Способ лазерной резки плети трубчатого элемента прямоугольного сечения для изготовления заготовки трубчатой рамной металлоконструкции с угловыми соединениями Российский патент 2025 года по МПК B23K26/38 B23K101/04 

Данное изобретение относится к производству металлоконструкций различного назначения, в частности для изготовления каркасов металлоконструкций с угловыми соединениями. Способ касается таких конструкций, которые изготавливаются из прямоугольных в поперечном сечении труб, применяемых в области мебельного производства, машиностроения и строительства.

Известен способ изготовления изогнутого изделия из прокатного профиля, включающий резание в стенках профиля выемок и гибку профиля, причем в процессе вырезания выемок в стенках профиля в местах изгиба профиля каждый паз выполняют на ширину L в зависимости от толщины d стенки профиля в месте изгиба, при этом из условий прочности выявлена и раскрыта зависимость этих параметров (RU 2154542 С1, 20.08.2000). В патенте раскрыт способ изготовления изделия из профиля, имеющего коробчатую форму. В длинномерном прямоугольном в сечении профиле, с радиусными закруглениями в углах профиля, вырезают в двух противоположных стенках угловые выемки, а затем в зонах выемок полученную заготовку изгибают.

Установлено, что при реализации способа в процессе изготовлении изогнутого изделия из длинномера (хлыста, плети) трубы прямоугольного в поперечном сечении, в процессе вырезания выемок в стенках профиля лазерной установкой, длинномер совершает биение - знакопеременные перемещения стенок профиля, что отрицательно влияет на точность резки выемок в профилях, отрицательно влияет на качество изготовления заготовок и качество готовой продукции.

Из публикаций известен способ лазерной резки плети трубчатого элемента прямоугольного сечения для изготовления заготовки углового элемента трубчатой металлоконструкции, который характеризуется тем, что из трубчатого элемента (трубы), имеющей квадратное сечение, вырезают лазером из боквовых и верхней стенок проемы с образованием на их боковых кромках диаметрально расположенных выемок и выступов (Яндекс.https://metall.world/upload/iblock/211/lazernaya-rezka-trub4.jpg. 09.04.2023). Данный способ предусматривает вырезание косых проемов так, что нижняя кромка каждого проема расположена вблизи осевой линии каждой боковой стенки трубы, после чего требуется резание проемов в боковых стенках в обратных направлениях, что усложняет способ. Также, при изгибе нижней стенки трубы по радиусному закруглению, одновременно изгибают радиусные углы трубы, что связано с необходимостью применения дополнительной оснастки и использования для изгиба радиусных кривых дополнительной энергии. При этом для снижения энергоемкости, на нижней стенке трубы с её наружной стороны, выполняют насечки для уменьшения энергоемкости гибки нижней стенки, что снижает прочность углового элемента. Установлено биение трубы в процессе резки её стенок, в результате чего стыковка кромок заготовки после резки получается неточной, отрицательно влияющей на качество заготовки углового элемента трубчатой металлоконструкции.

Техническим результатом представленного в данном описании способа является повышение точности и качества лазерной резки плети трубчатого элемента.

Технический результат получен способом лазерной резки плети трубчатого элемента прямоугольного сечения для изготовления заготовки углового элемента трубчатой металлоконструкции, характеризующимся тем, что устанавливают плеть трубчатого элемента в неподвижном положении и вырезают лазером из её стенок угловые выемки под углом α, причем сначала из верхней стенки трубчатого элемента вырезают две продольно ориентированные выемки так, чтобы между ними оставалась перемычка, соединяющая противоположные кромки верхней стенки после вырезания в ней двух выемок, затем поворачивают плеть вокруг её продольной оси на угол 90° так, чтобы боковая стенка плети располагалась в верхнем положении, прижимают плеть вблизи зоны резания и вырезают в боковой стенке плети трубы боковую выемку, далее повторно поворачивают плеть трубы вокруг продольной оси на угол 180° так, чтобы вторая боковая стенка плети располагалась в верхнем положении, прижимают плеть вблизи зоны резания и вырезают во второй боковой стенке плети трубы боковую выемку, по форме идентичную первой боковой выемке, причем при резании боковых выемок одновременно вырезают угловые закругленные части трубчатого элемента.

