способ изгиба гофрированных металлических элементов
Классы МПК: | B21D13/10 с получением профиля специального сечения |
Автор(ы): | Пассек В.В. (RU), Михайловский Леонид Ефимович (CA), Заковенко В.В. (RU), Черный Д.Г. (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт транспортного строительства" (RU), Общество с ограниченной ответственностью "Армтэк-Прим" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-02-28 публикация патента:
10.12.2003 |
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в транспортном строительстве при возведении искусственных сооружений из металлических гофрированных элементов. Способ включает изгиб в плоскости, проходящей через продольную ось отдельной волны и перпендикулярной к поверхности, ограничивающей гребни волн. Изгиб гофрированных элементов осуществляют нагревом до степени каления полосами, расположенными на предварительно размеченных участках нагрева и ориентированными вдоль продольных осей волн, при разметке участков нагрева гофрированный элемент предварительно делят по ширине на гребневые участки, расположенные на гребнях волн со стороны, которая после изгиба должна быть вогнутой, и боковые участки нагрева. Вначале нагревают полосы на боковых участках для всех волн по ширине элемента, затем - на гребневых. Исключается потеря местной и общей устойчивости металлическим гофрированным элементом при изгибе его термическим способом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ изгиба гофрированных металлических элементов, включающий их изгиб в плоскости, проходящей через продольную ось отдельной волны и перпендикулярной к поверхности, ограничивающей гребни волн, отличающийся тем, что изгиб гофрированного элемента осуществляют его нагревом до степени каления полосами шириной "С", расположенными на предварительно размеченных участках нагрева и ориентированными вдоль продольных осей волн, при разметке участков нагрева гофрированный элемент делят по ширине на участки нагрева, шириной "1" - гребневые, расположенные на гребнях волн со стороны, которая после изгиба должна быть вогнутой, и боковые, суммарную ширину трех смежных участков А - двух боковых и одного гребневого, выполняют равной А=0,75L, мм, центр участка А по ширине волны совпадает с продольной осью ее гребня, нагрев полос в зависимости от требуемой кривизны элемента осуществляют одним или несколькими циклами, каждый из которых включает нагрев полос на боковых и гребневых участках нагрева, при этом вначале нагревают полосы на боковых участках для всех волн по ширине элемента, затем - на гребневых, при этом Сi = k1![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218227/948.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218075/247.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218227/948.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218075/247.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в транспортном строительстве при возведении искусственных сооружений из металлических гофрированных элементов, например, водопропускных труб под насыпями железных и автомобильных дорог, труб-путепроводов и т.п. Известен способ изгиба стальных элементов, заключающийся в том, что изгибаемый элемент прижимается к упорам пресса, а необходимое давление для изгиба создают ползуном, при этом расстояние между упорами пресса и расстояние между плоскостью упоров и ползуном устанавливают в соответствии с размерами и характером изгибаемого элемента [Рекомендации по правке стальных мостовых конструкций. ВНИИ транспортного строительства, М., 1988 г., с. 86]. Недостаток способа состоит в том, что при изгибе гофрированных элементов, особенно при большой кривизне, происходит местная потеря устойчивости в сжатой зоне, что либо существенно ограничивает область применения способа, либо резко усложняет и удорожает оборудование для изгиба. Известен также способ правки изгиба стальных элементов, заключающийся в том, что изгиб осуществляют термическим способом путем нагрева серии продольных полос, причем вначале тех, которые расположены на боковых сторонах элемента, а затем на той, которая после нагрева должна укоротиться (быть вогнутой), причем нагрев осуществляют до температуры 700-900oС [авт. св. 1256285, МКИ В 21 D 1/00, 3/00 "Способ правки изгиба листового и фасонного проката]. Недостатки способа следующие. 