способ изготовления гнутых гофрированных профилей

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГНУТЫХ ГОФРИРОВАННЫХ ПРОФИЛЕЙ, преимущественно листовых с гофрами трапециевидной формы, включающий формообразование профиля в валках клетей стана по технологическим переходам, по которому заготовке подгибкой ее участков придают форму промежуточного профиля с трапециевидными гофрами и горизонтальными межгофровыми участками, а места контакта валков с внутренней зоной мест изгиба гофров профиля размещают от оси вращения валков на заданном расстоянии, отличающийся тем, что гофры профиля формообразуют по технологическим переходам последовательно от середины заготовки к ее периферии с размещением стенок каждого отформованного гофра в плоскостях, соответствующих их положению в последнем технологическом переходе, при этом оси вращения валков смещают в вертикальной плоскости относительно уровня формовки, выдерживая расстояние для формуемых гофров от внутренней зоны их мест изгиба до упомянутой оси вращения одинаковым во всех технологических переходах и равным значению этого расстояния, по меньшей мере для одного гофра профиля, в последней формующей клети стана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для использования при изготовлении гнутых гофрированных профилей, преимущественно листовых, с гофрами трапециевидной формы в валках профилегибочного стана.

Известен способ изготовления гофрированных профилей по (авт. с. N 1344457, кл. В 21 D 5/06, 1987), преимущественно с трапециевидной формой гофров, включающий последовательную подгибку элементов профиля по переходам, при котором первоначально формуют промежуточный профиль, который затем доформовывают до заданной формы и размеров. Причем промежуточный профиль формуют с гофрами уголковой формы с шириной полок, равной суммарной ширине боковой и горизонтальной стенок гофра, при этом формообразование уголковых гофров ведут до достижения расстоянием между вершинами углов мест изгиба при основании величины заданного расстояния между вершинами соответствующих углов мест изгиба на готовом профиле, а доформовку гофра до заданной формы и размеров осуществляют подгибкой во взаимно противоположных направлениях полок уголковых профилей.

К недостаткам известного способа следует отнести то, что при формовании промежуточного профиля с гофрами уголковой формы, а также при доформовке гофров до заданной формы и размеров подгибкой во взаимно противоположных направлениях полок уголковых профилей наблюдается продольный и поперечный прогиб из-за приложения к профилю формующих сил, моменты от которых действуют в одном направлении.

Кроме того, из-за продольного и поперечного прогиба и винтообразного скручивания наблюдается невыполнение заданной формы и размеров профиля, а также ухудшение качества его поверхности, повышенные энергозатраты на формовку. В промежуточных переходах формообразование мест изгиба гофров производят одновременно на разных уровнях, вследствие чего ухудшаются энергоскоростные параметры профилирования, возникает пробуксовка профиля в калибрах валков и ухудшается качество его поверхности.

Упомянутые недостатки ограничивают использование данного способа, который целесообразно применять преимущественно для изготовления профилей с одинаковой высотой гофров сравнительно небольших размеров по высоте (до 20 мм при толщине стенки профиля до 1,5 мм).

Известен способ изготовления гнутых гофрированных профилей с дополнительными гофрами на горизонтальных стенках основных гофров (авт. св. N 1480920, кл. В 21 D 5/06, 1989), по которому первоначально формуют профиль с гофрами уголковой формы, а затем подгибкой полок уголковых гофров осуществляют отформовку боковых и горизонтальных стенок трапециевидных гофров. При этом с целью повышения точности геометрических размеров профиля длину мест изгиба уголковых гофров принимают равной длине развертки дополнительных гофров, а ширину полок - равной суммарной ширине боковой и примыкающих к ней участков верхней и нижней горизонтальных стенок основных гофров. Формовку гофров уголковой формы ведут до достижения расстояния между вершинами углов мест изгиба равного заданному между вершинами дополнительных гофров на готовом профиле, а на последних переходах при подгибке полок уголковых профилей осуществляют отформовку дополнительных гофров.

К недостаткам данного способа относится неоправданно завышенная высота переходных форм профиля и необходимость в первоначальном увеличении высоты профиля и дальнейшем ее уменьшении на последних переходах, вследствие чего возникают значительные перепады скоростей профиля в калибре валков, а также по переходам в стане, ухудшение качества поверхности профилей вследствие пробуксовки, появление рисок и задиров, а также необходимость в повышенном количестве технологических переходов и рабочих клетей стана, увеличенных диаметральных размерах валков и габаритах рабочих клетей и стана.

