ZESZY TY N A U K O W E PO L IT E C H N IK I ŚLĄSK IEJ T R A N SPO R T z. 48
2003 N r kol. 1604
Jan ŁU K O W SK I, K rz y sz to f S Z A R O W IC Z, M arcin STA Ń C ZY K
WPŁYW PARAMETRÓW PROCESU PROFILOWANIA NA JAKOŚĆ GEOMETRYCZNĄ KSZTAŁTOWNIKÓW ZIMNOGIĘTYCH
Streszczenie. W opracow aniu przedstaw iono w pływ p aram etrów procesu profilow ania, takich ja k kąt i prom ień gięcia kształtow anej taśm y n a gotow y w yrób, jakim jest kształtow nik zim nogięty. Pokazano rów nież je d n ą z m etod w eryfikacji zaprojektow anego procesu profilow ania.
THE EFFECTS OF FORMING PARAMETERS IN THE ROLL FORMING ON QUALITY OF COLD ROLL FORMING SHAPES
Sum m ary. T he p ap er presents the effects o f form ing param eters i.e. angle and radius o f bend, o f steel sheet on cold roll form ing shape. The paper show s also veryfication o f form ing proces w ith help o f one o f m any know n methods.
1. W STĘP
Proces p rofilow ania taśm na zim no z użyciem rolek polega na ciągłym kształtow aniu pasm a pom iędzy kolejnym i param i rolek - sekcjam i, dla uzyskania w ym aganego przekroju (rys. 1)[ 1 -5], N iepraw idłow e dobranie param etrów profilow ania m oże p row adzić do pow staw ania w ad kształtu, np. w ygięcie, skręcenie itp. (rys. 2).
Rys. 1. Schem at p rofilow ania na zim no [1]
Fig. 1. Schem e o f cold roll form ing proces [1]
164 J. Ł ukow ski, K. Szarow icz, M. Stańczyk
W iększość produkow anych obecnie kształtow ników zim nogiętych je s t stosow ana na konstrukcje budow lane oraz ram sam ochodów . S ą one lżejsze w porów naniu z k ształtow nikam i gorąco w alcow anym i, bardziej w ytrzym ałe i łatw iejsze w m ontażu. W zaaw anso
w anych technologiach p ro filo w an ia ju ż w fazie produkcji w ykonuje się na długości kształtow nika system otw orów m ontażow ych. System ten pozw ala n a bardzo łatw e kojarzenie różnych rodzajów przekrojów poprzecznych kształtow ników . Spow odow ało to w iększe zainteresow anie tym m ateriałem konstrukcyjnym i doprow adziło w U SA do w zrostu now o budow anych dom ów o konstrukcji stalow ej. Jednak dotychczasow a p raktyka w skazuje, że bez przeszkód w konstrukcjach ram sam ochodow ych, budow lanych i innych, m o g ą być stosow ane kształtow niki p ozbaw ione w ad kształtu.
F ałdow anie kraw ędzi
Skręcenie
W ygięcie w zdłuż W ygięcie w zdłuż osi pionow ej osi poziom ej
R ozszerzanie końca
W ygięcie ścianki Rys. 2. W ady kształtu profili kształtow ników [3,7]
Fig. 2. D efects o f cold roll form ing shapes [3,7]
2. PRO M IEŃ G IĘ C IA
Projektując proces p rofilow ania należy pam iętać, że w zależności od grubości taśm y należy zastosow ać odpow iedni prom ień gięcia. G rubość m ateriału w sadow ego niejako determ inuje m inim alny, d opuszczalny prom ień gięcia, po przekroczeniu którego m oże nastąpić lokalna utrata stateczności profilow anej taśmy. Z jaw isko to m oże doprow adzić do inicjacji naprężeń, które sp o w o d u ją pow staw anie w ad kształtu gotow ego w yrobu oraz w skrajnej sytuacji do pęk n ięcia taśm y.
W pływ param etrów p rocesu profilow ania. 165
Rys. 3. M inim alny prom ień gięcia Fig. 3. M inim al radius o f bend
M inim alny prom ień gięcia m o żn a w yznaczyć ze w zoru (1):
R = Ug (1)
gdzie: g - grubość giętego m ateriału;
U - w spółczynnik m ateriało w y (tab l.l).
