ГНУТЫЙ ПРОФИЛЬ ШВЕЛЛЕРНОГО ТИПА Российский патент 1998 года по МПК B21D5/06 F16S3/04 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении сортовых холодногнутых профилей повышенной жесткости.

Сортовые гнутые профили относительно простой конфигурации поперечного сечения (угловые, швеллерные, корытные и др.) изготавливают путем последовательной подгибки элементов полосовой заготовки в калибрах многоклетевых профилегибочных станов. С целью повышения жесткости (несущей способности) гнутых профилей, например, швеллерного типа, на их стенках (т.е. горизонтальных элементах) дополнительно формируют сплошные либо замкнутые (обычно - продольные) гофры относительно небольшой глубины. Технология производства сортовых симметричных гнутых профилей (в том числе - швеллерных) достаточно подробно описана, например, в книге под ред. И.С.Тришевского. Производство гнутых профилей (оборудование и технология). - М.: Металлургия, 1982, с. 243-250.

Известен гнутый профиль из хромоникельтитановой стали для подвесных путепроводов, имеющий сложную конфигурацию поперечного сечения с выпуклым наружу средним элементом определенных взаимосвязанных между собой размеров. Недостаток профиля - весьма ограниченная область его применения (см. а.с. СССР N 1726086).

Известен также гнутый профиль швеллерного типа, имеющий полки разной ширины, стенка которого углублена внутрь профиля и выполнена с просечками различных направлений, выдавленными внутрь и наружу профиля (см. а.с. СССР N 1750776). Недостаток этого профиля - относительно невысокая жесткость, что не позволяет использовать его в несущих конструкциях.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является швеллер с гофрированной стенкой, приведенной в книге В.И. Анисимова и др. Расширение сортамента металлопроката - резерв экономии.- Челябинск: Ю.-Урал. кн.изд., 1980, с.105, рис. 22.

Этот гнутый профиль содержит полки и гофрированную стенку с заданной величиной радиусов изгиба между ними и характеризуется тем, что гофры выполнены в продольном направлении и симметрично относительно средней линии профиля. Недостатком такого профиля является относительно невысокая жесткость (в особенности - при небольшой толщине), что снижает его потребительские свойства. Технической задачей изобретения является повышение потребительских свойств гнутых профилей за счет увеличения их жесткости, а также улучшение геометрии гофрированных профилей швеллерного типа.

Действительно, очевидно, что наличие гофров на полках, а также на их кромках увеличивает жесткость профилей. Кроме того, также очевидно, что должно существовать минимально-допустимое расстояние от гофра (точнее - от его основания) до места соответствующего изгиба, обеспечивающее требуемую геометрию профиля и отсутствие трещинообразования при его формовке, причем, теоретическое определение этого параметра не представляется возможным.

Для решения указанной задачи у профиля швеллерного типа из оцинкованной стали толщиной S = 0,5 - 1,0 мм, содержащего полки и гофрированную стенку с заданной величиной радиусов изгиба R₁ между ними, дополнительно содержатся продольные гофры на полках и отбортовки по их кромкам, направленные внутрь профиля и с углом наклона к полкам, равным 45^o, при этом величина радиуса изгиба между полками и отбортовками R₂ = (1,5 - 1,8) S и R₁ = (2,0 - 2,5) S, а минимальное расстояние от основания гофра до соответствующего места изгиба l₁ = 2R при минимальном расстоянии между гофрами на полках l₂ = 8S.

Вышеприведенные математические зависимости получены при обработке опытных данных и являются эмпирическими.

Сущность найденного технического решения заключается в повышении жесткости гнутого профиля швеллерного типа и улучшении его геометрии за счет дополнительного гофрирования полок и создания отбортовок с оптимальным углом их наклона, а также конкретизации расстояния между гофрами на полках и расстояний от мест изгиба до гофров.

Лабораторными исследованиями, проведенными в г. Магнитогорск, были определены минимально-допустимые значения указанных величин, не вызывающие искажения геометрии поперечного сечения предлагаемого гнутого профиля и появления трещин при его профилировании, а также "отслоения" цинкового покрытия. Эти параметры проверялись при испытаниях профиля (см. ниже).

На чертеже показано поперечное сечение заявляемого гнутого профиля.