Существенным недостатком данного способа является также и необходимость в подгибке вершин гофров уголковой формы в противоположном направлении, подгибке этих же участков при выполнении из них дополнительных гофров. В связи с этим увеличивается утонение и ухудшается качество защитного покрытия в местах дополнительных гофров.

Известен способ изготовления гнутых гофрированных профилей, преимущественно с защитным покрытием, реализуемый с помощью профилегибочного стана (авт. св. N 1097409, кл. В 21 D 5/06, 1984), по которому заготовка последовательно по переходам формоизменяется в профиль путем постепенной подгибки в валках, которые в каждой клети по переходам смещены навстречу друг другу. При этом величина смещения валков каждой последующей клети относительно предыдущей равна половине приращения высоты профиля.

Известный способ и оборудование для его реализации обеспечивают улучшение качества профилей путем повышения точности геометрических размеров и предотвращения повреждения защитных покрытий. Однако известный способ имеет ограниченные возможности, так как не позволяет изготавливать профили с различной высотой гофров и их расположением по разные стороны от уровня профилирования. Кроме того, вследствие смещения профиля по высоте при профилировании затрудняется его порезка в линии профилирования, усложняется режущее устройство и подводящие к нему устройства для задачи профиля и его транспортировки.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату к изобретению является способ изготовления гнутых гофрированных профилей, по которому производят одновременную формовку гофров последовательно по технологическим переходам в валках клетей профилегибочного стана. При этом с целью повышения качества профилей путем предотвращения проскальзывания валков относительно внутренней зоны мест изгиба в каждом переходе сечению заготовки придают профиль, при котором расстояние от места контакта валков с внутренней зоной мест изгиба гофра до оси вращения валков равно этому расстоянию в последней формующей клети.

Общим для прототипа и изобретения является то, что при изготовлении гнутых гофрированных профилей, преимущественно листовых с гофрами трапециевидной формы, предусматривается формообразование профиля в валках клетей стана по технологическим переходам и придание заготовке подгибкой ее участков формы промежуточного профиля с трапециевидными гофрами и горизонтальными межгофровыми участками, а места контакта валков с внутренней зоной мест изгиба гофров профиля размещают от оси вращения валков на заданном расстоянии.

Недостатком прототипа является ограниченные возможности его применения к сравнительно узкому сортаменту профилей с трапециевидными гофрами одинаковой высоты из-за отсутствия надежных технических решений, обеспечивающих при одновременном формообразовании гофров различной высоты устранение перепадов скоростей в калибре валков и по технологическим переходам, предупреждение повышенных энергозатрат на профилирование, устранение пробуксовки профиля в калибрах валков и сохранение целостности поверхностного покрытия заготовки. Вследствие одновременного формообразования профиля по всей его ширине возникает повышенное поперечное растяжение заготовки и утонение металла в местах изгиба, ухудшается качество поверхности, в большей степени у профилей с защитным и декоративным покрытием.

Технической задачей является расширение технологических возможностей способа за счет изготовления профилей с трапециевидными гофрами различной высоты и формы, а также с гофрами, расположенными по разные стороны от плоскости формовки, снижение энергозатрат при профилировании и улучшение качества профилей.

Это достигается тем, что в способе изготовления гнутых гофрированных профилей, преимущественно листовых с гофрами трапециевидной формы, включающем формообразование профиля в валках клетей стана по технологическим переходам, в котором заготовка подгибкой ее участков придают форму промежуточного профиля с трапециевидными гофрами и горизонтальными межгофровыми участками, а места контакта валков с внутренней зоной мест изгиба гофров профиля размещают от оси вращения валков на заданном расстоянии, гофры формообразуют по технологическим переходам последовательно от середины заготовки к ее периферии с размещением стенок каждого отформованного гофра в плоскостях, соответствующих их положению в последнем технологическом переходе. При этом оси вращения валков смещают в вертикальной плоскости относительно уровня формовки, выдерживая расстояние для формуемых гофров от внутренней зоны их мест изгиба до упомянутой оси вращения одинаковым во всех технологических переходах и равным значению этого расстояния по меньшей мере для одного гофра профиля в последней формующей клети стана.

Последовательное формообразование гофров профиля от середины заготовки к ее периферии по изобретению позволяет в сравнении с одновременным формообразованием гофров профиля по прототипу расширить технологические возможности способа за счет независимого формообразования гофров профиля между собой, в том числе различной формы и высоты, а также гофров, расположенных по разные стороны от плоскости формовки (горизонтальной стенки профиля) при оптимальных энергозатратах и скоростном режиме.

