Способ изготовления замкнутых гнутых профилей

Способ изготовления замкнутых гнутых профилей

Реферат

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для использования при изготовлении замкнутых гнутых профилей (П) с несимметричной конфигурацией поперечного сечения, с одной полкой внутрь П и с другой наружу, с семью местами изгиба, образующими пять выпуклых и два вогнутых трехэлементных участков (ВТУ) П, причем ВТУ П образуют его второе и седьмое место изгиба, считая от полки внутрь П, в черной металлургии, тракторном, транспортном и сельскохозяйственном машиностроении и судостроении. Цель изобретения повышение качества П вышеуказанного типа за счет уменьшения их винтообразного скручивания относительно продольной оси. Поставленная цель достигается тем, что при повороте исходной заготовки перед профилированием (ПИЗПП) и формовке П в валках ПИЗПП осуществляют монотонно в пределах упругости в каждом задающем переходе в направлении подгибки полки внутрь П до достижения в последнем задающем переходе суммарного угла поворота, величину которого вычисляют по расчетной зависимости. 9 ил. 2 табл.

Изобретение относится к механической обработке давлением листового материала с помощью валков специальной формы и предназначено для использования преимущественно в черной металлургии, а также в транспортном, тракторном и сельскохозяйственном машиностроении и судостроении.

Изготовление гнутых профилей с несимметричной конфигурацией поперечного сечения в валках связано с большими затруднениями из-за несимметричной деформации металла, вызывающей винтообразное скручивание, продольный прогиб и изменение основных размеров поперечного сечения по длине профиля. Для предупреждения и устранения этих дефектов применяют различные способы формовки, в которых предусматриваются увеличенное количество технологических переходов, применение правки и раскручивание профилей в процессе их изготовления, нагрев исходной заготовки и другие приемы. Однако указанные способы в ряде случаев не находят применения из-за усложнения конструкции калибров валков, чрезмерного увеличения количества технологических переходов, применения дополнительного оборудования для нагрева и правки профилей. Тогда не обеспечивается заданное качество профилей из-за их винтообразного скручивания и продольного прогиба, волнистости кромок полок и других дефектов.

Известен способ изготовления несимметричных гнутых профилей [1] согласно которому, с целью повышения качества профиля путем предупреждения его винтообразного скручивания и продольного искривления, поворот профиля вокруг оси профилирования в сторону подгибки меньшей полки соуществляют до расположения главных осей инерции переходных сечений параллельно главным осям инерции исходной заготовки.

Существенным недостатком этого аналога является получение в ряде случаев профилей невысокого качества вследствие отсутствия взаимного уравновешивания формоизменяющих моментов всех элементов профиля по всем технологическим формоизменяющим переходам.

Известен также способ изготовления несимметричных гнутых профилей [2] согласно которому, с целью улучшения качества изделий путем уменьшения их винтообразного скручивания, в каждом переходе сечению заготовки придают профиль, у которого моменты сопротивления изгибу частей сечения относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести сечения профиля, равны между собой.

Основным недостатком второго аналога (как и первого) является получение в ряде случаев профилей невысокого качества вследствие отсутствия взаимного уравновешивания суммарных (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющих моментов по всем технологическим формующим переходам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа способ изготовления неравнополочных гнутых профилей [3] согласно которому, с целью повышения качества профилей за счет уменьшения винтообразного скручивания и продольного прогиба, перед профилированием заготовку поворачивают в сторону, противоположную подгибке меньшей полки, и на последних переходах профиль поворачивают вокруг оси профилирования в сторону подгибки меньшей полки на угол, при котором его стенка занимает горизонтальное положение.

Существенным недостатком прототипа, как и обоих аналогов, является получение профилей невысокого качества из-за их винтообразного скручивания, выходящего за допустимые пределы. Для получения профилей с винтообразным скручиванием в допустимых пределах необходимо не поворачивать перед профилированием заготовку в сторону, противоположную подгибке меньшей полки, с последующим поворотом профиля в сторону подгибки меньшей полки, а перед профилированием поворачивать исходную заготовку в направлении подгибки полки внутрь профиля до достижения в последнем задающем переходе суммарного угла поворота, величину которого определяют из условия взаимного уравновешивания суммарных (по поперечному сечению) формоизменяющих моментов по всем технологическим формующим переходам.

