ГНУТЫЙ ПРОФИЛЬ Российский патент 2000 года по МПК B21D5/06 B21D7/08 B21D13/06 

Предлагаемое изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении фасонных (сортовых) холодногнутых профилей.

Фасонные гнутые профили самой разнообразной конфигурации поперечного сечения и различного назначения (в т.ч. - для дорожных ограждений) получают на специальных профилегибочных станах. Эти профили состоят из отдельных элементов, сопряженных местами изгиба с определенными радиусами, и могут изготавливаться из разных металлов, например из низкоуглеродистой конструкционной стали. Сортамент производимых гнутых профилей достаточно полно представлен в справочнике под ред. И.С.Тришевского "Гнутые профили проката", М., "Металлургия", 1980, с.147-301.

Значительную часть сортамента составляют профили с гофрами жесткости различной формы: треугольными, прямоугольными, трапециевидными и полукруглыми.

Известен гнутый профиль (гофрированный лист), концевым выступам которого придана такая форма, что вырез на одном конце листа соответствует выступу на другом его конце (см. пат. ГДР N 146206, кл. F 28 F 3/06 от 28.01.81 г.).

Известен также гнутый профиль, содержащий средние и краевые вертикальные и горизонтальные элементы, сопряженные участками изгиба, у которого средний горизонтальный элемент выполнен выпуклым наружу с заданной стрелкой прогиба (см. а.с. СССР N 1726086, кл. B 21 D 5/06 от 28.02.90 г.).

Недостатком этих профилей является невозможность эффективного их использования в качестве дорожных ограждений автострад.

Наиболее близким к заявляемому объекту является профиль с трапециевидным гофром N 18-15, приведенный в справочнике под ред. И.С.Тришевского "Производство и применение гнутых профилей проката", М., "Металлургия", 1975, с.501.

Этот профиль из стали марки 3 пс, содержащий в поперечном сечении центральный трапециевидный гофр с горизонтальными полками у его основания, боковые наклонные стенки и участки изгиба по заданному радиусу, характеризуется наличием узких горизонтальных полок, расположенных по кромкам профиля и сопряженных с боковыми стенками. Недостатком описанного профиля является его относительно малая поперечная жесткость, в особенности при изготовлении его из низкоуглеродистой стали (такой, как 08 кп и пс), что делает нецелесообразным его применение в качестве дорожного ограждения.

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик (в частности - жесткости) гнутых профилей, используемых как дорожные ограждения, и уменьшение расхода металла при их производстве.

Для решения указанной задачи у гнутого профиля преимущественно из низкоуглеродистой конструкционной стали толщиной S, содержащего в поперечном сечении центральный трапециевидный гофр с горизонтальными полками у его основания, боковые наклонные стенки и участки изгиба по заданному радиусу R, центральный гофр выполнен с высотой, превышающей высоту упомянутых стенок в 3,5... 4,0 раза, и с углом наклона его граней к горизонтали, в 1,25 ... 1,35 раза большим угла наклона стенок, а на середине каждой из полок выполнено по одному полукруглому гофру, направление которого совпадает с направлением центрального гофра, с радиусом, одинаковым с глубиной гофра и равным (2,2... 2,5) S, при этом величина R = (2,7 ... 3,5)S.

Указанные соотношения величин параметров профиля получены при обработке опытных данных и являются эмпирическими.

Сущность найденного технического решения заключается в повышении жесткости фасонного профиля, изготавливаемого из низкоуглеродистой стали, за счет оптимизации его параметров и создания дополнительных малых по размерам гофров на определенных элементах профиля без увеличения расхода металла при его производстве. Принципиально, этот профиль может быть изготовлен и из других марок стали, близких по химсоставу и мехсвойствам к низкоуглеродистой (например, ст. 20 кп, 3 кп и др.).

Гнутые профили дорожных ограждений обычно используется с цинковым покрытием, которое наиболее приемлемо для сталей с низким содержанием кремния (это, прежде всего, кипящие стали). Кроме того, для сборки таких профилей в них пробиваются отверстия в определенных местах. При этом, во-первых, используемая сталь должна быть достаточно пластичной, чтобы исключить появление трещин при пробивке, и, во-вторых, профили не должны иметь так называемых концевых дефектов (например, отклонений углов наклона отдельных элементов от заданных величин), затрудняющих сборку ограждений. С этой точки зрения наиболее подходят стали с низким содержанием углерода. Обоим же условиям лучше всего отвечает сталь марки 08 кп (или пс), производимая по ГОСТ 1050.

Так как профили дорожного ограждения обычно изготавливаются из стали 3кп, то при их производстве из низкоуглеродистой стали, имеющей меньшие механические характеристики, требуется дополнительное "усилие" поперечного сечения.

Следует также учесть, что отдельные параметры профиля определяют необходимое число формующих клетей (например, углы наклона к горизонтали боковых стенок, а также граней гофра), т.е. расход инструмента, и ширину используемой при профилировании полосовой заготовки (например, высота гофров), т.е. расход металла. Оптимальную конфигурацию профиля и его размеры наиболее целесообразно определить экспериментально.

Предлагаемый гнутый профиль показан на чертеже (дано его поперечное сечение).

