Способ изготовления гнутых неравнополочных швеллеров

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для использования при изготовлении гнутых неравнополочных швеллеров в черной металлургии, транспортном, тракторном и сельскохозяйственном машиностроении и судостроении. Цель изобретения - повышение качества гнутых неравнополочных швеллеров за счет уменьшения винтообразного скручивания и разноширинности полок профиля (ПП). Поставленная цель достигается тем, что в черновых технологических формующих переходах (ТФП) стенку профиля выдерживают в плоскости формовки, ПП подгибают на суммарные углы, обратно пропорциональные их ширинам, до отформовки в последнем черновом ТФП меньшей ПП и прилежащего к ней места изгиба (ПКНМИ), прикладывание поперечного сжимающего усилия и поперечное перемещение профиля осуществляют в предпоследнем и последнем черновых ТФП: в первом из них - со стороны выпуклой кромки исходной заготовки в сторону ее вогнутой кромки до положения, при котором проекции ПП с ПКНМИ определяются предложенными выражениями, во втором из них - со стороны вогнутой кромки исходной заготовки в сторону ее выпуклой кромки до положения, при котором проекции ПП с ПКНМИ определяются другими предложенными выражениями, а после отформовки меньшей ПП и ПКНМИ поворачивают стенку профиля с отформованными меньшей ПП и ПКНМИ в направлении подгибки меньшей ПП до достижения в последнем ТФП конечного угла поворота стенки профиля, величину которого вычисляют согласно предложенной формуле. 5 ил., 3 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.

При производстве гнутых профилей проката используется рулонная исходная заготовка; согласно стандартам ГОСТ 19903 74 "Сталь листовая горячекатаная" и ГОСТ 19904 74 "Сталь листовая холоднокатаная" серповидность стали, поставляемой в рулонах, не должна превышать 10 мм на длине 3 м. При формовке сортовых гнутых неравнополочных профилей из серповидной исходной заготовки возможно возникновение дефектов на готовом профиле в виде разноширинности крайних плоских элементов и скручивания относительно продольной оси.

Известен способ производства гнутых профилей проката (см.авт.св. СССР N 374906, кл. В 21 D 5/06, опубл. 15.08.81 в Б.И. N 30), согласно которому с целью предотвращения искажения размеров готового профиля из-за неравномерности деформаций в процессе гибки исходную заготовку удлиняют в местах наибольших продольных деформаций путем обжатия в валках задающей клети.

Недостатком первого аналога является то, что его применение при изготовлении гнутых неравнополочных швеллеров из серповидной исходной заготовки не обеспечивает должного качества профилей из-за чрезмерно большой разноширинности полок профиля и его винтообразного скручивания, выходящих за допустимые пределы.

Также известен способ изготовления неравнополочных гнутых профилей проката ( И.С.Тришевский и В.И.Мирошниченко. Исследование процесса и разработка режима профилирования несимметричных гнутых профилей проката. В кн. Теория и технология производства экономических гнутых профилей проката. Харьков: УкрНИИМет, вып. 15. Харьков: 1970, с.170), согласно которому с целью предупреждения винтообразного скручивания профилей в черновых переходах полки подгибают на суммарные углы, обратно пропорциональные их ширинам, а затем после отформовки меньшей полки подгибают стенку профиля вместе с отформованной меньшей полкой.

Недостатком второго аналога является то, что при изготовлении гнутых неравнополочных швеллеров из серповидных исходных заготовок получают профили невысокого качества из-за разноширинности полок и винтообразного скручивания, выходящих за допустимые пределы. Для получения профилей без этих дефектов необходимо прикладывать поперечные сжимающие усилия, компенсирующие недостатки распределения материала исходной заготовки.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является выбранный в качестве прототипа способ изготовления равнополочных сортовых гнутых профилей проката ( Стукалов В.П. Мирошниченко В.И. Дахновский Э.С. Основные причины появления дефектов на гнутых профилях и меры по их устранению. В сб. Гнутые профили проката. Харьков: УкрНИИМет, вып.8, 1980, с.109 112), согласно которому с целью повышения качества равнополочных гнутых профилей за счет уменьшения разноширинности их полок в процессе подготовки полосы к профилированию применяют наклонный калибр, составленный из двух конусных валков, что должно обеспечить удлинение вогнутой кромки серповидной исходной заготовки с последующим уменьшением разноширинности полок готового профиля.

Существенным недостатком способа-прототипа является то, что его применение приводит к уменьшению разноширинности полок готового профиля до приемлемых величин лишь при изготовлении гнутых профилей из исходной заготовки малой толщины (S≅2 мм) при небольшой удельности серповидности (g 1.1,5 мм/м); во всех остальных случаях положительный эффект от применения способа-прототипа совершенно недостаточен. Этот недостаток обусловлен отсутствием должного учета особенностей формоизменения полосы при изготовлении сортового профиля из серповидной исходной заготовки.

Кроме того, недостатком способа-прототипа является то, что при формовке гнутых неравнополочных швеллеров получают профили невысокого качества из-за их винтообразного скручивания, выходящего за допустимые пределы. Для получения профилей с винтообразным скручиванием в допустимых пределах необходимо режим профилирования определять из условия взаимного уравновешивания суммарных (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющих моментов по всем технологическим формующим переходам.