Так, например, режим профилирования при изготовлении замкнутого гнутого профиля 83х80х55х37х20х3 мм с несимметричной конфигурацией поперечного сечения, с одной полкой внутрь профиля и с другой наружу, с семью местами изгиба, образующими пять выпуклых и два вогнутых трехэлементных участков профиля, из низколегированной стали 10ХСНД (с ширинами плоских элементов и разверток расположенных между ними мест изгиба b₁9,5 мм, b₂ 39,1 мм; b₃ b₅ b₇ b₉ b₁₁ b₁₃ b₁₅ 11,6 мм, b₄ 3 мм, b₆ 23 мм, b₈ 19 мм, b₁₀ 61,3 мм, b₁₂ 19 мм, b₁₄5 мм, внутренним радиусом мест изгиба r 6 мм, конечными углами мест изгиба _к=_к=_к=_к=_к=_к=_к=90^о, толщиной металла исходной заготовки S3 мм и шириной исходной заготовки В_заг260 мм), определенный по способу-прототипу, приведен в табл.1.

Здесь: _к=_к=_к=_к=_к=_кк- конечные углы изгиба соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого мест изгиба профиля, считая от полки внутрь профиля; b₁ ширина полки внутрь профиля; b₂ ширина полки наружу профиля; b₃, b₅, b₇, b₉, b₁₁, b₁₃, b₁₅ ширины разверток мест изгиба профиля с конечными углами изгиба соответственно _к=_к= _к=_к=_к=_к=_к; b₄, b₆, b₈, b₁₀, b₁₂, b₁₄ ширины стенок профиля соовтетственно первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, считая от полки внутрь профиля.

Профиль формовали непрерывным способом на профилегибочном стане 2.5х x200.550 из рулонной заготовки.

В связи с отсутствием сведений о величине суммарного угла поворота исходной заготовки при изготовлении профилей согласно способу-прототипу, величина этого угла, а также количество технологических задающих переходов, в которых производят поворот исходной заготовки, были приняты такими же, как и при изготовлении профилей согласно предлагаемому способу: количество технологических задающих переходов 2, суммарный угол поворота исходной заготовки в технологических задающих проходах 7^о. В соответствии с этим в двух технологических задающих переходах исходную заготовку поворачивали на угол _з 7^о в направлении, противоположном направлению подгибки меньшей полки (то есть в направлении, противоположном направлению поворота при изготовлении профиля согласно предлагаемому способу).

В связи с остутствием сведений об определении углов изгиба мест изгиба и углов поворота стенки в промежуточных технологических формующих переходах при изготовлении профиля по способу-прототипу величины этих углов были определены по методу экспертных оценок и приняты равными величинами соответствующих углов при изготовлении профиля согласно предлагаемому способу.

В третьем четырнадцатом технологических формующих переходах формовали профиль путем многопереходного поворота стенки шириной b₁₀ и многопереходной подгибки остальных плоских элементов профиля. При этом в третьем технологическом формующем переходе формовали промежуточный профиль с двумя местами изгиба, в четвертом с четырьмя, в пятом восьмом с пятью, в девятом с шестью; в десятом четырнадцатом технологических формующих переходах профиль с семью местами изгиба. Углы изгиба мест изгиба полосы в последнем четырнадцатом технологическом формующем переходе равнялись конечным углам мест изгиба готового профиля: _к=_к=_к=_к=_к=_к=_к90^о при стенке профиля шириной, совмещенной с плоскостью формовки.

Для получения готового замкнутого гнутого профиля 83х80х55х37х20х3 мм потребовалось 14 технологических переходов. Винтообразное скручивание готового профиля составило 1^о40'-2^o30' на 1 м длины, что выходит за пределы требований ГОСТ 8281-80 "Сталь холодногнутая. Швеллеры неравнополочные. Сортамент" (допускаемое винтообразное скручивание 1^она 1 м длины).

Целью изобретения является повышение качества замкнутых профилей с несимметричной конфигурацией поперечного сечения, с одной полкой внутрь профиля и с другой наружу, с семью местами изгиба, образующими пять выпуклых и два вогнутых трехэлементных участков профиля, причем вогнутые трехэлементные участки профиля образуют его второе и седьмое места изгиба, считая от полки внутрь профиля, за счет уменьшения их винтообразного скручивания относительно продольной оси.

