия и изгибающего момента. Растягивающее усилие вызыва-
ет в продольных прямолинейных участках листа упругие напря-
жения растяжения, в то время как волнистые участки листа оста-
ются ненапряженными.
От изгиба в валках по всей ширине листа в прямолинейных и
волнистых участках возникают примерно равные упругие напря-
жения изгиба — растяжения на выпуклой стороне листа и сжа-
тия на вогнутой, распределенные по толщине листа по линейной
зависимости.
При одновременном действии внешних нагрузок в продоль-
ных прямолинейных участках листа напряжения складываются и
в зоне растяжения (от изгиба) напряжения достигают предела
текучести на значительном участке по толщине листа (рис. 101),
благодаря чему материал в этом месте получает пластическую
деформацию растяжения. При прохождении листа через валки
будут поочередно пластически растягиваться то верхняя, то ниж-
няя зоны поперечного сечения прямолинейных участков, и в ре-
зультате эти участки по всей длине получат удлинение. Волнистые
участки листа будут деформироваться только упруго, так как в
них будут возникать только напряжения от изгиба.
Рис. 101. Схема распределения напря-
жений при одновременном действии
растяжения и изгиба.
а — при выпуклости вверх; б — при вы-
пуклости вниз
всей ширине листа напряженное
В процессе правки пря
молинейные участки удлиня-
ются, и благодаря этому
волнистые участки выпра-
вятся. Как только длина
прямолинейных и волнистых
участков сравняется, даль-
нейшее растяжение будет
получать лист уже по всей
ширине равномерно. Вели-
чину растяжения листа це-
лесообразно устанавливать
из расчета, чтобы неболь-
шую пластическую дефор-
мацию получили волнистые
участки, вследствие чего по
состояние в момент перегиба
будет примерно одинаковым и после снятия нагрузки упругая
отдача будет также одинаковой по всей ширине листа.
Рассмотренный комбинированный способ правки был разра-
ботан в центральном научно-исследовательском институте тех-
нологии и машиностроения (ЦНИИТМАШ) и экспериментально
проверен в лабораторных и опытно-производственных условиях
на специальной машине при правке высокопрочных листов тол-
щиной 0,5—1,0, шириной 800 и длиной до 3000 мм.
В результате опытной правки установлено: а) способ обеспе-
чивает качественную правку низкопластичных малоупрочняемых
листов (остаточная коробоватость до 1 мм на 1 пог. м); б) не-
равномерность толщины листа по его ширине не отражается на
качестве правки; в) оптимальной величиной растягивающего уси-
лия является усилие, вызывающее в листе напряжения, равные
70% предела текучести, и при этом изгиб должен соответство-
вать наибольшему упругому изгибу нерастянутого листа, т. е.
напряжения от изгиба на его поверхности достигают предела те-
кучести; г) за один пропуск листа через многовалковую каретку
можно получить удлинение листа до 4—6%. а за несколько про-
пусков— до 20% и даже выше, т. е. в несколько раз больше рав-
номерного удлинения.
29. Определение технологических параметров
машин
Из технической литературы известно несколько методик рас-
чета параметров листоправильных многовалковых машин. Ме-
тодики разных авторов [6, 7, 25, 31 и 37] имеют принципиальное
отличие в выборе исходных условий и в принятых в них допуще-
ниях; к последним относится пренебрежение кривизной пружи-
нения листа в процессе правки, включение в расчет полной ве-
личины работы деформации и другие. Результаты расчетов по
различным методикам получаются различные, например в вели-
чинах крутящего момента до 2 раз и более. При этом надо иметь
в виду, что расчет параметров процесса правки на универсаль-
ных многовалковых машинах может быть только приближенным,
так как не могут быть точно установлены исходные условия (на-
чальная коробоватость листов), а механические свойства мате-
риала листов имеют существенные колебания. Ввиду этого нель-
зя признать полезным применение в методиках некоторых авто-
ров [25] раздельного определения кривизны изгиба и крутящего
момента на каждом валке. Это приводит только к необходимости
проведения кропотливых расчетов.
Ниже излагается методика расчета параметров листоправиль-
ных многовалковых машин, разработанная автором ранее [14],
но с некоторой корректировкой. В частности, при определении
крутящего момента на валках исключена работа упругой дефор-
мации листа.
При определении параметров процесса правки, как и при про-
ектировании любого процесса обработки давлением, необходимо
исходить из формы и размеров заготовки до и после деформиро-
вания и из механических свойств ее материала.
Для процесса правки характеристикой исходной формы заго-
товки будет являться относительная кривизна искривлений и не-
равномерность их распределения по листу, т. е. исходная коробо-
ватость листа.
Интенсивность правки определяется кривизной перегиба ли-
ста в валках и количеством правильных валков.
Кривизна перегиба листа в валках устанавливается исходя
из величины наибольшего искривления, которое должно быть
выправлено на машине, а количество правильных валков выби-
рается в соответствии с толщиной листов, видом их коробовато-
сти и требованиями, предъявляемыми к качеству листового про-
ката, поставляемого заказчиком.
Для толстолистового проката, который сравнительно мало
подвержен короблению, требуется меньшая кривизна перегиба
и меньшее количество валков, чем при правке тонколистового
проката. Совершенно очевидно, что для правки ленты, сходящей
с моталки, требуется меньшая кривизна перегиба и меньшее ко-
личество валков, так как кривизна имеет относительно большой
радиус, направлена в одну сторону и сравнительно равномерна.
Согласно анализу поперечного пластического изгиба (гл. I,
раздел 7) радиус кривизны перегиба будет определяться шагом
валков (расстоянием между опорами) и стрелой прогиба. Сле-
довательно, шаг валков при одних и тех же условиях правки дол-
жен быть пропорционален толщине листа, а так как коробова-
тость проката с уменьшением толщины листа увеличивается, то
для правки тонких листов должен предусматриваться еще мень-
ший шаг валков. Величина радиуса валка, как и радиус пуансо-
на при свободной гибке с большим относительным радиусом, не
оказывает влияния на кривизну изгиба листа, если этот радиус
существенно меньше конечного радиуса изгиба.
В правильных машинах диаметр валков определяется по ус-
ловию прочности, которое с уменьшением размера машины ста-
новится менее благоприятным. С уменьшением толщины листа
силовые параметры уменьшаются, пропорционально толщине
(при одинаковом относительном шаге), а полярный момент со-
противления шейки валка — в кубической зависимости. Вследст-
вие этого правильные машины выполняются для тонколистового
проката с диаметром валков, близким к шагу, В = (0,9 0,96)/,
а для толстолистового проката — с относительно меньшим диа-
метром валков: О = (0,7-4-0,85)/. С уменьшением ширины ли-
стов условие прочности валков становится более благоприятным,
поэтому у машин для правки ленты или узких листов диаметр
валков принимается значительно меньшим шага, О = (0,5 -е-
4- 0,7) /.
В связи с изложенным следует подчеркнуть, что выбор ради-
уса валка равным или пропорциональным радиусу наибольшей
кривизны листов, как рекомендуется некоторыми авторами [7],
является неправильным.
Кривизна перегиба и изгибающий момент. Кривизну листа
можно рассматривать как кривизну изгиба после пружинения,
т. е. кривизну изделия при гибочных операциях 1/г0, а кривизну
перегиба листа 1/гпер— как кривизну пружинения согнутого ли-
ста после снятия нагрузки 1/гпр. Кривизна перегиба определяет-
ся по кривизне наибольшего искривления листа, которое может
быть местным или общим, как, например, у ленты, сматываемой
с моталки. В соответствии с уравнением (61) относительная кри-
визна перегиба будет равна
—-— = 2т ——, (206)
Г пер Е
или относительная высота упругой зоны
I
2т
(207)
Относительный изгибающий момент определяется по уравне-
ниям (57) и (77), в зависимости от величины относительного ра-
диуса кривизны наибольшего искривления. В соответствии с ре-
зультатами замеров кривизны горячекатаного листового проката
(прокатываемого полистно) и опытом правки рекомендуем при-
нимать для универсальных многовалковых машин исходную ве-
личину: для тол стол истового проката толщиной 20 мм и более 20„
а для остального проката 10. При определении параметров уни-
версальных машин подсчитывать значение т следует по уравне-
ниям чистопластического изгиба. Тогда в соответствии с уравне-
нием (77)
т = 1,5+—, (208>
2г0
где г о — относительный радиус наибольшего искривления.
Наибольший изгибающий момент будет возникать при про-
хождении участка листа с наибольшей средней по ширине листа
кривизной под вторым или третьим валками, в зависимости от-
того, в какую сторону обращено выпуклостью искривление. От-
носительный радиус наибольшей средней кривизны искривлений
для листов всех размеров примерно равен го.ср~30. Тогда в со-
ответствии с уравнением (77)
(Ь \
1,5 + -^Мя7ат. (209>
о.ср)
Под остальными валками величина кривизны изгиба будет
состоять из кривизны перегиба под рассматриваемым валком и
кривизны, оставшейся после перегиба под предыдущим валком,,
так как после выхода из-под валка кривизна уменьшается вслед-
ствие пружинения. Тогда остаточная кривизна
—I—= —’----------—. (210)
гост гпер гпр
Кривизну пружинения определим из условия изгиба на кри-
визну перегиба прямолинейного участка листа. Так как относи-
тельный радиус перегиба сравнительно большой, то изгибающий
момент определим из уравнения упруго пластического изгиба.
Тогда кривизна пружинения
— = 2щл₽р^-; (211)
Гпр Е
относительный изгибающий момент
/ О \2
тпер — 1,5 — 2 (гпер-^-) , (212).
X Г. /
или, выражая через высоту упругой зоны,
, 2
тпер = 1.5 — ЪуТ . (213).
А. Правка в машинах с параллельными рядами валков
Крутящий момент и мощность привода. Общий крутя’щий мо-
мент на валках складывается из крутящих моментов, затрачи-
ваемых на выправление искривлений листа, на создание переги-
бов листа в валках, на преодоление сопротивлений трения ка-
чения валков по листу, трения качения валков по опорным
роликам и трения в подшипниках правильных валков и опорных
роликов.
а) Крутящий момент, затрачиваемый на выправление искрив-
лений, будет меняться в зависимости от средней кривизны участ-
ка, находящегося в каждый отдельный момент под вторым или
третьим валком.
Так как кривизна изгиба значительна, то наибольший крутя-
щий момент выразится уравнением, аналогичным уравне-
нию (84):
^Р = (МН+МО)-^-. (214)
11 о.ср
б) Крутящий момент, затрачиваемый на перегибы листа в
валках. Учитывая, что перегиб листа происходит под всеми вал-
ками, за исключением первого и последнего, получаем выраже-
ние для крутящего момента:
М" =^-(п-2), (215)
где А — работа пластической деформации при перегибе под од-
ним валком.
Принимаем выражение работы в общем виде в соответствии
с рис. 12 по теории упругопластического изгиба согласно уравне-
нию (95). Тогда
' / 2 \
Мкр = 11,5 Згр -А- + 2гпер I-------
Е Е2 / г с
(П-2). (216)
\ Г. / АГ пр АП
Подставляем в уравнение (216) значение — — и
I гс гпр гост
— по уравнению (210) и производим преобразования. Тогда по-
<=[(0,5-г,,„Д у г. / г ост □ \ 2 о - 7 гпер №от — <п~2> . (217) 2/1 ' ’
Это уравнение является сравнительно точным. Для расчетов,
связанных с предварительным определением шага валков и дру-
гих параметров машины, выведем упрощенное уравнение. Так
как радиус перегиба сравнительно небольшой, Рпср < 2501г, то
можно принять упрощенную эпюру изгибающего момента в виде
параллелограмма с высотой, равной Мо (рис. 12). Тогда работа
изгиба выразится так:
А = М0—— Ь(п — 2). (218)
Кост
Крутящий момент, затрачиваемый на перегиб листа в валках,
после подстановки значения —— по уравнению (210)
Г ост
Мо = 1,5^ и — = 3 —
гпр Е
(чистопластический изгиб без упрочнения), получим из уравне-
ния
дЛ1 о Г 1 О А К I сл
Мкр — 3 I 3 —— 1 —- — (п — 2). (219)
' пер Е / И 2
Подсчеты, проведенные по точному и приближенному уравне-
ниям (217) и (219), показали, что разница в результатах состав-
ляет 9% Для случая гибки листов из стали 20 и 16% для случая
гибки листов из стали 45.
в) Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения
качения валков по листу,
= {Р, (220)
где Р — суммарное усилие на валках.
г) Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения
качения валков по опорным роликам при расположении опорных
роликов на одной вертикальной оси с валками
М™ = Д(2, (221)
при расположении опорных роликов в шахматном порядке
81П<р
(222)
угол <р определяется из уравнения
где —усилие от давления листа на валки, передающееся на
опорные ролики; оно определяется в зависимости от
расположения опорных роликов по длине валков; ос-
тальная часть усилия (Р — 0.) воспринимается подшип-
никами валков;
—диаметр опорных роликов.
д) Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения
в подшипниках валков и опорных роликов,
+ (223)
где р и р1 •— коэффициенты трения соответственно в подшипни-
ках валков и опорных роликов;
—диаметр цапфы опорных роликов (см. гл. II, раз-
дел 12).
Общий крутящий момент и потребная мощность электродви-
гателя
мкр = м’р + М" + М™ + М™ + мЪ, (224)
Ы = —------кет, (225)
51 От] '
где V — скорость правки в м/сек-,
г; — к. п. д. привода машины.
Усилия на валках. Лист, находящийся в процессе правки,
представляет собой как бы многоопорную балку, нагруженную
сосредоточенными силами выше предела текучести (рис. 98).
Решение этой задачи в общем виде затруднительно, поэтому уп-
рощаем ее, принимая допущение, что под всеми валками, кроме
двух крайних, изгибающие моменты одинаковы [36]. Это допу-
щение дает несколько завышенные значения усилий на четырех
(двух с каждой стороны) крайних валках. Определяем усилия
на валках из условия равенства изгибающего момента листа
сумме моментов всех сил, лежащих по одну сторону от рассмат-
риваемого валка. Тогда усилие на первом валке
Р1 = 2^ . (226)
усилие на втором валке
Р2 = ; (227)
усилие на третьем валке
Р3=Р4=-^; (228)
на остальных валках, кроме двух последних,
Р5 = • • • = ; (229)
на предпоследнем валке
Р„_! = ; (230)
на последнем валке
= (231)
суммарное усилие на валках
р = 8М0(л—2) . (232)
усилие на верхнем или нижнем ряде валков
р, = 4М0 ~ 2) . (233)
При расчете на прочность наиболее нагруженных валков уси-
лие следует подсчитывать по наибольшему изгибающему момен-
ту Мн, а при подсчете суммарного усилия от давления листа на
валки — по Мо.
Следовательно, в последнем случае не учитывается повыше-
ние усилий на первых валках от выправления искривлений. Это
незначительное уменьшение суммарного усилия компенсируется
его завышением, получающимся благодаря принятому допуще-
нию при определении усилий.
Шаг и диаметр валков. В технической литературе по анали-
зу процесса правки в валковых машинах обычно указывается,
что шаг и диаметр валков выбираются из условия обеспечения
качества правки листа в соответствии с их значениями у хорошо
работающих машин. Такой метод может быть применим только
при проектировании машин, имеющих широко проверенные на
производстве прототипы, а в случае проектирования оригиналь-
ной машины, например для правки высокопрочных листов этим
методом воспользоваться нельзя.
