Способ профилирования гнутых швеллеров

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к производству гнутых швеллеров из сталей повышенной прочности, толщиной 7...8 мм. Способ включает последовательную по переходам подгибку полок профиля с заданными величинами радиусов изгиба. При этом радиусы изгиба в каждом из двух первых проходов принимают равными 1...2 мм, в третьем и в каждом из трех последних в зависимости от толщины профиля, а в каждом промежуточном проходе - уменьшают по приведенной в формуле зависимости. Повышается жесткость гнутых профилей.

 

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к технологии профилирования холодногнутых равнополочных швеллеров.

Такие профили производятся на сортовых профилегибочных станах путем последовательной по проходам подгибки краевых элементов формуемой полосовой заготовки на заданные углы и с заданными радиусами мест изгиба до получения конечного сечения. Особенности технологии профилирования указанных швеллеров достаточно подробно описаны, например, в книге А.П.Чекмарева и В.Б.Калужского «Гнутые профили проката», М.: Металлургия, 1975.

Общее число формующих проходов (и величины углов по проходам), а также величины радиусов изгиба зависят от толщины заготовки и ее пластических свойств, в частности, - от величины временного сопротивления σ_в материала. Обычно радиусы мест изгиба последовательно уменьшают по ходу профилирования, а максимальная величина конечного радиуса прямо пропорциональна толщине формуемой полосы (см. ГОСТ 8278).

Известен способ профилирования гнутых швеллеров в валках с равными радиусами изгибов, при котором величины межвалковых зазоров в каждом проходе определяются по заданным зависимостям (см. пат. РФ №2164186 кл. В21D 7/00, опубл. в БИ №8, 2001 г.). Недостатком этого способа является невозможность повышения жесткости (несущей способности) швеллеров, в особенности, - из сталей повышенной прочности.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является технология профилирования равнополочных швеллеров, описанная в книге под ред. И.С.Тришевского «Калибровка валков для производства гнутых профилей проката», Киев: Технiка, 1980, с.48-54.

Эта технология заключается в последовательной по проходам подгибке полок профиля с заданными величинами радиусов мест изгиба и характеризуется тем, что радиусы последовательно уменьшают от первого прохода (чернового) до чистового прохода, где устанавливается величина радиусов готового профиля. Недостатком известной технологии также является невозможность увеличения жесткости швеллеров, в том числе, - из сталей повышенной прочности.

Действительно, одним из критериев, определяющих жесткость швеллера (точнее - величину момента сопротивления изгибу его поперечного сечения), является величина радиуса изгиба между стенкой и полками профиля, причем, величина момента сопротивления (при прочих равных условиях) возрастает с уменьшением этого радиуса. Однако существует критическая величина радиуса изгиба для швеллера конкретных параметров, уменьшение которой неизбежно приводит к трещинообразованию мест изгиба.

Именно поэтому ГОСТ 8278 устанавливает разные величины радиусов изгиба для разных толщин швеллеров и, кроме того, для швеллеров из разных марок сталей: величины радиусов должны быть больше для сталей повышенной прочности, что отрицательно сказывается на несущей способности швеллеров.

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных свойств гнутых профилей из сталей повышенной прочности за счет повышения их жесткости.

Для решения этой задачи в способе профилирования гнутых швеллеров из сталей повышенной прочности, включающем последовательную по проходам подгибку полок профиля с заданными величинами радиусов изгиба r_i, в отличие от ближайшего аналога, при профилировании швеллеров толщиной S, равной 7...8 мм, радиусы изгиба r_i в каждом из двух первых проходов принимают равными 1...2 мм, в третьем - (4,1...4,3)S, в каждом из трех последних - одинаковыми и равными (1,25...1,4)S, а в каждом из промежуточных проходов уменьшают по зависимости:

,

где r_i - величина радиуса в предыдущем проходе.

Приведенные математические зависимости получены в результате обработки опытных данных и являются эмпирическими.

На практике, для получения в I и II проходах величин: r_i=1...2 мм ребра верхних валков в месте сопряжения цилиндрических и конических их элементов затупляют, контролируя полученные величины r_i.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что в черновых (I и II) проходах за счет значительного уменьшения (более, чем на порядок) величин радиусов изгиба соответственно уменьшается и площадь контакта формуемой заготовки с валками в зонах изгиба. Это приводит к существенному уменьшению сил трения в этих зонах, что, по-видимому, способствует уменьшению остаточных напряжений в профиле. Так как при этом снижается вероятность трещинообразования, становится возможным уменьшение величин конечных (на готовом профиле) радиусов изгиба.

Рекомендуемые и апробированные величины этих радиусов в 2,50...2,57 раза меньше значений, рекомендуемых ГОСТ 8278 (табл.2) для швеллеров из стали повышенной прочности.