Цель достигается тем, что, при повороте исходной заготовки перед профилированием и формовке профиля в валках путем многопереходного поворота стенки профиля относительно вершины прилежащего к этой стенке места изгиба в направлении подгибки одной из полок пофиля и одновременной многопереходной подгибки остальных плоских элементов до заданной конфигурации профиля, поворот исходной заготовки перед профилированием осуществляют монотонно в педелах упругости в каждом задающем переходе в направлении подгибки полки внутрь профиля до достижения в последнем задающем переходе суммарного угла поворота _з, величину которого определяют по зависимости _з b_1к-b₁+b+b₁+b+b₁+ b+ +b₁+-b₂++b-(-_к) (1) где _к=_к=_к=_к=_к=_к=_к конечные углы изгиба соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого мест изгиба профиля, считая от полки внутрь профиля; b₁ ширина полки внутрь профиля; b₂ ширина полки наружу профиля; b₃, b₅, b₇, b₉, b₁₁, b₁₃, b₁₅ ширины разверток мест изгиба профиля с конечными углами изгиба соответственно _к=_к=_к=_к=_к=_к=_к; b₄, b₆, b₈, b₁₀, b₁₂, b₁₄ ширины стенок пофиля соответственно первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, считая от полки внутрь профиля; В_заг ширина исходной заготовки; m 0,95.1,1 эмпирический коэффициент, а затем формуют профиль до совмещения его стенки шириной b₁₀ с плоскостью формовки.

Для обеспечения винтообразного скручивания готового профиля в пределах допустимых значений необходимо и достаточно, чтобы система суммарных (по поперечным сечениям формуемой полосы) формоизменяющих моментов, приложенных к формуемой полосе во всех технологических переходах, была уравновешена, то есть, чтобы выполнялось равенство М⁽_j^фс), (2) где M_j^(фс) суммарный (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющий момент, приложенный к формуемой полосе в j-том промежуточном технологическом переходе; j номер промежуточного технологического перехода; n количество всех технологических переходов.

Поскольку в каждом задающем технологическом переходе поворачивают исходную заготовку в пределах упругих деформаций, то в каждом задающем технологическом переходе суммарный (по поперечному сечению полосы) формоизменяющий момент равен нулю. Поэтому вместо (2) имеем: М⁽_t^фс)=0, (3) где М_t^(фc) суммарный (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющий момент, приложенный к формуемой полосе в t-том промежуточном технологическом формующем переходе; к количество задающих технологических переходов.

При формовке только одного периферийного (по исходной заготовке) места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к путем подгибки полок внутрь профиля и одновременного поворота многоэлементного участка полосы, содержащего стенку профиля шириной b₁₂, формоизменяющие моменты, необходимые для формоизменения всех элементов полосы в каждом t-том промежуточном технологическом формующем переходе, в первом приближении, при удерживании формуемого места изгиба на постоянном уровне в соседних t-том и (t-1)-ом технологических переходах, определяются зависимостями: М^(ф)_t,1,n S²l_t,1 + b_i(_t-⁽¹⁾_t,1)S³; (4) М^(ф)_t,1,c S²l_t,1 + (B_заг-b₁)⁽¹⁾_t,1 S³; (5) М^(фс_t,1⁾= М^(ф)_t,1,n-М^(ф)_t,1,c S³(b_1t-B_заг⁽¹⁾_t,1), (6) где М_t,1,n^(ф) формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения периферийного (по исходной заготовке) места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к и сопряженной с этим местом изгиба полки внутрь профиля на участке плавного перехода t-того промежуточного технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к; М_t1,c^(ф) формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения периферийного (по исходной заготовке) места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к и многоэлеметного участка полосы, содержащего стенку профиля шириной b₁₂, на участке плавного перехода t-того промежуточного технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к; М_t,1^(фc) суммарный (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения всех элементов профиля на участке плавного перехода t-того промежуточного технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к l_t,1 длина активной зоны участка плавного перехода места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к при формовке только этого места изгиба в t-том промежуточном технологическом формующем переходе; _t изменение угла изгиба за проход периферийного (по исходной заготовке) места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к при формовке только этого места изгиба в t-том промежуточном технологическом формующем переходе; _t,1⁽¹⁾ угол поворота за проход стенки профиля шириной b₁₂ при формовке только периферийного (по исходной заготовке) места изгиба профиля с конечным углом изгиба _к в t-том промежуточном технологическом формующем переходе; _т предел текучести материала; S толщина металла заготовки; модуль упругости второго рода материала заготовки.