Так, например, режим профилирования при изготовлении гнутого неравнополочного швеллера 80·50·30·3 мм из малоуглеродистой стали Ст 3СП (с ширинами плоских элементов и разверток расположенных между ними мест изгиба b₁ 44,0 мм, b₂ 24,0 мм, b₃ b₅ 6,6 мм, b₄ 68,0 мм, с конечными углами изгиба мест изгиба α_k=β_k= 90°, конечными наружными радиусами мест изгиба R_k r_k 6,0 мм, толщиной металла исходной заготовки s 3,0 мм, шириной исходной заготовки B_заг 149,2 мм), из серповидной исходной заготовки с удельной серповидностью g 3,5 мм/м при межклетьевом расстоянии l 1 м, определенный согласно способу-прототипу, приведен в табл. 1.

Профиль формовали непрерывным способом на профилегибочном стане 1.4·50. 300 из рулонной заготовки.

В первом и второй подготовительных технологических переходах исходную заготовку поворачивали в противоположных направлениях на 10^o.

В третьем задающем технологическом переходе исходную заготовку направляли вдоль профилегибочного стана.

В четвертом-восьмом технологических формующих переходах полки профиля подгибали в противоположных направлениях. Величины углов подгибки полок профиля определяли по методу экспертных оценок.

Для получения готового профиля по способу прототипа потребовалось 8 технологических переходов. Винтообразное скручивание готового профиля составило 1^o30' 2^o на 1 м длины, что выходит за пределы требований ГОСТ 8281-80 "Швеллеры стальные гнутые неравнополочные. "Сортамент" (допускаемое винтообразное скручивание 1^o на 1 м длины). Предельные отклонения ширины полок готового профиля составили ±30 мм при изготовлении его из серповидной исходной заготовки с удельной серповидностью g 3,5 мм/м, что выходит за пределы требований вышеуказанного ГОСТа (предельные отклонения ширины полки не более ± 2,0 мм для полок шириной от 40 до 60 мм).

Целью изобретения является повышение качества гнутых неравнополочных швеллеров за счет уменьшения их винтообразного скручивания и разноширинности полок профиля.

Цель достигается тем, что при последовательной по переходам подгибке в валках элементов профиля в противоположных направлениях, поперечном перемещении профиля одновременно с его формовкой в двух промежуточных технологических формующих переходах под воздействием поперечного сжимающего усилия, прикладываемого к торцу полки профиля со стороны выпуклой кромки исходной заготовки в первом из этих переходов и со стороны вогнутой кромки в последующем, в черновых технологических формующих переходах стенку профиля выдерживают в плоскости формовки, полки профиля подгибают на суммарные углы, обратно пропорциональные их ширинам, до отформовки в последнем черновом технологическом формующем переходе меньшей полки профиля и прилежащего к ней места изгиба, прикладывание поперечного сжимающего усилия и поперечное перемещение профиля осуществляют в предпоследнем и последнем черновых технологических формующих переходах, в первом из них со стороны выпуклой кромки исходной заготовки в сторону ее вогнутой кромки до положения, при котором проекции полок профиля с прилежащими местами изгиба определяются выражениями: для большей полки профиля - для меньшей полки профиля - во втором из них со стороны вогнутой кромки исходной заготовки в сторону ее выпуклой кромки до положения, при котором проекции полок профиля с прилежащими местами изгиба определяются выражениями: для большей полки - для меньшей полки -
а после отформовки меньшей полки профиля и прилежащего места изгиба поворачивают стенку профиля с отформованными меньшей полкой и прилежащим местом изгиба в направлении подгибки меньшей полки профиля, до достижения в последнем технологическом формующем переходе конечного угла поворота стенки профиля, величину которого вычисляют согласно выражению:

где m и (m-1) номера соответственно последнего и предпоследнего черновых технологических формующих переходов;
a_x,m и a_x,m-1 проекции большей полки профиля с прилежащим местом изгиба на плоскость формовки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
a_y,m и a_y,m-1 проекции большей полки профиля с прилежащим местом изгиба на нормаль к плоскости формовки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
b_x,m и b_x,m-1 проекции меньшей полки профиля с прилежащим местом изгиба на плоскость формовки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
b_y,m и b_y,m-1 проекции меньшей полки профиля с прилежащим местом изгиба на нормаль к плоскости формовки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
b₁ и b₂ ширины соответственно большей и меньшей полок профиля;
β_m и β_m-1 суммарные углы подгибки меньшей полки профиля соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
R_m и R_m-1 наружные радиусы места изгиба профиля у его большей полки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
r_m и r_m-1 наружные радиусы места изгиба профиля у его меньшей полки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
γ_k конечный угол поворота стенки профиля в технологических формующих переходах, град;
B_заг ширина исходной заготовки;
S толщина металла исходной заготовки.

Режим профилирования симметричных гнутых профилей проката разрабатывают в предположении симметрии распределения металла исходной заготовки относительно ее оси, которую совмещают с осью формовки, всех параметров напряженно-деформированного состояния металла формируемой полосы и кинетостатических условий формовки, что обеспечивает равенством углов подгибки полок одинаковой ширины; вследствие этого при изготовлении симметричного сортового профиля из качественной исходной заготовки разноширинность полок профиля и его винтообразное скручивание практически отсутствуют.

При изготовлении равнополочных гнутых профилей с номинальной шириной полок b из исходной заготовки с удельной серповидностью g ширины полок готового профиля оказываются переменными по длине профиля и различными по величине, причем предельные отклонения по ширине полок в большинстве случаев выходят за допустимые пределы: в поперечном сечении профиля с максимальной разноширинностью полок их ширины равны следующими величинам: B₁ b + gl, B₂ b gl (l межклетевое расстояние). Для получения равнополочных сортовых гнутых профилей должного качества из серповидных исходных заготовок необходимо обеспечить симметричное расположение металла полосы относительно оси формовки по крайней мере в последних технологических формующих переходах, чего можно достичь путем подгибки одинаковых полок на равные углы и поперечными смещениями формуемой полосы в двух технологических формующих переходах в противоположных направлениях до достижения симметричного расположения формуемой полосы относительно оси формовки и равенства полок и их проекций на плоскость формовки и нормаль к ней в осевом сечении каждого из этих переходов.