Tablica 1 W artości w spółczynnika U dla w ybranych m ateriałów ________________
Kierunek gięcia
pro sto p ad le do kierunku rów nolegle do kierunku
Materiał w alcow ania w alcow ania
kąt gięcia kąt gięcia
45° 90° 180° 45° 90° CO O O
Stal 08X, 10 0,3 0,5 0,8 0,8 1,0 1,5
Stal 1 5 ,2 0 0,5 0,8 1,3 1,3 1,6 2,5
Stal 2 5 ,3 0 0,8 1,2 2,0 2,0 2,5 4,0
Stal 4 0 ,5 0 1,2 1,8 3,0 3,0 3,6 6,0
Stal 30HGSA 1,5 2,5 4,0 4,0 5,0 8,0
Stal nierdzewna 2,5 4,0 6,5 6,5 8,0 10,0
Mosiądz miękki 0,3 0,45 0,8 0,8 1,0 1,5
Mosiądz półtw ardy 0,5 0,75 1,2 1,2 1,5 2,5
Miedź 0,25 0,4 0,7 0,7 0,8 1,5
Aluminium 0,35 0,5 1,0 1,0 1,2 2,0
Duraluminium 1,5 2,5 4,0 4,0 5,0 8,0
Jak m ożna zauw ażyć w tab licy 1, dla m ateriałów kruchych i tw ardych m inim alny prom ień gięcia je s t w ielokrotnie w ięk szy od ich grubości (np. stal 30H G SA ), natom iast dla m ateriałów plastycznych prom ień m oże być naw et m niejszy od grubości w sadu (np. stal 10).
3. KĄT G IĘCIA
Podobnie ja k prom ień, tak i praw idłow y kąt gięcia odgryw a w ażn ą rolę w procesie profilow ania na zim no. W pływ w ielkości zadanego kąta kształtow ania do inicjującego się w materiale naprężenia rozciągającego przedstaw ia rys. 4. M ożna zauw ażyć, że w zrost kąta gięcia z 10° do 20° w pierw szej sekcji profilującej niesie za sobą praw ie pięciokrotny w zrost naprężenia rozciągającego na kraw ędzi m ateriału. W skrajnych przypadkach, gdy naprężenie rozciągające przek ro czy granicę sprężystości, pow stają na kraw ędzi m ateriału pofałdow ania, które kw alifikują k ształtow nik jak o złom . Jednym z rozw iązań takiego przypadku je st dołożenie stacji profilującej i zm niejszenie przyrostu kąta gięcia na p oszczególnych sekcjach profilujących.
166 J. Łukow ski, K. S zarow icz, M . Stańczyk
O dległości pom iędzy stacjam i profilującym i [mm j
Rys. 4. W pływ kąta gięcia n a przy ro st naprężenia rozciągającego
Fig. 4. Influence o f the b en d angle increm ent on the edge longitudinal strain distribution
4. W ER Y FIK A C JA Z A P R O JE K T O W A N E G O PR O C ESU
O pisane w artykule d w a spośród w ielu param etrów procesu p rofilow ania n a zim no za pom ocą rolek p o w o d u ją p o w stan ie naprężeń, które w przypadku źle dobranych tychże param etrów w znaczący sposób w p ły w ają na jak o ść geom etryczną kształtow ników zim nogiętych. P raw idłow y k ształt przekroju poprzecznego kształtow nika po procesie profilow ania je s t decydującym czynnikiem stanow iącym o jeg o przydatności do zastosow ania w budow ie w szelkich konstrukcji.
Jedną z m etod w eryfikacji zaprojektow anego procesu je st m odelow anie w program ie COPRA , który w yznacza rozkład naprężeń w m ateriale [6,7].