Закругленные части трубчатого элемента вырезают в контуре между точками s на нижней стенке трубчатого элемента и точками s1 на верхней стенке трубчатого элемента так, чтобы образованный между указанными точками прямоугольный контур находился внутри контура трубчатого элемента, образованного закругленными частями стенок трубчатого элемента.

В плети трубчатого элемента прямоугольного сечения вырезают лазером множество последовательно расположенных выемок, а затем плеть лазером торцуют по размерам на короткие или длинные заготовки угловых элементов.

На фигурах показаны изображения, поясняющие способ.

На фиг.1 показана изготовленная лазером заготовка углового элемента, полученная из плети трубчатого элемента прямоугольного сечения.

На фиг.2 - готовый угловой элемент металлоконструкции.

Нафиг.3 - изготовленное лазером множество заготовок для изготовления угловых элементов.

На фиг.4 - изготовленный из одной заготовки прямоугольный каркас изделия.

На фиг.5 - изготовленный из одной заготовки многоугольный каркас изделия.

На фиг.6 - изготовленный из одной заготовки арочный каркас изделия.

Длинномерная плеть (хлыст) 1 (фиг.1) трубчатого элемента прямоугольного в сечении с радиусными закруглениями r в углах трубчатого элемента имеет боковые стенки 2 и 3, в которых лазером вырезаны угловые выемки 4 и 5. Каждая выемка образована двумя расположенными под углом α к горизонтальной плоскости гранями 6 и 7.

На левой грани 6 вырезана лазером полукруглая выемка 8, а на правой грани 7 вырезан полукруглый выступ 9. В верхней стенке 20 плети 1 выполнена перемычка 10, соединяющая края 11 и 12 верхней стенки в зоне расположения вырезов 4 и 5. Перемычка 10 исключает разнонаправленные смещения стенок плети и обеспечивает стабильное положение плети трубы в процессе резки её стенок. Перемычку 10 изготавливают путем вырезания лазером в верхней стенке 20 продольно ориентированных и параллельных пазов 23. Каждая часть перемычки сужается к середине перемычки и в средней части перемычка имеет наименьшую площадь поперечного сечения.

Между нижними углами каждой выемки 4 и 5 показано пунктирной линией 13 расстояние между точками s за пределами угловых закруглений r. По линии 13 осуществляют изгиб нижней стенки 14 заготовки при получении показанного на фиг.2 углового элемента.

Каждая заготовка углового элемента имеет две стыкуемые друг с другом кромками 6 и 7 части 15 и 16. Перемычка в средней её части имеет линию перегиба 17. Выполненная из плети 1 заготовка имеет торцы 18 и 19 (фиг.2) и закругленный угол 21. После изготовления углового элемента его части соединяют сваркой 22. Пазы 23 заготовки (фиг.1), которые выполнены в верхней стенке заготовки, простираются вдоль плети 1.

Способ лазерной резки плети трубчатого элемента прямоугольного сечения осуществляют выполнением следующих операций в их последовательности.

Устанавливают плеть 1 трубчатого элемента (фиг.1) в рабочем неподвижном положении нижней стенкой 14 на рабочий стол (стапель) и вырезают лазером из её верхней стенки 20 пазы 23, которые являются частями выемок 4 и 5. В верхней стенке 20 плети трубчатого элемента вырезают два продольных паза 23 так, чтобы внешние кромки пазов были параллельны друг другу, а внутренние кромки пазов располагались под углом друг к другу и сходились к середине перемычки 10. При резании верхней стенки образуется перемычка 10, которая соединяет противоположные кромки 11 и 12 верхней стенки 20 после вырезания в ней и боковых стенках выемок 4 и 5.