Аналогично предыдущему, для оставшихся шести мест изгиба профиля: М^(фс_t,2⁾ Sb₁ + b-B; (7) М^(фс_t,3⁾ Sb₁ + b-B; (8) М^(фс_t,4⁾ Sb₁ + b-B; (9) М^(фс_t,5⁾ Sb₁ +b-B; (10) М^(фс_t,6⁾ Sb₂ +b-B; (11) М^(фс_t,7⁾ Sb_2t-B, (12) где M_t,2^(фс) M_t,3^(фс), M_t,4^(фс), M_t,6^(фc), M_t,7^(фc) суммарные (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющие моменты, необходимые для формоизменения всех элементов профиля на участке плавного перехода t-того технологического формующего перехода при формовке только одного места изгиба профиля, конечный угол изгиба которого соответственно _к, _к, _к, _к, _к, _{к t}, _t, _t, _t, _t, _t, изменения углов изгиба за проход мест изгиба профиля, конечные углы изгиба которых соответственно _к, _к, _к, _к, _к, _к, при формовке только каждого из них в t-том технологическом формующем переходе; ⁽¹⁾_t,2, ⁽¹⁾_t,3, ⁽¹⁾_t,4, ⁽¹⁾_t,5, ⁽¹⁾_t,6,⁽²⁾_t,7 углы поворота за проход стенки профиля шириной при формовке только одного места изгиба профиля, конечный угол изгиба которого соответственно _к, _к, _к, _к, _к, _к, в t-том технологическом формующем переходе.

При одновременной формовке всех семи мест изгиба профиля рассматриваемого типа имеем М⁽_t^фс)=М^(фс_t,1⁾-М^(фс_t,2⁾+М^(фс_t,3⁾+M^(фс_t,4⁾+M^(фс_t,5⁾-M^(фс_t,6⁾+M^(фс_t,7⁾ JSb_1t- -b₁+ b+b₁ + b+b₁ + b+ +b₁ + b-b₂ + b+b_2t-B; (13) ⁽_t¹⁾=⁽¹⁾_t,1 -⁽¹⁾_t,2 +⁽¹⁾_t,3 +⁽¹⁾_t,4 +⁽¹⁾_t,5 -⁽¹⁾_t,6 +⁽¹⁾_t,7, (14) где М_t^(фc) суммарный (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения всех элементов формуемой полосы на участке плавного перехода t-того технологического формующего перехода при одновременной формовке всех семи мест изгиба профиля; _t⁽¹⁾ угол поворота за проход стенки профиля шириной b₁₂ при формовке всех мест изгиба профиля в t-том технологическом формующем переходе.

Суммируя формоизменяющие моменты М_t^(фc) по всем технологическим формующим переходам, получим: М⁽_t^фс) Sb_1к-b₁+b+b₁ +b-b₁+ b+ +b₁+b+b₂ +b+b_2к-B; (15) =⁽_к¹⁾.

(16) Из (3) и (15) следует: ⁽_к¹⁾ b_1к-b₁ + b+b₁ + b+b₁ + b+ +b₁ +b-b₂ +b+b.

(17) На основании экспериметальных исследований имеем ⁽_к¹⁾ b_1к-b₂ + b+b₁ + b+b₁ + b+ +b₁ +b-b₂ +b+b, (18) где m 0,95.1,1 эмпирический коэффициент.

Из геометрических соотношений следует: _к⁽¹⁾ _к + ( _к) (19) где _к⁽¹⁾ угол поворота стенки шириной b₂, при котором выполняется условие взаимного уравновешивания суммарных (по поперечному сечению формуемой полоcы) формоизменяющих мометов по всем технологическим формующим переходам: _к угол поворота стенки шириной b₁₀, при котором выполняется то же самое условие.

Из (18) и (19) имеем _з=_к b_1к-b₁ + b+b₁ + b+b₁ + b+ +b₁ +b-b₂ +b+b-(-_к).

(1) Таким образом, при изготовлении замкнутых гнутых профилей с несимметричной конфигурацией поперечного сечения, с одной полкой внутрь профиля и с другой наружу, с семью местами изгиба, образующими пять выпуклых и два вогнутых трехэлементных участков профиля, причем вогнутые трехэлементные участки профиля образует его второе и седьмое места изгиба, считая от полки внутрь профиля, согласно заявляемому способу система суммарных (по поперечным сечениям) формоизменяющих моментов, приложенных к формуемой полосе во всех технологических переходах, уравновешена, что, в свою очередь, обеспечивает винтообразное скручивание замкнутых гнутых профилей упомянутого типа в пределах допустимых значений и достижение заявляемой цели повышение качества замкнутых профилей упомянутого типа за счет уменьшения их винтообразного скручивания относительно продольной оси. При этом стенка готового профиля шириной b₁₀ в последнем технологическом формующем переходе совмещена с плоскостью формовки.

