Расчет напряженно-деформированного состояния трубной заготовки
НДС является критерием оценки качества процессов обработки металлов давлением вообще. В данной методике принимаем следующие допущения:
- во всех клетях формовочного стана с прямолинейным сворачиванием волокон второе волокно будет являться нулевым, т.е. волокно, в котором отсутствуют продольные деформации (в расчете с криволинейным сворачиванием волокон первое и четвертое волокно принимаем нулевым), это же волокно является границей разделения зоны растяжения и зоны сжатия;
- волокна отстают от кромки на 1/3 и 2/3 половины листа с прямолинейным сворачиванием волокон;
- точки фиксированных волокон перемещаются по прямой, а не по винтовой траектории;
- для определения НДС принимаем принцип относительного удлинения, т.к. получается более точный результат по сравнению с экспериментальными данными.
Все наши допущения основаны на экспериментальных данных, которые опубликованы в технической литературе.
2.2.1 Расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) очага деформации продольных волокон с прямолинейным сворачиванием последней клети формовочного стана
Рисунок 2.8 - Схема деформации листа в последней формовочной клети.
1. Расчет относительного удлинения волокна 3 в последней формовочной клети.
,
- межклетьевое расстояние, мм.
2. Расчет относительного удлинения волокна 1 в последней формовочной клети.
|
|
3. Расчет относительного удлинения волокна 0 в последней формовочной клети.
Рисунок 2.9 - Эпюра напряженного состояния продольных волокон в последней формовочной клети.
Расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) очага деформации продольных волокон с прямолинейным сворачиванием сварочной клети
Рисунок 2.10 - Схема деформации листа в сварочной клети.
1. Расчет относительного удлинения волокна 3 в сварочной клети.
- межклетьевое расстояние, мм.
2. Расчет относительного удлинения волокна 1 в сварочной клети.
, где:
, где:
, где:
3. Расчет относительного удлинения волокна 0 в сварочной клети.
Рисунок 2.11 - Эпюра напряженного состояния продольных волокон в сварочной клети.
Таблица 2.2 - Относительные удлинения по осям X, Y и Z.
Относительные удлинения , % | Номер волокна | Наименование клети | |
Формовочная клеть | Сварочная клеть | ||
| 0 | -0,002516 | -0,001766 |
1 | -0,002284 | -0,001630 | |
3 | 0,006488 | 0,005049 | |
| 0 | -0,000755 | 0,000529 |
1 | -0,000685 | 0,000489 | |
3 | 0,001946 | 0,001515 | |
| 0 | 0,003271 | 0,001237 |
1 | 0,002969 | 0,001141 | |
3 | -0,008434 | -0,006544 |
- для открытых клетей.
- для закрытых клетей.
Расчет усилий на валки при сварке сформованной полосы из стали 22ГФ
|
|
Расчет производят по методике Ю.Ф. Шевакина и В.Я. Гольберга.
Рисунок 2.12 - Деформация трубной заготовки в сварочных валках
На рисунке 2.12 показаны продольное (а) и поперечное (б-г) сечения очага деформации при сварке кромок сформованной полосы. Деформацию трубной заготовки в сварочном узле можно разделить на три стадии.
В начальной стадии 1-1 (б) совершается гиб трубной заготовки во внеконтактной зоне. В контактной зоне деформации в сечении 2-2 (в) уменьшается исходная овальность заготовки и продолжается гиб ее до момента соединения кромок в точке А. Обе указанные стадии процесса происходят на длине - длине главного перехода. При образовании замкнутого профиля заготовки происходит деформация осадки кромок и обжатие трубной заготовки по диаметру (г) на длине (сечение 3-3).
Указанная последовательность деформации положена в основу при выводе формулы для определения усилия металла на валки в сварочном узле.
Полное усилие металла на валки определяют как сумму усилий, необходимых для осуществления деформации, по формуле
, (2.1)
|
|
где - усилие, необходимое для осуществления деформации, Н;
- усилие металла на валки при уменьшении исходной овальности заготовки, Н;
- усилие металла на валки при гибе трубной заготовки, Н;
- усилие металла на валки при осадке кромок в процессе сварки, Н.