Для обеспечения винтообразного скручивания готового гнутого неравнополочного швеллера в пределах допустимых значений при изготовлении из качественной исходной заготовки необходимо и достаточно, чтобы система суммарных (по поперечным сечениям полосы) формоизменяющих моментов, приложенных к формуемой полосе во всех технологических переходах, была уравновешена, т. е. чтобы выполнялось равенство

где t номер промежуточного технологического формующего перехода;
M⁽_t^фс) суммарный (по поперечному сечению полосы) формоизменяющий момент, приложенный к формуемой полосе в t-ом промежуточном технологическом формующем переходе;
P_t поперечное сжимающее усилие, приложенное к полке в t-ом промежуточном технологическом формующем переходе;
n количество технологических формующих переходов.

При формовке только места изгиба профиля, прилежащего к его большей полке, путем подгибки этой полки и одновременного поворота во встречном направлении многоэлементного участка профиля, содержащего стенку, меньшую полку и место изгиба, расположенное между ними, формоизменяющие моменты, необходимые для формоизменения всех элементов полосы в каждом t-ом промежуточном технологическом формующем переходе, в первом приближении, при удерживании формуемого места изгиба профиля на постоянном уровне в соседних t-ом и (t-1)-ом технологических переходах, определяются зависимостями:

где M^(ф)_t,1,n формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения большей полки профиля и прилежащего к ней места изгиба на участке плавного перехода t-го технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба α_k;
M^(ф)_t,1,c формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения места изгиба профиля, прилежащего к его большей полке, и многоэлементного участка, содержащего стенку профиля, его меньшую полку и место изгиба, расположенное между ними, на участке плавного перехода t-го технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба α_k;
M^(фс_t,1⁾ суммарный (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения всех элементов профиля на участке плавного перехода t-го технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба α_k;
σ_т предел текучести материала исходной заготовки;
Y модуль упругости второго рода материала исходной заготовки;
s толщина металла исходной заготовки;
l_t,1 длина активной зоны участка плавного перехода места изгиба профиля с конечным углом изгиба α_k в t-ом технологическом формующем переходе;
Δα_t угол изгиба места изгиба профиля у большей полки при формовке только этого места изгиба с конечным углом изгиба α_k в t- ом технологическом формующем переходе;
Δγ_t,1 угол поворота стенки профиля за проход в t- ом технологическом формующем переходе при формовке только места изгиба с конечным углом изгиба α_k..

Аналогично предыдущему при формовке только места изгиба профиля, прилежащего к его меньшей полке, путем подгибки этой полки и одновременного поворота во встречном направлении многоэлементного участка профиля, содержащего стенку, большую полку и место изгиба, расположенное между ними, формоизменяющие моменты, необходимые для формоизменения всех элементов полок в каждом t-ом промежуточном технологическом формующем переходе, в первом приближении, при удерживании формуемого места изгиба профиля на постоянном уровне в соседних t-ом и (t-1)-ом технологических переходах, определяются зависимостями

где M^(ф)_t,2,n формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения меньшей полки профиля и прилежащего к ней места изгиба на участке плавного перехода t-го технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба β_k;
M^(ф)_t,2,c формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения места изгиба профиля, прилежащего к его меньшей полке, и многоэлементного участка, содержащего стенку профиля, его большую полку и место изгиба, расположенное между ними, на участке плавного перехода t-го технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба β_k;
M^(фc_t,2⁾ суммарный (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения всех элементов профиля на участке плавного перехода t-го технологического формующего перехода при формовке только места изгиба профиля с конечным углом изгиба β_k;;
l_t,2 длина активной зоны участка плавного перехода места изгиба профиля с конечным углом изгиба β_k в t-ом технологическом формующем переходе;
Δβ_t угол изгиба места изгиба профиля у меньшей полки при формовке только этого места изгиба с конечным углом изгиба β_k в t-ом технологическом формующем переходе;
Δγ_t,2 угол поворота стенки профиля за проход в t-ом технологическом формующем переходе при формовке только места изгиба с конечным углом изгиба β_k.

С учетом (9) и (12) имеем:

где M⁽_t^фс) -суммарный (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющий момент, необходимый для формоизменения всех элементов профиля на участке плавного перехода t-го технологического формующего перехода при одновременной формовке обоих мест изгиба профиля;
Δγ_t угол поворота стенки профиля за проход в t-ом технологическом формующем переходе при одновременной формовке обоих мест изгиба профиля.