Теоретические и экспериментальные исследования, проведен-
ные автором по изучению пластического изгиба и процессов гиб-
ки и правки на ротационных машинах [11] и [12], дали возмож-
ность предложить новый теоретически обоснованный метод опре-
деления шага и диаметра валков. Расчетные значения, опреде-
ляемые по предложенному методу, получаются близкими к
значениям шага и диаметра валков у существующих наиболее
рошо зарекомендовавших себя валковых машин.
Если шаг и диаметр валков устанавливать из условия обес-
печения изгиба листа на требующуюся кривизну перегиба, то
диаметр валков должен быть меньше удвоенного радиуса пере-
гиба листа. Например, для листов из углеродистых сталей 20—45
I) < (270 4- 380) Л. Однако при этом отношении диаметра валков
к толщине листа не может происходить подача листа валками,
потому что нормальные усилия, возникающие между валками и
листом, создают недостаточное тяговое усилие, так как шаг вал-
ков получается слишком большим.
Увеличение тягового усилия осуществляется за счет повыше-
ния усилий между валками и листом, что достигается путем вы-
бора значительно меньшей величины шага валков и, следова-
тельно, их диаметра. В зависимости от прочностных свойств ме-
талла листов наибольшую величину шага принимают равной
(50—80) К. Для улучшения подачи в машинах для тонких листов
дополнительно устанавливают также подающие и тянущие пар-
ные ролики, применение которых позволяет несколько повысить
предельную величину шага валков.
По условию обеспечения подачи листа крутящий момент тя-
гового усилия должен быть равен или больше крутящих момен-
тов, затрачиваемых на выпрямление искривлений листа, на пере-
гиб листа в валках и на преодоление трения качения валков по
листу и трения в цапфах неприводимых валков. Рассмотрим наи-
более общий случай, когда неприводными являются только два
крайних валка. Тогда крутящий момент тягового усилия будет
Мкр_ т Мкр -р МКр -р Мкр. непр . (234)
Чтобы получить более простое уравнение для определения
шага валков, проведем упрощение выражений моментов.
Крутящий момент тягового усилия
п О 2М„(п — 2) О
Мкр. т — Рпр(г 1 —- - ар! , (235)
где а — коэффициент, равный отношению давления листа на
приводные валки к давлению листа на все валки;
а = = 2-~5 (236)
Р 2(п —2) ’ ' ’
Крутящий момент, затрачиваемый на выправление искривле-
ний,
К, = (мн-рмо) <— -р—=
\ г0 Гпер / 4/1
= + _ (237)
2Л \го.ср гпер )
где
2М0 ~ 6г0 ’
здесь го — 30.
Крутящий момент Л4”р, затрачиваемый на перегибы в валках,
принимаем по уравнению (219).
Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения ка-
чения валков по листу,
М"р = Р/ = 87И0(п —2) г _ (238)
Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения в
цапфах неприводных валков,
М™ = (Р-Рпр)^ = 8М°<”~2) (1_а)иА (239).
После подстановки в уравнение (234) значений крутящих
моментов и соответствующих преобразований получаем выраже-
ние для наибольшего значения относительного шага валков:
^тах 8 ащ - 1 О 7 й. т О | Си
к / 1 1 \ ' —1 к ГО. ср гпер ) 1 та ьо + / 1 \ гпер \ — 3 — Е )
(240)
В случае выполнения машины для правки листов в опреде-
ленном диапазоне по толщине в уравнение подставляется наи-
меньшая толщина листа.
Анализ уравнения (240) показал [14], что условие подачи ли-
ста лимитирует шаг валков: с уменьшением количества валков
ухудшаются условия подачи, следовательно, буксование более
возможно при задаче листа в валки, когда лист изгибается меж-
ду первыми валками.
Наихудшим случаем в отношении буксования будет момент,
когда лист находится между первыми пятью валками, так как
при этом выправляются имеющиеся на листе искривления и кри-
визна перегиба листа в валках достигает наибольшей величины,
а тяговое усилие создается небольшим количеством валков.
Следовательно, при определении наибольшего значения шага
валков следует в уравнение (240) подставить количество валков,
равное пяти, независимо от общего количества валков в машине.
Кроме того, в этом случае последний валок будет приводным, ко-
эффициенты а и и будут постоянными величинами (а = 0,92 и
п = 3); тогда уравнение (240) примет вид
/ 2/ а \
8 I 0,92ц! —-— 0,08р.— 1
= • - , к х /----------, , Р / о--~ Ап.п• (240а)
(---+------ з +2 ---------2-Г
\О) гпер / \ Г пер Е. /
Теперь перейдем к определению наименьшего значения шага
валков. Эта величина лимитируется прочностью валков и усло-
вием отсутствия смятия валками поверхности листа.
В отношении прочности валка наиболее слабым местом явля-
ется его шейка, передающая крутящий момент. Прочность валка
на изгиб не лимитирует шага валков, так как она всегда может
быть повышена за счет установки опорных роликов.
Рассмотрим зависимость наименьшего значения шага валков
от прочности шейки валка на кручение.
Наибольший крутящий момент воспринимается вторым и
третьим валками. Определяем наибольший крутящий момент на
третьем валке, используя уравнение (228):
п Р 8МК Р 2 ,,, О /пл
Мкр3 = ~ Н V = "Г тЬ1г Т • (241>
Л I Л о I
По условию прочности шейки валка на кручение крутящий
момент также равен
Мкр5 = 0,2^4. (242)
где Оо — допускаемое напряжение на кручение для материала
валка.
Решаем совместно уравнения (241) и (242); подставляя наи-
более часто применяемые соотношения с1 = 0,67) и О = 0,9/, по-
лучаем уравнение для определения наименьшего относительного
шага: ________
/ . 3 Г и.тЬа„
-У™- > 2,67 1 / —-----— . (243)
/г У /го0
При расчете на прочность значение А принимается наиболь-
шее, если машина предназначается для правки листов в опреде-
ленном диапазоне по толщине.
Из анализа уравнения‘следует, что с уменьшением толщины
листа величина наименьшего относительного шага валков воз-
растает.
Определим наименьший относительный шаг валков при прав-
ке горячекатаного проката из стали 20, принимая ориентировоч-
но Оо = 15 кГ/мм2 и щ = 0,3. Значение коэффициента трения
скольжения валков по листу принято наибольшее, так как при
этом создаются в шейке ролика максимальные напряжения. Тог-
да уравнение (243) примет вид
, 3/ Т
>2,6 1/— (244)
К V н ' 7
Зависимость наименьшего значения шага валков от условия
отсутствия смятия листа валками можно установить исходя из
известной формулы Герца для случая нажатия цилиндра на
вогнутую поверхность:
оСЛ> 0,418 |/ -----Ц, (245)
где Исле — допускаемое напряжение на смятие;
Р — наибольшее усилие нажатия заготовки на ролик;
'Ь—-длина цилиндра;
г — радиус цилиндра.
Согласно принятым нами обозначениям Р = Р$, = —и гг =
= Рпер. Тогда _______________
осл> 0,4181/^7—---------— (246)
СМ V ь \ О Япер ) 7
Анализ существующих машин показывает, что могут быть
допущены напряжения на смятие, равные примерно двум преде-
лам текучести листа при растяжении. Подставляя значение Р3
из уравнения (288) и принимая Д = 0,85/ и РПер = О, получим
= 0,24 (247)
Для листов из стали 20 наименьшее значение шага валков
получается равным
/пип = 1 Ой. (248)
Для наглядного представления о зависимости наибольшего
и наименьшего значений шага валков приводим диаграмму
(рис. 102). Рассмотрение диаграммы показывает, что для тол-
стых листов из стали 20 шаг валков может быть принят в преде-
лах от ЮЛ до 65Л, но с уменьшением толщины листов нижний
предел повышается и приближается к верхнему пределу.
Таким образом, при проектировании валковых машин долж-
но быть обращено особое внимание на правильность выбора оп-
тимальной величины шага валков. При малом шаге машина по-
лучится более тяжелой, мощность электродвигателя более высо-
кой и повысится износ валков и их подшипников, а при слишком
большом шаге возможно пробуксование валков по листу в мо-
мент его задачи в машину.
Машины типовых конструкций обычно выполняются для
правки листов с широким диапазоном по толщине, что позволяет
на одной машине править листы различной толщины. У боль-
шинства машин диапазон листов по толщине принимается трех-
четырехкратным, т. е. наибольшая толщина листов, которые мо-
гут правиться на машине, равна трем-четырем наименьшим тол-
щинам листов. В этих случаях шаг валков выбирается равным
/ты = (10-^-20)Лтах, (249)
/гаах = (40^65)йт1п. (250)
Для ориентировочного выбора шага валков в зависимости от
заданного диапазона листов по толщине или, наоборот, для уста-
новления предельных размеров толщины листов, которые могут
быть выправлены при заданном шаге, приводится диаграмма
(рис. 103).
14 Заказ 663 209
1
й
60
Рис. 102. Диаграмма наибольших и наименьших значений относительно-
го шага в зависимости от толщины листа из стали Ст. 3 шириной
2000 мм для машин с параллельными рядами валков
Окончательный расчет оптимального шага валков следует
проводить по предлагаемым выше точным уравнениям крутящего
момента для каждого конкретного случая.
Машины рассматриваемого типа, т. е. с параллельными ряда-
ми валков, с трех-четырехкратным диапазоном листов по тол-
щине могут осуществляться для правки наименьшей толщины
листов, равной 3—6 мм, так как при меньшей толщине листов не
будет выполнимо одно из условий (249) и (250). Для правки
более тонких листов следует применять машины с непараллель-
ными рядами валков.
Б. Правка в машинах с непараллельными рядами валков
В машинах с непараллельными рядами валков оптимальной
настройкой является установка верхнего ряда валков так, чтобы
под третьим валком прогиб листа соответствовал расчетной кри-
визне перегиба, а под предпоследним валком — наибольшему
прогибу упругого изгиба. Следовательно, в отличие от машин
предыдущего типа, кривизна перегиба, изгибающий и крутящий
моменты и усилие на валках будут изменяться от наибольшего
значения под третьим валком до наименьшего под предпослед-
ним. Наибольшая кривизна перегиба будет определяться по при-
веденной выше методике для машины первого типа.
Рис. 104. Схема распределения кривизны перегиба в вал-
ках в машинах с непараллельными рядами валков
В машинах, предназначаемых для правки сильно коробова-
тых листов, когда предусматриваются устройства для выгиба
валков, расчетную величину кривизны перегиба следует увели-
чивать. Для широких и тонких листов (В >1500 мм и й <
<2,0 мм) должен приниматься наибольший коэффициент уве-
личения, равный 70% [31].
Следовательно, основным отличием в методике расчета ма-
шин с непараллельными рядами валков является определение
зависимости изменения перечисленных параметров по валкам.
14* 211
По конструктивным особенностям машин величина прогиба
листа под валкам изменяется линейно. По результатам экспери-
мента Л. А. Сонина [32] можно считать, что при пластическом из-
гибе на большой радиус кривизна изгиба связана приблизитель-
но линейной зависимостью с величиной прогиба и, следовательно,
будет линейно изменяться обратная величина от высоты упругой
зоны. Тогда, согласно рис. 104, получим выражение относитель-
ной высоты упругой зоны при изгибе листа под /-валком:
• (п — I — 1)п-2{/' (I— 3)
Кривизна перегиба и пружинения, изгибающий и крутящий
моменты соответственно выразятся так:
Г пер. I — Ут1 _ (252)
Л4,- = (1,5 — ут[) (253)
-^- = 2(1,5-^)^;
пр. I С
(Г \2 3
616 — Г пер. I —~ -- +
Е / гпер.1
+ (1,5 — Гтр. 1 V —— — . (254)
\ Е / гост. I _
Усилие на Свалке определим по аналогии с упругим изгибом
многоопорной балки:
р,=. (255)
Учитывая, что
получаем
Р. = . (256)
Общий крутящий момент, затрачиваемый на перегибы листа
в валках, и общее усилие на валках можно точно определить пу-
тем суммирования этих величин, подсчитанных для каждого
валка.
Расчеты показывают, что средний изгибающий момент на вал-
ках можно принять для приближенных расчетов равным 0,9 Л40.
Тогда уравнения (219) и (232) примут вид
М^р = (---1-----3 М _ 2), (257)
\ тпер. ср Е ! 2
где
-г1—+ (258>
пер. ср с.гпер 2ГуП
Р = 7>2 М0(п-2) (259)
Шаг и диаметр валков. В отличие от машин с параллельны-
ми рядами валков, у машин рассматриваемого типа все правиль-
ные валки выполняются приводными, вследствие чего уравнение
крутящего момента тягового усилия (234) примет вид
(260) .
Производим такие же преобразования уравнения (260), как
и при выводе уравнения (240). Тогда получаем выражение для
наибольшего значения шага валков:
о. ср
/ %
+ —1—-ы.вГ—’I——з—)
гпер. ср / (п — 2) \ гпер. ср Е /
(261)
Анализ уравнений (240) и (261) показал [14], что в машинах
с непараллельными рядами валков условия подачи примерно
такие же, как в машинах с параллельными рядами валков. Усло-
вия задачи листа в валки у рассматриваемых машин будут луч-
ше, чем у машин предыдущего типа, так как все валки выпол-
няются приводными и предусматриваются задающие парные вал-
ки, устанавливаемые специально для улучшения условий задачи
листа в правильные валки.
Так как машины с непараллельными рядами валков имеют
большое количество валков, то при рассмотрении условий задачи
листа можно пренебречь наклоном верхнего ряда валков и счи-
тать кривизну перегиба листа под валками 2—5 постоянной и
равной расчетной величине. Тогда уравнение для проверки усло-
вия задачи листа в валки примет вид
где ф --------коэффициент, учитывающий тяговое усилие за-
8М° дающих парных валков (Т — суммарное усилие
1 нажатия на лист приводных задающих валков).
Применение задающих парных валков позволяет выбрать
значительно больший шаг валков. Так, например, при ф = 1, т. е.
когда оба задающие валка приводные и усилие нажима верхнего
с непараллельными рядами валков
га валков для листов из стали Ст. 3 шириной 2000 мм
для машин с непараллельными рядами валков
валка равно половине усилия на третьем валке при перегибе
/ г, \
( Лз =—— ] , наибольшее значение шага валков можно принять
до 30% большим, чем в случае осутствия задающих валков.
Для определения наименьшего шага валков остаются спра-
ведливыми уравнения (243) и (249). Изменение наибольшего
и наименьшего значений шага валков показано на диаграмме
(рис. 105). Из диаграммы следует, что значения наибольшего
относительного шага постоянно, а значение наименьшего повы-
шается с уменьшением толщины листа.
Для ориентировочного выбора шага валков приводится диа-
грамма (рис. 106). Проверка правильности выбора шага валков
должна производиться по точным формулам, которые были выве-
дены выше.
Примерный поверочный расчет
Проводим поверочный расчет одиннадцативалковой машины
(4—10) 2000 мм, изображенной на рис. 109.
*
Основные расчетные параметры
Толщина листа й в мм ............................ 4—10
Ширина листа Ь в мм................................ 2000
Материал (марка) ................................. Сталь Ст.3
Скорость правки V в мм/сек.......................... 125
Шаг валков I в мм................................... 150
Диаметр валков Е> в мм.............................. 140
Количество валков п................................... 11
Диаметр в мм:
опорных роликов ............................... 140
цапф валков И................................... 85
цапф опорных роликов ........................... 85
Наибольший изгибающий момент [по уравнению (209)]
.. е ! п-6 \ 2000 • 10« ос
Мн = I 4- „ 0 у№ат = ( 1,5 4-------------------------• 26 =
\ 2го ср / \ 2 • зо / 6
= 14,6 • 105 кГ • лш.