Принятая последовательная формовка гофров в сравнении с одновременной формовкой всех гофров в каждом технологическом переходе обеспечивает свободное перетекание металла в зону формовки, что способствует уменьшению поперечного растяжения заготовки и утонению металла в местах изгиба, улучшению качества поверхности профилей при снижении энергозатрат на профилирование. Размещение в каждом технологическом переходе горизонтальных стенок отформованных гофров и примыкающих к ним межгофровых участков в плоскостях, соответствующих их уровню в последнем технологическом переходе, способствует улучшению качества профилей за счет предупреждения продольного и поперечного их прогиба в процессе формообразования.

Смещение осей вращения валков в вертикальной плоскости, выдерживая расстояние от внутренней зоны мест изгиба формуемых гофров до упомянутой оси вращения, равным значению этого расстояния по меньшей мере для одного гофра профиля в последней формующей клети стана, позволяет во всех технологических переходах производить последовательное формообразование гофров без взаимного проскальзывания валков и формуемого профиля в местах контакта валков с внутренней зоной мест изгиба гофров, что обеспечивает расширение технологических возможностей способа за счет независимого формообразования каждого из гофров профиля, в том числе гофров различной формы и размеров на одном профиле, улучшение качества профилей при снижении энергозатрат на профилирование.

Следует отметить, что в ряде случаев предусматривается освобождение от контакта с приводными участками валков горизонтальных участков промежуточного профиля, расположенных в калибре на ином уровне чем уровень внутренних мест изгиба формуемых гофров и примыкающих к ним межгофровых участков, которое позволяет предупредить перепад скоростей и проскальзывание валков относительно формуемого профиля на этих участках, что способствует улучшению качества профиля и снижению энергозатрат на профилирование.

При формообразовании профиля с большим количеством (более 5) гофров целесообразно производить центрирование промежуточного профиля в клетях стана относительно по крайней мере одного ранее отформованного гофра путем введения во внутреннюю его полость неприводного свободно вращающегося относительно вала дискового элемента валка, что позволяет предупредить продольное искривление профиля и переформовку ран отформованных его участков.

Таким образом принятая последовательность операций, заключающаяся в том, что при изготовлении профиля его гофры формообразуют по технологическим переходам последовательно от середины заготовки к ее периферии с размещением стенок каждого отформованного гофра в плоскостях, соответствующих их положению в последнем технологическом переходе, а оси вращения валков смещают в вертикальной плоскости, выдерживая расстояние для формуемых гофров от внутренней зоны их мест изгиба до упомянутой оси вращения одинаковым во всех технологических переходах и равным значению этого расстояния, по меньшей мере, для одного гофра профиля в последней формующей клети стана, обеспечивает расширение технологических возможностей способа за счет изготовления профилей более широкого сортамента, в том числе с трапециевидными гофрами различной высоты и формы и их различным взаимным расположением относительно плоскости стенки, улучшение качества профилей, снижение энергозатрат при профилировании.

Расширение технологических возможностей способа за счет изготовления профилей с гофрами различной высоты и формы, а также с гофрами, расположенными по разные стороны от плоскости формовки, снижение энергозатрат при профилировании и улучшение качества профилей обеспечивается благодаря тому, что в процессе изготовления профиля гофры формообразуют по технологическим переходам последовательно от середины заготовки к ее периферии и размещением стенок каждого отформованного гофра в плоскостях, соответствующих их положению в последнем технологическом переходе. При этом оси вращения валков смещают в вертикальной плоскости, выдерживая расстояние для формуемых гофров от внутренней зоны их мест изгиба до упомянутой оси вращения одинаковым во всех технологических переходах и равным значению этого расстояния по меньшей мере для одного гофра профиля в последней формующей клети стана.

На фиг.1 дан вариант схемы изготовления гофрированного профиля; на фиг. 2 - схема смещения осей вращения валков при изготовлении профиля по варианту на фиг.1; на фиг.3 - вариант гнутого профиля с гофрами, ориентированными вверх от плоскости профилирования Х_о-Х_о в сторону верхнего валка; на фиг.4 - вариант гнутого профиля с гофрами разной высоты ориентированными от плоскости профилирования Х_о-Х_о вниз (в сторону нижнего валка); на фиг.5 - вариант гнутого профиля с гофрами по разные стороны от плоскости профилирования Х_о-Х_о; на фиг.6 - профиль с четным количеством гофров; на фиг.7 - вариант схемы изготовления гофрированного профиля с одинаковой формой гофров и нечетным их количеством (I-XI технологические переходы для выполнения трех гофров).

