Laba Pointer untuk Analisis Skelp Ujung Tekuk di Welded Tabung dan Pipa Roll Forming Proses

By Baicheng Wen, Roll-Kraft, Inc Ohio, USA Cetak Laba ini Pointer

Abstract

Berikut ini adalah analisis, dengan menggunakan metode elemen hingga, tepi skelp tekuk di dilas tabung dan pipa gulungan proses pembentukan. Pengalaman menunjukkan bahwa skelp tepi tekuk dapat terjadi selama pembentukan tabung dinding tipis dan (besar d / t rasio) pipa. Akibatnya, tabung atau pipa buruk dilas dan produk ditolak. Analisis ini akan membantu tabung dan pipa produsen memahami penyebab tepi tekuk dan untuk menghilangkan dan mencegah terjadinya nya. I. Pendahuluan Peningkatan permintaan untuk lebih banyak jenis ukuran dan bentuk di dalam tabung dan pipa produk, bersama dengan persyaratan ketat untuk kualitas tinggi, ciri tabung todays dan industri pembuatan pipa. Agar kompetitif, penting bahwa produsen menggunakan kualitas tinggi tooling, dalam hubungannya dengan manajemen ilmiah dan teknik operasi dalam proses produksi. Ini desain canggih dan teknik didasarkan pada pemahaman yang menyeluruh tentang deformasi material selama proses pembentukan. Dengan menerapkan pengetahuan ini untuk tooling desain dan prosedur manufaktur, banyak masalah membentuk dapat dihilangkan, sehingga produksi tabung berkualitas tinggi dan produk pipa. Dua masalah umum adalah membentuk skelp, atau strip, tepi tekuk dan permukaan menandai. Mereka sering terjadi ketika membentuk tabung dan pipa dengan diameter-to-ketebalan (d / t) rasio besar dan menggunakan kekuatan tinggi / bahan kekakuan tinggi, seperti stainless steel dan titanium. Tepi Skelp tekuk sering menyebabkan las berkualitas rendah yang menyebabkan merendahkan, atau menggores, tabung jadi atau pipa. Dalam beberapa kasus, masalah ini dapat menjadi begitu parah sehingga shutdown pabrik terjadwal diperlukan untuk menghapus produk melengkung dan menyesuaikan pabrik. Banyak kali, operator resor untuk metode trial-and-error penyesuaian pabrik untuk memperbaiki tepi skelp tekuk masalah. Karena jumlah parameter yang dapat disesuaikan, metode ini sangat tidak efisien dan tidak dapat menjamin kesuksesan. Dengan menggunakan metode elemen hingga, yang memprediksi perilaku material selama proses pembentukan, penyebab tepi tekuk dipahami. Pemahaman ini telah mengarah pada pengembangan dari beberapa solusi untuk menghilangkannya. Solusi ini dapat digunakan oleh kedua pabrik operator dan insinyur desain. Operator akan memiliki wawasan yang lebih baik pabrik penyesuaian dan set-up yang dapat digunakan untuk memperbaiki masalah tekuk. Insinyur dapat menggunakan informasi ini untuk merancang perkakas dan operasi teknik-teknik canggih untuk mencegahnya. II. Backround Informasi Tabung dan pipa roll membentuk adalah proses pembentukan. Sebuah panjang skelp, atau strip logam, dibentuk, atau berbentuk, melintang (lebar-bijaksana) dengan serangkaian membentuk gulungan dengan profil semakin berbeda. Beberapa variabel yang mempengaruhi proses pembentukan ini. Di antaranya adalah tata letak pabrik, terutama elevasi roll berdiri. Ketinggian roll berdiri mengontrol ketinggian jejak tengah skelp, atau membentuk kurva, karena perjalanan melalui pabrik. Dua yang paling umum digunakan membentuk kurva yang tingkat membentuk dan membentuk menurun. Tingkat pembentukan memanfaatkan ketinggian sama roll berdiri dan menghasilkan jejak centerline horisontal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Melalui sebagian besar proses pembentukan, panjang jejak tengah dan panjang jejak tepi (tepi luar skelp) adalah tidak sama. Ini adalah hasil dari materi peregangan pada tahap pertama membentuk (bagian breakdown) dan materi kompresi dalam pembentukan tahap kedua (bagian lulus fin). Kedua panjang, bagaimanapun, harus sama ketika tabung meninggalkan pabrik karena produk akhir lurus. Panjang perbedaan antara jejak tengah dan tepi jejak di tingkat membentuk dapat menyebabkan masalah produksi. Misalnya, sebagai skelp melewati bagian sirip, resultan tegangan tekan memanjang di tepi skelp dapat menyebabkan tepi tekuk. Panjang dari tepi dan tengah jejak dapat menyamakan kedudukan melalui seluruh proses pembentukan dengan mengubah pabrik set-up. Untuk melakukan hal ini, kelengkungan diperkenalkan ke jalan tengah, meningkatkan panjangnya untuk menyesuaikan bahwa dari jejak tepi. Konsep ini dikenal sebagai menurun membentuk.

