УДК 621.771.63
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ В УСЛОВИЯХ ОАО «ММК»
© Шемшурова Нина Георгиевна1, канд. техн. наук, проф., e-mail: ybitut85@mail.ru; Урмацких Анатолий Васильевич2;
Локотунина Наталья Михайловна1, канд. техн. наук, e-mail: nm176@mail.ru
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова». Россия, г. Магнитогорск
2 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Россия, г. Магнитогорск Статья поступила 26,11.2013 г.
Рассмотрены особенности технологии и организации производства специальных профилей повышенной жесткости на профиле-гибочных станах в условиях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Приведены характеристики конфигураций этих профилей и их основные эксплуатационные свойства.
Ключевые слова: профили высокой жесткости; профили изотропной жесткости; профили с замкнутыми гофрами; организация производства; технология; конфигурация; профилегибочные станы.
Гофрированные листовые профили повышенной жесткости - это перспективные виды гнутых профилей, позволяющие увеличивать несущую способность и снижать массу конструкций и сооружений.
Основным конструктивным элементом, создающим жесткость гнутого профиля, являются гофры. Как известно, большинство гофрированных листовых профилей выполняют с продольными сквозными гофрами, направленными вдоль листа (рис. 1). Продольная жесткость (несущая способность) таких профилей значительно превышает их поперечную жесткость (равную жесткости гладкого листа). В связи с конструктивными особенностями машин или строительных элементов часто возникает необходимость не в сплошных, а в глухих, периодически повторяющихся по длине или по ширине профилей гофрах (рис. 2). Такие профили называют профилями высокой жесткости (ПВЖ). Основным недостатком ПВЖ с продольными гофрами является пониженная жесткость в поперечном направлении, а недостатком ПВЖ с поперечными гофрами - жесткость в продольном направлении.
Гофры правильно выбранной формы и размеров
при соответствующем распо- Рис. 1. Гофрированные
ложении обеспечивают увеличение несущей способности профилей в целом и повышают местную устойчивость их отдельных элементов. Это создает высокую экономичность их применения.
Значительное неравенство несущей способности «классического» гофрированного профиля в двух взаимно перпендикулярных направлениях делает необходимым использование дополнительных элементов жесткости (балок, обрешеток, прогонов), располагаемых перпендикулярно направлению гофров. Устранение этого недостатка возможно, если листовому гнутому профилю придать равную жесткость в продольном и поперечном направлениях плоскости листа. Один из вариантов - использование сварных ребристых плит, которые применяют в качестве различного рода перекрытий, настилов и стеновых панелей.
С целью повышения несущей способности и прочностных характеристик панелей в листо-
профили: а - с трапециевидными; б - с полукруглыми гофрами
Рис. 2. Профили высокой жесткости
прокатном цехе № 8 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») разработано изделие из гофрированных листовых профилей, конструкция которого имеет обширный спектр применения [1]. Она может использоваться в качестве стеновых панелей перекрытий и настилов, а также как упрочняющий элемент (например, в транспортном машиностроении) и быть взаимозаменяемым с аналогичными изделиями-кассетами.
Основная особенность панели-кассеты - наличие сваренных между собой взаимно перпендикулярных гофров на ее поверхностях, что в сочетании с жесткими кромками делает ее особо устойчивой к любым изгибающим нагрузкам и к скручиванию. Наличие полостей внутри панели-кассеты позволяет пропускать через нее, например, охлаждающую (нагревающую) жидкость, а также уменьшает теплопроводность изделия. Выполнение гофров полукруглыми уменьшает вероятность трещинообразования.
Опытное профилирование на профилегибоч-ном стане (ПГС) 0,5-2,5x300-1500 ОАО «ММК» показало правомочность предложенного технического решения. По данным технико-экономических исследований, проведенных в Центральной лаборатории контроля ОАО «ММК», использование предлагаемой панели-кассеты в различных сооружениях позволит экономить от 8 до 60% металла.
Для производства стальных панелей-кассет из двух гофрированных листов: нижнего - с продольными сплошными гофрами и верхнего - с замкнутыми поперечными гофрами, соединенными «в замок», разработана конструкция профилеги-бочного стана, на котором при необходимости можно производить листовые профили с продольными гофрами различной формы [2].
Одним из эффективных способов увеличения несущей способности гнутых профилей является увеличение высоты гофров [3] или создание до-
полнительных гофров. Если по конструктивным или технологическим причинам это нецелесообразно, то несущую способность можно увеличить, заменив материал профиля более прочным.
Основным принципом, используемым при конструировании гнутых листовых профилей, имеющих равную жесткость по двум ортогональным направлениям, является создание на листе гофров, пересекающихся под углом девяносто градусов друг к другу, например, профилей с взаимно пересекающимися продольными и поперечными сквозными гофрами [4].