Суммируя формоизменяющие моменты M⁽_t^фс) по всем технологическим формующим переходам, получим:

При изготовлении гнутого неравнополочного швеллера из качественной исходной заготовки поперечные сжимающие усилия P_t по всех технологических переходах отсутствуют, а их моменты равны нулю:

Тогда из (6), (15) и (17) имеем:

На основании экспериментальных исследований установлено, что вместо (18) необходимо принимать

Поставляя α_k=β_k=90° в (19), получим:

При изготовлении гнутого неравнополочного швеллера из качественной исходной заготовки проекции полок профиля с прилежащими местами изгиба соответственно на плоскость формовки и на нормаль к ней в (m-1)-ом черновом технологическом формующем переходе определяются выражениями:
для большей полки профиля

для меньшей полки профиля

и в m-ом черновом технологическом формующем переходе выражениями для большей полки профиля

для меньшей полки профиля -

Очевидно, что для получения качественного гнутого неравнополочного швеллера из серповидной исходной заготовки необходимо в (m-1)-ом черновом технологическом формующем переходе приложить поперечное сжимающее усилие P_m-1 к кромке полки со стороны выпуклой кромки исходной заготовки и одновременно переместить полосу в поперечном направлении в сторону вогнутой кромки исходной заготовки до достижения в осевой плоскости технологического перехода положения полосы, характеризуемого проекциями полок на плоскость формовки и на нормаль к ней, величины которых соответствуют выражениям (1) и (2), в m-том черновом технологическом формующем переходе приложить поперечное сжимающее усилие P_m к кромке полки со стороны вогнутой кромки исходной заготовки в одновременно переместить полосу в поперечном направлении в сторону выпуклой кромки исходной заготовки до достижения в осевой плоскости технологического перехода положения полосы, характеризуемого проекциями полок на плоскость формовки и на нормаль к ней, величины которых соответствуют выражениям (3) и (4), а в последующих переходах поворачивать стенку профиля с отформованными меньшей полкой и прилежащим местом изгиба в направлении подгибки меньшей полки профиля до достижения в последнем технологическом формующем переходе конечного угла поворота стенки профиля, величину которого вычисляют согласно выражению (5), поскольку моменты поперечных сжимающих усилий P_m и P_m-1 примерно равны и направлены в противоположные стороны.

Таким образом, при изготовлении гнутого неравнополочного швеллера из серповидной исходной заготовки согласно заявляемому способу в полосе создают такое напряженно-деформированное состояние металла, которое компенсирует недостатки формы исходной заготовки, а система суммарных (по поперечному сечению формуемой полосы) формоизменяющих моментов, приложенных к формуемой полосе во всех технологических переходах, уравновешена, что обеспечивает разноширинность полок гнутого неравнополочного швеллера и его винтообразное скручивание в пределах допустимых значений и достижение заявляемой цели - повышение качества гнутых неравнополочных швеллеров за счет уменьшения их винтообразного скручивания и разноширинности полок профилей.

Рассматривая систему суммарных (по поперечным сечениям полосы) формоизменяющих моментов, приложенных к формуемой полосе в первых i черновых технологических формующих переходах, аналогично предыдущему получили

где i номер чернового технологического формующего перехода;
α_iи β_i суммарные углы подгибки соответственно большей и меньшей полок в i-ом черновом технологическом формующем переходе;
γ_i угол поворота стенки профиля в i-ом технологическом формующем переходе.

Из (20) следует, что система суммарных (по поперечным сечениям полосы) формоизменяющих моментов, приложенных к формуемой полосе в первых i черновых технологических формующих переходах, будет уравновешена при выдерживании стенки в плоскости формовки (γ_i=0) и подгибке полок на углы, обратно пропорциональные ширинам подгибаемых полок (b₁α_i=b₂β_i)..

Для выдерживания стенки гнутого неравнополочного швеллера в черновых технологических формующих переходах в плоскости формовки необходимо и достаточно предусмотреть наличие цилиндрических элементов одинакового диаметра в комплекте валков для изготовления профиля.

Для подгибки неравных полок профиля на углы, обратно пропорциональные ширинам подгибаемых полок, в черновых технологических формующих переходах до отформовки в последнем черновом технологическом формующем переходе меньшей полки профиля и прилежащего к ней места изгиба и для дальнейшего поворота стенки профиля с отформованными меньшей полкой и прилежащим местом изгиба в направлении подгибки меньшей полки профиля до достижения в последнем технологическом формующем переходе конечного угла поворота стенки профиля, величину которого вычисляют согласно (5), необходимо и достаточно предусмотреть наличие конических элементов с соответствующими углами между образующими и осью и цилиндрических элементов в комплекте валков для изготовления профиля.

Для прикладывания поперечного сжимающего усилия и поперечного перемещения профиля в предпоследнем и последнем черновых технологических формующих переходах до достижения таких положений профиля, при которых проекции полок определяются по выражениям (1) (4), необходимо и достаточно предусмотреть формовку полок профиля в конических валках и закрытие калибров этих переходов верхним валкам. При формовке профиля из серповидной исходной заготовки в предпоследнем черновом технологическом формующем переходе кромка полосы со стороны выпуклой кромки исходной заготовки упирается в ограничительный бурт верхнего валка, вследствие чего возникает реактивное поперечное сжимающее усилие, под воздействием которого полоса перемещается в поперечном направлении в сторону вогнутой кромки исходной заготовки на необходимое расстояние, чем и обеспечивается положение полосы, при котором проекции полок определяются согласно (1) и (2). При формовке профиля в последнем черновом технологическом формующем переходе в ограничительный бурт верхнего валка упирается кромка полосы со стороны вогнутой кромки исходной заготовки, вследствие чего возникает реактивное поперечное сжимающее усилие, под воздействием которого полоса перемещается в сторону выпуклой кромки исходной заготовки до положения полосы, при котором проекции полок определяются по выражениям (3) и (4).

Отличие коэффициента пропорциональности в формуле (5) от 90^o обусловлено отсутствием учета деформационного упрочнения металла мест изгиба профиля при вычислении формоизменяющих моментов, приложенных к формуемой полосе. Выбор этого коэффициента приведен, исходя из следующих соображений:
1) при коэффициенте меньшем 81^o в некоторых случаях наблюдается винтообразное скручивание готового профиля, величина которого выходит за допустимые пределы, в направлении с большей полки профиля на его меньшую полку;
2) при коэффициенте большем 99^o в некоторых случаях наблюдается винтообразное скручивание готового профиля, величина которого выходит за допустимые пределы, в направлении с меньшей полки профиля на его большую полку.