Начальный изгибающий момент [по уравнению (78)]
.. , , г- 2000- 102 с 1О 1П5 г
Л40 = к\^ат = 1,5---------26 = 13 • 105 кГ мм,
6
где го,Ср принимаем равным 30.
Для стали Ст. 3 пт = 26 кГ)мм- и ко = 11,6 (см. табл. 1);
кг для прямоугольного сечения 1,5 (табл. 4).
Кривизна перегиба листа в валках [по уравнению (206)]
—= 2т— = 2- 2,08
Г пер Е
= 0,0052,
21 000
где т — относительный изгибающий момент, соответствующий
наибольшей местной кривизне го = 10;
т = К 4- = 1,5 4- = 2,08.
2г0 2-10
Усилие на наиболее нагруженном валке [по уравнению (228)]
Р2 = = 8_14-6 • 105 = 77 800 кГ.
I 150
Суммарное усилие на валках [по уравнению 232)]
р = 8ЛЩ-2) = 8 -1300 000(11-2) _ 624 00()
I 150
Наибольший крутящий момент, затрачиваемый на выправле-
ние искривлений [по уравнению (214)],
<Р=(Ж+М0)~— = (14,6 • 105 + 13 • 105) X
^пго. ср
X -140 = 322 000 кГмм.
4-10-30
Крутящий момент, затрачиваемый на перегибы в валках,
[по уравнению (219)]
\ гпер Е / п 2
= 3 (0,0052 — 3 -°° -102' 140 (11 —2) = 283 000 кГмм.
\ 21 000/ 2-10 '
Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения
качения валков по листу [по уравнению (220)],
Л4"р = }Р = 0,8 624 000 = 500 000 кГмм,
где [ = для горячекатаного проката 0,8 мм.
Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения
качения валков по опорным роликам [по уравнению (222)],
ЛЛУ /1<? 0,3 - 437 000 , г г- ппп г
Мкр = - =-----------= 155 000 кГмм,
Р соха, 0,843
где в соответствии с расположением опорных роликов по длине
валка принято С} = 0,7Р = 0,7 • 624 000 = 437 000 кГ;
/1 — коэффициент трения качения валков по опорным роли-
кам; /1 = 0,3 мм;
51П а =------ = —1“— = 0,536; а = 32° 30', соз а = 0,843.
И + Р1 140+140
Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения в
подшипниках валков и опорных роликах [по уравнению (223)],
Мукр = Ри — = 624000 • 0,05 -—- = 1330000 кГмм.
р 2 2
Подшипники валков и опорных роликов являются подшипни-
ками скольжения (сталь по бронзе с хорошей смазкой), поэтому
принимает ц = 0,05.
Средний суммарный крутящий момент
Мкр. ср = М1Р. ср + М" + С1 + М™р + М?р =322 000 +
4- 283 000 + 500 000 + 155 000 + 1 330 000 = 2 590 000 кГмм.
Из сопоставления числовых значений отдельных крутящих
моментов можно заключить, что основную часть (~50%) обще-
го крутящего момента составляет крутящий момент, затрачива-
емый на преодоление трения в цапфах и опорных роликах, по-
этому на выбор конструкции подшипников и обеспечение их на-
дежной смазки должно быть обращено особое внимание.
Потребная мощность электродвигателя
1 Мкр. ср” 2 590 000-125 С1 п
Ы =--------.--------------------= 51,0 кет,
51 От] 51 • 140 • 0,9 • 1000
где т) — к. п. д. привода.
В действительности на машине установлен электродвигатель
мощностью 55 кет.
Определяем наибольшее значение шага валков из условия
обеспечения подачи листа [уравнение (240а)] и наименьшее зна-
чение шага по условию прочности шейки валка на кручение
[уравнение (243)].
Наибольшее значение шага
Лпах
^ппп
/ 2( а
8(о,91щ — ——— 0,09р —
[ 2-0,8 „ 85 \ •
810,91 - 0,2 —----—— 0,09 - 0,05-----
1 140 140 /
(— + 0,0052) + 2 (0,0052 — 3
к 30 I 3 \
4 = 318 ММ',.
Ьго. СР
= ],07.
6 • 30
Наименьшее значение шага
1>-1тЬаг
Постах
15 • 10
0,3 . 1,7 • 2000 26
’ ^тах
10= 145 ММ',
здесь т\ определяется из условия выпрямления кривизны, рас-
пространяющейся на всю длину листа; г0 — 30;
т1= 1,5 + -^ = 1,5+ — = 1,7.
2г„ 2-30
Шаг валков, принятый в машине равным 150 мм, удовлетво-
ряет условию /тах > / > /пип- Однако можно заметить, что на
рассматриваемой машине возможна правка листа меньше ука-
занного в технической характеристике значения наименьшей
толщины Н = 4.
Если ^5= — = 79, то, следовательно, при I = 150 мм мож-
Лты 4
но править листы толщиной пш1п = — =2 мм, т. е. с отношени-
ем — • В большинстве случаев у универсальных многовал-
“тах 5
новых правильных машин принимается соотношение йщш: /1тах =
= 1:4.
30. Конструкции машин
В соответствии с конструктивными особенностями многовал-
ковые машины состоят из двух основных самостоятельных уз-
лов— собственно машины (рабочая клеть) и привода, соединен-
ных между собой шарнирными шпинделями. Необходимость
установки шарнирных шпинделей вызывается нестационарным
положением валков одного ряда и часто также из-за трудности
выполнения привода с малым шагом выходных валов, равным
шагу валков.
Привод многовалковой машины имеет два назначения: сниже-
ние числа оборотов электродвигателя и распределение движения
на выходные валы, число которых соответствует числу привод-
ных валков.
Обычно привод монтируется на отдельной плите и состоит из
двух основных устройств — распределительного редуктора (ше-
стеренная клеть) и понижающего редуктора, входной вал кото-
рого соединен муфтой с электродвигателем. Оба редуктора вы-
полняются в общем корпусе или в виде двух самостоятельных
узлов, соединенных между собой одним или несколькими ва-
лами. В последних конструкциях многовалковых машин оба ре-
дуктора и шарнирные шпиндели располагаются в одном корпусе,
непосредственно примыкая к станине машины. При такой компо-
новке машина получается с полностью закрытыми механизма-
ми привода (рис. 107).
В многовалковых машинах рабочая клеть осуществляется в
основном по одной принципиальной схеме: валки нижнего ряда
устанавливаются на станине машины, а валки верхнего ряда в
подвижной траверсе, положение которой регулируется в верти-
кальном направлении для создания требующегося прогиба листа
между валками. Регулировка траверсы производится от отдель-
ного электродвигателя, а в упрощенных конструкциях машин —
вручную при помощи штурвала. В целях устранения люфтов в
218
нажимных шпинделях и уменьшения усилия, требующегося для
перемещения траверсы, вес ее уравновешивается посредством
пружин, грузовых противовесов или пневматического устройства.
По условиям технологии могут быть допущены незначитель-
ные прогибы валков, но диаметр валков является технологиче-
ским параметром и в большинстве случаев он не может быть
выбран из условий жесткости валков; поэтому применяются
опорные ролики.
Рис. 107. Многовалковая листоправйльная машина совре-
менной конструкции
Опорные ролики устанавливаются в один или несколько ря-
дов по длине роликов. Применяются две схемы расположения
опорных роликов по отношению к валкам — в шахматном по-
рядке и по вертикальной оси. При шахматном расположении,
которое применяется преимущественно в машинах для правки
тонколистового проката, опорные ролики препятствуют прогибу
валков в вертикальном и горизонтальном направлениях; следо-
вательно, они воспринимают усилие от изгиба листа и тяговое
усилие.
Применение опорных роликов вызывает необходимость вы-
держивать особенно точно расстояние между центрами подшип-
ников, т. е. шаг как валков, так и опорных роликов. Точность в
шаге валков малого диаметра принимают 0,05—0,1 мм. По этой
причине, а также вследствие относительно малого межцентрово-
го расстояния подшипники валков и опорных роликов с каждой
стороны выполняются в общем блоке.
Для упрощения первоначальной пригонки и для возможности
периодически выверять положение опорных роликов в современ-
ных машинах, предназначаемых для качественной правки, кор-
пусы подшипников опорных роликов устанавливаются на плиты,
самостоятельные для каждого ряда роликов. Положение плит
регулируется в вертикальном и горизонтальном направлениях.
При расположении опорных роликов по вертикальной схеме
их монтаж упрощается, так как может быть допущена неточ-
ность их установки по отношению к валкам в горизонтальном
направлении и требуется меньшая точность в соблюдении меж-
центрового расстояния. Однако рассматриваемое расположение
опорных роликов применимо только в машинах большого раз-
мера, у которых жесткость валков обеспечивает прогиб их от
действия тягового усилия в допустимых пределах.
Управление машиной, состоящее из пусковых электрических
устройств, штурвалов и рукояток, обычно располагается на про-
тивоположной приводу стороне машины. Здесь же устанавлива-
ются устройства, показывающие положение верхних валков, т. е.
величину прогиба листа. В машинах, предназначаемых для ин-
тенсивной работы, управление всеми механизмами машины, по-
дающим и выдающим рольгангами производится с пульта управ-
ления. Машины разных типов имеют значительные конструктив-
ные особенности.
В машинах с параллельными рядами валков преимуществен-
но применяются станины рамного типа. Подвижная траверса по-
мещается внутри станины в вертикальных направляющих, а
механизмы регулировки располагаются в верхней части стани-
ны, на верхней траверсе. Ввиду сложной и громоздкой конфигу-
рации станины выполняются разъемными. Они состоят из четы-
рех основных частей: двух стоек, нижней и верхней траверс.
Входной и выходной направляющие валки выполняются не-
приводными, и их положение по высоте регулируется вручную
посредством самостоятельных механизмов. Исключение состав-
ляют машины больших моделей, в которых регулировка направ-
ляющих валков осуществляется от отдельных электродвигателей
или от электродвигателей регулировки с включением при помо-
щи муфт.
Из-за нестационарного положения направляющих валков по
отношению к основным правильным валкам у них затруднитель-
но установить опорные валки, вследствие чего часто направляю-
щие валки выполняются меньшей длины или предусматривается
несколько коротких валков-роликов, расположенных по одной
оси.
Одиннадцативалковая машина среднего размера конструкции
Старо-Краматорского машиностроительного завода показана на
220
рис. 108 и 109. Станина рабочей клети машины состоит из двух
стоек /, нижней 2 и верхней 3 траверс, которые соединены меж-
ду собой болтами; траверсы, кроме того, входят зубьями в пазы
стоек. Нижние валки 4 и опорные ролики 5 установлены в под-
шипниках нижней траверсы, а верхние валки 6 и опорные роли-
ки 7, одинаковой конструкции с первыми,— на подвижной тра-
версе 8.
Подшипники правильных валков и опорных роликов глухие,
с бронзовыми втулками, и размещены посекционно в общих кор-
пусах 9 и 10. Корпусы подшипников валков крепятся к траверсам
посредством шпонок 11 и болтов 12 с Т-образной головкой, а кор-
пусы подшипников опорных роликов установлены свободно в
пазах траверс и опираются на клинья 13 и 14. От продольного
смещения они предохраняются планками 15. Перемещением
клиньев 13 выверяется положение опорных роликов по отноше-
нию к валкам. Клинья перемещаются при помощи болтов 16.
Выверка положения опорных роликов производится периодиче-
ски, в связи с износом бронзовых втулок или при замене их.
Опорные ролики расположены в шахматном порядке по отно-
шению к валкам, чем достигается передача усилия от валков на
ролики в двух местах по диаметру валка и, кроме того, предуп-
реждается прогиб валков в вертикальном и горизонтальном на-
правлениях.
Подвижная траверса установлена в направляющих стоек
станины и прижимается тягами 17 и пружинами 18 к нажимным
шпинделям 19 через сферические подпятники 20. Регулировка
положения подвижной траверсы производится от электродвига-
теля 21. Движение передается через червячный редуктор 22 на
распределительный вал 23: последний соединяется муфтами 24
с валками червячных передач 25 нажимных механизмов, разме-
щенных в стойках. Колеса червячных передач вращаются в
бронзовых втулках 26, укрепленных в корпусах, отлитых вместе
со стойками. Они передают движение нажимным шпинделям, с
которыми соединяются шлипевым зацеплением, причем шпинде-
ли могут свободно перемещаться в осевом направлении по
отношению к колесам. Нажимные шпиндели установлены по-
средством трапецеидальной резьбы в гайках 27, запрессованных
в стойки. При вращении шпиндели перемещают в вертикальном
направлении подвижную траверсу и тем создают требуемый
зазор между рядами валков.
Регулировка положения направляющих валков 28 осуще-
ствляется от маховичков 29, сидящих на валках 30, от которых
движение передается на нажимные шпиндели 31 через червяч-
ные передачи 32. Зубчатые колеса последних одновременно яв-
ляются гайками шпинделей. Механизмы регулировки размеще-
ны в коробках 33, прикрепленных к подвижной траверсе.
В стойках предусмотрены пазы для возможности перемещения
Рис. 109. Одиннадцативалковая машина (44-10)2000 льк. Рабочая клеть
в них валов маховичков. Положение по высоте подвижной тра-
версы устанавливается по реечному указательному устрой-
ству 34.
Привод машины осуществляется от электродвигателя 35 че-
рез приводной двухступенчатый цилиндрический редуктор 36 и
шестеренную клеть 37. На правильные валки движение пере-
дается шарнирными шпинделями 38.
На рис. НО показана конструкция более мощной девятивал-
ковой машины, предназначенной для правки листов толщиной
12—25 мм и шириной 2100 мм (конструкции Центрального бюро
кузнечно-прессового машиностроения).
Стойки станины установлены на фундаментной плите 1 и сое-
динены в нижней части траверсой 2, а вверху — стяжными
тягами 5. Для удобства отливки и механической обработки
•стойки выполнены разъемной конструкции и состоят из двух
частей 4 и 5, стянутых между собой стяжными болтами 6.
Подвижная траверса также разъемная и состоит из трех
соединенных частей: средней части 7 и двух боковых 8. Она ус-
тановлена в станине в четырех регулируемых направляющих.
Регулировка направляющих осуществляется перемещением на-
жимных планок 9 при помощи нажимных и отжимных винтов.
Валки имеют разъемные подшипники, которые выполнены
непосредственно в стойках и подвижной траверсе. Регулировка
положения опорных роликов производится также посредством
клиновых устройств.
Подвижная траверса уравновешена грузом 10 и соединена
с ним четырьмя рычажными механизмами, из которых каждый
состоит из тяги И, двуплечего рычага 12 и серьги 13. Плечи ры-
чагов разные, благодаря чему вес груза в несколько раз меньше
веса подвижной траверсы. Груз помещен между стойками, в ре-
зультате чего достигнута наибольшая компактность машины.
Подвижная траверса опирается на четыре шпинделя 14. Вра-
щение шпинделей производится от электродвигателя 15, движе-
ние от которого передается через двусторонний цилиндрический
редуктор 16 на два распределительных вала 17, соединяющихся
со шпинделями червячными передачами. Положение направляю-
щих валков регулируется вращением от штурвалов 18 распре-
делительных валов, соединяющихся со шпинделя 19 червячными
передачами.
На стойках предусмотрены вертикальные направляющие ро-
лики 20, предупреждающие трение листа о стойки станины.
Валки приводятся от электродвигателя постоянного тока 21 че-
рез приводной двухступенчатый цилиндрический редуктор 22 и
шестеренную клеть 23. Корпуса редукторов совмещены в одной
детали.