Для повышения жесткости профиля с периодически повторяющимися гофрами жесткости в обоих направлениях предложено наносить и продольные, и поперечные гофры на одно и то же место заготовки. Такие профили получили название профилей изотропной жесткости (ПИЖ). Фрагмент ПИЖ представлен на рис. 3.
Научными сотрудниками кафедры обработки металлов давлением ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова» совместно с сотрудниками ОАО «ММК» был разработан ПИЖ размерами 1350x7x2x1725x39,6x3,6 мм (в обозначении профиля цифра 7 указывает на число поперечных гофров, рис. 3) [5-8].
Разработана технологическая схема производства ПИЖ на ПГС 1-5x300-1650 [9]. Первая клеть является задающей, во второй клети производится формообразование поперечных гофров полукруглой формы, а в третьей - продольных трапециевидных.
Профилем изотропной жесткости предполагается заменить используемый в настоящее время в конструкции железнодорожного грузового полувагона профиль высокой жесткости. Это позволит наряду с увеличением жесткости боковой стенки вагона в поперечном направлении увеличить объем кузова, грузоподъемность, и облегчить его конструкцию за счет возможного сокращения количества горячекатаных стоек из корытного профиля, которые в настоящее время
Рис. 3. Конфигурация профиля изотропной жесткости
Рис. 4. Последовательность формоизменения в поперечном сечении гофрированного профиля и заполнения межгофрового пространства металлом
Рис. 5. Листовой гнутый профиль с замкнутыми гофрами
используют для повышения жесткости конструкции полувагона в поперечном направлении. Изготовление ПИЖ позволит расширить рынок сбыта продукции для ОАО «ММК», что соответствует требованиям вагоностроителей по прочностным свойствам гнутых профилей при создании грузовых полувагонов, а также совершенствовать конструкцию последних. В настоящее время существует потребность в таких профилях у автомобилестроителей.
Изменяя количество продольных и поперечных гофров, а также их направление и размер, можно создавать новые конструкции листовых гнутых профилей с заранее заданными свойствами. ПИЖ имеют одинаковую жесткость в продольном и поперечном направлениях, однако обладают пониженной жесткостью в направлении диагонали. Для преодоления этого недостатка была разработана конфигурация гнутых профилей с замкнутыми гофрами (рис. 4, 5). Такие профили обладают повышенной несущей способностью не только в продольном и поперечном направлениях, но и в направлении диагонали [10-12].
Рассматриваемые профили в сравнении с известными видами допускают меньший радиус изгиба в поперечном направлении, что объясняется большей длиной развертки профиля. Такие профили обладают повышенной «податливостью» к осевому скручиванию и могут найти применение при облицовке конструкций с цилиндрическими поверхностями.
Известно [13], что для замкнутого профиля квадратного сечения
Q /Q «h2/S2 т /т » h/S,
^-отк ^-зм отк зм
где Qotk, Q - угол закручивания соответственно открытого и замкнутого профилей на единицу длины; т , т - касательные напряжения соот-
отк зм
ветственно в открытом и замкнутом профилях; к - высота профиля; Б - толщина стенки профиля.
Замкнутый профиль в к2/Б2 раз жестче открытого, а максимальные касательные напряжения в к/Б раз меньше напряжений в открытом профиле при одинаковых крутящих моментах. Следовательно, в конструкциях, геометрические размеры которых не должны изменяться под действием скручивающих моментов, эффективно использование таких гнутых профилей.
На рис. 5 показан гнутый профиль, все гофры которого являются замкнутыми (точечная сварка) и образованы комбинацией гофров, подобно показанному на рис. 4. По своим свойствам и конструкции эти профили подобны сотовым панелями с продольными сотами. Такие листовые гнутые профили обладают высокой жесткостью как в продольном, так и в поперечном направлениях, а также устойчивостью к скручивающим нагрузкам.
Выводы. Производство профилей с гофрами замкнутой формы на профилегибочных агрегатах из полосы имеет ряд преимуществ перед другими способами: высокая производительность процесса, экономичность, высокое качество поверхности, хороший внешний вид, низкая трудоемкость. При их производстве предложено применять последовательную систему калибровки для получения промежуточной волнистой заготовки с последующей осадкой ее до получения ребристого профиля в последних клетях. Данная система калибровки обеспечивает меньшее утонение металла в местах изгиба, стабильность размеров по длине и сечению профиля, уменьшает вероятность образования волн на боковых кромках.
При осадке соблюдаются следующие принципы: длина волны гофров, определенная по готовому профилю при осадке, должна быть посто-
янной; элементы профиля на горизонтальных участках в процессе деформации выпрямляются, при этом они не должны терять устойчивости, для чего угол осадки в каждой последующей клети выбира
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.