Опытную проверку предлагаемого способа осуществляли на сортовом профилегибочном стане «2-8» ОАО «Магнитогорский меткомбинат».

С этой целью при профилировании швеллеров 280×80×8 мм из ст.10Г2ФБЮ (заготовка имела σ_в=590...620 МПа) и 250×120×7 из ст.09Г2С (заготовка имела σ_в=510...540 МПа), используемых, соответственно, в качестве лонжерона для грузовых автомобилей и в строительных конструкциях, варьировали радиусы изгиба в проходах (их было 9) при постоянном режиме подгибки: 0°→10°→20°→32°→44°→58°→70°→80°→88°→90°. Результаты опытов оценивали по качеству швеллеров: их геометрии и отсутствию (наличию) трещинообразования в местах изгиба.

Наилучшие результаты (выход качественных профилей не менее 99,4% при отсутствии трещин) получены при использовании заявляемого способа. Отклонения от рекомендуемых величин радиусов ухудшали полученные результаты.

Так, при радиусах изгиба в черновых проходах более 2 мм не удалось получить профили с конечным радиусом менее 15 мм (на части швеллеров наблюдалось появление трещин). При разных величинах радиусов изгиба в трех чистовых (последних) проходах (r₈>r₉>r₁₀) до 1,5% швеллеров имели повышенный «свал-развал» на концах штанг, т.е. величина отклонения от прямого угла превышала допустимую (1°30′) на длине до 0,8 м.

При r_i в III проходе более 4,3 S приходилось увеличивать радиусы в последующих проходах, в результате чего конечный радиус (на готовом профиле) составил 12...13 мм.

Уменьшение же указанной величины до (3,8...4,0) S вызывало на отдельных штангах (в особенности - полученных из концов рулонных полос) появление трещин.

При радиусах изгиба в промежуточных проходах приходилось уменьшать количество формующих проходов (для получения в последних проходах r_i=(1,25...1,40)S, что ухудшало геометрию готовых профилей. Увеличение же радиусов до приводило к противоположному результату: увеличению количества формующих проходов, что повышало расход валков.

Контрольное профилирование по технологии, взятой в качестве ближайшего аналога, не позволило получить швеллеры с конечными радиусами изгиба в пределах (1,25...1,400)S.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известным объектом.

По данным листопрокатного цеха №7 ОАО «ММК» и Центральной лаборатории комбината использование предлагаемого способа для производства гнутых швеллеров из стали повышенной прочности позволит снизить металлоемкость изделий из этих профилей (за счет повышения их несущей способности) не менее чем на 10%.

Пример конкретного выполнения

1. Швеллер 280×80×8 мм из стали 10Г2ФБЮ с σ_в=610 МПа профилируется в девяти клетях из исходной заготовки шириной 407 мм и толщиной S=8 мм.

Углы подгибки по проходам:

0°→10°→20°→32°→44°→58°→70°→80°→88°→90°

Радиус изгиба на готовом профиле: r=1,33 S≅10,5 мм.

В I и II проходе: r_i=1,5 мм, а в трех последних (VII...IX) - r_i=1,33S≅10,5 мм.

Величина радиуса изгиба в III проходе - r_i=4,2S=4,2·8≅34 мм.

Радиусы в IV...VI проходах:

IV - r_i=34^0,085≅23 мм; V - r_i=23^0,885=16 мм; VI - r_i=16^0,885≅12 мм.

2. Швеллер 250×120×7 из ст.09Г2С с σ_в=530 МПа профилируется в девяти клетях из исходной заготовки шириной 455 мм и толщиной S=7 мм.

Углы подгибки по проходам:

0°→10°→20°→32°→44°→58°→70°→80°→88°→90°

Радиус изгиба на готовом профиле: r=1,33S≅9,5 мм.

В I и II проходе: r_i=1,5 мм, а в трех последних (VII...IX) - r_i=1,33S≅9,5 мм.

Величина радиуса изгиба в III проходе - r_i=4,2S=4,2·7≅29 мм.

Радиусы в IV...VI проходах:

IV - r_i=29^0,885≅20 мм; V - r_i=20^0,885=14 мм; VI - r_i=14^0,885≅10,5 мм.

Способ профилирования гнутых швеллеров из сталей повышенной прочности, включающий последовательную по переходам подгибку полок профиля с заданными величинами радиусов изгиба r_i, отличающийся тем, что при профилировании швеллеров толщиной S, равной 7...8 мм, радиусы изгиба r_i, в каждом из двух первых проходов принимают равными 1...2 мм, в третьем - (4,1...4,3)S, в каждом из трех последних - одинаковыми и равными (1,25...1,40)S, а в каждом из промежуточных проходов r_i, уменьшают по зависимости: , где r_i - величина радиуса в предыдущем проходе.