Более простыми правильными машинами являются машины
с ручной регулировкой положения подвижной траверсы. Ручная
224
регулировка применяется в машинах, предназначаемых для
правки листов небольшой толщины.
Основные параметры некоторых нормально работающих ма-
шин с параллельными рядами валков приведены в табл. 15.
Основные параметры многовалковых машин
с параллельными рядами валков
Таблица 15
Параметры № модели
I I] III IV V VI VII
Толщина листа в мм .... 4—6 4—10 6—16 12—25 10—32 20—32 18—50
Ширина листа в мм .... 2500 2500 2500 2100 3500 4000 4000
Предел текучести в кГ/мм" 60 32 32 26 32 42 80
Скорость правки в м/мин 12 10 8 15—24 8 6 6
Число правильных валков . . 9 9 9 9 7 7 7
Шаг правильных валков в мм 200 200 250 300 400 450 550
Диаметр правильных валков в мм - . . 180 180 230 260 370 430 520
Число рядов опорных роликов 2 2 2 1 2 2 2
Мощность электродвигателей в кет: главного привода . . . 70 80 65 460 310 2x155 2X280
механизма регулировки 13 5 Нет 22,5 22 22 22
Габаритные размеры в мм: ширина 3630 2330 дан- ных 2850 Нет 4 600 6 000 5 200
длина 7780 9850 10330 дан- ных Нет 14 170 15 000 15 700
высота 3530 3385 4120 дан- ных 4790 5 980 6 870 8 350
Вес машины в т 53,5 61 92,6 94 227 296 550
Машины для горячей правки толстых листов имеют несколь-
ко иную конструкцию (рис. 111). Стойки / установлены на двух
фундаментных балках 2 и соединены между собой нижней 3 и
верхней 4 траверсами. Стойки имеют отъемные верхние части 5,
которые соединены с основными частями посредством зубьев,
штифтов 6 и стяжек 7, затягиваемых чеками 8.
Подшипники нижних валков 9 выполнены в стойках и за-
крыты общей крышкой 10, а подшипники верхних валков 11
имеют отдельные корпусы 12. Направляющими подшипников
верхних валков служат стойки станины и стержни 13.
Положение верхних валков регулируется электродвигате-
лем 14, от которого движение передается через червячный ре-
дуктор 15, имеющий выходные валы в обе стороны, и конические
226
Рис. 111. Девятивалковая машина (754-265)1600 лви для горячей правки
передачи 16 на вертикальные валы 17. Последние соединены
шестернями 18 с цилиндрическими колесами 19, сидящими на
шпинделях 20 среднего валка. Эти колеса сцепляются с такими
же зубчатыми колесами, укрепленными на шпинделях остальных
правильных валков. Шпиндели вращаются в бронзовых втул-
ках 21 и в гайках 22, запрессованных в подвижную траверсу, и
опираются пятами в подшипники верхних валков.
Верхние валки и их подшипники уравновешены грузами 23,
которые соединены двуплечими рычагами 24 со штырями 25,
упирающимися в корпусы подшипников верхних валков.
Шпиндели крайних верхних валков опираются не на корпусы
подшипников, а на подпятники 26, входящие резьбовыми хвосто-
виками в гайки 27. На наружном диаметре подпятников наре-
заны червячные зубья, которыми подпятники сцепляются с
червяками 28, закрепленными на распределительных валках 29.
Последние вращаются вручную посредством штурвала 30, кото-
рым производится индивидуальная регулировка направляющих
валков. Маховички 31 сидят на резьбе и служат для затормажи-
вания распределительных валов.
Приводными являются только нижние валки. Они приводятся
от электродвигателя через приводной двухступенчатый редук-
тор и шарнирный шпиндель на один из нижних валков. Послед-
ние соединены между собой цилиндрической передачей, шестер-
ни которой расположены в шахматном порядке. Шестерни 32
верхнего ряда сидят на концах валков, а шестерни 33 нижнего
ряда вращаются на осях в подшипниках станины (вторые
шестерни необходимы для обеспечения вращения валков в од-
ном направлении).
Кроме правильных валков, в машине предусмотрены задаю-
щие парные валки, которые подают лист в правильные валки.
Нижние задающие валки 34 вращаются в подшипниках станины
и приводятся цепными передачами 35 от нижних правильных
валков. Верхние задающие валки 36 неприводные и укреплены
на концах рычагов 37. Прижим этих валков к листу осущест-
вляется от пневматического устройства 38.
В машинах с непараллельными рядами валков в большинстве
конструкций верхний ряд валков устанавливается наклонно и
регулируется по высоте. Это осуществляется выполнением под-
вижной траверсы из двух частей (верхней, установленной в вер-
тикальных направляющих станины, и нижней, имеющей
возможность поворачиваться по цилиндрическим опорным по-
верхностям) или путем установки в наклонное положение всей
подвижной траверсы. Во втором случае станина выполняется в
виде стола, а подвижная траверса опирается на нее через пру-
жины и удерживается от бокового смещения направляющими
планками. Регулировка угла наклона верхнего ряда валков про-
изводится от самостоятельного механизма вручную или совме-
228
щается с механизмом регулировки положения верхнего ряда
валков по высоте, обычно приводимых от электродвигателя.
В машинах этого типа, предназначаемых для правки тонких
листов, по соображениям прочности правйльных валков прини-
мается относительный шаг большим, вследствие чего условия
задачи листа в валки ухудшаются. Для обеспечения надежной
задачи листа в машинах, предназначаемых для правки сильно
коробоватых листов, предусматриваются задающие парные
валки.
Задающие парные валки монтируются в станине рабочей
клети или же устанавливаются на отъемном кронштейне, на
небольшом расстоянии от правйльных валков. Обычно верхний
валок имеет компенсирующее устройство пружинного типа или
пневматическое. Это устройство позволяет верхнему валку при-
подыматься при прохождении искривленного участка. Привод-
ными являются оба валка или только один нижний. Привод
задающих валков осуществляется цепной передачей от вала
переднего правильного валка или же от шестеренной клети по-
средством шарнирных шпинделей.
При правке листового проката в виде ленты также устанав-
ливаются парные валки, которые в этом случае служат для
преодоления сопротивления листа при разматывании из рулона
и других сопротивлений, возникающих при перемещении ленты.
Валки часто располагаются в отдельной стойке и имеют само-
стоятельный привод. В остальном конструкции машин с непа-
раллельными рядами валков аналогичны конструкциям машин
с параллельными рядами валков.
На рис. 112 показана семнадцативалковая машина для ли-
стов толщиной 3—12 и шириной 1500 мм конструкции ВНИИ-
МЕТМАШа. Рабочая клеть машины состоит из двух основных
частей —нижней и верхней. Нижней частью является станина /,
неподвижно установленная на фундаментной раме 2, а верхняя
часть представляет собой подвижную траверсу 3. Станина и не-
подвижная траверса разъемные, состоят из двух боковых литых
деталей и средней сварной.
Подвижная траверса установлена на станине на четырех
пружинах 4, уравновешивающих ее вес. Направляющими для
вертикального перемещения подвижной траверсы служат план-
ки 5, прикрепленные болтами к станине.
Давление листа на верхние валки воспринимается четырьмя
стяжными шпинделями 6, посредством которых также осуще-
ствляется перемещение подвижной траверсы. Стяжные шпин-
дели опираются буртами на упорные конические подшипники 7,
установленные посредством сферической шайбы 8 на подвижной
траверсе. Нижние концы стяжных винтов входят резьбой в гай-
ки 9, которые под действием уравновешивающих пружин посто-
янно прижимаются через сферические шайбы 10 к станине.
0852
230
Рис. 112. Семнадцативалковая машина (34-12)1500 мм
Вращением стяжных шпинделей осуществляется регулировка
положения по высоте и угла наклона верхнего ряда валков.
Для выполнения этой задачи у передних и задних стяжных
шпинделей предусмотрены самостоятельные механизмы приво-
да от отдельных реверсивных электродвигателей 11. При одно-
временном включении обоих электродвигателей происходит
регулировка положения верхних валков по высоте, а в случае
включения одного из электродвигателей — изменение угла на-
клона верхнего ряда валков.
От электродвигателей движение передается на стяжные
шпиндели через червячные редукторы 12, имеющие два выход-
ных вала, соединяющиеся с валами червячных передач 13, коле-
са которых жестко закреплены на верхних концах стяжных
шпинделей. Корпусы червячных передач подвешены на червяч-
ном колесе при помощи шариковых подшипников и предохра-
няются от проворота штырем 14.
Положение передней и задней сторон подвижной траверсы
определяется указательным устройством 15.
Подшипники верхних 16 и нижних 17 валков выполнены по-
секционно в общих корпусах 18, которые имеют возможность
самоустанавливаться путем поворота по цилиндрическим по-
верхностям подкладных планок 19. Корпуса подшипников при-
креплены к станине или к подвижной траверсе болтами 20 через
пружины 21. Нежесткое крепление корпусов обеспечивает воз-
можность их поворота.
Опорные ролики 22 поставлены в два ряда. Они также вра-
щаются в подшипниках, выполненных в общих корпусах 23.
Корпуса подшипников каждого ряда роликов жестко крепятся
к отдельным траверсам. Траверсы 24 нижних опорных роликов
опираются на станину винтами 25, посредством которых уста-
навливается положение опорных роликов по отношению к ниж-
ним валкам. Траверсы 26 верхних опорных роликов поджима-
ются к подвижной траверсе посредством тяг 27 и пружин 28 и
опираются на подвижную траверсу винтами 29 через сфериче-
ские подпятники 30.
Установка опорных роликов по верхним валкам производит-
ся вращением гаек 31. Траверсы верхних опорных роликов
опираются на винты посредине, благодаря чему они могут са-
моустанавливаться по правильным валкам. Такая конструкция
подшипников валков и крепления опорных роликов обеспечивает
равномерное распределение давления валков по длине опорных
роликов и устраняет возможность защемления подшипников
правильных валков.
Траверсы опорных роликов предупреждаются от смещения в
горизонтальном направлении планками 32. Привод правильных
валков осуществляется от электродвигателя 33 через два парал-
лельно установленных червячных редуктора 34, шестеренную
232
клеть 35 и шарнирные шпиндели 36. Валы червячных редукто-
ров соединены с валами шестеренной клети посредством
зубчатых муфт <37, компенсирующей небольшой перекос и сме-
щение валов между собой.
Задающие парные валки 38 имеют отдельную станину 39,
установленную на фундаментной плите рядом с рабочей клетыо.
Нажатие валков производится от пневматического цилиндра 40
через рычажный механизм 41. Оба валка приводные; они приво-
дятся от отдельного электродвигателя 42 через редуктор 43 и
шарнирные шпиндели.
Описанная машина является наиболее современной много-
валковой листоправильной машиной.
Многовалковые машины небольшого размера часто выпол-
няются также с нижним расположением привода регулировки
положения валков; в этом случае регулируется нижний ряд вал-
ков. При такой компоновке высота машины уменьшается.
Регулировка обычно производится вручную от штурвалов.
Последние сидят на валках, связанных червячными передачами
с гайками, в которые входят нижние концы стяжных шпинделей;,
при этом гайки одновременно служат колесами червячных
передач.
В авто- и вагоностроении применяются многовалковые маши-
ны с перегибающим устройством. Кузова автомобилей и об-
шивка вагонов изготовляются посредством холодной штамповки
тонколистовых заготовок из малоуглеродистой стали. В процес-
се старения в стали образуется цементитная сетка, которая
значительно понижает пластические свойства материала. При
штамповке на таких листах возникают «линии Чернова» и резко
повышается брак по разрывам листа. Практикой установлено,
что при изгибах листа цементитная сетка разрушается и пла-
стичность восстанавливается.
Для интенсификации деформаций изгиба применяется спе-
циальное перегибающее устройство, встраиваемое в многовал-
ковую машину с непараллельными рядами валков. Многовалко-
вая машина с перегибающим устройством показана на рис. 113.
Перегибающее устройство состоит из семи валков: одной пары
задающих валков 1, гибочного валка 2 и двух пар подающих
валков 3 и 4. Вследствие значительной величины работы пере-
гиба листа подающие валки должны обеспечить большое тяго-
вое усилие, в связи с чем усилие их нажатия на лист прини-
мается более высоким, чем у задающих валков. Гибочный валок
имеет вертикальное перемещение, осуществляемое посредством
рычажного механизма.
Все валки, за исключением гибочного, приводные. Окруж-
ная скорость задающих валков несколько ниже, чем у подаю-
щих валков, благодаря чему обеспечивается прилегание листа к
гибочному валку.
гза
При заведении листа в машину верхние подающие валки
приподнимаются, а гибочный валок опускается. В таком поло-
жении лист легко заводится в машину. После этого верхние
подающие валки опускаются и зажимают конец листа. Затем
автоматически поднимается гибочный валок, перегибая лист,
который получает тройной перегиб с радиусом изгиба, равным
радиусу валков. Вследствие этого и происходит изменение струк-
Рис. 113. Одиниадцативалковая машина с перегибающим
устройством
туры материала листа, а также возникают остаточные сжимаю-
щие напряжения в наружных слоях листа. Полученная листом в
перегибающем устройстве кривизна выправляется при прохож-
дении его между правильными валками 5, расположенными по
обычной схеме.
Основные параметры некоторых многовалковых машин с не-
параллельными рядами валков, выполненных в соответствии
с конструкцией машины, показанной на рис. 112, приведены в
табл. 16.
В машинах с местной регулировкой положения валков по
•сравнению с машинами предыдущего типа дополнительно пре-
дусматриваются устройства для местной регулировки валков
одного, в большинстве случаев верхнего, ряда.
Таблица 16
Основные параметры многовалковых машин с непараллельными
рядами валков
Параметры № модели
I II III IV V
Толщина листа в мм . . 1,5—3 0,5—4 1,5—5 3-6 3—12
Ширина в мм 1500 1500 1000 730 1500
Предел текучести материала листа в кГ/ чм2 26 50 42 22 32
Скорость правки в м/мин 7 8—24 14,6 36 6—30
Число правильных валков 9 17 17 9 17
Шаг правильных валков в мм .... ПО 142 142 128 200
Диаметр правильных валков в мм .... 100 140 140 125 180
Число рядов опорных роликов 1 1 1 — 1
Мощность электродвигателей в кет:
главного привода . . 11 37 28 28 60
механизма регулировки Руч- Руч- Руч- Руч- 14
Габаритные размеры в мм'. ная ная ная ная
ширина 1750 3120 3120 2100 4330
длина 3850 6290 5720 3560 5700
высота . о . . . 1600 1900 1900 1580 4080
Вес машины в т 7,7 31,0 31,5 7,5 60
Прогиб валков осуществляется регулировкой положения по
высоте опорных роликов, причем каждый ряд роликов регули-
руется самостоятельно. Для возможности более тонкой регули-
ровки кривизны валка и, следовательно, величины прогиба ли-
ста по его ширине машины, предназначаемые для качественной
правки, выполняют с несколькими рядами опорных роликов.
Подшипники верхних валков и верхние опорные ролики выпол-
няют обязательно самоустанавливающимися. Для регулировки
положения опорных роликов обычно применяется ручной привод.
Наклонная установка валков поперек направления правки
производится при помощи общего механизма регулировки поло-
жения подвижной траверсы. В конструкции последней преду-
сматривается возможность наклонной установки в обоих взаим-
но перпендикулярных направлениях. Подвижная траверса
опирается на четыре нажимных или стяжных шпинделя, кото-
рые могут приводиться во вращение как все вместе, так и по-
парно, передние или задние, левые или правые.