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2, jejak tengah mengikuti jalan menurun saat melewati tahap-tahap pembentukan. Ini set-up yang sering digunakan di pabrik yang memproduksi tabung ukuran besar dan pipa. Skelp tepi tekuk adalah hasil dari ketidakstabilan materi di tepi skelp disebabkan oleh aksial regangan tekan. Ketidakstabilan membentuk gelombang di tepi skelp yang tidak dihapus oleh sub-sequent gulungan. Gelombang ini benar-benar terlihat seperti gesper dalam materi. Mill set-up memainkan peran penting dalam skelp tepi tekuk. Seperti dijelaskan di atas, deformasi aksial bervariasi sesuai dengan jenis membentuk kurva yang digunakan di pabrik. Mengatur kurva membentuk melalui perubahan elevasi roll berdiri dapat menghilangkan atau menyebabkan skelp tepi tekuk.

III. Skelp Ujung Tekuk di Downhill Membentuk

> Downhill membentuk didirikan dengan menetapkan ketinggian roll berdiri di ketinggian semakin rendah melalui pembentukan tahap awal tabung atau pipa. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3, khas menurun membentuk kurva ditandai dengan (1) penurunan curam di ketinggian melalui bagian breakdown dan (2) penurunan dangkal di ketinggian melalui bagian lulus sirip (dalam beberapa kasus, sedikit peningkatan elevasi ). Karena jalan menurun curam dari kurva membentuk, skelp tersebut aksial membungkuk pada sudut yang didasarkan pada ketinggian roll berdiri dan jari-jari membentuk gulungan-gulungan. Lentur aksial ini menciptakan deformasi tekan aksial di tepi skelp yang dapat menyebabkan tepi tekuk. Tepi Skelp tekuk di downhill terbentuk ERW pipa dianalisis menggunakan metode elemen hingga (Referensi 1). Hasil analisis menunjukkan bahwa tekuk dimulai dengan unggul material pada titik regangan tekan maksimum. Juga, tekuk dikembangkan dengan pembentukan sendi plastis. Akibatnya, skelp tepi tekuk dapat diprediksi dengan menentukan distribusi aksial regangan tekan pada tepi strip dan lokalisasi di bawah peningkatan deformasi. Untuk pabrik khusus set-up, jumlah aksial lentur di segmen skelp antara dua gulungan berdiri dapat diperkirakan. Hal ini mudah dilakukan dengan menganalisis kurva menurun membentuk. Analisis ini akan menunjukkan jumlah angkat yang dibutuhkan pada akhir skelp untuk memberi makan ke lulus berikutnya. Lift ini diwakili oleh D dan diilustrasikan dalam Gambar 4. Dengan mempertimbangkan segmen ini skelp sebagai balok kantilever dengan salah satu ujung tetap dan yang lainnya mengangkat jumlah D, deformasi aksial dapat diprediksi.