1. Указанный способ предназначен для изгиба линейных элементов (элементов ферм мостов и т.п.), а при изгибе тонкостенных пространственных элементов происходит общая потеря устойчивости с образованием, например, винтообразности, выправка которой практически невозможна. 2. Указанный способ предназначен для изгиба элементов из стали толщиной 10 мм и более путем нагрева серии продольных полос. При нагреве таким способом гофрированных элементов, толщина металла в которых практически всегда составляет 3-7 мм, вместо усадки металла, в процессе нагрева, происходит потеря местной устойчивости в пределах полос, что сводит на нет эффект нагрева и ухудшает внешний вид. Известен способ изгиба гофрированных металлических элементов, включающий их изгиб в плоскости, проходящей через продольную ось отдельной волны и перпендикулярной к поверхности, ограничивающей гребни волн (авт. св. SU 481352, B 21 D 13/00, 25.11.1975). Указанный способ может быть использован в качестве прототипа. Предлагаемым изобретением решается задача исключения возможности потери местной и общей устойчивости гофрированным металлическим элементом при изгибе его термическим способом. Для получения такого технического результата предложен способ изгиба гофрированных металлических элементов, в плоскости, проходящей через продольную ось отдельной волны и перпендикулярной к поверхности, ограничивающей гребни волн, характеризующийся тем, что гофрированный элемент нагревают до степени каления полосами, ориентированными вдоль продольных осей волн шириной Сi=k1![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218227/948.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218075/247.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218227/948.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218075/247.gif)
на фиг.1 представлено поперечное сечение гофрированного элемента;
на фиг.2 - схема расположения участков нагрева. Способ изгиба заключается в следующем. Гофрированный элемент 1 укладывают на стеллажи, после чего мелом намечают границы участков нагрева а, б, в, г, д, е, ж, з, и (фиг.1 и 2). При укладке на стеллажи поверхность гофрированного элемента, которая после изгиба должна быть вогнутой, располагают сверху. Вначале размечают осевые линии 2 и 3 отдельных волн, при этом осевая линия 2 одновременно является осью симметрии гофрированного элемента. Следует отметить, что изгиб термическим способом целесообразно осуществлять симметричных гофрированных элементов. При наличии несимметрии возможны дополнительные трудности в связи с появлением вероятности потери устойчивости элемента с появлением, например, деформаций винтообразности. Несимметрия листа должна быть тогда компенсирована соответствующей несимметричностью нагрева. Длину волны L делят на 4 части. Для этого от оси гребня 2 или 3 откладывают в обе стороны величину А/2, где А=0,75L, мм. Это дает возможность очертить границы 4 участков, в пределах которых осуществляется нагрев полос. После этого в пределах общих границ 4 намечают границы внутренних участков 5, 6, 7. Ширина этих участков li определяется формулой li=0,25k2L, мм. При этом между собой в пределах зоны А ширина участков li может быть неодинаковой, но сумма их длин должна равняться А. Кроме того, симметрично расположенные участки относительно оси симметрии 2 элемента должны быть равны. Например, lа=lб, lг=lв, lж=lз и т.д. Коэффициент k2 принимают из условий удобства работы (технологических соображений) равным 0,8
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218075/247.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218227/948.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218075/247.gif)
![способ изгиба гофрированных металлических элементов, патент № 2218229](/images/patents/250/2218227/948.gif)
- тонкостенность (толщина металла составляет 3-7 мм);
- пространственность элементов (ширина и длина сопоставимы, а высота волны постоянно увеличивающаяся). Рассмотрим это подробнее. Как уже было сказано выше, известно два аналога способа, позволяющих изогнуть металлический элемент. Способ первый: холодный изгиб в вальцах путем приложения усилий. Недостатки:
