Горячекатаный фланцевый профиль Советский патент 1992 года по МПК B21B1/08 

Изобретение относится к прокатному производству и строительной технике, а более конкретно к устройству стальных швеллеров, используемых для изготовления деталей металлоконструкций, машин и механизмов, работающих на поперечный изгиб.

Цель изобретения - снижение металлоемкости при повышении прочности сечения и качества профиля.

На фиг.1 показано поперечное сечение фланцевого профиля; на фиг.2 - схема правки профиля в холодном состоянии.

Горячекатаный фланцевый профиль- (швеллер) состоит из стенки 1 и полок 2, взаимно пересекающихся между собой под углом 90°. Сопряжение внутренних граней каждой из полок и стенки очерчено кривой, вершина которой расположена на внутренней грани полки 2 в точке А, определяемой расстоянием И от внешней грани стенки 1, а ветвь кривой плавно сопрягается с внутренней гранью стенки 1 в точке Б, определяемой расстоянием h. Расстояние h от внешней грани стенки 1 до вершины кривой в точке А превышает толщину (S) стенки 1 профиля в 2,2-2,5 раза. Расстояние h от внешней грани полки 2 до сопряжения ветви кривой с внутренней гранью стенки 1 в точке Б равно 2,7-4,5 толщины полки профиля.

Устройство работает следующим образом.

В процессе холодной правки швеллера, прокатываемого в чистовом развернутом калибре, осуществляется выпрямление стенки 1, толщина которой равна S, цилиндрическим роликом3(фиг.2), Вследствие износа валков чистового калибра изменяются очертания внутренней поверхности полки 2 и стенки 1, размеры И и h увеличиваются. В результате этого усилия правки (Р), прилагаемые со стороны ролика 3 к внутренней грани стенки 1, сосредоточенные в начальный

VI СА)

СО О

N

момент в средней зоне швеллера, перемещаются в процессе правки к полкам 2. В области сопряжения полок 2 со стенкой 1 выработка валков компенсируется наличием сосредоточения металла на швеллере, который распределен по кривой АБ. При этом точки сосредоточения нагрузок в конце процесса правки (точки Б) со стороны ролика 3 смещены от жестких элементов - полок 2 к середине стенки 1 на величину 2. Выпучивание стенки 1 тонкостенного профиля в области участка сопряжения (АБ) устраняется.

Нижний предел величины 2 сопряжения внутренних граней полки 2 и стенки 1, определяемый точкой Б и равный ,7- t, выбран на основании практических данных правки швеллера, обеспечивающих требуемое качество профиля, и позволяет добиться экономии металла без больших материальных затрат на изготовление и эксплуатацию рабочих валков.

Уменьшение границы диапазона приводит к ухудшению качества профиля за счет появления дефекта выпучивание стенки профиля на участке сопряжения. В этом случае при правке тонкостенных швеллеров профиль имеет массивные полки и тонкую стенку и в области сопряжения полок со стенкой из-за концентрации усилий от ролика при правке профиля происходит изменение конфигурации профиля, что приводит к его браку и не позволяет добиться цели.

Верхний предел величины 2 сопряжения внутренних граней полки со стенкой, равный 4,5 t, позволяет добиться максимально возможной технологичности прокатки с учетом износа валков и правки профиля в холодном состоянии без искажения его поперечного сечения. Профиль имеет требуемое стандартами качество поперечного сечения и максимально возможные удельные параметры прочности сечения профиля за счет сосредоточения металла вблизи полок и установления надежной конструктивной связи полок со стенкой.

Увеличение предела диапазона более 4,5 t приводит к повышению материалоемкости профиля за счет увеличения износа валков, изменению формы внутренних граней и его отличию от требований ГОСТ 8240- 72, что является недопустимым. При этом снижаются критерии рациональности профиля за счет увеличения его массы.

Вершина кривой, описывающей конфигурацию сопряжения внутренних граней полок со стенкой, расположена на внутренней грани стенки на расстоянии И, равном 2,2- 2,5 толщины стенки от ее внешней грани.