Sebagai contoh, nilai-nilai angkat, D, untuk setiap segmen skelp dari 16 "pabrik, diperkirakan berdasarkan mill set-up. Deformasi aksial dalam segmen ini diproduksi oleh aksial lentur dianalisis dengan menggunakan metode elemen hingga GAMBAR. 5 menunjukkan perpindahan diprediksi dan distribusi aksial regangan untuk segmen skelp antara pertama dan kedua kerusakan gulungan dengan nilai-nilai angkat, D, antara 43,17 mm dan 77,16 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa gesper terlihat tepi terjadi di segmen skelp untuk nilai angkat, D, sama dengan atau lebih besar dari 60,75 mm. gesper ini dimulai pada saat angkat akhir mencapai 51 mm. Hal ini dapat dilihat bahwa deformasi melokalisasi, menyebabkan ketidakstabilan plastik dan deformasi melintang besar (tekuk). Modus dan lokasi yang skelp tepi tekuk diprediksi oleh model ini sangat mirip dengan tekuk diamati dalam proses pembentukan. Hasil analisis ini menunjukkan bahwa downhill pembentukan tabung dan pipa dapat menghasilkan tepi strain tekan pada lokasi-lokasi tertentu. Downhill membentuk (curam membentuk kurva) yang berlebihan menghasilkan aksial besar lentur dan deformasi tekan tinggi di tepi skelp yang dapat menyebabkan tepi tekuk.

IV. Skelp Ujung Tekuk Level Pembentukan

Seperti disebutkan, downhill membentuk dapat membuat besar lentur aksial yang sering mengakibatkan tepi tekuk. Meskipun aksial lentur tidak ada dalam tingkat pembentukan, skelp tepi tekuk masih dapat terjadi. Jelas, penyebab skelp tepi tekuk di tingkat pembentukan yang berbeda dari orang-orang yang memproduksinya menurun membentuk. Pada tingkat pembentukan, yang skelp tepi ditarik dalam pembentukan tahap awal (bagian breakdown) dan dikompresi dalam tahap akhir (bagian lulus fin) untuk menghasilkan sebuah tabung lurus atau pipa. Kompresi tepi skelp di bagian sirip lulus dapat menyebabkan tepi tekuk. Sebagai contoh, sebuah pabrik memproduksi "OD/0.025" ketebalan dinding tabung 2 hasil tinggi dianalisis untuk memprediksi skelp tekuk di tingkat khas membentuk set-up. Peregangan (elongasi) dari tepi skelp di bagian breakdown diperkirakan dari perbedaan antara panjang jejak skelp tepi dan tengah jejak. Dengan menelusuri garis tepi dan tengah dari gulungan pakan untuk lulus sirip pertama, panjang total perbedaan antara keduanya, yang diwakili oleh d, dapat diberikan sebagai:

dimana i adalah 0 sampai N dan N adalah jumlah lintasan sebelum lulus sirip pertama. di adalah perbedaan panjang antara jejak skelp tepi dan jejak tengah antara dua rol berdiri seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Dengan asumsi bahwa pesawat penampang skelp tetap di pesawat dan sejajar satu sama lain, dan mengabaikan springback material, panjang jejak garis tepi, le, dan jejak tengah, lc, dapat diperkirakan dari hubungan geometris berikut :

mana lcd adalah jarak pusat-ke-pusat antara dua stand roll. Hx dan Hy diilustrasikan dalam Gambar 7 dan dapat ditentukan dari bunga skelp di dua gulungan berdiri. Pada bagian sirip lulus, tepi skelp dikompresi untuk mengimbangi peregangan (elongasi) di bagian kerusakan. Kompresi ini di tepi skelp dapat menyebabkan skelp tepi tekuk. Untuk model kompresi tepi ini, bagian dari skelp antara dua melewati sirip dianalisis dengan menggunakan metode elemen hingga.