Проведенный анализ заявляемого способа изготовления гнутых неравнополочных швеллеров свидетельствует, что способ промышленно применим и положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен благодаря взаимному уравновешиванию суммарных (по поперечному сечению полосы) формоизменяющих моментов, приложенных к формуемой полосе во всех технологических переходах и благодаря совокупности целесообразных действий.

На фиг. 1 изображена технологическая схема формовки гнутого неравнополочного швеллера согласно заявляемому способу в случае, когда выпуклая кромка исходной заготовки находится со стороны большей полки профиля; на фиг. 2 технологическая схема формовки гнутого неравнополочного швеллера согласно заявляемому способу в случае, когда выпуклая кромка исходной заготовки находится со стороны меньшей полки профиля; на фиг.3 поперечное сечение готового гнутого неравнополочного швеллера; на фиг. 4 схема определения угла поворота стенки профиля за проход при формовке только места изгиба, прилежащего к большей полке; на фиг. 5 схема определения угла поворота стенки профиля за проход при формовке только места изгиба, прилежащего к меньшей полке.

При изготовлении гнутых неравнополочных швеллеров согласно заявляемому способу из серповидных заготовок, имеющих выпуклую и вогнутую кромки, путем последовательной по переходам подгибки в валках элементов профиля в противоположных направлениях за счет поперечного перемещения профиля одновременно с его формовкой в двух промежуточных технологических формующих переходах под воздействием поперечного сжимающего усилия, прикладываемого к торцу полки профиля со стороны выпуклой кромки исходной заготовки в первом из этих переходов и со стороны вогнутой кромки в последующем, в черновых технологических формующих переходах стенки профиля выдерживают в плоскости формовки, полки профиля подгибают на суммарные углы, обратно пропорциональные их ширинам, до отформовки в последнем черновом технологическом формующем переходе меньшей полки профиля и прилежащего к ней места изгиба, прикладывание поперечного сжимающего усилия и поперечное перемещение профиля осуществляют в предпоследнем и последнем черновых технологических формующих переходах: в первом из них со стороны выпуклой кромки исходной заготовки в сторону ее вогнутой кромки до положения, при котором проекции полок профиля с прилежащими местами изгиба определяются выражениями:
для большей полки профиля

для меньшей полки профиля

во втором из них со стороны вогнутой кромки исходной заготовки в сторону ее выпуклой кромки до положения, при котором проекции полок профиля с прилежащими местами изгиба определяются выражениями:
для большей полки

для меньшей полки

а после отформовки меньшей полки профиля и прилежащего места изгиба поворачивают стенку профиля с отформованным меньшей полкой и прилежащим местом изгиба в направлении подгибки меньшей полки профиля до достижения в последнем технологическом формующем переходе конечного угла поворота стенки профиля, величину которого вычисляют согласно выражения:

где m и (m-1) номера соответственно последнего и предпоследнего черновых технологических формующих переходов;
a_x,m и a_x,m-1 проекции большей полки профиля с прилежащим местом изгиба на плоскость формовки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
a_y,m и a_y,m-1 проекции большей полки профиля с прилежащим местом изгиба на нормаль к плоскости формовки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
b_x,m и b_x,m-1 проекции меньшей полки профиля с прилежащим местом изгиба на плоскость формовки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
b_y,m и b_y,m-1 проекции меньшей полки профиля с прилежащим местом изгиба на нормаль к плоскости формовки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
b₁ и b₂ ширины соответственно большей и меньшей полок профиля;
β_m и β_m-1 суммарные углы подгибки меньшей полки профиля соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
R_m и R_m-1 наружные радиусы места изгиба профиля у его большей полки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
r_m и r_m-1 наружные радиусы места изгиба профиля у его меньшей полки соответственно в m-ом и (m-1)-ом черновых технологических формующих переходах;
γ_k конечный угол поворота стенки профиля в технологических формующих переходах;
B_заг ширина исходной заготовки;
S толщина металла исходной заготовки.

Возможны два случая взаимного расположения большей полки профиля и выпуклой кромки исходной заготовки:
1) выпуклая кромка исходной заготовки находится со стороны большей полки профиля;
2) выпуклая кромка исходной заготовки находится со стороны меньшей полки профиля.

Рассмотрим первый случай.

В задающем технологическом переходе 1,а серповидную исходную заготовку 1 профиля перемещают вдоль профилегибочного стана.

В черновых технологических формующих переходах II,a, III,a, IV,a одновременно выдерживают стенку 2 профиля в плоскости формовки ММ, подгибают большую полку 3 в направлении по стрелке Б на суммарный угол α_t и меньшую полку 4 в противоположном направлении (по стрелке В) на суммарный угол β_t до отформовки в последнем черновом технологическом формующем переходе IV,а меньшей полки 4 профиля и прилежащего к ней места изгиба 5 и достижения конечного угла изгиба β_k этого места изгиба. Во всех черновых технологических формующих переходах II,a, III,a, IV,a суммарные углы подгибки полок 3 и 4 обратно пропорциональны их ширинам (b₁α_t=b₂β_t).
В предпоследнем черновом технологическом формующем переходе III,a к кромке 6 большей полки 3 прикладывают поперечное сжимающее усилие P_m-1 и перемещают полосу в поперечном направлении в сторону вогнутой кромки 7 исходной заготовки 1 до положения, при котором проекции a_x,m-1, a_y,m-1, b_x,m, b_y,m полок 3 и 4 профиля с прилежащими местами изгиба 5 и 8 определяются формулами (1) и (2).

