СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГНУТЫХ ЗЕТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК B21D5/06 

Изобретение относится к механической обработке листового материала с помощью валков специальной формы и предназначено для использования в металлургии, транспортном и сельскохозяйственном машиностроении при производстве гнутых зетовых профилей проката с конечными углами подгибки, большими 90^o.

Известен способ изготовления гнутых зетовых профилей, при котором формовку полок осуществляют попеременно в валках и роликовых устройствах /1/.

При формовке в роликовых устройствах сначала производят ориентацию профиля по предварительно отформованному гофру, зажим стенки по толщине и подгибку полок. При углах подгибки свыше 90^o по биссектрисам углов изгиба участков сопряжений стенки и полок прикладывают противоскручивающие усилия. На последних переходах производят правку по форме готового профиля и правку скручивания поворотом в противоположную сторону с последующей вытяжкой повернутого профиля при одновременном приложении аксиальных усилий растяжения.

Существенным недостатком приведенного выше аналога является то, что при подгибке полок не обеспечивается их плоскопараллельное перемещение во всех переходах. Это не позволяет одновременно с подгибкой полок осуществлять поворот стенки вокруг оси формовки, проходящей через центр ее тяжести в направлении, обратном направлению подгибки полок, для компенсации скручивания в продольном направлении готового профиля.

Другим недостатком аналога является то, что при углах подгибки между стенкой и полками более 90^o приложение усилий в местах изгиба по биссектрисам углов не обеспечивает достаточно полного предотвращения продольного скручивания на зетовых профилях.

Кроме того, правка в последних переходах по готовому профилю не эффективна, так как почти сформованное поперечное сечение профиля имеет высокую жесткость, противостоящую малым деформациям в калибрах, а приложение аксиальных усилий при повернутом профиле против скручивания создает условия для повреждения поверхности металла, особенно на профилях из материала с легкотравмируемой поверхностью /нержавеющая сталь, холоднокатанная заготовка, травленый металл и цветные металлы/.

Известен также способ изготовления гнутых неравнополочных зетовых профилей, заключающийся в последовательной подгибке элементов по переходам на разные углы /2/. Кромки профиля выдерживают на одном уровне. На первых переходах кромки профиля выдерживают на уровне профилирования, затем после подгибки меньшей полки на заданный угол производят встречную подгибку большей полки и стенки профиля с отформованной меньшей полкой, удерживая при этом в каждом переходе кромки профиля на одинаковом расстоянии от уровня профилирования при постоянном расстоянии от места изгиба, примыкающего к меньшей полке, до уровня профилирования.

Cущественным недостатком данного способа является то, что расположение боковых кромок формуемых полок в первых переходах на уровне профилирования исключает возможность плоскопараллельного перемещения полок одновременно с поворотом стенки формуемого зетового профиля на угол подгибки в каждом переходе, поэтому не обеспечивается наиболее эффективное предотвращение продольного скручивания непрерывным и равномерным перераспределением остаточных напряжений в местах изгиба.

Другим недостатком этого способа является то, что после первых переходов производят раздельную /по переходам/ подгибку обеих полок, что затрудняет обеспечение уравновешивания изгибающих моментов от остаточных напряжений со стороны разных полок, а это влечет за собой тенденцию к скручиванию готового профиля.

Кроме того, наложение условий фиксированных расстояний от боковых кромок полок профиля до определенных, но разных уровней, может способствовать депланации готовых профилей в виде предельных прогибов при волнистости краевых участков полок зетовых профилей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления гнутых зетовых профилей, включающий последовательную по переходам подгибку полок профиля на одинаковые углы /5/.

Согласно данному способу кромку одной из полок размещают в горизонтальной плоскости, совмещенной с плоскостью формовки, а центры тяжести поперечных сечений профиля по переходам выдерживают в одной плоскости. При формовке профиля его стенке, по крайней мере, в одном из переходов придают волнистую форму с размещением центров кривизны каждой полуволны и сопряженного с ней места изгиба по одну сторону относительно стенки. После достижения значения угла между полками и горизонтальной плоскостью на 5.10^o больше конечного стенку выпрямляют до получения заданной формы профиля и отгибают одновременно полки до заданного угла, при этом в одной горизонтальной плоскости с упомянутой кромкой одной из полок размещают место изгиба, прилегающее к другой полке. А центры кривизны полуволны и сопряженных с ним мест изгиба размещают на прямых, перпендикулярных плоскости формовки.

Существенным недостатком наиболее близкого аналога является то, что при подгибке полок зетового профиля одинаковых ширин на равные углы по переходам не осуществляется их плоскопараллельное перемещение одновременно с поворотом стенки в сторону, противоположную направлению подгибки полок. Вследствие этого не обеспечивается непрерывное постоянное снятие и распределение остаточных напряжений от подгибки полок, что создает условия для продольного скручивания на готовых профилях.