Профиль, симметричный относительно оси yy, содержит стенку 1 с продольными гофрами 2 (например, трапециевидной формы), а также полки 3 с продольными гофрами 4 (например, треугольной формы) и с отбортовками 5 на кромках полок. Размеры стенки, полок и отбортовок, соответственно, h, b и a. Радиусы изгиба между стенкой и полками - R₁ = (2,0 - 2,5) S, между полками и отбортовками - R₂ = (1,5 - 1,8)S (S - толщина профиля). Минимальное расстояние от основания гофра до соответствующего места изгиба (перпендикуляра, опущенного из центра окружности радиуса R₁ или R₂ на элемент профиля) - l₁ (для радиуса R₁ это для R₂ - а минимальное расстояние между гофрами на полках - l₂ = 8S. Выбранный угол наклона отбортовок (α = 45⁰) - оптимален при взаимно перпендикулярных нагрузках на профиль.

При опытной проверке предлагаемого холодногнутого профиля толщиной S = 0,5 - 1 мм с гофрами высотой до 3S результаты испытаний сравнивались со швеллером тех же параметров h, b и S и с одинаковыми гофрами на стенке, но без отбортовок и гофров на полках. Испытания на изгиб показали, что жесткость (несущая способность) заявляемого профиля была в 1,15 - 1,25 раза больше, чем у известного (см. выше) при нагрузке, направленной перпендикулярно полкам, и в 1,35 - 1,50 раза больше при нагрузке, перпендикулярной стенке, что объясняется наличием гофров и отбортовок на полках.

Выбранные соотношения между величинами R₁ и R₂ обеспечили наилучшую геометрию (и точность размеров) профилей, а величины l₁ и l₂ - отсутствие трещинообразования и "отслаиваний" цинкового покрытия при профилировании.

Уменьшение величины α приводило к уменьшению жесткости профиля в направлении, перпендикулярном полкам, а увеличение α - к уменьшению жесткости в направлении, перпендикулярном стенке.

Таким образом, опыты подтвердили приемлемость заявляемого объекта для решения поставленной задачи и его преимущества перед известным объектом.

Технико-экономический анализ показал, что при равной несущей способности для производства заявляемого профиля потребуется на 15-20% меньше металла (за счет уменьшения толщины или ширины заготовки), чем для производства известного профиля, выбранного в качестве ближайшего аналога.

Пример конкретного выполнения
Гнутый профиль швеллерного типа из оцинкованной стали толщиной S = 0,7 мм выполнен с размерами: h = 60, b = 27; a = 6 мм (см. фиг.1), с α = 45⁰ и двумя трапециевидными гофрами на стенке высотой 2 мм.

На полках профиля выполнены по три треугольных гофра, высотой 2 мм, направленный внутрь профиля с l₂ = 6 мм, т.е. l₂ > 8S = 5,6 мм.

Величины радиусов изгиба: R₁ = 1,5 мм (≈ 2,1S), R₂ = 1,2 мм (≈ 1,7S). Расстояния от мест изгиба до основания гофров: = 5 мм (что больше 2R₁ = 3 мм) и = 4 мм (т.е. больше 2R₂ = 2,4 мм).

Изобретение может быть использовано при производстве холодногнутых сортовых профилей проката. Профиль изготовлен из оцинкованной стали толщиной S= 0,5-1,0 мм. Содержит полки и гофрированную стенку с величиной радиуса изгиба R₁= (2,0-2,5)S. Полки выполнены с продольными гофрами и отбортовками по кромкам. Отбортовки направлены внутрь профиля с углом наклона к полкам 45^o. Величина радиуса изгиба между полками и отбортовками R₂ = (1,5-1,8)S. Минимальное расстояние между гофрами на полках l₂ = 8S. Минимальное расстояние от основания гофра до соответствующего места изгиба l₁ = 2R. Позволяет повысить жестокость профиля и улучшить его геометрию. 1 ил.

Гнутый профиль швеллерного типа, содержащий полки и гофрированную стенку с заданной величиной радиусов изгиба R₁ между ними, отличающийся тем, что при изготовлении профиля из оцинкованной стали толщиной S = 0,5 - 1,0 мм он дополнительно содержит продольные гофры на полках и отбортовки по их кромкам, направленные внутрь профиля и с углом наклона к полкам, равным 45^o, при этом величина радиуса изгиба между полками и отбортовками R₂ = (1,5 - 1,8)S и R₁ = (2,0 - 2,5)S, а минимальное расстояние от основания гофра до соответствующего места изгиба l₁ = 2R при минимальном расстоянии между гофрами на полках l₂ = 8S.