Профиль толщиной S содержит центральный трапециевидный гофр 1 высотой H, грани 2 которого наклонены к горизонтали под углом α и основание которого сопряжено с горизонтальными полками 3, на внешних краях которых выполнены боковые стенки 4 высотой h_c, наклоненные под углом β, причем H =(3,5... 4,0)•h_c и α = (1,08...1,10)β. Полки 3 содержат на середине своей ширины b_п по одному полукруглому гофру 5 с выпуклостью вверх, т.е. направление этих гофров совпадает с направлением центрального гофра 1. Глубина h_г гофров 5 соответствует величине их внутреннего радиуса (т.е. h_г= r), который равен (2,2. ..2,5)S. Величина радиусов участков изгиба 6 одинакова и равна (2,7... 3,3)S. Величина α соответствует обычно принимаемым величинам (70...80) см., например, ГОСТ 9234.

При монтаже дорожного ограждения профиль устанавливается горизонтально и крепится к вертикальным стойкам плоской вершиной своего центрального гофра, для чего на концах штанги профиля выполнены специальные отверстия.

Опытную проверку заявляемого гнутого профиля производители в ЗАО "Прокат-гнутый профиль" и в центральной лаборатории ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".

С этой целью на профилегибочном агрегате 2-8 х 100-600 были изготовлены различные варианты предлагаемого профиля, отличавшиеся некоторыми своими параметрами. В опытах оценивалась "технологичность" профилей (требуемое количество формующих клетей, а также склонность к трещинообразованию при профилировании), их геометрия и жесткость при испытаниях на продольный изгиб и кручение. Было установлено следующее.

При уменьшении величины H : h_c снижалась жесткость профилей при продольном изгибе, а при увеличении этого отношения - уменьшалось сопротивление продольному скручиванию; оптимальной признана величина H : h_c = 3,5...4,0.

Величина α = 75 - 80^o испытуемых профилей была близка к таковой у профиля, взятого в качестве ближайшего аналога (75^o). Соотношение α = (1,25...1,35)β выполнялось при наименьшем количестве формующих клетей; при его изменении требовалось на одну-две клети больше (возрастал либо угол α, либо β). В то же время при указанной величине α:β профили имели достаточную жесткость.

Изменение направления полукруглых гофров (вниз, а не вверх, как на чертеже) в отдельных случаях вызывало трещинообразование на этих гофрах, очевидно, из-за изменения схемы напряженного состояния при деформации.

Оптимальной следует считать глубину полукруглых гофров h_г = r =(2,2... 2,5)S, ее уменьшение снижало жесткость профилей, а увеличение (при постоянной величине b_п) вызывало необходимость увеличения ширины заготовки при появлении дефектов геометрии профилей (волнистость на горизонтальных полках). При r > h_г жесткость профилей также снижалась, а при r < h_г отмечалось появление трещин.

Уменьшение величины радиусов изгиба R = (2,7...3,3)S хотя и приводило к некоторому повышению жесткости профилей, но при отрезке их концов с пробивкой отверстий в пресс-штампах (эта операция сопровождалась уменьшением радиусов изгиба) вызывало трещинообразование. Увеличение же R отрицательно сказывалось на жесткости профилей.

Сравнительные испытания предлагаемого гнутого профиля (из ст. 08 кп) и известного (из стали 3 пс) показали, что жесткость первого из них больше в 1,5...1,8 раза при более высоком качестве цинкового покрытия. Для достижения равновеликой жесткости требуется увеличение толщины известного профиля при соответствующем увеличении расхода металла.

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

Пример конкретного выполнения
Гнутый профиль, используемый для дорожных ограждений, выполнен из стали марки 08кп толщиной S = 3 мм и имеет поперечное сечение, показанное на фиг. 1, с размерами:
H = 75 мм, B = 320 мм, h_с = 20 мм, b_п = 103 мм,
h_г = r = 7 мм, R = 9 мм, α = 77^o, β = 59^o, т.е. с величинами соотношений:
H : h_c = 3,75; α:β = 1,3; r : S = 2,33; R = 3,0т

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству холодногнутых сортовых профилей проката. Профиль из низкоуглеродистой конструкционной стали толщиной S в поперечном сечении имеет центральный трапециевидный гофр с горизонтальными полками у его основания, боковые наклонные стенки и участки изгиба по заданному радиусу R, при этом центральный гофр выполнен с высотой, превышающей высоту упомянутых стенок в 3,5.... 4,0 раза, и с углом наклона его граней к горизонтали, в 1,25... 1,35 раза большим угла наклона стенок, а на середине каждой из полок выполнено по одному полукруглому гофру, направление которого совпадает с направлением центрального гофра, с радиусом, одинаковым с глубиной гофра и равным (2,2... 2,5)S, при этом величина R=(2,7...3,3)S. Повышаются точность изготовления и качество профилей. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гнутый профиль из стали, толщиной S, содержащий в поперечном сечении центральный трапециевидный гофр с горизонтальными полками у его основания, боковые наклонные стенки и участки изгиба по заданному радиусу R, отличающийся тем, что центральный гофр выполнен с высотой, превышающей высоту упомянутых стенок в 3,5 ... 4,0 раза, и с углом наклона его граней к горизонтали в 1,25 . .. 1,35 раза большим угла наклона стенок, а на середине каждой из полок выполнено по одному полукруглому гофру, направление которого совпадает с направлением центрального гофра, с радиусом, одинаковым с глубиной гофра и равным (2,2 ... 2,5)S, при этом величина R = (2,7 ... 3,3)S. 2. Гнутый профиль по п.1, отличающийся тем, что в качестве стали использована низкоуглеродистая конструкционная сталь.