Способ производства гнутых швеллеров

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к технологии профилирования гнутых профилей. Осуществляют формовку путем подгибки и изгиба периферийных участков и дна заготовки, соответствующих боковым полкам и основанию швеллера, с последующим их выпрямлением за несколько переходов. Причем формовку осуществляют в три этапа, каждый из которых проводят за несколько переходов. На первом этапе формовки производят подгибку периферийных участков заготовки до достижения угла не более 45°, при сохранении прямолинейности периферийных участков и дна профиля, соответствующих боковым полкам и основанию швеллера, с внутренним радиусом кривизны в зонах будущих углов готового швеллера в зависимости от толщины заготовки. На втором этапе формовки производят подгибку периферийных участков заготовки до угла 87-89° с сохранением прямолинейности этих участков и приданием дну профиля поперечной кривизны с осесимметричной выпуклостью в направлении подгиба периферийных участков, при этом начальную величину радиуса кривизны выпуклости задают в зависимости от ширины дна профиля и уменьшают ее от перехода к переходу с сохранением внутреннего радиуса кривизны в зонах будущих углов готового швеллера первого этапа формовки. На третьем этапе формовки не менее чем в двух последних переходах производят выпрямление дна профиля с устранением выпуклости путем ее осадки с раздачей металла в направлении углов готового швеллера. Одновременно осуществляют подгибку боковых полок до угла 90° с внутренним радиусом кривизны в зонах углов готового швеллера в зависимости от толщины заготовки. Повышается качество. 2 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к технологии профилирования гнутых профилей на профилегибочном стане. Оно направлено на организацию производства швеллеров повышенной жесткости, с внутренним радиусом в зоне угла, соответствующим толщине металла. Потребность в таких швеллерах постоянно возрастает в связи с расширением сортамента машиностроительной продукции, в частности, она связана с необходимостью освоения новых моделей грузовых автомобилей.

Известен способ профилирования преимущественно швеллеров (SU 1754267, B21D 5/06, опубл. 15.08.1992, Бюл. №30), согласно которому элементы профиля подгибают по переходам с технологическим перегибом по меньшей мере в одном из переходов и последующим их выпрямлением с целью повышения качества профилей при поштучном профилировании за счет уменьшения износа валков. Однако здесь, как и при обычном профилировании, не обеспечивается возможность получения малых радиусов внутреннего радиуса кривизны в зонах углов готового швеллера, поскольку чем меньше радиус кривизны, тем выше опасность появления трещин на наружной поверхности заготовки ввиду увеличения растягивающих напряжений в этой области. Соответственно невозможно использование указанного способа для получения профилей повышенной жесткости. Другим недостатком является то, что выпрямление элементов профиля вследствие пружинения участка резкого перегиба полки ведет к остаточной кривизне полки и, следовательно, к отклонению от требуемой геометрии сечения профиля.

Наиболее близким способом к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ формовки швеллеров на профилегибочном стане (RU 2296025, B21D 5/06, 27.03.2007, Бюл. №9), включающий подгибку и изгиб периферийных участков и дна заготовки, соответствующих боковым полкам и основанию швеллера, с последующим их выпрямлением, за несколько переходов. У заявляемого изобретения и прототипа имеются следующие общие признаки: 1) подгибка элементов профиля по переходам; 2) изгиб (перегиб) элементов; 3) последующее выпрямление элементов профиля.

Швеллера, полученные при прокатке на профилегибочном стане в соответствии с рассмотренным способом, характеризуются внутренним радиусом кривизны в зонах будущих углов готового швеллера, составляющим около 2 толщин полосовой заготовки. При таком профилировании снижение данного радиуса кривизны менее указанной величины приводит к появлению чрезмерных растягивающих напряжений в наружных поверхностных слоях металла и соответственно к появлению продольных трещин в указанной зоне. Это делает невозможным получение швеллеров повышенной жесткости с внутренним радиусом кривизны в зонах будущих углов готового швеллера, соответствующим толщине полосовой заготовки.