R ys.5. M odel procesu w pro g ram ie C O PR A [2]
Fig.5. M odel o f the p roces o f cold roli form ing - program m e C O P R A [2]
W pływ param etrów procesu. 167
Rys.6. R ozkład naprężenia zastępczego [2]
Fig.6. D istribution o f surrogate strain [2]
Przykład zam odelow anego procesu w program ie C O PR A pok azan y je s t na rys. 5, natom iast rozkład naprężeń zastępczych, na który w pływ m a ją m iędzy innym i prom ień i kąt gięcia, na rys. 6. N a p odstaw ie danych otrzym anych z program u m ożem y w każdej chw ili poprawić dow olne param etry procesu. W dow olny sposób m ożna zadaw ać odległość m iędzy poszczególnym i klatkam i, zm ieniać w ielkość rolek, zm ieniać grubość m ateriału, natom iast kąty i prom ienie gięcia program sam dobiera po w ybraniu odpow iedniego urządzenia profilującego.
5. PO D SU M O W A N IE
Przedstaw ione w artykule param etry procesu profilow ania na zim no w znaczący sposób w pływ ają na ja k o ś ć geom etryczną kształtow ników zim nogiętych. Z arów no źle dobrany prom ień, ja k i k ą t gięcia p ow odują pow staw anie w m ateriale naprężeń, które odpow iedzialne są za w ad y kształtu profili zim nogiętych. A by naprężenia te nie w pływ ały niekorzystnie na w yrób, n ależ y popraw nie zaprojektow ać proces profilow ania, a co za tym idzie - popraw nie dobrać k ąty gięcia n a odpow iednich stacjach oraz obliczyć m inim alny prom ień gięcia dla danego m ateriału w sadow ego. U nikam y tych czynności, gdy posiłkujem y się odpow iednim i program am i w spom agającym i proces projektow ania. Program za nas dobiera odpow iednie p rom ienie i k ąty gięcia i w izualizuje na ekranie m onitora w ielkość naprężeń w m ateriale w w ybranej klatce profilującej. K orzystanie z tego typu oprogram ow ania w znacznej m ierze przyspiesza proces projektow ania oraz gw arantuje otrzym anie odpow iedniej k lasy w yrobu, co w obecnej sytuacji rynkow ej je s t rzeczą najw ażniejszą.
168 J. Ł ukow ski, K. Szarow icz, M. Stańczyk
Literatura
1. W iduch A., W elzel A ., M usiol J., Szczeszek H., H ołota H ., L oranty M .: K ształtow niki stalow e gięte, W ydaw nictw o Śląsk, K atow ice 1984.
2. Sugm oo H., S eungyoon L., N akso K.: „A param etric study on form ing length in roll form ing” , Journal o f M aterials P rocessing T echnology 113, 2001, s. 774 - 778.
3. H isak i W ., H iro s h i O .: „C haracteristic features o f shape defects occurring in the cold roll form ing o f p re-notched pro d u cts” , Journal o f M aterials Processing T echnology 80-81, 1998, s. 2 2 5 - 2 3 1 .
4. Zhi-W u H., Cai L., W ei-P in g L ., L u-Q uan R.: „The effects o f form ing param eters in the roll fo rm in g o f a chanhel section w ith an outer edge” , Journal o f M aterials Processing T echnology 116, 2001, s. 205 - 210.
5. D awydow W .I., M asakow M .P.: G ięte kształtow niki cienkościenne w ytw arzanie, W N T, W arszaw a 1961.
6. Strona internetow a w w w .roll-design.com
7. Duggal N ., A hm etoglu M .A ., K inzel G .L., A ltan T.: „C om puter aided sim ulation o f cold roll form ing - a co m p u ter program for sim ple section profiles” , Journal o f M aterials Processing T ech n o lo g y 59, 1996, s. 41 - 48.
R ecenzent: D r hab. inż. E ugeniusz H adasik
A bstract
Shows in article param eters o f cold roll form ing process influence on geom etrical quality o f section. B oth bad w ell-chosen ray as angle o f bending cause form ation tensions in material, resposible for defects o f shape. I f w e w ant to design process corectly w e should choose one o f m any p rogram s for designing o f cold roll form ing process. P rogram for us mathes suitable rays and angels o f bending and size o f tensions in m aterial vizualizes on screen o f m onitor. U sig th is ty p e o f softw are in considerable m easure accelerates process o f designing as w ell as receip t guarantees suitable classes o f article, w hat in present situation is m ost im portant thing.