Нижний предел участка Н расположения вершины кривой, равный 2,2- S, позволяет добиться максимально возможной экономии металла профиля без ухудшения

его прочностных характеристик и обеспечить требуемое качество профиля после холодной правки. Уменьшение границы диапазона менее 2,2 S не позволяет компенсировать влияние износа валков при

прокатке на форму готового профиля, приводит к появлению концентрации напряжений в области сопряжения внутренних граней полок со стенкой и к ухудшению качества готового профиля после холодной

правки из-за выпучивания стенки в области сопряжения. Кроме того, затрудняется заполнение металлом участка сопряжения при прокатке, что приводит к появлению трещин во внутренних углах.

Верхний предел участка расположения вершины кривой, равный 2,5- S, позволяет добиться деформирования профиля при холодной правке без искажения формы поперечного сечения с учетом износа валков при

прокатке и обеспечить требуемое качество профиля.

Увеличение диапазона более 2,5- S не позволяет получить ощутимый экономический эффект за счет снижения металлоемкости профиля в сравнении с затратами на калибровку и прокатку профиля. При этом удельные параметры сечения профиля из-за увеличения его металлоемкости снижаются, что приводит к ухудшению требований к качеству профилей, оговоренных ГОСТ 8240- 72.

Новая конфигурация швеллера отличается от существующего по ГОСТ 8240-72 тем, что радиус сопряжения внутренних граней полок и стенки профиля трансформирован в кривую АБ, при этом точка А, расположенная на полке швеллера, смещена в сторону стенки, а точка Б, расположенная на стенке, смещена к середине стенки.

Новая конструкция участка сопряжения и выбранные соотношения элементов позволяют учесть износ валков при горячей прокатке, размеры правильных роликов и сместить точки приложения усилий правки

швеллеров от жестких элементов (полок) к серединам стенки. За счет этого обеспечивается требуемое качество швеллера, достигаются равнопрочность сечения профиля и усиление конструктивной связи толстой полки с тонкой стенкой швеллера, что обеспечивает экономию металла за счет уменьшения толщины стенки профиля и смещения части сэкономленного металла в область сопряжения полки со стенкой и повышение удельных характеристик прочности профиля.

Построение участка сопряжения стенки с полками выполняется следующим образом.

В соответствии с формулой изобретения и конкретными условиями прокатки на данном прокатном стане для данного типа швеллера выбираем значения координат ветви Б параболы, которые в общем виде равны Б (h-S; la-t) (фиг.1). Точка А является вершиной параболы с координатами 0; О,

4Р

уравнение которой равно X 2 РУ, где - фокус параболы.

Положительное направление осей X и Y указано на фиг.1.

Решая уравнение параболы относительно координат X и Y, получим

X

4 (h-S)4

YДавая последовательно значения координаты Y от 0 до , например 0; 0,1(l2-t); 0,2(l2-t);... до (l2-t), получим значения коорл 4

динаты X, равное 0; Vfj,1 (h-S);VO,2 (h-S); ... до (H-S). Построение участка сопряжения стенки с полками выполняют, соединяя координаты точек X и Y параболы.

0

5

Таким образом, для данного конкретного профиля участок сопряжения стенки с полками описывается однозначно.

Экономическая эффективность использования горячекатаного фланцевого профиля достигается за счет поставки потребителю тонкостенных профилей требуемого качества, имеющих металлоемкость на 2-3% ниже при одновременном повышении удельных прочностных характеристик (моментов инерции и сопротивления).

Формула изобретения

Горячекатаный фланцевый профиль, содержащий взаимно пересекающиеся стенку и полки с отношением толщины стенки к толщине полки, равным 0,4-0,6, со стенкой

переменной толщины, возрастающей в направлении к ее краям, отличающийся тем, что, с целью снижения металлоемкости при повышении прочности сечения и качества, переменный участок стенки выполнен

по форме параболы с вершиной, расположенной на внутренней грани полки на расстоянии, равном 2,2-2,5 толщины стенки профиля от ее внешней грани, и ветвью, плавно сопрягающейся с внутренней

гранью стенки в точке, расположенной от внешней грани полки на расстоянии, равном 2,7-4,5 толщины полки.

Использование: строительные конструкции, сварные рамы в металлопотребляю- щих отраслях промышленности. Сущность изобретения: профиль выполнен с взаимно пересекающимися стенкой переменной толщины и полками. Переменный участок стенки выполнен по форме параболы в месте сопряжения полки и стенки с ветвью па- раболы, плавно сопрягающейся с внутренней гранью полки. 2 ил.

«ИГ. 2