Технический результат, получаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в уменьшении внутреннего радиуса кривизны в зонах углов готового швеллера до уровня, соответствующего толщине полосовой заготовки, и получении за счет этого профилей повышенной жесткости. Для этого предложено решение, обеспечивающее поперечное смещение металла в зону угла профиля и соответственно заполнение калибра с малым внутренним радиусом гибки. Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. В известном способе формовки швеллеров на профилегибочном стане, включающем подгибку и изгиб периферийных участков и дна заготовки, соответствующих боковым полкам и основанию швеллера, с последующим их выпрямлением за несколько переходов, в соответствии с предложенным техническим решением формовку осуществляют в три этапа, каждый из которых проводят за несколько переходов, причем на первом этапе формовки производят подгибку периферийных участков заготовки до достижения угла не более 45°, при этом сохраняют прямолинейными периферийные участки и дно профиля, соответствующие боковым полкам и основанию швеллера, с внутренним радиусом кривизны в зонах будущих углов готового швеллера 1,9-2,2 толщины заготовки; на втором этапе формовки производят подгибку периферийных участков заготовки до угла 87-89°, с сохранением прямолинейности этих участков и приданием дну профиля поперечной кривизны с осесимметричной выпуклостью в направлении подгиба периферийных участков, начальную величину радиуса кривизны выпуклости задают равной 3,5…3,8 ширины дна профиля и уменьшают ее от перехода к переходу до величины 3,1…3,4, с сохранением внутреннего радиуса кривизны в зонах будущих углов готового швеллера первого этапа формовки, а на третьем этапе формовки не менее чем в двух последних переходах производят выпрямление дна профиля с устранением выпуклости путем ее осадки с раздачей металла в направлении углов готового швеллера, при этом одновременно осуществляют подгибку боковых полок до угла 90° с внутренним радиусом кривизны в зонах углов готового швеллера, равным 0,9-1,2 толщины заготовки.

На фиг.1 представлена последовательность этапов формовки заготовки на профилегибочном стане при производстве швеллера в соответствии с предлагаемым способом; на фиг.2 - поперечное сечение заготовки для разных этапов формовки заготовки.

Способ производства гнутых профилей повышенной жесткости (с минимальным внутренним радиусом кривизны в зонах углов) на профилегибочном стане, содержащем n-клетей, реализуют следующим образом. Заготовку 1 поступательно перемещают в направлении W от первой клети 2-1 до клети 2-n в линии стана, одновременно осуществляя ее формовку из полосы в швеллер (фиг.1). На первом этапе формовки за несколько последовательных переходов производят подгибку периферийных участков А заготовки 1 на угол α₁ до тех пор, пока величина угла подгибки не достигнет α₁=45°. При этом сохраняют прямолинейными периферийные участки А и дно профиля В, соответствующие боковым полкам и основанию швеллера, а внутренний радиус кривизны r₁ в зонах будущих углов готового швеллера задают 1,9-2,2 толщины заготовки S (r₁=1,9…2,2·S). На втором этапе формовки производят дальнейшую последовательную подгибку периферийных участков заготовки вплоть до достижения угла α₂=87…89°. На этом этапе также сохраняют прямолинейность этих участков, однако, обеспечивают такой режим деформации, при котором дну профиля В придают поперечную кривизну с осесимметричной выпуклостью в направлении подгиба периферийных участков. Начальную величину радиуса кривизны выпуклости R₂' для первого перехода второго этапа задают равной 3,5…3,8 ширины дна профиля H_ш (R₂'=3,5…3,8·H_ш). Величину этого радиуса уменьшают от перехода к переходу второго этапа до величины R₂”=3,1…3,4·H_ш, для последнего перехода второго этапа. Внутренний радиус кривизны в зонах будущих углов готового швеллера r₂ задают соответствующим величине такого же радиуса r₁ на первом этапе формовки (r₂ =r₁).