Другим недостатком известного способа является то, что в процессе формовки стенке придают криволинейную форму /в виде полуволн/ с последующим ее выравниванием при подгибании полок до заданного угла. Это ухудшает условия формовки качественного зетового профиля, так как изгиб стенки в виде полуволн создает дополнительные условия для продольного скручивания профиля. Кроме того, прием изгиба стенки полуволнами исключает возможность формовки зетовых профилей с углами между стенкой и полками, превышающими 90^o, так как при этом необходимо изгибать по радиусу полки при прямолинейной стенке с последующим их выпрямлением до плоского состояния. Наличии даже остаточных напряжений от изгиба стенки после ее выпрямления при последующем изгибе по радиусу полок может искажать все поперечное сечение зетового профиля без возможности последующего качественного исправления.

Изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в улучшении качества полученных изделий и расширении технологических возможностей при производстве зетовых профилей.

Задача решается тем, что в известном способе изготовления гнутых зетовых профилей, включающем последовательную по переходам подгибку полок профиля на одинаковые углы, при изготовлении гнутых зетовых профилей с конечными углами подгибки между стенкой и полками, превышающими 90^o, подгибку по переходам осуществляют при плоскопараллельном перемещении полок относительно друг друга одновременно с поворотом стенки вокруг оси формовки, проходящей через ее центр тяжести, в сторону, противоположную направлению подгибки полок, в каждом переходе на угол, равный углу подгибки полок в этом переходе, а в предчистовых переходах полки изгибают по радиусу и затем выпрямляют с фиксацией свободных концов полок, обеспечивая перемещение мест изгиба между стенкой и полками во взаимно противоположных направлениях до заданного положения.

Осуществление подгибки по переходам при обеспечении плоскопараллельного перемещения полок относительно друг друга одновременно с поворотом стенки вокруг оси формовки в сторону, противоположную направлению подгибки полок, обеспечивает в процессе формообразования постоянное равномерное снятие и перераспределение остаточных напряжений, создающих продольное скручивание готовых профилей.

Вращение стенки вокруг оси формовки, проходящей через ее центр тяжести, создает постепенно увеличивающуюся интенсивность снятия и перераспределения остаточных напряжений от середины высоты стенки одинаково в обе стороны в местах изгиба, создающих остаточные напряжения, что обеспечивает наиболее полное предотвращение возможности продольного скручивания готовых профилей. Поворот стенки в каждом переходе на угол, равный углу подгибки полок в этом переходе, обеспечивает создание интенсивности снятия остаточных напряжений по величине, адекватной величине интенсивности их образования в этом переходе, зависящей от степени деформирования мест изгиба, которая пропорциональна углу подгибки полок в данном переходе. Изгиб полок по радиусам с последующим их распрямлением при создании условий односторонних перемещений мест изгиба обеспечивает качественную отформовку профиля при подгибке полок на углы между ними и стенкой, превышающими 90^o, без волнистости на полках и депланации стенки от потери устойчивости внецентровым сжатием ее по высоте.

Данный способ может быть реализован на любом профилегибочном стане, имеющем достаточное число клетей для формовки профиля.

На фиг. 1 изображена схема технологического процесса изготовления гнутых зетовых профилей, на фиг. 2 схема перехода по подгибке полок на угол, больший 90^o.

Способ осуществляют следующим образом.

В соответствии с конфигурацией профиля определяют схему и режим подгибки полок 1, 2 и поворота стенки 3 до полной отформовки профиля. При этом углы подгибки α₁α₂ обеих полок и угол γ поворота стенки вокруг оси 4 формовки, проходящей через ее центр 5 тяжести, должны быть одинаковыми по величине для обеспечения плоскопараллельного перемещения полок во всех переходах.

Затем при выборе радиуса R и угла b изгиба полок в предчистовом переходе с учетом механических свойств и толщины металла используют зависимость
B_п=R•β, (1)
где В_п ширина полки.

При этом необходимо соблюдать условие, что величина перемещения Δe мест изгиба между полками и стенкой при подгибке полок на конечные углы α_к, превышающие 90^o, должна быть равна разности между шириной полки В_п и хордой, стягивающей дугу изогнутой полки, по зависимости
Δe=B_п-2R•sinβ/2. (2)
C другой стороны, из геометрии готового профиля следует

где В общая ширина готового профиля, мм.

Или, подставив значение из /3/ в /2/, получим
β=4R•sinβ/2. (4)
Таким образом, решением уравнений /1/ и /4/ находят угол β и радиус R изгиба полок.

После определения параметров изгиба полок по радиусам производят расчет калибровки полок по переходам с первого по последний, где производятся разгибка полок и окончательная отформовка профиля. При необходимости при больших величинах угла a_к или в случае труднодеформируемого металла изгиб полок по радиусам, как и последующая разгибка их, могут осуществляться за несколько переходов в предчистовых и чистовых клетях.