В машинах, предназначаемых для интенсивной работы, пере-
мещение подвижной траверсы осуществляется от электродвига-
теля.
Машины снабжаются также задающими парными валками.
Если машины предназначаются для окончательной правки ли-
стов, прошедших предварительную правку на других машинах,
то задающие валки не предусматриваются.
Часто в этих машинах, наряду с передними парными валка-
ми, ставят также задние парные валки. При этом передним
валкам дается меньшая окружная скорость, а задним — одина-
ковая или несколько большая, чем скорость основных
правильных валков. Это устройство создает в листе дополни-
тельные растягивающие напряжения, способствующие правке.
Общая конструкция машин, а также отдельных конструктив-
ных узлов во многом одинакова с машинами предыдущего типа.
На рис. 114 показана 29-валковая машина для окончатель-
ной правки листов толщиной 0,5—1 мм и шириной 1500 мм из
материала с высоким пределом текучести. Машина выполнена
по проекту Всесоюзного научно-исследовательского института
металлургического машиностроения и в эксплуатации показала
хорошие технологические качества.
Механизмы регулировки для передних и задних стяжных
винтов приводятся от самостоятельных электродвигателей /,
от которых движение передается на распределительные валы 2
через двухступенчатые цилиндрические редукторы 3. Включение
электродвигателей может происходить как совместно, так и
каждого отдельно.
Для наклонной установки подвижной траверсы в поперечном
направлении на распределительных валках предусмотрены муф-
ты 4, посредством которых разъединяются механизмы привода
левых стяжных винтов. Включение и выключение муфт осуще-
ствляется рукоятками 5. Положение подвижной траверсы окон-
чательно выверяется вручную при помощи штурвалов 6, сидя-
щих на концах распределительных валов. Установка подвижной
траверсы производится по сдвоенным указательным устрой-
ствам 7, определяющим положение каждого угла подвижной
траверсы.
Машина имеет шесть рядов опорных роликов 8. Каждый
ряд имеет самостоятельную регулировку положения по высоте
от маховичков 9, 10 и 11.
Ролики каждого ряда установлены в корпусах 12, имеющих
возможность самоустанавливаться, поворачиваясь вокруг
осей 13. Последние опираются на два нажимных шпинделя 14.
Вес корпусов уравновешен пружинами 15.
Оба нажимных шпинделя соединяются между собой цилинд-
рической передачей 16, и один из них червячной передачей 17 —
с валом одного из маховичков 18. Положение по высоте каж-
дого ряда опорных роликов устанавливается по указательным
устройствам 19. Подшипники правильных валков выполнены в
самоустанавливающихся корпусах 20, укрепленных в подвиж-
ной траверсе болтами 21 через пружины 22.
Приводной редуктор 23 главного привода имеет, четыре
выходных вала, которыми движение передается валам шестерен-
ной клети 24. Этим достигается уменьшение модуля зубчатых
236
Рис. 114. Двадцатидевятивалковая машина (0,54-1,0) 2500 мм
---1260----
дьо---—1 г------------1850
колес и, следовательно, редукторы получаются более компакт-
ными.
Индивидуальная регулировка положения секций опорных ро-
ликов обычно осуществляется вручную. Механизмы регулировки
выполняются двух основных типов — шпиндельные и клиновые.
Правильные валки и опорные ролики изготовляются преиму-
щественно из встали типа 9Х с термической обработкой до твер-
дости ЯС 58—60 для правки листов в холодном состоянии и из
стали марок 50 и 40Х с термической обработкой до твердости
НВ 255—285 для правки листов в горячем состоянии. Для валков
небольшого диаметра применяются цементуемые легированные
стали, например сталь марки 12ХН2А с термической обработкой
до твердости ЯС 62—64.
VII
Правка в роликах
сортового
и профильного проката
31. Назначение и область применения
Правка в роликах предназначается для сортового и профиль-
ного проката-—полосового, круглого, квадратного, шестигран-
ного, углового, таврового, двутаврового, швеллерного, рельсов и
других, более сложных профилей, получаемых прокаткой. Прав-
ке подвергается прокат из черных и цветных металлов; правка
осуществляется преимущественно в холодном состоянии, так как
при остывании происходит большое коробление прутков особен-
но сложного профиля.
Стандартами на сортовой и профильный прокат лимитирует-
ся допустимая кривизна прутков и балок. Например, для круг-
лого, квадратного и других видов сортового проката допускается
местная кривизна с величиной стрелы прогиба до 5 мм на
1 пог. м-, по требованию заказчика допуск на кривизну может
быть уменьшен до 2 мм на 1 пог. м. У профильного проката кри-
визна в обоих плоскостях не должна превышать 2 мм на 1 пог. м.
Скрученность прутков стандартами не допускается.
Горячая правка может применяться как предварительная или
промежуточная операция. В этом случае правка производится
сразу же после выхода прутка из прокатного стана, без допол-
нительного нагрева.
Рассматриваемый способ применяется для правки мелко- и
среднесортного проката, а также для крупносортного проката,
например двутаврового и швеллерного проката только в плоско-
сти меньшего момента сопротивления; в другой плоскости круп-
носортный прокат правится на прессах. Правка в роликах прес-
сованных фасонных профилей, особенно тонкостенных, из-за
большой скрученности затруднительна, поэтому они правятся
преимущественно путем продольного растяжения на правильно-
растяжных машинах.
Основным преимуществом правки в роликах является высо-
кая производительность этого способа по сравнению с другими
способами правки — на прессах и правильно-растяжных ма-
шинах.
Правка в роликах широко применяется в прокатных цехах
металлургических заводов, где почти весь выпускаемый прокат
проходит операцию правки. Этот вид правки используется также
на машиностроительных заводах, например в цехах металличе-
ских конструкций. Правка осуществляется в специализирован-
ных сортоправйльных многороликовых машинах.
32. Технология
Правка в роликах в основном аналогична правка в валках,
т. е. осуществляется посредством многократных перегибов прут-
ка между двумя рядами роликов, установленных в шахматном
порядке. Вместо удлиненных цилиндрических правильных вал-
ков при рассматриваемом способе правки используются пра-
вильные ролики с фасонными рабочими ручьями, соответст-
вующими профилю подлежащего правке проката. Однако прав-
ка прутков более сложна, так как при прокатке и остывании в
прутках могут возникать коробления в двух взаимно перпенди-
кулярных плоскостях и, кроме того, скрученность.
При прохождении через правильные ролики пруток получает
многократные перегибы в плоскости, перпендикулярной к осям
роликов, и благодаря этому выправляется в этой плоскости.
В перпендикулярной плоскости (т. е. параллельной осям роли-
ков) пруток, входя в процессе правки в рабочие ручьи роликов,
вынужден принимать прямолинейную форму, но после выхода
из роликов из-за явления пружинения пруток частично восста-
навливает начальную кривизну.
Путем выбора рационального профиля рабочего ручья пра-
вильных роликов для отдельных профилей удается одновремен-
но создавать перегибы прутка в роликах в двух взаимно перпен-
дикулярных плоскостях; в этом случае ограничиваются одним
пропуском прутка через машину.
Прутки остальных профилей приходится пропускать через
машину дважды, производя последовательно правку в одной и
затем в другой плоскости. Скрученность прутка выправляется
одновременно с коробоватостью при пропуске его через правиль-
ные ролики. Однако у тонкостенных профилей скрученность вы-
правляется менее качественно. В связи с этим в последнее время
был предложен специальный способ для правки скрученности
тонкостенных профилей.
Рассмотрим несколько подробнее особенности правки прут-
ков типовых профилей.
Правка относительно широкой полосы осуществляется между
цилиндрическими роликами так же, как правка листового прока-
та. В этом случае полоса правится только в одной плоскости.
С уменьшением ширины полосы понижается ее жесткость в пло-
скости большего момента сопротивления, и поэтому возникает
необходимость правки ее в двух взаимно перпендикулярных
плоскостях.
Для обеспечения одновременной правки прутка в обеих пло-
скостях профиль рабочего ручья ролика выбирается так, чтобы
240
пруток опирался на каждый правильный ролик двумя гранями.
Благодаря этому перегиб прутка происходит по двум главным
осям поперечного сечения. В соответствии с этим условием пру-
ток квадратного и углового сечений располагается в роликах по
диагонали (рис. 115, а и б), а полоса — в наклонном положении
(рис. 115, в). Прутки другого профиля правятся за два пропуска
через ролики в одной и затем в другой плоскости.
Для квадратного и углового проката одни и те же ролики
могут применяться для правки профилей нескольких размеров,
а) б) в)
Рис. 115. Конструкция правильных роликов для профиля:
а — квадратного; б — уголкового; в — полосового
а для правки других профилей (круглого, полосового, швеллер-
ного, таврового и др.) для каждого размера профиля требуются
специальные ролики.
Чтобы избежать частой смены, правильные ролики выполня-
ются многоручьевыми, в соответствии с номенклатурой проката,
выпускаемого прокатным станом, у которого установлена пра-
вильная машина. Примерная калибровка роликов для правки
уголка, двутавра и швеллера № 16, рельса № 24 и двутавра № 18
показана на рис. 116.
Ролики большой длины можно применять только в закрытых
правильных машинах, а в открытых машинах, имеющих консоль-
ное расположение прпвйльных. роликов, они выполняются смен-
ными одноручьевыми. С целью сокращения количества сменных
комплектов роликов их выполняют сборными, состоящими из на-
бора дисков и втулок.
Одна из конструкций правильных роликов, набираемых из
нескольких деталей, и примеры их установки для некоторых
профилей с разными размерами показаны на рис. 117. Путем
установки разного количества распорных втулок ролики на-
страиваются на правку различных по высоте двутавровых и
швеллерных профилей и рельс. Набор втулок и дисков устанав-
16 Заказ 663 241
ливается на валу и затягивается гайкой. На дисках с одной сто-
роны скос выполняется под углом 98°, а с другой стороны под
Рис. 116. Конструкция многоручьевого правильно
го ролика
Рис. 117. Конструкция сбор-
ных правильных роликов:
а н б — для двутавра; в — для
швеллера; г — для рельса
углом 95°, благодаря чему можно од-
ни и те же диски употреблять для
правки двутавровых и швеллерных ба-
лок. Несколько отличные сборные кон-
струкции правильных роликов приве-
дены на рис. 119 и 121.
Ввиду того что отдельные участки
рабочих поверхностей роликов имеют
различные диаметры и, следовательно,
различные окружные скорости, роли-
ки подвержены большому износу. По
этой причине они выполняются из из-
носостойких высокопрочных материа-
лов — из хромоникелемолибденовой
стали с последующей закалкой, из
специального или отбеленного чугуна
с твердостью НВ > 420, а при мало-
напряженной работе используются ро-
лики из углеродистой стали 50 и Ст. 7
с закалкой рабочих поверхностей. Ра-
бочие поверхности роликов обрабаты-
ваются с чистотой по классу V 3.
В процессе работы они принимают шлифованный вид. Ролики
обычно проектируются с учетом возможности многократной пе-
реточки.
Для правки отдельных видов сортового проката применяют
специальные способы правки. Так, например, круглый прокат и
трубы правят преимущественно в машинах с гиперболическими
роликами, установленными под углом к продольной оси заготов-
ки. Для правки толстой проволоки и тонких круглых прутков
242
используют способ правки во вращающейся рамке с эксцентрич-
но установленными кольцами. Для этой цели изготовляют пра-
вильно-отрезные автоматы, в которых одновременно с прав-
кой производится резка заготовки на мерные отрезки.
Преимуществом приведенных специальных способов правки
является то, что пруток правится одновременно во всех направ-
лениях.
33. Определение технологических параметров
Методика расчета технологических параметров процесса
правки в роликах сортового и профильного проката в основном
одинакова с методикой расчета параметров процесса прав-
ки в валках листового проката. При расчете основных пара-
метров процесса правки в роликах следует учитывать отдельные
технологические особенности процесса и конструкции машин.
Сортовой прокат в меньшей степени подвержен короблению,
чем листовой. Относительный радиус кривизны наибольшего ис-
кривления можно принимать равным го = 25н-50, причем боль-
шее значение относится к тяжелым профилям. По приведенным
значениям относительного радиуса кривизны определяются наи-
большие изгибающие и крутящие моменты и кривизна перегиба
прутка в роликах. При подсчете среднего крутящего момента
можно принять гср = 2го. Количество правильных роликов огра-
ничивается 5—9 шт.; для правки мелкосортного проката ставится
большее количество роликов.
В процессе правки сортового проката при качении роликов
по прутку, наряду с потерями на трение качения, возникают по-
тери на трение скольжения, так как радиус рабочих поверхно-
стей роликов переменный и, кроме того, трение скольжения уве-
личивается из-за наличия скрученности у сортового проката.
В связи с этим коэффициент трения качения роликов по прутку
следует увеличивать на 30—100%.
При консольном расположении роликов суммарное усилие в
подшипниках будет больше усилия на роликах, поэтому при под-
счете крутящего момента, затрачиваемого на преодоление тре-
ния в подшипниках, следует в уравнение (223) ввести множи-
тель <7, определяемый по уравнению (187).
Относительные значения шага и диаметра правильных роли-
ков принимаются значительно меньшими, чем при гибке в вал-
ках, так как ширина сортового проката сравнительно мала и,
следовательно, условия прочности на кручение валов роликов
не лимитируют диаметр роликов. Относительный шаг роликов
принимается для мелкосортного проката 4—20 и для крупносорт-
ного 8—30, причем меньшие значения относятся к тонкостенным
профилям. Выбранные значения шага и диаметра правильных
роликов должны быть проверены расчетом по условиям обеспе-
чения подачи прутка и отсутствия смятия прутка роликами.
34. Конструкции машин
Сортоправйльные многороликовые машины, как правило, из-
готовляются с горизонтальным расположением валов роликов,
что определяется удобством подачи прутка в ролики. Исключе-
ние составляют отдельные машины, применяемые в прокатном
производстве. Для возможности последовательной правки прут-
ков в двух взаимно перпендикулярных направлениях без нару-
шения направления движения проката и без кантования прутков
ставятся последовательно две правильные машины, одна с гори-
зонтальными, другая с вертикальными правильными роликами,
или же две рабочих клети с горизонтально и вертикально пра-
вильными роликами совмещаются в одной машине.
Регулировка положения правильных роликов по высоте (рас-
стояние между рядами роликов) в большинстве случаев преду-
сматривается у верхних роликов. Вал каждого регулируемого
ролика устанавливается на отдельной траверсе или в индивиду-
альных подшипниках, помещаемых в вертикальных направляю-
щих станины.
Механизмы вертикальной регулировки выполняются преиму-
щественно в виде нажимных шпинделей, причем вращение сооб-
щается нажимным шпинделям или их гайкам. Привод осущест-
вляется вручную или (в машинах среднего и большого размера)
от электродвигателя. Известны и другие конструкции механиз-
ма вертикальной регулировки (см. рис. 119).
При ручном приводе для регулировки каждого ролика имеет-
ся самостоятельный штурвал. Вращение от распределительного
вала к нажимным шпинделям обоих подшипников вала ролика
-передается посредством винтовых, конических или цилиндриче-
ских передач. Червячные передачи не ставятся, так как сравни-
тельно малый вес перемещаемых деталей не требует передач с
большим передаточным числом.
Моторный привод механизмов регулировки осуществляется
от общего реверсивного электродвигателя. Наряду с общей регу-
лировкой всех регулируемых роликов предусматривается воз-
можность регулировать отдельно положение каждого ролика.
Последнее осуществляется путем применения кулачковых муфт
включения. Передачами от распределительных валов к нажим-
ным шпинделям служат главным образом червячные передачи.