Затем на третьем этапе формовки не менее чем в двух последних проходах производят выпрямление дна профиля В с одновременным устранением выпуклости путем ее осадки усилием Р. Иначе говоря, устраняют радиус R₂”=3,1…3,4·H_ш, выравнивая указанное дно В до прямого состояния. Такой характер деформации при осадке выпуклости на дне швеллера обеспечивает раздачу (смещение) металла F в направлении его углов и соответственно схему напряженного состояния с двухсторонним сжатием при заполнении этих углов. Эта схема напряженного состояния позволяет избежать появления трещин на наружной поверхности при формировании углов швеллера с минимальным радиусом кривизны r₃. Для осадки на третьем этапе формовки используют калибры с прямолинейным дном. Одновременно производят подгибку боковых полок швеллера до угла α₃=90°. Величину внутреннего радиуса кривизны в углах готового швеллера устанавливают составляющей r₃=0,9-1,2·S. Таким образом, характер деформации обеспечивает течение металла в направлении углов швеллера и приводит к снижению внутреннего радиуса кривизны в этих углах до требуемой величины. Такой подход позволяет стабилизировать процесс прокатки и обеспечить получение швеллеров повышенной жесткости с внутренним радиусом кривизны в зонах углов швеллера, соответствующим толщине заготовки.

Применение способа поясняется примером его реализации. При производстве швеллера 260×75×8 мм (ширина основания 260 мм, высота боковых полок 75 мм, толщина швеллера 8 мм) из стали 3сп использовали штрипсовую заготовку шириной

H₀=385,7 мм. Указанную заготовку подвергали формовке в 11 клетях профилегибочного стана 2-8 в соответствии с предложенным техническим решением до получения готового швеллера заданного размера. На первом этапе формовки за пять проходов осуществляли подгибку боковых полок швеллера последовательно до величины α₁=0°, 10°, 20°, 30°, 40° (первый проход - без подгибки, используется для центровки полосы), т.е. до величины менее 45°. При этом варьировали величину внутреннего радиуса кривизны в зонах углов швеллера в диапазоне r₁=1,7-2,2 толщины заготовки S.

На втором этапе формовки в следующих пяти проходах осуществляли подгибку боковых полок швеллера последовательно до величины α₂=50°, 60°, 70°, 80°, 85…90°. Иначе говоря, угол подгибки в последнем проходе второго этапа варьировали в диапазоне α₂=85…90°. Одновременно формировали выпуклость на дне профиля за счет использования калибров с кривизной по дну, а радиус этой кривизны для первого прохода второго этапа формовки устанавливали в диапазоне R₂'=(3,3…4)·H_ш, в зависимости от ширины основания швеллера H_ш. При этом радиус кривизны дна калибра уменьшали от прохода к проходу до величины R₂”=(2,9…3,5)·H_ш в последнем проходе второго этапа формовки. Величина внутреннего радиуса кривизны в зонах углов швеллера r₂ на этом этапе соответствовала аналогичной величине r₁ на предыдущем этапе (r₂=r₁).

Затем на третьем этапе формовки в двух последних проходах производили выпрямление дна профиля с одновременным устранением выпуклости на дне швеллера и раздачей металла в направлении его углов, обеспечивающей заполнение этих углов, за счет использования калибров с прямолинейным дном и подгибки боковых полок швеллера до величины 90°. Величину внутреннего радиуса кривизны в углах швеллера на этом этапе формовки устанавливали составляющей r₃=0,7-1,4 толщины заготовки S. Характер деформации при раздаче металла в направлении углов швеллера обеспечивает снижение внутреннего радиуса кривизны r₃ в этих углах при соблюдении значений параметров, определенных предлагаемым техническим решением.

Проведенные данные эксперимента по варьированию параметров процесса подтверждают правильность рекомендаций по выбору величины технологических параметров процесса. Установлено, что уменьшение внутреннего радиуса кривизны в углах швеллера на первом и втором этапах формовки менее r₁=r₂=1,9·S может приводить к появлению трещин на наружной поверхности углов швеллера. В то же время увеличение данного радиуса кривизны более r₁=r₂=2,2·S не позволяет получить требуемый радиус кривизны r₃=0,9…1,2·S на готовом швеллере, т.к. ресурса пластичности металла недостаточно для перехода от слишком большого радиуса r₁=r₂ к слишком маленькому r₃.

Подгибка боковых полок швеллера на первом этапе формовки до величины более

α₁=45° в последнем проходе приводит к потере их устойчивости при появлении сжимающих напряжений в процессе формирования выпуклости на дне профиля, что неблагоприятно отражается на качестве готовой продукции.

