Порівняльний аналіз аналітичних та чисельних методів прогнозування дефектів при валковому формуванні швелерів
DOI:
https://doi.org/10.37142/2076-2151/2025-1(54)72Ключові слова:
валкове формування, швелер, напружено-деформований стан, метод скінченних елементів, поздовжня деформація, кліть, калібрування валків.Анотація
Бабай Ю. В., Губський С. О., Явтушенко А. В., Кошкаров Ю. Ю., Натаров М. В. Порівняльний аналіз аналітичних та чисельних методів прогнозування дефектів при валковому формуванні швелерів
Метою даної роботи є підвищення точності прогнозування та попередження дефектів форми (втрати стійкості кромки) при виробництві гнутих профілів відкритого типу шляхом удосконалення методики аналізу напружено-деформованого стану. На підставі порівняльного дослідження аналітичних та чисельних методів моделювання обґрунтована необхідність врахування реальних фізичних факторів процесу, таких як контактне тертя та енергія надлишкових деформацій. Встановлено, що геометричні методи розрахунку схильні занижувати рівень реальних напружень, прогнозуючи деформування в пружній зоні, тоді як скінченно-елементний аналіз виявляє критичні зони пластичності. Теоретичні дослідження виконувалися для процесу формування швелера зі сталі 10 із використанням CAЕ-систем. Розроблено скінченно-елементні моделі поведінки металу в клітях, які дозволили дослідити динаміку накопичення поздовжніх деформацій на кромці профілю. На основі аналізу отриманих моделей визначено вплив геометричних параметрів формувального стана на якість продукції. Доведено доцільність збільшення міжклітьової відстані як ефективного методу боротьби з хвилеутворенням. Порівняльний аналіз результатів моделювання для різних кінематичних схем показав, що раціоналізація бази деформування з 1000 мм до 1400 мм забезпечує зниження пікових значень поздовжньої деформації з 3,5 % до 1,2 %, що гарантує стабільність технологічного процесу та відсутність браку.
Посилання
Wang J., Liu H. M., Li S. F., Chen W. J. Cold roll forming process design for complex stainless-steel section based on COPRA and orthogonal experiment. Materials. 2022. 15(22). 8023. https://doi.org/10.3390/ma15228023.
Simonetto E., Ghiotti A., Bruschi S. Agile manufacturing of complex shaped bent profiles by incremental deformation. Manufacturing Letters. 2023. 36. pp. 40–43. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2023.01.004.
Sun Y., Sedlmaier A., Guo Q., Zhang D., Xia H., Cu S., Dong J., Ren Y. Flexible 3D Profile Roll Forming Technology. Flexible Metal Forming Technologies. Springer Nature Singapore. 2022. pp. 161–225. https://doi.org/10.1007/978-981-19-1348-8_5.
Ren Y., Rubaiee S., Ahmed A., Othman A. M., Arora S. K. Multi-objective optimization design of steel structure building energy consumption simulation based on genetic algorithm. Nonlinear Engineering. 2022. 11(1). pp. 20–28. https://doi.org/10.1515/nleng-2022-0012.
Mohammdi Najafabadi H., Moslemi Naeini H., Safdarian R., Kasaei M. M., Akbari D., Abbaszadeh B. Effect of forming parameters on edge wrinkling in cold roll forming of wide profiles. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2885-x.
Halmos G. T. Roll forming handbook. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group. 2006. 584 p. https://doi.org/10.1201/9781420030693.
Liang J., Chen C., Liang C., Li Y., Chen G., Li X., Wang A. One-time roll-forming technology for high-strength steel profiles with section. Advances in Materials Science and Engineering. 2019. Article ID 6505914. 10 p. https://doi.org/10.1155/2019/6505914.
Safdarian R., Moslemi Naeini H. The effects of forming parameters on the cold roll forming of channel section. Thin-Walled Structures. 2015. 92. pp. 130–136. https://doi.org/10.1016/j.tws.2015.03.002.
Suckow T., Schroeder J., Groche P. Roll forming of a high strength AA7075 aluminum tube. Production Engineering. 2021. 15(5). pp. 573–586. https://doi.org/10.1007/s11740-021-01046-2.
Yue M., Zhang J., Xiao B., et al. Numerical and experimental analysis of edge wave defect control during TA2 circular tube cold roll forming. Engineering Reports. 2024. 6(11). e12913. https://doi.org/10.1002/eng2.12913.
Hui X., Wang X. Forming quality analysis on the cold roll forming C-channel steel. Materials. 2018. 11(10). 1911. https://doi.org/10.3390/ma11101911.
Sreenivas A., Abeyrathna B., Rolfe B., Weiss M. Longitudinal strain and wrinkling analysis of variable depth flexible roll forming. Journal of Manufacturing Processes. 2022. 81. pp. 414–432. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.06.063.
Farzin M., Salmani Tehrani M., Shameli E. Determination of buckling limit of strain in cold roll forming by the finite element analysis. Journal of Materials Processing Technology. 2002. 125–126. pp. 626–632. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00357-6.
Soyaslan M. The effects of roll forming pass design on edge stresses. Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences. 2018. 36(3). pp. 677–691.
Babai Yu. V., Yavtushenko A. V., Hubskyi S. O., Kulyk H. H. Simulation of roll forming for U-shaped bent profiles. Theory and Practice of Metallurgy. 2025. (2). pp. 75–79. https://doi.org/10.15802/tpm.2.2025.11.