Model seksi ini, dengan jaring elemen hingga yang, diilustrasikan pada Gambar 8. Hanya setengah dari bagian dimodelkan karena simetri. Akhir mendatang tetap untuk mencerminkan kendala dari gulungan terbentuk di celah itu. Di ujung lain, kendala juga diterapkan dalam semua kecuali rotasi perpindahan. Pada akhirnya ini, perpindahan radial diterapkan untuk model melintang lentur yang dihasilkan oleh skelp memasuki gulungan. Perpindahan aksial, sama dengan perpanjangan, d, diterapkan untuk model kompresi. Pemindahan yang diperkirakan dari model ini ditunjukkan pada Gambar 9. Hal ini dapat dilihat bahwa perpindahan radial terbesar (tekuk) terjadi di dekat tengah bagian antara dua melewati, namun terkoreksi dari tengah karena perbedaan kelengkungan pada setiap akhir segmen. Modus dan lokasi tepi skelp tekuk diprediksi oleh model ini sangat mirip dengan tekuk diamati dalam proses pembentukan.

V. Pembahasan dan KesimpulanAnalisis tepi tekuk di downhill membentuk telah menunjukkan bahwa downhill berlebihan membentuk akan membuat aksial besar lentur selama proses pembentukan. Lentur aksial ini menghasilkan deformasi tekan pada tepi skelp dan menghasilkan material. Hasilnya adalah ketidakstabilan plastik lokal yang dikenal sebagai skelp tepi tekuk. Pada tingkat pembentukan, tepi skelp yang tidak merata terbentuk melalui seluruh proses pembentukan. Tepi Skelp awalnya menggeliat, kemudian dikompresi secara bertahap membentuk berikutnya. Kompresi ini juga dapat mengakibatkan skelp tepi tekuk. Analisis disajikan dalam Bagian III dan IV menunjukkan skelp tepi tekuk cenderung terjadi sebagai ketebalan skelp menurun. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa perlawanan Skelps terhadap lentur dan kompresi berkurang, dan regangan aksial dalam meningkatkan materi, karena ketebalannya berkurang. Hal ini konsisten dengan proses pembentukan yang sebenarnya di mana tabung dinding tipis dan pipa rentan terhadap tepi tekuk. Penggunaan metode elemen hingga dan geometri disederhanakan muncul untuk menjelaskan mekanisme yang menyebabkan tepi skelp tekuk. Namun, pemodelan geometri skelp lokal dalam gulungan dapat memberikan peningkatan akurasi. Springback dari skelp antara gulungan berdiri terjadi sebagai deformasi elastis dilepaskan. Springback mengubah skelp penampang dan kekakuan dan dapat mempengaruhi terjadinya tepi tekuk. Pemodelan springback dalam tabung dan pipa proses pembentukan itu membutuhkan pertimbangan lebih banyak parameter dalam proses pembentukan dari saat ini dianalisis dan berada di luar cakupan makalah ini. Secara umum, tabung dan pipa praktek desain perkakas saat ini hanya mempertimbangkan deformasi melintang dari bahan seperti digambarkan dalam roll bunga khas. Metode elemen yang terbatas yang dijelaskan dalam model kertas skelp tepi tekuk selama proses membentuk dan menyediakan data tentang deformasi aksial skelp tersebut. Informasi tambahan ini harus membantu insinyur desain dalam mengembangkan perkakas canggih yang dapat menangani deformasi material di kedua arah aksial dan melintang. Selain itu, akan membantu memilih yang paling tepat membentuk kurva. VI. Rekomendasi Analisis menurun membentuk mengungkapkan bahwa downhill berlebihan membentuk (kurva membentuk yang terlalu curam) merupakan penyebab skelp tepi tekuk. Downhill membentuk dapat menguntungkan jika dikembangkan dengan baik. Pembentukan kurva harus halus dan kontinyu. Oleh karena itu, dianjurkan bahwa downhill membentuk secara bertahap diperkenalkan melalui serangkaian roll berdiri. Model numerik dari Referensi 1 dapat digunakan untuk memprediksi nilai akhir mengangkat kritis, DCR. Nilai ini dapat digunakan untuk mengatur ketinggian pabrik berdiri atau menyesuaikan pabrik set-up untuk menghilangkan masalah tekuk tepi. Elevasi setiap roll berdiri harus di set ke ketinggian di mana pencabutan akhir skelp kurang dari nilai kritis, DCR. Tepi Skelp tekuk di tingkat pembentukan disebabkan oleh deformasi tekan di tepi skelp yang dihasilkan dari bahan peregangan pada tahap membentuk sebelumnya. Salah satu solusi untuk masalah ini adalah memanfaatkan tingkat menurun terbentuk di tahap awal pembentukan. Ini akan mencegah elongations besar di skelp dan kompresi bahan yang dihasilkan dalam tahap pembentukan berikutnya yang menyebabkan tekuk tersebut. Metode geometris yang dijelaskan dalam Bagian IV dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah menurun (kemiringan kurva membentuk) diperlukan untuk setiap roll berdiri. Tujuannya adalah untuk menyamakan panjang jejak tepi dan tengah jejak. Persamaan berikut dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah menurun, Hd:

Nilai downhill ini, Hd, dapat digunakan untuk mengatur pabrik dengan kurva menurun membentuk yang akan membantu menghilangkan tepi tekuk. Modifikasi harus dilakukan untuk ini persamaan, namun, untuk memperhitungkan dua faktor penting: (1) sebagai jarak pusat-ke-pusat antara dua rol berdiri meningkat, peregangan (elongasi) dari garis tepi dan penurunan Hd; (2 ) peregangan (elongasi) dari garis tepi dan peningkatan HD ukuran tabung meningkat. Persamaan yang dimodifikasi adalah:

di mana Ds dan LCD adalah ukuran tabung dan pusat-pusat untuk jarak antara kedua gulungan berdiri, masing-masing. () adalah fungsi dari Ds / Lcd. Ekspresinya berubah sebagai jenis perkakas desain (bunga) perubahan. Perlu dicatat bahwa persamaan ini tidak dapat digunakan ketika Hy mendekati nol, karena Hd mendekati tak terhingga. Hal ini akan sesuai dengan situasi di mana tepi peregangan (elongasi) tidak dapat dikurangi dengan menggunakan menurun terbentuk di bagian tertentu. Diskusi ini merekomendasikan bahwa persamaan di atas dapat digunakan untuk menentukan jumlah menurun diperlukan dalam beberapa rincian pertama gulungan untuk mencegah tepi tekuk. Setelah ketinggian roll berdiri harus ditetapkan pada ketinggian untuk menghasilkan transisi yang mulus ke tingkat membentuk kurva (atau salah satu yang sedikit menanjak) di bagian sirip. Atau, kurva menurun membentuk dapat diatur dengan mengambil pengukuran langsung dari pabrik. Cukup mengukur panjang jejak garis tepi dan tengah jejak antara dua stand roll. Mengatur ketinggian roll berdiri untuk menghasilkan kurva menurun terbentuk di bagian kerusakan di mana panjang jejak garis tepi mendekati bahwa dari jejak centerline.

Referensi

[1] B. Wen, et. al., Pemodelan Skelp Ujung Instabilitas di Roll Forming dari ERW Pipe. Jurnal Teknologi Pengolahan Bahan, Volume 41, hlm 425-446 (1994- See more at: http://www.roll-kraft.com/component/content/article/19-uncategorised/145-profit-pointer-for-the-analysis-of-skelp-edge-buckling-in-welded-tube-and-pipe-roll-forming-processes#sthash.1rgMf3q7.dpuf