Создание условий одностороннего перемещения Δe мест изгиба при разгибке изогнутых полок до плоского состояния для окончательной отформовки профиля на углы, превышающие 90^o, обеспечивается формой закрытого калибра, в котором закрывающие боковые элементы 6, 7 при распрямлении кривизны полок жестко ограничивают перемещение боковых кромок 8, 9 в стороны от центральной части профиля. При этом места изгиба двигаются навстречу друг другу по цилиндрическим образующим профильных элементов 10, 11 до конечных положений; углы подгибки возрастают до величины α_к, большей 90^o, стенка в освобожденном пространстве 12 калибра поворачивается на тот же угол вокруг оси формовки 4, проходящей через центр тяжести 5 стенки.

Данный способ может быть реализован с помощью устройства, содержащего валки для формовки постепенной подгибкой по переходам.

Так, например, предлагаемый способ был опробован при изготовлении зетового профиля 210х55х130х4 мм из стали Ст3кп, имевшего ширину полок В_п=130 мм, конечный угол подгибки α_к=110^°, перемещение мест изгиба Δe=20 мм.. Режим подгибки полок и поворот стенки до угла 90^o по переходам был принят таким: 10, 25, 40, 60, 75, 90^o. Подсчитанный радиус изгиба полки составлял R 100 мм, а угол β=1,3 рад. По разработанной технологии по данному способу профиль формовался в 9-ти переходах. При этом изгиб полок по радиусам производился за один переход, разгибка полок также за один переход с последующей калибровкой профиля в последнем 9-ом переходе.

Замеры зетовых профилей 210х55х130х4 мм, изготовленных данным способом, и способом, известным из наиболее близкого аналога, позволили установить следующее.

Профили обеих партий полностью соответствовали ТУ 14-2-341-78, волнистости и прогибов не наблюдалось.

На профилях опытной партии при любой длине, даже максимально возможной товарной длине /11,5 мм/, существенного продольного скручивания не наблюдалось, т. е. не обнаруживалось существующими способами его замеров. Величина углов между полками и стенкой по всей длине от передних торцов до задних была стабильной, а ее отклонение от номинального размера не превышало +0^o10'. Ширины обеих полок /130 мм/ имели отклонения, не превышающие 0,3 мм и стабильные по всей длине готовых профилей.

Профили, изготовленные по способу наиболее близкого аналога, имели продольное скручивание в пределах 0,6-0,7 мм на 1 м длины. Отклонение углов от номинального размера на средней части по длине не превышало 0^o30', а на концевых участках /до 300 мм/ оно достигало +1^o20'. Отклонение ширин полок /130 мм/ на середине длины профилей составило 0,5 мм, а на концевых участках достигало 1,2-1,5 мм.

Из приведенных выше данных вполне очевидно, что применение изобретения позволило улучшить качество готовых профилей за счет предотвращения продольного скручивания, уменьшения отклонений от номинальных, стабильности отклонений на всей длине профилей. Так, по изобретению продольное скручивание отсутствовало, отклонение углов было меньше в 3 раза на серединной части по длине профилей, а на концевых в 8 раз, отклонение ширин полок также было меньшим и стабильным по всей длине, снизилось в 2,5 раза на среднем участке и в 6-7,5 раза на концевых участках.

Кроме того, данный способ расширяет технологические возможности изготовления зетовых профилей, особенно для производства профилей при углах подгибки между полками и стенкой, превышающими 90^o, а также при больших ширинах полок и малой высоте стенки, которые не осваиваются на существующих станах ввиду отсутствия возможности подгибки полок, ширины которых превышают допускаемую высоту формовки, и ограниченных размеров вертикальных межклетевых роликов.

Использование: в металлургии, транспортном и сельскохозяйственном машиностроении при производстве гнутых зетовых профилей проката с конечными углами подгибки, большими 90^o. Сущность изобретения: подгибку элементов по переходам осуществляют при плоскопараллельном перемещении полок относительно друга друга одновременно с поворотом стенки вокруг оси формовки, проходящей через центр тяжести стенки. Поворот стенки производят в направлении, противоположном направлению подгибки полок, на угол, равный углу подгибки полок в этом переходе. В предчистовых переходах полки изгибают по радиусу, а затем выпрямляют. Выпрямление производят при обеспечении перемещения мест изгиба между стенкой и полками во взаимно противоположных направлениях до заданного положения. 2 ил.

Способ изготовления гнутых зетовых профилей, включающий последовательную по переходам подгибку полок профиля на одинаковые углы, отличающийся тем, что при изготовлении гнутых зетовых профилей с конечными углами подгибки между стенкой и полками, превышающими 90^o, подгибку по переходам осуществляют при плоскопараллельном перемещении полок друг относительно друга одновременно с поворотом стенки вокруг оси формовки, проходящей через ее центр тяжести, в сторону, противоположную направлению подгибки полок, в каждом переходе на угол, равный углу подгибки полок в этом переходе, а в предчистовых переходах полки изгибают по радиусу и затем выпрямляют с фиксацией свободных концов полок, обеспечивая перемещение мест изгиба между стенкой и полками во взаимно противоположных направлениях до заданного положения.