В последнем черновом технологическом формующем переходе IV, а к кромке 9 меньшей полки 4 прикладывают поперечное сжимающее усилие P_m и перемещают полосу в поперечном направлении в сторону выпуклой кромки 10 исходной заготовки 1 до положения, при котором проекции a_x,m, a_y,m, b_x,m, b_y,m полок 3 и 4 с прилежащими местами изгиба 5 и 8 определяются формулами (3) и (4).

В предчистовых Y,а и чистовом VI,а технологических формующих переходах одновременно подгибают большую полку 3 и во встречном направлении поворачивают стенку 2 с отформованным меньшей полкой 4 и прилежащим к нему местом изгиба 5 до достижения в чистовом последнем технологическом формующем переходе VI,a конечного угла поворота γ_k стенки 2 профиля, величину которого вычисляют согласно выражению (5) и отформовки большей полки 3 профиля.

Рассмотрим второй случай.

В задающем технологическом переходе 1,б серповидную исходную заготовку 1 профиля перемещают вдоль профилегибочного стана.

В черновых технологических формующих переходах II,б, III,б IV,б одновременно выдерживают стенку 2 профиля в плоскости формовки ММ, подгибают большую полку 3 в направлении по стрелке Б на суммарный угол α_t и меньшую полку 4 в противоположном направлении (по стрелке В) на суммарный угол β_t до отформовки в последнем черновом технологическом формующем переходе IV,б меньшей полки 4 профиля и прилежащего к ней места изгиба 5 и достижения конечного угла изгиба β_k этого места изгиба. Во всех черновых технологических формующих переходах II, б, III,б, IV,б суммарные углы подгибки полок 3 и 4 обратно пропорциональны их ширинам (b₁α_t=b₂β_t)..

В последнем черновом технологическом формующем переходе III,б к кромке 9 меньшей полки 4 прикладывают поперечное сжимающее усилие P_m-1 и перемещают полосу в поперечном направлении в сторону вогнутой кромки 7 исходной заготовки 1 до положения, при котором проекции a_x,m-1, a_y,m-1, b_x,m-1, b_y,m-1 полок 3 и 4 профиля с прилежащими местами изгиба 5 и 8 определяются формулами (1) и (2).

В последнем черновом технологическом формующем переходе IV,б к кромке 6 большей полки 3 прикладывают поперечное сжимающее усилие P_m и перемещают полосу в поперечном направлении в сторону выпуклой кромки 10 исходной заготовки 1 до положения, при котором проекции a_x,m, a_y,m, b_x,m, b_y,m полок 3 и 4 с прилежащими местами изгиба 5 и 8 определяются формулами (3) и (4).

Заявляемый способ может быть осуществлен с помощью устройства, содержащего комплект валков для изготовления гнутого неравнополочного швеллера по крайней мере с двумя закрытыми калибрами.

Так, например, режим формовки гнутого неравнополочного швеллера 80·50·30·3 мм из малоуглеродистой стали Ст3СП (с ширинами плоских элементов и разверток расположенных между ними мест изгиба b₁ 44,0 мм, b₂ 24,0 мм, b₃ b₅ 6,6 мм, b₄ 68,0 мм, с конечными углами изгиба мест изгиба α_k=β_k=90°, конечным наружным радиусом мест изгиба R_к r_к 6,0 мм, толщиной металла исходной заготовки S 3,0 мм, шириной исходной заготовки B_заг 149,2 мм), из серповидной исходной заготовки с удельной серповидностью g 3,5 мм/м при межклетевом расстоянии l 1 м, определенный согласно заявляемому способу для случая, когда выпуклая кромка исходной заготовки находится со стороны большей полки профиля, приведен в табл.2.

До начала формовки профиля определили номер последнего чернового технологического формующего перехода и суммарные углы подгибки полок в предпоследнем и последнем черновых технологических переходах:
Затем по формулам (1) (5) были вычислены проекции полок и прилежащих мест изгиба профиля на плоскость формовки и на нормаль к ней в предпоследнем и последнем черновых технологических формующих переходах и конечный угол поворота стенки:

Приняли γ_k=12°.
Профиль формовали непрерывным способом на профилегибочном стане 1.4·50. 300 из рулонной заготовки.

В первом технологическом переходе I,а серповидную заготовку 1 профиля перемещали вдоль профилегибочного стана.

Во втором-шестом черновых технологических формующих переходах II,a, III, a, IV, a одновременно выдерживали стенку 2 профиля в плоскости формовки ММ, подгибали большую полку 3 в направлении по стрелке Б на суммарный угол α_t и меньшую полку 4 в противоположном направлении (по стрелке В) на суммарный угол β_t до отформовки в шестом последнем черновом технологическом формующем переходе IV, а меньшей полки 4 профиля и прилежащего к ней места изгиба 5 и достижения конечного угла β_k=90° этого места изгиба. Во всех черновых технологических формующих переходах II,a, III,a, IV,a суммарные углы подгибки полок 3 и 4 профиля обратно пропорциональны их ширинам (b₁α_t=b₂β_t)
В пятом предпоследнем черновом технологическом формующем переходе III,a к кромке 6 большей полки 3 прикладывали поперечное сжимающее усилие P₅ 12 кН и перемещали полосу в поперечном направлении в сторону вогнутой кромки 7 исходной заготовки 1 до положения, при котором величины проекций полок 3 и 4 профиля с прилежащими местами изгиба 5 и 8 равны величинам, вычисленным согласно формулам (1) и (2): a_x,5 40,4 мм, a_y,5 31,5 мм, b_x,5 12,7 мм, b_y,5 28,1 мм.