Подгибка боковых полок швеллера в последнем проходе второго этапа формовки до величины менее α₂=87° приводит к потере устойчивости боковых полок швеллера в процессе заполнения его углов при последующей раздаче металла дна швеллера, что неблагоприятно отражается на качестве готовой продукции. Следует отметить, что увеличение этого угла подгибки на втором этапе до значений выше α₂=89° приводит к необходимости разгибания боковых полок в последующих двух проходах третьего этапа и соответственно к возможности появления трещин на наружной поверхности швеллера в зоне гиба.

Анализ характера изменения радиуса поперечной кривизны выпуклости на дне профиля для первого прохода второго этапа формовки показывает, что его уменьшение до значений менее R₂'=3,5·H_ш способно сопровождаться появлением слишком больших растягивающих усилий в металле в зоне указанной выпуклости и, соответственно, возникновением трещин в готовом профиле. В то же время увеличение этого показателя до величины более R₂'=3,8·H_ш не позволяет за пять проходов второго этапа формовки сформировать выпуклость на дне профиля, достаточно высокую для того, чтобы обеспечить затекание металла в углы профиля и получение углов швеллера с малыми радиусами при ее осадке.

Следует отметить, что снижение радиуса поперечной кривизны выпуклости на дне профиля для последнего прохода второго этапа формовки до значений менее R₂”=3,1·H_ш приводит к существенному увеличению объема металла, участвующего в процессе раздачи в направлении углов готового швеллера, и способно сопровождаться гофрообразованием при выпрямлении дна профиля на третьем этапе формовки. В свою очередь, увеличение рассматриваемого радиуса кривизны выпуклости на дне профиля до значений выше R₂”=3,4·H_ш не позволяет набрать достаточное количество металла для заполнения углов профиля и обеспечения малой величины внутреннего радиуса кривизны в углах швеллера r₃.

При выполнении на третьем этапе формовки внутреннего радиуса кривизны в углах швеллера величиной менее r₃=0,9·S, можно отметить появление трещин на наружной поверхности профиля в зоне его углов, в результате чрезмерного увеличения растягивающих напряжений при гибке. В то же время при увеличении этого параметра до величины более r₃=1,2·S не обеспечивается требуемое повышение жесткости швеллера, т.е. не выполняется основная задача предлагаемого технического решения.

Таким образом, использование предлагаемого способа производства швеллеров позволяет обеспечить получение изделий с внутренним радиусом кривизны в зонах углов готового профиля, соответствующим толщине заготовки, т.е. швеллеров повышенной жесткости. При этом за счет использования схемы напряженного состояния двухстороннего сжатия достигается отсутствие трещин на наружной поверхности профиля в зонах этих углов, характерное для малых радиусов кривизны в углах готового швеллера при обычных условиях формовки.

Способ формовки швеллеров на профилегибочном стане, включающий подгибку и изгиб периферийных участков и дна заготовки, соответствующих боковым полкам и основанию швеллера, с последующим их выпрямлением, за несколько переходов, отличающийся тем, что формовку осуществляют в три этапа, каждый из которых проводят за несколько переходов, причем на первом этапе формовки производят подгибку периферийных участков заготовки до достижения угла не более 45°, при этом сохраняют прямолинейными периферийные участки и дно профиля, соответствующие боковым полкам и основанию швеллера, с внутренним радиусом кривизны в зонах будущих углов готового швеллера 1,9-2,2 толщины заготовки, на втором этапе формовки, производят подгибку периферийных участков заготовки до угла 87-89° с сохранением прямолинейности этих участков и приданием дну профиля поперечной кривизны с осесимметричной выпуклостью в направлении подгиба периферийных участков, начальную величину радиуса кривизны выпуклости задают равной 3,5…3,8 ширины дна профиля и уменьшают ее от перехода к переходу до величины 3,1…3,4 с сохранением внутреннего радиуса кривизны в зонах будущих углов готового швеллера первого этапа формовки, а на третьем этапе формовки не менее чем в двух последних переходах производят выпрямление дна профиля с устранением выпуклости путем ее осадки с раздачей металла в направлении углов готового швеллера, при этом одновременно осуществляют подгибку боковых полок до угла 90° с внутренним радиусом кривизны в зонах углов готового швеллера, равным 0,9-1,2 толщины заготовки.