Так, например, при изготовлении гнутого профиля с трапециевидными гофрами различной формы и высоты по заявленному способу, первоначально из имеющей плоскую форму 1 в технологическом переходе исходной заготовки 1 (фиг. 1) в последующих II-IV переходах формообразуют подгибкой ее участков промежуточный, а затем в V переходе - готовый профиль с трапециевидными гофрами 2 и 3 и горизонтальными межгофровыми участками 4.

Гофры профиля формообразуют по технологическим переходам последовательно от середины заготовки к ее периферии, т.е. первоначально во II-III переходах формообразуют гофр 2 на центральном участке заготовки 1, а затем в IV-V переходах, после формообразования в III переходе гофра 2, формообразуют периферийные по отношению к нему гофры 3. При этом стенки 5 и 6 отформованного гофра 2 размещают в плоскостях соответственно n¹-n¹ и m¹-m¹ соответствующих их положению в последнем V технологическом переходе, т.е. плоскостям n-n и m-m, в которых размещены стенки гофра, что способствует улучшению качества профилей за счет предупреждения продольного и поперечного их прогиба в процессе формообразования.

В процессе формообразования профиля по заявляемому способу с целью сохранения постоянства скоростей в местах контакта их с валками по переходам, предупреждения перепада скоростей в калибрах и пробуксовки профиля в валках и ухудшения при этом качества поверхности профилей за счет образования рисок, вмятин, травмирования защитного покрытия, оси О_в-О_в вращения валков смещают в вертикальной плоскости относительно уровня формовки Х_о-Х_о (см. фиг. 1 и 2), выдерживая расстояние для формуемых гофров от внутренней зоны их мест изгиба до упомянутой оси О_в-О_в вращения одинаковым во всех технологических переходах и равным значению этого расстояния 0,5 D_ов, по меньшей мере, для одного гофра профиля в последней формующей клети стана.

Оси вращения, валков смещают относительно уровня формовки Х_о-Х_о в зависимости от их расположения по отношению к формуемым на профиле гофрам. Если валок расположен со стороны основания формуемого гофра, то валок и его ось вращения смещаются в вертикальной плоскости относительно плоскости Х_о-Х_о по переходам, если же со стороны вершины, то валок не смещается и его ось вращения устанавливается на уровне смежных валков. В связи с этим для профилей с гофрами по одну сторону от их стенки оси вращения валков взаимно смещают с одной стороны от плоскости формовки Х_о-Х_о, а для профилей с гофрами, расположенными по разные стороны от стенки профиля, упомянутые оси вращения валков взаимно смещают по обе стороны от плоскости формовки Х_о-Х_о.

В соответствии со схемой формовки на фиг.1 и 2 величина смещения осей вращения валков в каждом технологическом переходе определяется разностью значений расстояния от уровня формовки Х_о-Х_о до оси вращения валка в 1 технологическом переходе и в рассматриваемом переходе. Тогда для II технологического перехода упомянутое смещение для верхнего валка Z_2b = Z_1b - -Z_2b = h_2, где Z_1b = 0,5 D_ов и Z_2b = 0,5 D_ов-h₂ - расстояние от оси вращения верхнего валка до уровня формовки Х_о-Х_о соответственно в I и II переходах; h₂ - высота формовки гофра во II переходе.

Для нижнего валка смещение оси его вращения относительно упомянутого уровня Х_о-Х_о по переходам отсутствует, т.е. Z_2н = Z_1н - Z_2н = 0. В III технологическом переходе смещение осей вращения верхнего и нижнего валков соответственно равны:

Z_3b = Z_3b - Z_1b = h₃;

Z_3н = Z_1н - Z_3н = 0.

При этом относительное смещение осей вращения верхних валков в смежных II и III технологических переходах определяется разностью h₃-h₂.

Для последующих технологических переходов смещение осей вращения формующих валков определяется таким же образом как и для рассмотренных.

Следует отметить, что для профиля с большим количеством гофров, чем в рассматриваемом примере на фиг.1, формообразование последующих гофров выполняется таким же образом, как и гофров 3. При этом стенки каждого упомянутого отформованного гофра 2 и 3 и всех последующих размещают в плоскостях, соответствующих их положению в последнем технологическом переходе.

Последовательное формообразование гофров профиля от середины заготовки к ее периферии позволяет в сравнении с одновременным формообразованием гофров расширить технологические возможности способа за счет независимого формообразования гофров профиля, в том числе различной формы и размеров как по ширине, так и по высоте при оптимальных энергоскоростных параметрах профилирования. Заявленный способ позволяет формообразовывать профили как с четным, так и нечетным количеством гофров, а также профили с расположением гофров по обе стороны от плоскости формовки, совпадающей со стенкой профиля.