Положение роликов контролируется по указательным устройст-
вам преимущественно индикаторного типа.
Для устранения удара в момент захождения прутка в ролики
из-за выборки зазоров в подшипниках валов и в резьбе шпин-
делей предусматриваются уравновешивающие устройства, кото-
рые выполняются в виде пневматических устройств или пружин-
ного типа. В современных машинах валы роликов имеют также
осевую регулировку, посредством которой правильные ролики
точно устанавливаются относительно друг друга.
Для валов роликов применяются подшипники скольжения; но
наблюдается тенденция использования для этой цели подшипни-
ков качения.
Конструктивные возможности многороликовых машин позво-
ляют принимать малый относительный шаг роликов, благодаря
чему эти машины имеют значительно лучшие условия для обес-
печения подачи прутка, чем многовалковые машины, несмотря
на наличие у первых дополнительных потерь на трение в ребор-
дах роликов. По этой причине возможно осуществлять привод-
ными только ролики одного ряда или в некоторых случаях до-
полнительно еще один наиболее нагруженный ролик другого
ряда. Лишь в машинах, предназначаемых для правки особенно
искривленного проката, выполняются, приводными все правиль-
ные ролики. В некоторых конструкциях универсальных машин,
в основном предназначенных для работы в цехах металлоконст-
рукций, предусматривается возможность изменения шага роли-
ков. Такое устройство значительно увеличивает диапазон разме-
ров прутков, которые могут быть выправлены на машине; прутки
с большим моментом сопротивления правятся при наибольшем
шаге, а прутки с относительно малым моментом сопротивления —
при наименьшем шаге.
Привод машины осуществляется от электродвигателя через
понижающую число оборотов и распределительную передачи.
Иногда ставятся два электродвигателя, приводящие в движение
по два правильных ролика. В машинах для правки прутков в
большом диапазоне размеров предусматривается до четырех
скоростей правки — ставятся двухскоростные электродвигатели и
параллельные зубчатые передачи с двумя передаточными чис-
лами.
Понижающая передача выполняется в виде двух-трехступен-
чатого редуктора, размещенного в отдельном конструктивном
узле, а в машинах малого размера — в виде открытой, в боль-
шинстве случаев одноступенчатой передачи.
Распределительная передача располагается в рабочей клети
между стойками или с задней стороны станины и только у мощ-
ных машин в отдельном самостоятельном корпусе; в последнем
случае валы распределительной передачи соединяются с валами
правильных роликов посредством жестких муфт, а при наличии
приводных регулируемых роликов применяются шарнирные
шпиндели. Иногда шарнирные шпиндели используются и для
соединения с валами нерегулируемых роликов, благодаря чему
не требуется обеспечения точного совпадения центров валов рабо-
чей клети и редуктора распределительной передачи.
Правка крупных профилей и рельсов осуществляется со ско-
ростью 0,5—2 м/сек-, мелкосортный прокат правится со скоро-
стью до 8 м/сек, а в некоторых специальных случаях и с более
высокой.
Для удобства задачи прутков в правильные ролики и для
предупреждения поперечного перемещения свободного конца
прутка в момент захвата его правильными роликами и при вы-
ходе из них часто ставятся на входной и выходной сторонах ма-
шины направляющие парные ролики, как горизонтальные, так
и вертикальные.
В зависимости от назначения и размера машины выполня-
ются двух основных типов: открытыми, характеризующимися
консольным расположением правильных роликов, и закрытыми,
с расположением роликов между стойками станины.
Открытые машины являются наиболее распространенными;
они применяются в цехах металлоконструкций машинострои-
тельных заводов и в прокатном производстве; строятся они ма-
лых и средних размеров; в последнее время наблюдается тен-
денция выполнения машин этого типа для прутков с большим
моментом сопротивления.
Благодаря консольному расположению правильных роликов
смена их проста; не встречает затруднений применение роликов
сборных комбинированных конструкций, что обеспечивает зна-
чительное сокращение требующейся сменной оснастки. Рабочая
зона машины легко доступна для осмотра, проверки и точной
установки нулевого положения роликов, выявления необходимо-
сти корректировки размеров или установки роликов при правке
сложного профиля. Машины удобны также для контроля износа
роликов и для зачистки их рабочих поверхностей в случае нали-
пания металла.
В машинах открытого типа усилие, действующее на ролик,
воспринимается одним передним подшипником, вследствие этого,
а также возможного перекоса вала ролика необходимо этот под-
шипник выполнять больших размеров и самоустанавливающим-
ся, что является основным недостатком конструкций машин от-
крытого типа, особенно машин большого размера.
Для уменьшения диаметра вала рабочий ручей ролика рас-
полагается возможно ближе к переднему подшипнику. Устрой-
ство, воспринимающее осевую нагрузку, располагают у заднего
подшипника. В некоторых конструкциях машин применяют под-
держивающие ролики, на которые опираются правильные роли-
ки. Известны также конструкции машин с люнетом. На перед-
ние концы валов, выступающих за правильные ролики, надевает-
ся рамка, в которой расположены дополнительные (третьи) под-
шипники валов роликов. При смене роликов люнет снимается
с валов при помощи крана.
В зависимости от размера и предъявляемых требований ма-
шины имеют конструктивные особенности. На рис. 118 представ-
лена распространенная конструкция открытой семивалковой ма-
шины среднего размера. Машина предназначена для правки
ч прутков с моментом сопротивления до 85 см\
На фундаментной плите 1 установлены станина рабочей кле-
ти и приводной редуктор. Станина состоит из двух стоек — пе-
редней 2 и задней 3, закрепленных на плите болтами и стянутых
в верхней части тягами 4 с распорными трубами. Машина имеет
три нижних ролика 5 и четыре верхних 6, в том числе два на-
правляющих 7.
Нижние ролики— приводные. Валы их расположены в под-
шипниках стоек станины. Они приводятся от электродвигателя 8
через трехступенчатый цилиндрический приводной редуктор 9
и распределительную цилиндрическую передачу 10, расположен-
ную между стойками. Первая зубчатая передача приводного ре-
дуктора сдвоенная и имеет двустороннюю кулачковую муфту 11,
посредством которой производится включение той или другой
передачи и, следовательно, получение двух различных скоростей
правки.
Все верхние ролики имеют регулировку по высоте от общего
привода. Подшипники их валов устроены в ползунах 12 и 13,
перемещающихся в направляющих станины. Регулировка произ-
водится от электродвигателя 14, а также может доводиться
вручную штурвалом 15. Привод регулировки состоит из двух ци-
линдрических передач 16 и 17 и распределительной цилиндриче-
ской передачи 18, шестерни которой вращаются на валах сво-
бодно. Каждый подшипник вала роликов имеет нажимной меха-
низм в виде червячной передачи 19 и нажимного шпинделя 20
с гайкой 21, на которой закреплено колесо червячной передачи.
Червяки обеих червячных передач сидят на валу 22 соответст-
вующей распределительной шестерни.
Оба механизма каждого ролика включаются одновременно
кулачковой муфтой 23 от отдельной рукоятки 24. Может произ-
водиться регулировка одновременно всех роликов или только
одного. При регулировке от штурвала моторный привод отклю-
чается рукояткой 25 при помощи кулачковой муфты 26.
Положение по высоте каждого верхнего ролика контроли-
руется указательным устройством 27 реечного типа. Осевую ре-
гулировку имеют все правильные ролики. Механизм регулировки
для каждого ролика самостоятельный и устроен в заднем под-
шипнике вала ролика. Регулировка основных правильных роли-
ков производится штурвалами 28 через цилиндрические переда-
чи 29. Большие шестерни передач являются одновременно флан-
цами упорных втулок 30, перемещающихся при вращении в
станине или в ползуне по резьбе. Для предохранения от само-
произвольного перемещения втулок предусмотрены собачки 31.
Направляющие правильные ролики регулируются в осевом
направлении от штурвала 32, сидящего на валу 33. Вращение
от вала на упорную втулку передается посредством конической
и червячной передач. Колесо последней закреплено на упорной
втулке.
Рис 118. Открытая семивалковая машина для прутков с моментом сопротивления 85 сл/4
По краям рабочей клети установлены на съемных кронштей-
нах направляющие вертикальные ролики 84. Положение каж-
дого ролика в горизонтальном направлении регулируется от от-
дельных маховичков 35 и 36. Для смены правильных роликов
у машины предусмотрен консольный поворотный кран 37 с руч-
ной кошкой 38, установленной на передней стойке станины.
В связи с развитием производства крупногабаритных ролико-
вых подшипников, воспринимающих высокие нагрузки, стало
возможным выполнение сортоправйльных роликов машин с при-
менением подшипников качения у валов правильных роликов.
Это позволяет значительно снизить требующуюся мощность
электродвигателя, так как в этих машинах потери в подшипни-
ках высоки.
На рис. 119 показана конструкция узла валов роликов мощ-
ной правильной машины. Валы вращаются в подшипниках каче-
ния. Особенностью этой машины является также конструкция
механизма регулировки положения верхних валов.
Валы 1 и 2 верхних и нижних правильных роликов установ-
лены в станине 3 машины без применения перемещающихся в
направляющих станины траверс или подшипников валов, регу-
лируемых по высоте роликов. Нижний вал установлен в ради-
альных подшипниках 4 и 5 непосредственно в станине, а регули-
руемый по высоте верхний вал — в подшипниках 6 и 7 в
эксцентриковой втулке 8. Эта втулка может поворачиваться в
подшипниках скольжения в станине. Осевые нагрузки валов
воспринимают упорные подшипники 9 и 10.
Поворотом эксцентриковой втулки осуществляется регули-
ровка положения по высоте верхнего ролика. Вращение втулки
производится от электродвигателя 11, самостоятельного для
каждого правильного ролика. Вращение от электродвигателя
передается через клиноременную и червячную передачи. Вели-
чина регулировки положения по высоте верхнего ролика кон-
тролируется по указательному устройству стрелочного типа,
установленному на лицевой стороне переднего подшипника.
Ввиду отсутствия нажимных шпинделей в машине не преду-
смотрено уравновешивание регулируемых валков.
Правильные ролики — сборной конструкции. Кольца 12 вос-
принимают радиальные, а диски 13 — боковые нагрузки. Эти
детали посажены на втулку 14 и стянуты на ней гайкой 15,
благодаря чему весь ролик, состоящий из перечисленных дета-
лей, может надеваться на конусный конец вала и сниматься с
него только при освобождении гайки 16. Кольца 12 часто выпол-
няются в виде двух полуколец, которые демонтируются и заме-
няются другими, требуемой ширины, при частичном отвинчива-
нии гайки 15.
В машинах с регулируемым шагом роликов изменение рас-
стояния между правильными роликами достигается путем пере-
мещения подшипников валов роликов вдоль станины. Одна из
конструкций машины с регулируемым расстоянием шага роли-
ков показана на рис. 120.
Рис. 119. Поперечный разрез мощной правильной машины
В пазах станины 1 могут перемещаться вдоль станины ка-
ретки 2 нижних роликов 3 и каретки 4 верхних роликов 5. При-
водными выполнены только нижние ролики, валы 6 которых
вращаются в роликовых подшипниках. От распределительного
редуктора движение передается валам посредством шарнирных
шпинделей.
Каретки верхних роликов подвешены на станине на план-
ках 7. Посредством установочных болтов 8 каретки закреплены
на станине. В вертикальных направляющих кареток установле-
ны траверсы 9 верхних роликов. Положение верхних роликов
регулируется по высоте. Регулировка осуществляется вращени-
ем нажимного винта 10, входящего в траверсу.
Верхний правильный ролик посажен на оси //на роликовом
подшипнике. Передний подшипник 12 оси запроектирован
съемным для возможности снятия ролика с оси. Подшипник
250
крепится к траверсе при помощи Т-образного выступа и стяж-
ных болтов.
Осевая регулировка предусмотрена у верхнего валка. Вра-
щением оси ролика посредством ключа, заводимого на квад-
Рис. 120. Машина с регулируемым шагом правильных роликов
ратный конец оси, производится ввертывание и вывертывание
ее из гайки 13.
В машине приведенной конструкции шаг роликов может из-
меняться от нуля до значительной величины.
Как указывалось выше, иногда, например при правке широ-
ких профилей, целесообразно ставить дополнительную опору на
переднем конце вала правильного ролика. На рис. 121 пред-
ставлена конструкция опорного устройства нижнего ролика
машины, предназначенной для правки рельс в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях, в связи с чем второй ручей ро-
лика сравнительно далеко отстоит от переднего подшипника
вала.
В машине регулируемыми по высоте выполнены нижние
правильные ролики. В связи с этим в подвижной траверсе 1
смонтированы на роликовых подшипниках вал 2 правильного
ролика и ось 3 опорного ролика 4. С опорным роликом сопри-
касается диск 5, который также используется для правки
рельса в плоскости меньшего момента сопротивления.
Положение по высоте подвижной траверсы регулируется
вращением гайки 6 ходового винта 7. От распределительного
вала вращение гайке сообщается посредством червячной пере-
дачи.
Рис. 121. Конструкция дополнительной опоры
у открытой правильной машины
Аналогичное опорное устройство имеет и верхний правиль-
ный ролик машины.
Закрытые маши-
ны применяются пре-
имущественно как
машины специально-
го назначения — для
определенных про-
катных станов. Бла-
годаря равномерно-
му распределению
нагрузки на два под-
шипника размеры и
вес машины получа-
ются меньшими по
сравнению с откры-
тыми машинами; по-
этому машины боль-
шого размера изго-
товляются в основ-
ном закрытого типа.
Применение закры-
тых машин особенно
эффективно в тех
случаях, когда сор-
тамент прокатыва-
емых прутков не-
большой и можно
обойтись одними по-
стоянно установлен-
ными на мйшине многоручьевыми правильными роликами.
Для упрощения смены роликов некоторые машины изготов-
ляются с выдвижной передней стойкой станины; стойка выдви-
гается вместе с подшипниками валков. В закрытых машинах
упорным выполняется передний подшипник, так как он свободен
от элементов привода.
На рис. 122 показана восьмивалковая машина со стационар-
ной станиной.
На фундаментных балках 1 установлены рабочая клеть, ше-
стеренная клеть 2, совмещенная с приводным редуктором, и элек-
тродвигатель 3, имеющий три числа оборотов, что позволяет ре-
гулировать скорость правки.
Все правильные ролики приводные. Их валы соединяются с
валами шестеренной клети шарнирными шпинделями 4. Ста-
нина рабочей клети состоит из двух частей — нижней 5 и верх-
ней 6, соединенных между собой по краям болтами 7 и в сере-
дине болтами 8. Установка средних болтов дала возможность
облегчить станину.
Вертикальная регулировка верхних правильных роликов руч-
ная. Она производится вращением штурвала 9, сидящего на
распределительном валу 10, от которого движение передается
на нажимные шпиндели И посредством винтовых передач 12.
Шпиндели опираются на ползуны 13 сферическими опорами, яв-
ляющимися корпусами подшипников валов верхних роликов.
Пружины 14 уравновешивают вес ползунов и установленных в
них деталей и выбирают зазоры в нажимных механизмах.
Механизмы осевой регулировки правильных роликов устрое-
ны в передних подшипниках. Регулировка производится вра-
щением при помощи специального ключа упорной втулки 15,
“Соединенной болтами с крышкой 16. Втулка сидит на резьбе во
фланце 17, прикрепленном болтами к ползуну. Собачка 18 пре-
дохраняет втулки от самоотвинчивания.