Усилие металла на валки при гибе трубной заготовки определяют по формуле
Усилие гиба полосы в калибре сварочных валков можно определить из равенства момента внутренних сил изгибающему моменту внешних сил. Момент внутренних сил на длине находят по формуле:
, (2.2)
На рисунке 2.13 дана схема приложения внешних сил при гибе трубной заготовки в сварочном калибре. Одновременно с гибом происходит изменение овальности и меняется угол приложения силы Р. При гибе точка С неподвижна. Вокруг нее происходит поворот двух ветвей трубной заготовки, в результате чего происходит сближение кромок. Изгибающий момент действующих сил
, (2.3)
где - радиус трубы
Рисунок 2.13 - Схема приложения сил (а) при гибе полосы и распределение их (б) в сварочном калибре.
В начальный момент контакта с валком происходит изменение овальности, так как момент относительно точки а максимален. Это приводит к увеличению угла .
|
|
Максимального значения изгибающий момент достигает при :
, (2.4)
Приравняв выражения (2.3) и (2.4), найдем усилие гиба, необходимое для осуществления внеконтактной деформации:
, (2.5)
где - предел текучести формуемого металла,
- толщина стенки трубной заготовки, м;
- длина участка плавного перехода, м;
- радиус трубы, м.
Усилие Р0, затрачиваемое на изменение овальности заготовки, не превышает 10 % от усилия гиба, поэтому им можно пренебречь.
Определяем усилие осадки . Сварочный валок является достаточно массивным по сравнению со стенкой трубы, и его можно рассматривать как упругое основание. На рисунке 2.13 (б) показано схематически распределение сил в калибре сварочного валка. Для нахождения давления на валок надо знать усилия и . В работе Ю.Ф. Шевакина и В.И. Пастернак было доказано, что для всех размеров электросварных труб
, (2.6)
Для определения усилия , приложенного на кромке трубы, нужно знать длину контакта , величину и изменение напряжения по длине контакта. Допустим, что напряженное состояние металла при осадке кромок близко к линейному.
При сварке труб металл кромок нагревается еще до подхода к стыку, причем максимальная температура имеет место в точке схода кромок (см. рис 2.12, точка А). В дальнейшем от точки А по мере продвижения трубной заготовки происходит охлаждение металла.
Учитывая, что скорость охлаждения металла в процессе сварки равна приблизительно 500 град в секунду, а время прохождения элементарного объема от точки схода кромок до оси сварочных валков составляет
0,015 – 0,025 сек, перепад температур по всей длине контакта кромок составит 6,3 – 7,6 град, что практически можно не учитывать.
Пренебрегая упрочнением металла в процессе осадки и приняв во внимание все приведенные выше соображения, можно считать, что величина удельных усилий на всей длине участка пластической деформации (от точки схода до линии центров) практически сохраняется постоянной и равной . Для сварки токами высокой частоты усилие осадки кромок:
, (2.7)
где - температурный коэффициент при сварке токами высокой частоты;
- длина участка пластической деформации, м.
По формуле (2.1) определяют полное усилие металла на валки при сварке трубной заготовки
Вес трубной заготовки определяют по формуле
, (2.8)
где - вес трубы, Н;
- плотность металла, кг/м3;
- ширина штрипса, м;
- длина трубной заготовки до сварочного калибра, м;
- длина трубной заготовки после сварочного калибра, м;
- ускорение свободного падения, м/с2.
Схема расположения валков в сварочной клети изображена на рисунке 2.14.
Рисунок 2.14 – Схема расположения валков сварочной клети
Усилие на нижний опорный валок определяется по формуле
, (2.9) , (41)
где - усилие на нижний опорный валок, Н.
Усилие на боковой валок определяют по формуле
, (2.10)
где - усилие на боковой валок, Н.
Усилие на верхний валок определяют по формуле
, (2.11)
где - усилие на верхний валок, Н.
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 171; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!