Следует отметить, что заявленный способ целесообразно широко применять и для изготовления профилей с одинаковой формой гофров, обеспечивая при этом уменьшение количества технологических переходов, улучшение качества профилей при снижении энергозатрат при профилировании. Тогда для профилей с нечетным количеством гофров, формообразование профиля начинают с выполнения одного гофра на центральном участке заготовки и последующего попарного выполнения периферийных гофров, а для профилей с четным количеством гофров формообразование профиля начинают с одновременного выполнения двух гофров на центральном участке и последующего попарного выполнения периферийных гофров.

Последовательная формовка гофров обеспечивает при оптимальном скоростном режиме (одинаковых линейных скоростях валков в местах контакта с формуемым профилем) свободное поперечное перемещение металла в зону формовки, что уменьшает поперечное растяжение заготовки и утонение металла в местах изгиба, улучшает качество профилей при снижении энергозатрат на профилирование и позволяет уменьшить количество технологических переходов. Следует отметить, что по прототипу при одновременной формовке профиля с разновысокими гофрами или с гофрами, размещенными по разные стороны от уровня профилирования имеет место перепад скоростей в калибре валков из-за различных диаметральных размеров валков в местах их одновременного контакта с разновысокими гофрами профиля, что приводит к ухудшению качества поверхности профиля и повышенным энергопотерям, а в ряде случаев не позволяет изготовить качественные профили. Кроме того, из-за одновременного формообразования профиля по всей его ширине затрудняется поперечное перемещение металла в зону формовки, что приодит к повышенному утонению металла в местах изгиба профиля.

На фиг. 3-6 приведены возможные, но не ограничивающие изобретение варианты гнутых профилей, которые могут быть получены на профилегибочном стане с помощью валков, выполненных в соответствии с разработанной на основе заявленного способа калибровкой.

Так, например, в соответствии со схемой на фиг.7 осуществлялось изготовление гнутого гофрированного профиля Н35-1000-08 мм из оцинкованной стали. Количество гофров 5, высота гофров h_г = 35 мм. Профиль формовали порулонным способом на стане 0,5-1,5х500-1500 мм. Для получения готового профиля по предлагаемому способу потребовалось 16 технологических переходов, в то же время для изготовления профиля по прототипу применяется 20 переходов. В первых технологических переходах II-VI формообразовывали центральный гофр, а затем в VII-XI переходах примыкающие к нему с обеих сторон два гофра, после чего в XII-XVII выполняли два крайних периферийных на профиле гофра. Режим подгибки боковых стенок для всех гофров был принят одинаковым и составлял 0-11-22-33-43-53^о. Основные диаметры верхнего и нижнего валков D_оп = D_ов = 300 мм.

Величина упомянутого смещения осей вращения верхних валков, определяемая высотой формуемого гофра в каждом технологическом переходе для рассматриваемого профиля, начиная с первого перехода, составляла: 0-9-18-24-30-35-9-18-24-30-35-9 -18-24-30-35 мм. Оси вращения нижних валков выдерживались в одной горизонтальной плоскости без их смещения.

Принятое смещение осей вращения верхних валков обеспечивает контакт валков с внутренними зонами мест изгиба последовательно формуемых гофров профиля на уровне основных диаметров (D_о = 300 мм), предопределяет устранение проскальзывания в калибрах валков и обеспечивает получение профилей в минимальном количестве технологических переходов, заданного качества при оптимальных энергоскоростных параметрах профилирования. В тех переходах, где упомянутые стенки гофра располагались на ином уровне, чем уровень внутренних мест изгиба формуемых гофров, они освобождались от контакта с валками.

В процессе формообразования профиля по заявленному способу стенки каждого отформованного гофра размещали в плоскостях, соответствующих их положению в последнем технологическом переходе. Это обеспечивало повышение качества профилей за счет предупреждения их продольного изгиба и скручивания, волнистости вдоль кромок.

Согласно расчетным данным и опытной проверке на стане 0,5-1,5 х 500-1500 способ изготовления гнутых гофрированных профилей в сравнении с известным позволяет изготавливать профили с разновысокими гофрами и гофрами размещенными по разные стороны от плоскости стенки профиля, обеспечивает снижение на 15-20% энергозатрат при профилировании и улучшение качества профилей за счет повышения точности геометрических размеров, уменьшения поперечной вытяжки заготовки, утонения металла в местах изгиба, а также улучшение качества поверхности профилей за счет предупреждения рисок, царапин, задиров, налипаний.

Способ позволяет повысить стабильность процесса профилирования, уменьшить количество технологических переходов на 10...30% снизить потери времени на настройку стана и трудоемкость изготовления профилей.