В машине предусмотрены вертикальные направляющие ро-
лики 19. Положение их регулируется путем перемещения кор-
пусов в направляющих станины. Регулировка каждого ролика
•самостоятельная; она производится от электродвигателей 20 и
21 и ходовых винтов 22 и 23.
На рис. 123 показана пятивалковая машина для тяжелых
профилей с наибольшим моментом сопротивления относительно
.горизонтальной оси 2000 см? и вертикальной оси 75 см?.
На двух фундаментных балках 1 установлены передняя 2 и
задняя 3 стойки станины рабочей клети и шестеренная клеть 4.
^Электродвигатель 5 постоянного тока с регулировкой числа
•оборотов и приводной редуктор 6 установлены на отдельном
• фундаменте.
Приводными роликами являются верхние 7, а регулируемы-
ми по вертикали — нижние 8. Валы 9 верхних роликов соеди-
няются с валами шестеренной клети жесткими муфтами 10. Ре-
гулировка по высоте нижних роликов производится от электро-
двигателе 11 и штурвала 12. Последний соединяется с привод-
• ным валом посредством конической передачи и кулачковой
муфты, включаемой рукояткой 13. Точная установка роликов
• производится штурвалом; при регулировке от электродвигателя
он отключается
От приводного вала движение передается распределитель-
ным валам 14 при помощи червячных редукторов 15. От каж-
дого распределительного вала вращение передается через две
параллельные червячные передачи 16 на стаканы 17, в которые
запрессованы гайки 18 нажимных шпинделей 19 обоих корпу-
сов 20 и 21 подшипников вала роликов. В червячные редукторы
встроены кулачковые муфты, управляемые рукоятками 22 и 23.
Муфты служат для отключения нажимных механизмов того или
другого нижнего ролика. Положение нижних роликов по верти-
кали устанавливается по указательным устройствам 24.
Механизмы осевой регулировки роликов устроены в перед-
них подшипниках валов. Упорные роликовые подшипники 25
валов помещены во втулках 26, установленных на резьбе в де-
талях 27, прикрепленных болтами к корпусам подшипников. Ре-
гулировка производится вращением втулки от маховичка 28,
сидящего на валу червячной передачи 29.
Для облегчения смены правйльных роликов передняя стойка
станины выполнена выдвижной. Перед выдвижением отвинчи-
ваются установочные болты 30, а также гайки откидных тяг 31 и
болты рамы 32. Вместе со стойкой выдвигаются передние
подшипники валов, а валы роликов удерживаются в задних
подшипниках кольцами 33 и 34.
Выдвижение передней стойки осуществляется при помощи
специального механизма, приводимого в действие реверсивным
электродвигателем 35. Движение от электродвигателя переда-
ется через фрикционную предохранительную муфту 36 и червяч-
ный редуктор 37 на распределительный вал 38, соединяющийся
коническими передачами 39 с двумя ходовыми винтами 40.
Бронзовые гайки ходовых винтов вставлены в поводки 41, уста-
новленные в отверстия стоек.
Правильные ролики снимаются с валов и надеваются на них
с помощью двух поворотных консольных кранов 42, смонтиро-
ванных на задней стойке станины.
Кроме основных правйльных роликов, в машине предусмот-
рены задающие парные ролики 43, совмещенные с направляю-
щими колодками 44. выходной направляющий ролик 45 и вход-
ные и выходные вертикальные ролики 46. Задающие ролики и
направляющие колодки установлены в отъемном кронштейне 47.
Положение задающих роликов регулируется по высоте враще-
нием установочного винта 48 и резьбой втулки 49.
Каждая направляющая колодка укреплена на концах двух
цилиндрических реек 50, сцепляющихся с цилиндрическими ше-
стернями, на валу которых сидит маховичок 51. Вращением
маховичка устанавливается горизонтально направляющая ко-
лодка. В установленном положении рейки закрепляются за-
жимным устройством.
Выходной направляющий ролик служит для устранения
кривизны, получаемой прутком в правйльных роликах. Он ус-
тановлен в отдельном корпусе 52, и положение его регулируется
в вертикальном и горизонтальном направлениях. Вертикальная
регулировка направляющего ролика осуществляется от махо-
вичка 53 через цепную и цилиндрическую зубчатую передачи на
распределительный вал и затем червячными передачами на на-
машина с выдвижной стойкой:
б — рабочая клеть
жимные шпиндели обоих подшипников ролика. Горизонтально
направляющий ролик перемещается вместе с корпусом враще-
нием ходового винта, связанного конической передачей с валом,
на квадратный конец которого надевается съемная рукоятка 54.
Входные и выходные вертикальные ролики участвуют в
правке прутка в горизонтальной плоскости. Для предохранения
от перегрузки они имеют пружинные компенсаторы. Ролики при-
водятся от шестеренной клети главного привода валом 55, имею-
щим предохранительные фрикционные муфты 56.
Техническая характеристика машины следующая:
Наибольший момент сопротивления прутка при
= 22 кГ/ммг относительно горизонтальной оси в см3 1 2000
Скорость правки в м/сек ................... 0,53—1,07
Мощность электродвигателя в кет............ • 300
Число оборотов электродвигателя в минуту... 600—1200
Наибольшая ширина прутка в мм............... 600
Наибольшая высота прутка в мм............... 200
Величина регулировки нижних правильных роликов
в мм ...................... 150
Скорость перемещения нижних правильных роликов при
регулировке в мм/сек........................ 1,3
Наибольшее тяговое усилие при выдвижении передней
стойки в т................................. 20
Скорость передвижения передней стойки в мм/мин . . 0,9
Некоторые параметры открытых и закрытых многоролико
вых машин конструкции Всесоюзного научно-исследовательско-
го института металлургического машиностроения (нормаль)
приведены в табл. 17.
Таблица 17
Шаг роликов и сортамент выправляемых профилей
Шаг роликов в мм Максимальная высота профиля в мм Сортамент выправляемых профилей Момент сопро- тивления В ОН4
Круглый в мм Квадрат- ный в мм Угловой в мм Швеллер № Двутавр № Тавровый в мм Рельс весом в кг/м
200 60 15—40 15-35 50x50 6 6 50X50 5
300 70 20—50 15—45 80x80 10 10 65X65 7 15
400 80 25-60 20—50 100x100 12 12 75X75 8 35
500 ПО 35—85 30—80 130x130 18 18 110X110 18 75
600 140 50—100 40—90 150x150 22 22 140X140 24 125
700 170 55—115 45—105 200x200 30 36 — 30 185
800 200 60—125 50—115 240x240 36 36 — 38 250
900 230 65—135 55—125 -— 40 45 — 44 450
1100 260 75—160 65—150 —- — 55 — 55 —.
1300 300 80—175 70—165 — — 60 —’ 65 —
VIII
Гибка в парных роликах
листовых заготовок
35. Назначение и область применения
Посредством пластического деформирования в парных роли-
ках листового материала выполняют многочисленные формовоч-
ные и разделительные операции обработки металлов давлением.
На универсальных парнороликовых машинах, называемых зиг-
машинами, производят отгибку и смещение прямолинейных кро-
мок, отбортовку криволинейных кромок плоских заготовок, от-
бортовку, закатку и гофрирование цилиндрических и другой
формы обечаек, зиговку — накатку желобков жесткости на
плоских и пространственных заготовках, подгибку и закатку
фальцевых соединений.
Наряду с формовочными операциями, на зиг-машинах также
проводят, как вспомогательные работы, операции резки (пря-
молинейную разрезку листового и полосового материала, вырез-
ку заготовок и отверстий в них по сложному контуру и обрезку
по заданной кривой кромок обечаек). Для выполнения раздели-
тельных работ — прямолинейной и фасонной резки листового
материала — выпускаются специализированные парнороликовые
машины — роликовые ножницы, в которых ролики установлены
под углом друг к другу, что создает более оптимальные условия
резки.
В последнее время получил известность новый технологиче-
ский процесс, выполняемый в парных роликах, — гибка полосо-
вых и профильных заготовок посредством неравномерного
обжатия по ширине полки заготовки (рис. 61).
На зиг-машинах изготовляют изделия многочисленной но-
менклатуры: металлические двери, крышки, щиты, элементы
специальных крыш, бочки, ведра, бидоны, баки и другие тонко-
стенные резервуары, а также корпуса аппаратов, приборов и
бытовых машин. Особенно широко формовочные операции в
парных роликах используются при производстве консервных и
других банок и при их закупорке.
Некоторые формовочные операции, выполняемые в парных
роликах, могут также быть осуществлены на профилировочных
машинах с поворотной траверсой, на профилировочно-штампо-
вочных и листоштамповочных прессах. Однако парнороликовые
17* 259
машины значительно проще и меньше по габаритным размерам
и весу, чем эти машины, и при работе на них требуется более
простая и универсальная технологическая оснастка. Универсаль-
ные зиг-машины выпускаются для выполнения формовочных
операций из листовых заготовок толщиной до 4 мм, а специ-
альные парнороликовые машины применяются для обработки
более толстых заготовок. Например, для смещения кромок —
подготовки кромок под клепку — находили применение парноро-
ликовые машины для заготовок толщиной до 30 мм, но с разви-
тием технологии сварки применение этих машин резко сокра-
тилось.
Гибка в парных роликах находит применение в аппарате- и
приборостроении, авиационной промышленности, химическом и
электромашиностроении, при производстве металлической тары
и бытовых машин и в других металлобрабатывающих отраслях,
где для изготовления изделий используют так называемые «же-
стяные» работы.
36. Технология
Формовочные операции производятся между двумя роликами
с фасонным профилем рабочих поверхностей, соответствующих
определенной операции.
Кромка заготовки может отгибаться в ступенчатых роликах
за один переход на угол до 90° (рис. 124, а). На больший угол
кромка сгибается в два перехода: вначале на угол 90°, затем
догибается с применением конического ролика на больший угол
(рис. 124, б); за третий переход кромка может быть согнута до
180° (рис. 124, в). Ширина отгибаемой кромки обычно равна
10—15 толщинам заготовки. В ступенчатых роликах также вы-
полняется двойная отбортовка кромки (рис. 124, г) и смещение
кромки (рис. 124, б). Зиговка осуществляется роликами с выпук-
лой и вогнутой рабочими поверхностями (рис. 124, е).
Аналогичным способом производится отбортовка кромок и
зиговка плоских заготовок сложного контура и цилиндрических
и других замкнутых обечаек.
При соединении заготовок фальцовкой операции гибки, от-
бортовки и рифления являются операциями по подготовке кро-
мок заготовок. Заготовки совмещаются друг с другом подготов-
ленными кромками и затем закатываются, образуя фальцевое
соединение. Закатка производится за один, два или три перехо-
да, в зависимости от типа фальца и применяемой технологии.
Фальцевые соединения наиболее распространенных типов
приведены на рис. 125. Показано соединение до и после закатки.
Плоские фальцы — простой фальц (рис. 125, а), простой утоп-
ленный (рис. 125, б), двойной (рис. 125, в), с накладкой
(рис. 125, г)—закатываются за один переход в цилиндрических
260
роликах. Фальцевые соединения используются для соединения
заготовок толщиной 0,2—2,0 мм. Ширина отгибаемой кромки под
простой фальц равна весьми-десятикратной толщине заготовки,
а ширина соединения — десяти-двенадцатикратной толщине за-
готовки. Меньшие величины соответствуют более толстым заго-
товкам (1—2 мм). Простой фальц удерживается от разъедине-
ния только трением, а фальцы более сложной конструкции об-
разуют замок. Применяются также вертикальные простые и
двойные фальцы (рис. 125, д и е), закатываемые за один или два
перехода. При закатке высокого фальца вначале загибается на
90° широкая кромка вокруг узкой, а затем обе кромки совмест-
но загибаются до 180°.
Аналогичными способами соединяются продольные кромки
цилиндрических, прямоугольных со скругленными углами и дру-
гих обечаек.
Соединение обечаек с крышками производится простыми,
двойными и более сложными фальцами. Типовые процессы за-
катки фальцев приведены на рис. 126. Закатка двойного фальца
производится за три перехода (рис. 126, а, б, в). Предваритель-
но выполняя небольшое подкругление кромки и используя роли-
ки специального профиля, закатку фальцев можно производить
без смены роликов. При каждом новом переходе несколько под-
нимают ролик (рис. 125, г). При закатке некоторых типов фаль-
цев часто используют также вспомогательные неприводные ро-
лики, располагаемые перпендикулярно или под разными углами
к основным рабочим роликам.
Рис. 126. Способы закатки фальцевых соединений обечайки
с крышкой
Толщина заготовок обечайки и крышки принимается одина-
ковой. Размеры элементов фальца, приведенного на рис. 126, а,
берутся следующие: ширина отбортовки обечайки при малых
толщинах заготовок Ь = Юх, при больших толщинах Ь = 7,5«.
Ширина борта крышки соответственно В = 25х и 19«, а ширина
фальца А = 12х и 9« (здесь « — толщина заготовки).
Посредством фальцевого соединения можно создать плотное
и прочное соединение. С увеличением числа перегибов кромок
плотность соединения повышается.
Для повышения герметичности в фальцевые соединения за-
кладываются эластичные (резиновые, пластмассовые, из пропи-
танной бумаги и др.) прокладки или соединения пропаиваются,
проклеиваются, покрываются лаком.
В крупносерийном производстве сравнительно больших изде-
Рис. 127. Поворотное устрой-
ство для отгибки кромок у
цилиндрической обечайки
лий фальцевые соединения все в большей мере вытесняются сое-
динениями, выполняемыми посредством роликовой контактной
сварки, которая менее трудоемка.
Помимо основных и вспомогательных рабочих роликов, при
работе на зиг-машинах широко применяется разнообразная тех-
нологическая оснастка — направляющие, поворотные и другие
устройства. Поворотные устройства для круглых плоских заго-
товок выполняются в виде поворотного горизонтального стола;
устройство для цилиндрических обечаек имеет горизонтальную
ось вращения; применяются также поворотные устройства с на-
клонной осью вращения.
Одно из простых поворотных уст-
ройств для цилиндрических обечаек
показано на рис. 127. Ось 1 крепит-
ся к рамке 2, установленной на ста-
нине машины. От осевого смещения
обечайка удерживается диском 3.
Направляющие диски 3 и 4 свобод-
но вращаются на оси.
Вспомогательные устройства
обычно крепятся па машине к рам-
ке, устанавливаемой на станине
сзади рабочих роликов, перпендику-
лярно их осям, или на стержнях,
проходящих параллельно валам ра-
бочих роликов по обеим боковым
сторонам машины. Только в исклю-
чительных случаях вспомогательные
ся самостоятельно на полу цеха.
Усилия и крутящий момент, возникающие при гибке в пар-
ных роликах, зависят от многих факторов: толщины и материала
заготовки, диаметра и профиля рабочих роликов, зазоров меж-
ду рабочими поверхностями роликов и др. Точный учет влияния
перечисленных факторов на силовые параметры процесса весьма
затруднителен, поэтому при проектировании машины ее размеры
и мощность электродвигателя устанавливают на основании опы-
та эксплуатации аналогичных машин.
Установленная мощность электродвигателя лимитирует на-
грузку машины и служит как бы предохранителем элементов
машины от перегрузки, поэтому на выбор ее величины должно
быть обращено особое внимание.
Правильность назначения нового технологического процесса
проверяется опытным путем. Замедление вращения электродви-
гателя или сработка предохранителей электросистемы указыва-
ют на неправильную регулировку гибочных роликов или другие
ненормальности процесса.