В шестом последнем черновом технологическом формующем переходе IV,a к кромке 9 меньшей полки 4 прикладывали поперечное сжимающее усилие P₆ 10 кН и перемещали полосу в поперечном направлении в сторону выпуклой кромки 10 исходной заготовки 1 до положения, при котором величины проекций полок 3 и 4 профиля с прилежащими местами изгиба 5 и 8 равны величинам, вычисленным согласно формулам (3) и (4) a_x,6 36,0 мм, a_y,6 36,4 мм, b_x,6 6,0 мм, b_y,6 30,0 мм.

В седьмом-восьмом предчистовых IV,a и девятом чистовом VI,a технологических формующих переходах одновременно подгибали большую полку 3 и во встречном направлении поворачивали стенку 2 с отформованными меньшей полкой 4 и прилежащим к нему местом изгиба 5 до достижения в девятом чистовом технологическом формующем переходе VI,a конечного угла γ_k=12° стенки 2, величину которого вычислили по формуле (5), конечного угла изгиба α_k=90° места изгиба 8 и отформовки большей полки 3 и прилежащего к ней места изгиба 8.

Для получения готового профиля по заявляемому способу в случае, когда выпуклая кромка исходной заготовки находится со стороны большей полки, потребовалось 9 технологических переходов. Винтообразное скручивание готового профиля составило 0^o20' 0^o50' на 1 м длины, что находится в пределах требований ГОСТ 8281 80 "Швеллеры стальные гнутые неравнополочные. Сортамент" (допустимое винтообразное скручивание 1^o на 1 м длины). Предельные отклонения ширины полок готового профиля составили ±1,5 мм при изготовлении их из серповидной исходной заготовки с удельной серповидностью g 3,5 мм/м, что находится в пределах требований вышеуказанного ГОСТа (предельные отклонения ширины полки не более ±1,5 мм для полок шириной до 40 мм).

А теперь рассмотрим другой случай. Так, например, режим формовки гнутого неравнополочного швеллера 80^o50^o30 ^o 3 мм из малоуглеродистой стали Ст3СП (с ширинами плоских элементов и разверток расположенных между ними мест изгиба b₁ 44,0 мм, b₂ 24,0 мм, b₃ b₅ 6,6 мм, b₄ 68,0 мм, с конечными углами изгиба мест изгиба α_k=β_k=90°, конечным наружным радиусом мест изгиба R_к r_к 6,0 мм, толщиной металла исходной заготовки S 3,0 мм, шириной исходной заготовки B_заг 149,2 мм), из серповидной исходной заготовки с удельной серповидностью g 3,5 мм/м при межклетьевом расстоянии l 1 м, определенный согласно заявляемому способу для случаев, когда выпуклая кромка исходной заготовки находится со стороны меньшей полки профиля, приведен в табл. 3.

До начала формовки профиля определили номер последнего чернового технологического формующего перехода и суммарные углы подгибки полок в предпоследнем и последнем черновых технологических переходах:
Затем по формулам (1) (5) были вычислены проекции полок и прилежащих мест изгиба профиля на плоскость формовки и на нормаль к ней в предпоследнем и последнем черновых технологических формующих переходах и конечный угол поворота стенки:

Приняли γ_k=12°.
Профиль формовали непрерывным способом на профилегибочном стане 1.4·50. 300 из рулонной заготовки.

В первом задающем технологическом переходе 1,б серповидную исходную заготовку 1 профиля перемещали вдоль профилегибочного стана.

Во втором шестом черновых технологических формующих переходах II,б, III, б, IV, б одновременно выдерживали стенку 2 профиля в плоскости формовки ММ, подгибали большую полку 3 в направлении по стрелке Б на суммарный угол α_t и меньшую полку 4 в противоположном направлении (по стрелке В) на суммарный угол β_t до отформовки в шестом последнем черновом технологическом формующем переходе IV, б меньшей полки 4 профиля и прилежащего к ней места изгиба 5 и достижения угла изгиба β_k 90^o этого места изгиба. Во всех черновых технологических формующих переходах II, б, III,б, IV,б суммарные углы подгибки полок 3 и 4 профиля обратно пропорциональных их ширинам (b₁α_t=b₂β_t)..

В пятом предпоследнем черновом технологическом формующем переходе III,б к кромке 9 меньшей полки 4 прикладывали поперечное сжимающее усилие P₅ 12 кН и перемещали полосу в поперечном направлении в сторону вогнутой кромки 7 исходной заготовки 1 до положения, при котором величины проекций полок 3 и 4 профиля с прилежащими местами изгиба 5 и 8 равны величинам, вычисленным согласно формулам (1) и (2): a_x,5 40,4 мм, a_y,5 31,5 мм, b_x,5 12,7 мм, b_y,5 28,1 мм.

В шестом последнем черновом технологическом формующем переходе IV,б к кромке 6 большей полки 3 прикладывали поперечное сжимающее усилие P₆ 10 кН и перемещали полосу в поперечном направлении в сторону выпуклой кромки 10 исходной заготовки 1 до положения, при котором величины проекций полок 3 и 4 профиля с прилежащими местами изгиба 5 и 8 равны величинам, вычисленным согласно формулам (3) и (4): a_x,6 36,0 мм, a_y,6 36,4 мм, b_x,6 6,0 мм, b_y,6 30,0 мм.