1) при больших волнах возникают большие сжимающие напряжения, приводящие к потере устойчивости и образованию поперечных волн (волна в волне). Это приводит к тому, что при волне 140х380 мм кривизна изгибаемых элементов ограничивается радиусом 4,5-5,0 м, хотя область эффективного использования таких волн предполагает применение и большей кривизны;
2) опасность потери устойчивости можно уменьшить, применяя для изготовления гофрированных элементов более толстый металл, но тогда увеличивается расход металла;
3) при холодном изгибе элемент "расплющивается", т.е. стремится расшириться в плоскости элемента, что требует дополнительных приспособлений для сжатия;
4) оборудование для холодного изгиба гофрированных элементов, особенно при волне 140х380 мм и более становится очень дорогим, что снижает границу целесообразности изготовления малых серий. Способ второй: изгиб термическим способом. Исследованы и разработаны режимы изгиба, но это было сделано, во-первых, не для пространственных, а для линейных элементов, и, во-вторых, для стали толщиной более 10 мм. Гофрированные элементы рассматриваемого диапазона изготовлены из стали толщиной 3-7 мм, в поперечном сечении содержат несколько волн, так что длина отдельного элемента сопоставима с его шириной. В таких элементах при нагреве широкого участка до высоких температур возможна потеря местной устойчивости. Кроме того, нагрев отдельных участков в пространственных элементах может привести к потере общей устойчивости, образованию деформаций винтообразности, выправка которых практически невозможна. Таким образом, исходя из описания аналогов, можно сформулировать основное техническое противоречие: с одной стороны для увеличения несущей способности от изгибающих элементов требуется увеличивать высоту волны, с другой стороны изготовить изогнутый элемент с высокой волной холодным способом становится труднее из-за потери устойчивости. Это требует увеличения толщины металла, что резко снижает эффект увеличения волны. Для снижения расхода металла требуется увеличение жесткости, а увеличение жесткости из-за несовершенств технологии приводит к повышению расхода металла. Это противоречие решается переходом на термический способ изгиба. Но здесь возникло новое противоречие: нагрев полос в тонких элементах (3-7 мм) приводил к потере местной устойчивости (в зоне нагрева), а нагрев полос в пространственных элементах приводил к потере общей устойчивости (появлению винтообразности). Для обеспечения решения этого противоречия были проведены длительные экспериментальные и теоретические исследования, которые позволили установить допустимую ширину "С" полос и порядок нагрева этих полос, обеспечивающий отсутствие потери общей устойчивости. Для изгиба термическим способом был выбран гофрированный элемент размером в плане 3260 мм (длина)х1280 мм (ширина). Поперечное сечение приведено на фиг.1: размер волны 150 мм (высота)х400 мм (длина волны), толщина стали 5 мм. Полосы нагрева намечены были по схеме фиг.1 и 2. Ширина Сi равна 30 мм. Порядок нагрева указан на фиг.1 и 2. Нагрев осуществлялся пропан-бутановой горелкой с наконечником 5. Нагрев всех 9 полос по сечению давал стрелу прогиба 3,0 мм/м. При этом образовалось уширение элемента на 10 мм (около 3 мм на 1 волну). Уширение можно учитывать при проектировании, если все элементы одинаково изготавливаются. Оно может быть снижено или ликвидировано соответствующим подбором расположения и ширины полос. Таким образом, эксперимент подтвердил осуществимость и практическую значимость предлагаемого способа. Говоря о рациональных областях применения предложенного способа, следует отметить следующее:
1) метод рационален
- при толщине стали 3-7 мм;
- при больших волнах (высотой 100 мм и более);
- при симметричных по ширине гофрированных элементах;
2) для нагрева могут применяться различные нагреватели, но наиболее целесообразны газовые горелки;
3) весьма эффективным может оказаться применение предложенного термического способа в последовательном сочетании с холодным способом (см. аналог 1);
4) предложенный способ позволяет легко обеспечивать переменную кривизну по длине элемента;
5) предложенный способ позволяет осуществить обратный изгиб излишне изогнутого (например, холодным способом) элемента;
6) предложенный способ позволяет осуществить догиб недостаточно изогнутого элемента (например, холодным способом).
Класс B21D13/10 с получением профиля специального сечения