устройства устанавливают-
37. Конструкции машины
Парнороликовые машины выполняются универсальными и
специализированными для определенных видов работ. Валы ра-
бочих роликов располагаются горизонтально в вертикальной пло-
скости по отношению друг друга, что обеспечивает подачу пло-
ской заготовки в горизонтальной плоскости. Только отдельные
специализированные машины, в основном закаточные (напри-
мер, автоматы для закатки
консервных банок), имеют
вертикальные валы роликов.
Универсальными выпуска-
ются машины для зиговочных,
отгибочиых, отбортовочных и
фальцовочных работ, т. е.
зиг-машины (рис. 128). Стани-
на машины имеет С-образную
форму с глубокой прорезью,
которая дает возможность про-
водить деформирование заго-
товки на значительном рассто-
янии от края.
Вдоль вылета станины раз-
мещены валы рабочих роли-
ков. Они вращаются в подшип-
никах скольжения, так как
подшипники качения неудобно
поставить из-за малого рассто-
яния между валами; упорные
подшипники чаще устанавливают шариковые.
У верхнего ролика предусматривают вертикальную регули-
ровку, благодаря которой корректируется зазор между ролика-
ми, а также осуществляется начальное деформирование заготов-
ки и освобождение ее при формовке замкнутых или не выходящих
на кромку зигов. У нижнего ролика часто предусматривают осе-
вую регулировку для корректировки бокового зазора в роликах.
Для установки на машине вспомогательных устройств ставит-
ся вертикальный стол-рамка, которая крепится на переднем тор-
це станины или к специальным стержням, укрепленным по бокам
станины параллельно валам роликов. Путем выдвижения стерж-
ней положение рамки по отношению к роликам можно регули-
ровать в горизонтальном направлении. Небольшие вспомогатель-
ные устройства крепятся на рамке, а относительно крупные —
непосредственно к стержням.
Привод машины осуществляется от электродвигателя через
понижающие клиноременные, цепные и зубчатые передачи. Эле-
264
265
аваа
МО
менты привода компактно располагают внутри станины, и толь-
ко при необходимости отдельные передачи устанавливают сна-
ружи, на задней стороне машины. В современных машинах пре-
дусматривают фрикционную муфту включения и тормоз для
быстрой остановки рабочих роликов. Включение муфты осущест-
вляется при помощи педали, чтобы освободить руки рабочего для
подачи заготовки.
На рис. 129 изображена зиг-машина для обработки листов
толщиной до 2 мм. Станина 1 цельнолитая. Рабочие ролики уста-
новлены на выступающих концах валов 2 и 3. Нижний вал рас-
Таблица 18
Основные параметры универсальных
зиг-машин
(ГОСТ 11370—65)
Параметры № модели
I п III
Толщина обрабаты- ваемой листовой заготовки при ат<25 кГ/мм* 1,6 2,5 4,0
Расстояние между осями валов ро- ликов в мм 100 125 160
Вылет станины в мм: нормальный 320 400 500
увеличенный 640 800 1000
Окружная скорость роликов ъм/мин 5—10 5—10 4—8
В торцовой части станины
положен в подшипниках ста-
нины и приводится от электро-
двигателя 4 через клиноремен-
ную 5 и цилиндрическую зуб-
чатую 6 передачи.
Передний подшипник верх-
него вала выполнен в ползуне
7, а задний подшипник 8 ук-
реплен в станине посредством
оси 9. При вертикальном пере-
мещении переднего подшипни-
ка задний подшипник повора-
чивается на оси. Верхний вал
приводится от нижнего цилин-
дрической передачей 10.
Передний подшипник пере-
мещается в направляющих
станины путем вращения на-
жимного винта 11 рукояткой
12. Этим достигается регули-
ровка расстояния между ра-
бочими роликами,
предусматриваются отверстия, в
которые устанавливаются штыри 13 съемной рамки 14; к рамке
крепятся различные устройства.
Серьезным недостатком машины является расположение
электродвигателя и клиноременной передачи снаружи станины.
Несколько более совершенной является конструкция маши-
ны, приведенной на рис. 128, продольный разрез которой пока-
зан на рис. 130. В машине валы 1 и 2 верхнего и нижнего рабо-
чих роликов имеют шариковые упорные подшипники, что без-
условно является рациональным, так как при отгибке и отбор-
товке возникают большие осевые нагрузки на валах. Поворот ва-
ла для регулировки положения верхнего ролика происходит во-
круг оси сферического шарикового подшипника 3.
Нижний вал имеет осевую регулировку, которая осуществ-
ляется рычажным механизмом 4 от рукоятки 5.
В установленном положении регулировочный механизм фик-
сируется рукояткой 6.
Валы приводятся во вращение от электродвигателя, располо-
женного внутри станины, через фрикционную муфту и две цеп-
ные передачи. Звездочка 7 второй цепной передачи сидит на
нижнем валу. Рабочий включает муфту, нажимая на педаль ры-
чажного типа.
Ручка 8 служит для фиксирования положения стержней, на
которых установлена рамка 9. Для установки вспомогательных
устройств на машине предусмотрены обработанные площадки
Рис. 130. Конструкция с внутренним расположением привода
на боковых стенках станины. Для удобства обслуживания при-
вода задняя стенка станины выполнена в виде дверцы, а также
предусмотрены дверцы на боковых стенках станины.
Согласно ГОСТу 11370—65 в Советском Союзе подлежат вы-
пуску зиг-машины размеров, указанных в табл. 18. Специализи-
рованные парнороликовые машины выпускаются многих конст-
рукций, имеющих узкое назначение.
Для гофрирования широких листов и крупногабаритных обе-
чаек применяются машины закрытого типа. Широкое распрост-
ранение получили закрытые машины для производства металли-
ческих бочек и других аналогичных сосудов (рис. 131).
Станина выполнена Г-образной формы, с большой консолью.
Длинные рабочие ролики помещены на валах между двумя под-
шипниками. Левый подшипник нижнего вала выполнен откид-
ным для возможности заведения между роликами и снятия с
машины замкнутых барабанов. Подшипники верхнего вала регу-
лируются по высоте. Регулировка обоих подшипников произво-
дится одновременно штурвалом. Заготовка в виде обечайки или
плоская направляется в рабочие ролики направляющими роли-
ками, установленными на горизонтальном стержне. Направляю-
щие ролики могут переставляться вдоль рабочих роликов и пере-
мещаться по высоте, для чего в кронштейнах роликов преду-
смотрены шарниры.
Для использования в массовом производстве парнороликовые
машины выпускаются полуавтоматического и автоматического
Рис. 131. Закрытая парнороликовая машина
действия; они выполняют одновременно несколько операций. Из-
вестны полуавтоматы для гибки и отбортовки обечаек, для за-
катки донышек и кромок ведер, автоматы для гибки, отбортовки
и закатки вместе с крышками банок и многие другие.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гофман О. и Закс Г. Введение в теорию пластичности. М., Маш-
гиз. 1957, 279 стр.
2. Громова А. Н., Завьялова В. И. и Коробков В. К. Изготов-
ление деталей из листов и профилей при серийном производстве. М., Оборон-
гиз. 1960. 344 стр.
3. Д а в ы д о в В. И. Изделия из тонких профилей. М., Машгиз, 1957,
186 стр.
4. Ильюшин А. А. Пластичность. М., ОГИЗ, 1948, 376 стр.
5. К о р о л е в А. А. Механическое оборудование прокатных цехов. М.,
Л1еталлургиздат, 1953, 440 стр.
6. Королев А. А. Уточненная методика расчета листоправильных ма-
шин.— «Вестник машиностроения», 1958, № 10, стр. 23—30.
7. Кузьмин А. Д. Определение основных параметров роликовых пра-
вильных машин. Научно-техническая информация. М., Машгиз, 1953, 31 стр.
8. Л а й н е р С. В. Гибочные работы в судостроении. М., Оборонгиз, 1939,
232 стр.
9. Мещерин В. Т. Справочник по листовой (холодной) штамповке и
штампам. Ростгизместпром, 1950, 316 стр.
10. Мещерин В. Т. Листовая штамповка. Атлас схем. М., Машгиз,
1958, 140 стр.
11. Мошнин Е. Н. Исследование пластического изгиба. М., Машгиз,
1954, 196 стр. (Труды ЦНИИТМАШ, кн. 62).
12. Мошнин Е. Н. Расчет гибочных и правильных машин. М., Машгиз,
1954, 171 стр. (Труды ЦНИИТМАШ, кн. 58).
13. М о ш и и н Е. Н. Определение технологических параметров гибки
труб,— «Вестник машиностроения», 1955, № 10, стр. 59.
14. Мошнин Е. Н. Гибочные и правильные машины. М., Машгиз, 1956,
252 стр.
15. Мошнин Е. И. Гибка, обтяжка и правка на прессах. М., .Машгиз,
1959, 360 стр.
16. Мошнин Е. Н. К вопросу общей теории пластического изгиба. М.,
Машгиз, 1960, 226 стр. (Труды ЦНИИТМАШ, кн. 98).
17. На дан А. Пластичность и разрушение твердых тел. М., ГИИЛ, 1954,
647 стр.
18. П а л ь ч е в с к и й С. А. Определение несущей способности стальных
стержней для некоторых случаев сложного напряженного состояния. Киев.
Об. трудов Киевского инженерно-строительного института, 1948, № 8, 63 стр.
19. Попов Е. А. О теории изгиба широкой полосы.— «Вестник машино-
строения», 1963, № 10, стр. 58—61.
20. Ренне И. П. Пластический изгиб листовой заготовки. Тула, Труды
Тульского механического института, 1950, вып. 4, 47 стр.
21. Ренне И. П. Изменение толщины листовой заготовки при чистом из-
гибе. Тула. Труды Тульского механического института, 1950, вып. 4, 33 стр.
22. Р ж а н и ц ы н А. Р. Расчет сооружений с учетом пластических свойств
материалов. М., ГЛСА, 1954, 288 стр.
23. Р о м а н о в с к и й В. П. Справочник по холодной штамповке. М.,
Машгиз, 1959, 648 стр.
24. С а х н е н к о В. А., Холодная гибка и правка деталей. М., Машгиз,
1951, 137 стр.
25. С е м е н е н к о Ю. Л. Машины для правки проката. М., Металлург-
издат, 1961, 131 стр.
26. С и п и л и и П. М., Суханов Г. И. и Яковлев А. А. Гибка листов
в вальцах. Л., НИИСудпром, 1956, 20 стр.
27. С и п и л и н П. М. и Суханов Г. И. Правка и гибка проката поло-
собульбового профиля. Л., НИИСудпром, 1955, 24 стр.
28. С м и р н о в - А л я е в Г. А. Сопротивление материалов пластическим
деформациям. М., Машгиз, 1949, 248 стр.
29. С н и т к о Н. Г. Устойчивость стержневых систем. М., Стройиздат,
1954, 266 стр.
30. Соколовский В. В. Теория пластичности. М., Изд-во АН СССР,
1946, 306 стр.
31. Сонин Л. А. Исследование роликовых правильных машин для тон-
кого листа. М., 1956, 45 стр. (Труды ЦНИИТМАШ, кн. 78).
32. Сонин Л. А. Упрощенный способ расчета основных параметров
пластического изгиба. М., ЦБНТИ тяжелого машиностроения, 1958, 57 стр.
33. С т о р о ж е в М. В. и Попов Е. А. Теория обработки металлов дав-
лением. М., «Высшая школа», 1963, 388 стр.
34. У н к с о в Е. П. Инженерная теория пластичности. Методы расчета
усилий. М., Машгиз, 1959, 328 стр.
35. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М., Машгиз, 1956,
403 стр.
36. Ц е л и к о в А. И. Механизмы прокатных станов. М., Машгиз, 1946,
269 стр.
37. Целиков А. И. и Смирнов В. В. Прокатные станы. М., Метал-
лургиздат, 1958, 432 стр.
38. Ш о ф м а н Л. А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки.
М., «Машиностроение», 1964, 374 стр.
39. Каталоги иностранных книг.
40. О е Ы е г С. В1ер;еп ип!ег Ргеввеп, АЬкагйргевзеп, АЬкаМтазсГппееп,
Шакеп, РипбЫе^етазсЫпеп ипс! РгоГПхуаНтазсЫпеп. МйпсЬеп, Саг1 Напзег
Уег1а^, 1963.
41. «81ее1 Ме1а1 1пйи81пе8», 1956, уо1. 33, № 355, р. 813—817 апд № 356,
р. 887—896.
42. «Лоигпа! о! 1Ье коп ап<1 81ее1 1пбН1и1е», 1955, уо1. 181, Рас! 3,
р. 263—272.
43. «МасЫпегу Б1оу<1 Оуегвеав Е<1.», 1965, уо1. 27, № 6.
44. «МасЫпе Ьезщп», 1953, уо1. 25, № 12, р. 92.
45. «1п<1и81пе Апхещег», № 26—29, 8. 17—24.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Предисловие ... • . . .3
Принятые обозначения ............................................... 5
Глава I. Теория пластического изгиба и классификация процессов
гибки и правки..................................................... .7
I. Общие положения пластического изгиба 7
2. Объемный пластический изгиб .... .13
3. Линейный пластический изгиб.............................. .29
4. Линейный чистопластический изгиб с упрочнением . ... 37
5. Линейный упругопластический изгиб без упрочнения . 45
6. Многократный пластический изгиб........................... 47
7. Поперечный пластический изгиб..............................50
8. Классификация технолгических процессов гибки и правки в ро-
тационных машинах.............................................63
Глава II. Гибка в валках деталей из листовых заготовок ... 65
9. Назначение и область применения............................65
10. Особенности гибки в валках и схемы расположения и регули-
ровки валков..................................................66
11. Технология.............................................. .71
12. Определение основных параметров процесса .... 83
13. Методика расчета валков....................................97
14. Конструкции машин..........................................Ю1
Глава III. Гибка в роликах деталей из сортового и профильного
проката............................................................129
15. Назначение и область применения...........................129
16. Особенности процесса и технология гибки в роликах - 130
17. Определение основных параметров процесса .... 137
18. Конструкции машин........................................ 138
Глава IV. Гибка по шаблону деталей из листовых заготовок . 150
19. Назначение и область применения........................ .150
20. Технология................................................151
21. Определение технологических параметров ... 155
22. Конструкции машин....................................... 157
Глава V. Гибка по шаблону деталей из сортовых и профильных
заготовок.........................................................164
23. Назначение и область применения..........................164
24. Технология...............................................165
25. Определение технологических параметров процесса 175
26. Конструкция машин........................................177
Глава VI. Правка в валках листового проката ..... 191
27. Назначение и область применения..........................191
28. Технология ............................................ 192
29. Определение технологических параметров машин . . 199
30. Конструкции машин....................................... 218
Глава VII. Правка в роликах сортового и профильного проката . 239
31. Назначение и область применения........................ . 239
32. Технология...............................................240
33. Определение технологических параметров...................243
34. Конструкции машин........................................244
Глава VIII. Гибка в парных роликах листовых заготовок .'259
35. Назначение и область применения..........................259
36. Технология...............................................260
37. Конструкции машины.............................. . . 264
Литература...................................................... 269
Редактор издательства А. И. Сиротин
Технический редактор А. Ф. Уварова
Корректор В. П. Крылова
Переплет художника А. В. Петрова
Сдано в производство 21/Х1 1966 г. Подписано к печати 7/1V 1967 г.
Г-05070 Тираж 5000 экз. Печ. л. 17 Бум. л. 8,5
Уч.-изд. л. 17,5 Формат 60 X 90*/|в Темплаи 1967 г. № 224 Цеиа 1 р. 05 к. Зак. № 663
Издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ», Москва, Б-66, 1-й Басманный пер., 3.
Экспериментальная типография ВНИИПП
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Москва, И-51, Цветной бульвар, 30.