Как известно из сопротивления материалов (см, например, справочник "Прочность. Устойчивость. Колебания". Т.1. М. Машиностроение, 1968, с.273), максимальные касательные напряжения при чистом кручении тонкостенных стержней определяются по формуле _max S (20) где _max максимальное касательное напряжение; угол закручивания; L длина стержня.

Напряжение и деформации будут находится в пределах упругости, если _max (21) Из (20) и (21) следует: (22) Таким образом, при повороте заготовки в технологических задающих переходах напряжения и деформации будут находиться в пределах упругости при _j (23) где _j угол поворота заготовки за проход в j-том технологическом задающем переходе; L межклетьевое расстояние.

По имеющимся у заявителя данным в известных решениях отсутствуют признаки, сходные с признаками, которые отличают от прототипа заявляемое техническое решение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Для осуществления в технологических задающих переходах монотонного поворота исходной заготовки в пределах упругости в направлении подгибки полки внутрь профиля до достижения в последнем технологическом задающем переходе суммарного угла поворота _з необходимо и достаточно предусмотреть наличие конических элеметов с соовтетствующими углами между образующими и осью в комплекте валков для изготовления профиля.

Отличие эмпирического коэффициента пропорциональности m в формуле (1) от единицы обусловлео отсутствием учета деформационного упрочнения металла мест изгиба профиля при вычислении формоизменяющих моментов приложенных к формуемой полосе. Выбор этого коэффициента проведен, исходя из следующих соображений: 1) при коэффициенте m, меньшем 0,95, в некоторых случаях наблюдается винтообразное скручивание готового профиля, величина которого выходит за допустимые пределы, в направлении с полки наружу профиля на полку внутрь профиля; 2) при коэффициенте m, большем 1,1, в некоторых случаях наблюдается винтообразное скручивание готового профиля, величина которого выходит за допустимые пределы, в направлении с полки внутрь пофиля на полку наружу профиля.

Проведенный анализ предлагаемого способа изготовления замкнутых гнутых профилей с несимметричной конфигурацией поперечного сечения, с одной полкой внутрь профиля и с другой наружу, с семью местами изгиба, образующими пять выпуклых и два вогнутых трехэлементных участков профиля, причем вогнутые трехэлементные участки профиля образуют его второе и седьмое места изгиба, считая от полки внутрь профиля, свидетельствует о том, что способ промышленно применим и положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен благодаря повышению качества профилей за счет уменьшения их винтообразного скручивания относительно продольной оси.

На фиг.1 изображена схема формовки замкнутого гнутого профиля с несимметричной конфигурацией поперечного сечения, с одной полкой внутрь профиля и с другой наружу, с семью местами изгиба, образующими пять выпуклых и два вогнутых трехэлементных участков профиля, причем вогнутые трехэлементные участки профиля образуют его второе и седьмое места изгиба, считая от полки внутрь профиля, согласно предлагаемому способу; на фиг.2 поперечное сечение готового замкнутого гнутого профиля с несимметричной конфигурацией поперечного сечения, с одной полкой внутрь профиля и с другой наружу, с семью местами изгиба, образующими пять выпуклых и два вогнутых трехэлементных участков профиля, причем вогнутые трехэлементные участки профиля образуют его второе и седьмое места изгиба, считая от полки внутрь профиля; на фиг. 3 вспомогательная схема определения угла поворота за проход (⁽¹⁾_t,1 стенки профиля шириной b₁₂ при формовке только одного места изгиба профиля, конечный угол изгиба которого _к, в t-том технологическом формующем переходе; на фиг. 4 вспомогательная схема определения угла поворота за проход ⁽¹⁾_t,2 стенки профиля шириной b₁₂ при формовке только одного места изгиба профиля, конечный угол изгиба которого _к, в t-том технологическом формующем переходе; на фиг. 5 вспомогательная схема определения угла поворота за проход ⁽¹⁾_t,3 стенки профиля шириной b₁₂ при формовке только одного места изгиба профиля, конечный угол изгиба которого _к, в t-том технологическом формующем переходе; на фиг. 6 вспомогательная схема определения угла поворота за проход ⁽¹⁾_t,4 стенки профиля шириной b₁₂ при формовке только одного места изгиба профиля, конечный угол изгиба которого _к, в t-том технологическом формующем переходе; на фиг. 7 вспомогательная схема определения угла поворота за проход ⁽¹⁾_t,5 стенки профиля шириной b₁₂ при формовке только одного места изгиба профиля, конечный угол изгиба которого _к, в t-том технологчиеском формую