Затем поворачивают плеть вокруг её продольной оси на угол 90°, прижимают плеть вблизи зоны резания к стапелю и фиксируют плеть во втором её новом положении так, чтобы боковая стенка 3 плети оказалась наверху, а боковая стенка 2 плети оказалась внизу. После этого вырезают в боковой стенке 3 плети трубы боковую выемку 5.

Далее повторно поворачивают плеть трубы вокруг продольной оси на угол 180° и вырезают в противоположной боковой стенке трубы идентичную первой боковой выемке вторую боковую выемку, причем при резании боковых выемок одновременно вырезают угловые закругленные по радиусу r части трубчатого элемента.

Угловые закругленные части трубчатого элемента вырезают в угловом контуре трубчатого элемента между крайними точками s, расположенными на нижней стенке трубчатого элемента, и точками s1, расположенными на верхней стенке трубчатого элемента так, чтобы образованный между указанными точками прямоугольный контур находился внутри контура трубчатого элемента, образованного закругленными частями стенок трубчатого элемента по радиусу r.

В плети трубчатого элемента прямоугольного сечения выполняют лазером множество последовательно расположенных выемок 4, 5 (фиг.3), затем плеть лазером торцуют по размерам на короткие или длинные заготовки угловых элементов.

Плеть 1 торцуют в плоскости f на заготовки угловых элементов, каждая из которых имеет угловые выемки 4 и 5 и перемычку 10. После торцовки перемычку 10 каждой заготовки удаляют или сгибают по линии 17 и при этом по пунктирной линии 13 сгиба нижней стенки 14 трубы сгибают эту стенку трубы путем перемещения и поворота частей 15 и 16 трубы в направлении друг к другу. Перемещают части 15 и 16 трубы до момента полного вхождения каждого круглого выступа 9 правой грани 7 в круглую выемку 8 левой грани 6. Смыкают и прижимают части 15 и 16 трубы друг к другу до момента плотного контакта граней 6 и 7 и в этом согнутом под углом друг к другу положении частей трубы, части 15 и 16 фиксируют в рабочем положении. В случае если перемычку 10 не удаляют, то в процессе смыкания частей 15 и 16 трубы, перемычка одновременно по линии 17 её сгиба (расположенной в тонком месте перемычки 10) изгибается и проседает вниз и её изогнутые ветви располагаются в полости сомкнутых частей 15 и 16 трубы. После проведенных операций получают угловой элемент металлоконструкции с закругленным углом 21 (фиг.2) и прямыми частями 15 и 16 углового элемента.

Существенно, что угловые выемки 4 и 5 вырезают до образования в каждой выемке углового контура, обозначенного крайними точками s и s1, расположенными ближе к середине трубы - за пределами радиусных закруглений r в углах трубы.

Заготовку, показанную на фиг.3, торцуют по заданным размерам, соответствующим длинам L и L1 сторон углового элемента (фиг.2) в установленных пределах каждой стороны от 5см до 200см и более.

В стенках длинномерной плети трубчатого элемента 1 по её длине (фиг.3) вырезают множество последовательно расположенных выемок 4, 5 под заданным углом между кромками 6 и 7 (фиг.1). В зависимости от выбранного угла α наклона каждой кромки к горизонтальной плоскости и в зависимости от межцентровых расстояний L3 (фиг.3) между угловыми выемками каждой боковой стенки трубы, получают форму углового элемента после стыковки частей 15 и 16.

Условно короткие угловые элементы используют в отводах металлоконструкций и соединительных узлах в местах сборки готовых металлоконструкций. Условно крупногабаритные угловые элементы, которые выполнены из длинномерной заготовки и имеют множество углов, используют для монтажа каркасных как облегченных, так и тяжелых металлоконструкций. Для усиления соединения угловых соединений тяжелых металлоконструкций сваривают части 15 и 16 сварным швом 22 (фиг.2).