В седьмом-восьмом предчистовых V,б и девятом чистовом VI,б технологических формующих переходах одновременно подгибали большую полку 3 и во встречном направлении поворачивали стенку 2 с отформованными меньшей полкой 4 и прилежащим к нему местом изгиба 5 до достижения в девятом чистовом технологическом формующем переходе VI,б конечного угла поворота γ_k=12° стенки 2, величину которого вычислили согласно (5), конечного угла изгиба α_k=90° места изгиба 8 и отформовки большей полки 3 и прилежащего к ней места изгиба 8.

Для получения готового профиля по заявляемому способу в случае, когда выпуклая кромка исходной заготовки находится со стороны меньшей полки, потребовалось 9 технологических переходов. Винтообразное скручивание готового профиля составило 0^o20' 0^o50' на 1 м длины, что находится в пределах требований ГОСТ 8281 80 "Швеллеры стальные гнутые неравнополочные. Сортамент" (допускаемое винтообразное скручивание 1^o на 1 м длины). Предельные отклонения ширины полок готового профиля составили ±1,5 мм при изготовлении их из серповидной исходной заготовки с удельной серповидностью g 3,5 мм/м, что находится в пределах требований вышеуказанного ГОСТа (предельные отклонения ширины полок не более ±1,5 мм для полок шириной до 40 мм).

Согласно данным опытной проверки на профилегибочном стане 1.4·50.300 заявляемый способ изготовления позволяет в сравнении с прототипом:
a) повысить качество гнутых неравнополочных швеллеров путем уменьшения их винтообразного скручивания и разноширинности полок (например, при изготовлении гнутого неравнополочного швеллера 80 ·50·30·3 мм из малоуглеродистой стали Ст 3СП согласно заявляемому способу винтообразное скручивание составило 0^o20' 0^o50' на 1 м длины, предельные отклонения ширины полок составили ±1,5 мм при изготовлении профилей из серповидной исходной заготовки с удельной серповидностью g 3,5 мм/м, а при изготовлении согласно способу-прототипу винтообразное скручивание составило 1^o30' 2 на 1 м длины, предельные отклонения ширины полок составили ±3,0 мм при изготовлении профилей из исходной заготовки с удельной серповидностью g 3,5 мм/м);
б) расширить сортамент сложных несимметричных гнутых профилей за счет профилей, производство которых не было освоено ранее из-за технологических трудностей.

Заявляемый способ не оказывает отрицательного влияния на состояние окружающей среды.

Формула изобретения

Способ изготовления гнутых неравнополочных швеллеров из серповидных заготовок, имеющих выпуклую и вогнутую кромки, путем последовательной по переходам подгибки в валках элементов профиля в противоположных направлениях, включающий поперечное перемещение профиля одновременно с его формовкой в двух промежуточных технологических формующих переходах под воздействием поперечного сжимающего усилия, прикладываемого к торцу полки профиля со стороны выпуклой кромки исходной заготовки в первом из этих переходов и со стороны вогнутой кромки в последующем, отличающийся тем, что в черновых технологических формующих переходах стенку профиля выдерживают в плоскости формовки, полки профиля подгибают на суммарные углы, обратно пропорциональные их ширинам, до отформовки в последнем черновом технологическом формующем переходе меньшей полки профиля и прилежащего к ней места изгиба, прикладывание поперечного сжимающего усилия и поперечное перемещение профиля осуществляют в предпоследнем и последнем черновых технологических формующих переходах: в первом из них со стороны выпуклой кромки исходной заготовки в сторону ее вогнутой кромки до положения, при котором проекции полок профиля с прилежащими местами изгиба определяются следующими выражениями:
для большей полки профиля

для меньшей полки профиля

во втором из них со стороны вогнутой кромки исходной заготовки в сторону ее выпуклой кромки до положения, при котором проекции полок профиля с прилежащими местами изгиба определяются следующими выражениями: для большей полки

для меньшей полки

а после отформовки меньшей полки профиля и прилежащего места изгиба поворачивают стенку профиля с отформованными меньшей полкой и прилежащим местом изгиба в направлении подгибки меньшей полки профиля до достижения в последнем технологическом формующем переходе конечного угла поворота стенки профиля, величину которого вычисляют согласно выражению

где m и m 1 номера соответственно последнего и предпоследнего черновых технологических формующих переходов;
a_xm и a_{x,(m - 1)} проекции большей полки профиля с прилежащим местом изгиба на плоскость формовки соответственно в m-м и (m - 1)-м черновых технологических формующих переходах;
a_y,m и a_{x,m - 1} проекции большей полки профиля с прилежащим местом изгиба на нормаль к плоскости формовки соответственно в m-м и (m-1)-м черновых технологических формующих переходах;
b_x,m и b_{x,m - 1} проекции меньшей полки профиля с прилежащим местом изгиба на плоскость формовки соответственно в m-м и (m-1)-м черновых технологических формующих переходах;
b_y,m и b_{y,m - 1} проекции меньшей полки профиля с прилежащим местом изгиба на нормаль к плоскости формовки соответственно в m-м и (m 1)-м черновых технологических формующих переходах;
b₁ и b₂ ширины соответственно большей и меньшей полок профиля;
β_m и β_m-1 суммарные углы подгибки меньшей полки профиля соответственно в m-м и (m 1)-м черновых технологических формующих переходах;
R_m и R_{m - 1} наружные радиусы места изгиба профиля у его большей полки соответственно в m-м и (m 1)-м черновых технологических формующих переходах;
r_m и r_{m - 1} наружные радиусы места изгиба профиля у его меньшей полки соответственно в m-м и (m 1)-м черновых технологических формующих переходах;
γ_k конечный угол поворота стенки профиля в технологических формующих переходах, град;
B_заг ширина исходной заготовки;
S толщина металла исходной заготовки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7