Формы готовых угловых элементов, которые показаны на фиг.4-6, получают путем изменения углов α наклона кромок 6 и 7 к горизонтальной поверхности (фиг.3), а также путем изменения межцентровых расстояний L3 между выемками 4,5. В этой связи под угловым элементом понимается цельная деталь, выполненная из одной заготовки, имеющая один или множество углов.

Работает угловой элемент следующим образом. В процессе работы угловой элемент воспринимает от его несущих прямолинейных частей изгибающие и крутящие нагрузки, а также нагрузки сжатия, причем соединение частей 15 и 16 углового элемента (фиг.2) работает также на разрыв и сдвиг этих частей в стороны друг от друга. Разрыву частей 15 и 16 оказывают сопротивление нижняя стенка 14 углового элемента, выступы 9 и сварной шов 22, причем выступы оказывают также сопротивление усилиям взаимного смещения относительно друг друга частей 15 и 16, что существенно повышает надежность соединения частей углового элемента.

В процессе изготовления углового элемента описанным выше способом, благодаря выполнению перемычки 10 в процессе изготовления, достигнута стабилизация положения длинномерной заготовки на стапеле путем исключения биения заготовки в процессе её резания лазером. В результате существенно повышена точность резания заготовки, качество соединения частей углового элемента, качество готовых угловых элементов и качество различных по форме конструкций, изготовленных данным способом.

Изобретение относится к способу лазерной резки плети трубчатого элемента прямоугольного сечения для изготовления заготовки углового элемента трубчатой металлоконструкции. Из верхней стенки трубчатого элемента вырезают две продольно ориентированные выемки так, чтобы между ними оставалась перемычка, соединяющая противоположные кромки верхней стенки после вырезания в ней двух выемок. Поворачивают плеть вокруг её продольной оси на угол 90° так, чтобы боковая стенка плети располагалась в верхнем положении. Прижимают плеть вблизи зоны резания и вырезают в боковой стенке плети трубы боковую выемку. Далее повторно поворачивают плеть трубы вокруг продольной оси на угол 180° так, чтобы вторая боковая стенка плети располагалась в верхнем положении. Прижимают плеть вблизи зоны резания и вырезают во второй боковой стенке плети трубы боковую выемку, по форме идентичную первой боковой выемке. При резании боковых выемок одновременно вырезают угловые закругленные части трубчатого элемента. В заявленном изобретении обеспечивается повышение точности и качества лазерной резки плети трубчатого элемента. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ лазерной резки плети трубчатого элемента прямоугольного сечения для изготовления заготовки углового элемента трубчатой металлоконструкции, включающий установку плети трубчатого элемента в неподвижное положение и вырезание лазером из её стенок угловых выемок, отличающийся тем, что сначала из верхней стенки трубчатого элемента вырезают две продольно ориентированные выемки так, чтобы между ними оставалась перемычка, соединяющая противоположные кромки верхней стенки после вырезания в ней двух выемок, затем поворачивают плеть вокруг её продольной оси на угол 90° так, чтобы боковая стенка плети располагалась в верхнем положении, прижимают плеть вблизи зоны резания и вырезают в боковой стенке плети трубы боковую выемку, далее повторно поворачивают плеть трубы вокруг продольной оси на угол 180° так, чтобы вторая боковая стенка плети располагалась в верхнем положении, прижимают плеть вблизи зоны резания и вырезают во второй боковой стенке плети трубы боковую выемку, по форме идентичную первой боковой выемке, причем при резании боковых выемок одновременно вырезают угловые закругленные части трубчатого элемента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закругленные части трубчатого элемента вырезают в контуре между точками s на нижней стенке трубчатого элемента и точками s1 на верхней стенке трубчатого элемента так, чтобы образованный между указанными точками прямоугольный контур находился внутри контура трубчатого элемента, образованного закругленными частями стенок трубчатого элемента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в плети трубчатого элемента вырезают лазером множество последовательно расположенных угловых выемок, а затем плеть лазером торцуют по размерам на короткие или длинные заготовки угловых элементов.