Профіль листовий підвищеної жорсткості

Профіль листовий підвищеної жорсткості, що містить каркасний листовий матеріал, з виконаним рельєфом у вигляді взаємно паралельних виступів 3 39233 публікації 15.07.2005, бюл. №7], що містить систему виконаних по площі листа взаємно паралельних виступів - гофрів, конфігурація яких при вертикальному розміщенні профілю з горизонтальним орієнтуванням гофрів, складається із сполучених між собою нижньої і верхньої стінок, при цьому нижні стінки виступів виконані з нахилом до горизонталі під кутом а, який повинен становити а > f, верхні стінки виступів - гофрів виконані з нахилом до горизонталі під кутом b, який повинен становити b £ q, де f - кут тертя сипучого матеріалу по матеріалу профілю листового, q - кут природного укосу сипучого матеріалу, а гофри розміщені один відносно іншого з кроком S1, який визначається по формулі: S1 = L (tga + tgb), де L - ширина виступу гофра. Недоліком такого листового профілю є те, що він розрахований під вузько специфічний вид навантаження, а саме горизонтальний напрямок навантаження сипучого матеріалу на бічну стінку профілю, яка встановлена з горизонтальним орієнтуванням гофрів. При цьому при всіх інших видах навантажень і їх напрямках, відомий профіль, внаслідок специфічної форми та розмірів виступів характеризується суттєво меншою жорсткістю, стійкістю до ударних і вигинаючих навантажень, рівнем гасіння коливань. Наявність у такій формі листового профілю окремих ділянок (в зоні переходу від однієї з стінок виступ у до сусідньої ділянки) з суттєво меншим радіусом кривизни викликає концентрацію напруги в зоні цих ділянок. При традиційному для конструкційного елементу вертикальному навантаженні такий листовий профіль буде мати формостійкість і несучу здатність меншу за формостійкість і несучу здатність не профільованої листової заготовки. Відомий листовий профіль [SU1722652, МПК B21D5/06, дата публікації 1992.03.30], що містить каркасний листовий матеріал, з виконаним рельєфом у ви гляді взаємно паралельних виступів, що чергуються по поверхні листового матеріалу, при цьому виступи виконані подовженими у напрямку довжини листового профілю з конфігурацією, що наближається до трапецієподібної, а довжина ділянки сполучення від вершини виступу до поверхні листового матеріалу складає 0,3-0,7 довжини виступу. Як вже відмічалося, недоліком подібних форм листових профілів є підвищені витрати енергії на формування шляхом холоднокатаного прокату зазначених форм виступів внаслідок особливостей їх форми і розмірів та необхідності застосування високого рівня пластичної деформації окремих ділянок початкової листової заготовки. Другим недоліком таких форм листових профілів є різний рівень пластичної деформації різних ділянок початкової листової заготовки внаслідок чого кінцевий профіль має велику різницю товщини на його різних ділянках, що суттєво зменшує характеристики міцності профілю. Наявність у таких форм листових профілів окремих ділянок (в зоні переходу від виступу до пласкої ділянки) з суттєво меншим радіусом кривизни викликає концентрацію напруги в зоні цих ділянок. Крім цього такі профілі мають низьку формостійкість та стійкість до вигинаючих 4 навантажень внаслідок наявності в них подовжених пласких ділянок. Суттєвим недоліком таких форм листових профілів є суттєва нерівномірність стійкості до вигинаючих навантажень в різних напрямках вигинаючих навантажень. Крім того зазначені вище недоліки не дозволяють їх застосовувати для формування на їх базі наступних форм профілів, зокрема гнутих профілів Γ-подібного Πподібного та інших форм прокату спеціального призначення. Відомий листовий профіль [RU2317167, МПК B21D5/06, дата публікації 2008.02.20], що містить каркасний листовий матеріал, з виконаним рельєфом у вигляді напівкруглих виступів хрестоподібної форми та трапецієподібного поперечного перерізу, які розміщені у два рядка по ширині профілю та поділені між собою пласкими ділянками, при чому ширина поперечної частини виступу складає 0,75-0,8 ширини подовжньої частини виступу. Як вже відмічалося, недоліком подібних форм листових профілів є підвищені витрати енергії на формування шляхом холоднокатаного прокату зазначених форм виступів внаслідок особливостей їх форми і розмірів та необхідності застосування високого рівня пластичної деформації окремих ділянок початкової листової заготовки. Другим недоліком таких форм листових профілів є різний рівень пластичної деформації різних ділянок початкової листової заготовки внаслідок чого кінцевий профіль має велику різницю товщини на його різних ділянках, що суттєво зменшує характеристики міцності профілю. Наявність у таких форм листових профілів окремих ділянок (в зоні переходу від виступу до пласкої ділянки) з суттєво меншим радіусом кривизни викликає концентрацію напруги в зоні цих ділянок. Крім того такі профілі мають низьку формостійкість та стійкість до вигинаючих навантажень внаслідок наявності в них подовжених пласких ділянок. Хоча цих ділянок менше ніж в рішенні за SU1722652, однак сама їх наявність викликає низьку формостійкість. Суттєвим недоліком таких форм листових профілів є суттєва нерівномірність стійкості до вигинаючи навантажень в різних напрямках вигинаючих навантажень. Крім того зазначені вище недоліки не дозволяють їх застосовувати для формування на їх базі наступних форм профілів, зокрема гнутих профілів Γподібного, Π-подібного та інших форм прокату спеціального призначення. Відомий листовий профіль [GB2385816, МПК B21D13/04; B21D17/04; B21D13/00, дата публікації 2003.09.03], що містить каркасний листовий матеріал з виконаним рельєфом у вигляді взаємно паралельних виступів і заглибин, що чергуються, виконаних шляхом холоднокатаного листового прокату із застосуванням двох валків з виступами та заглибинами. На підставі таких обмежених умов параметрів листового профілю які не враховують реальні фізичні процеси виробництва холоднокатаного листового прокату неможливо отримати матеріал з високим рівнем рівномірності пластичної деформації матеріалу, що суттєво погіршує різні міцності характеристики профілю. Зазначені проблеми ви 5 39233 кликають суттєву нерівномірність формостійкості та стійкості до вигинаючих навантажень в різних напрямках вигинаючих навантажень. Відомий листовий профіль [US6183879, МПК B21D13/04; B21D13/00, дата публікації 2001.02.06], що містить каркасний листовий матеріал, з виконаним рельєфом у вигляді взаємно-паралельних виступів і заглибин, що чергуються, які виконані методом холоднокатаного листового прокату (із застосуванням двох валків з виступами та заглибинами) із конфігурацією виступів, що віддалено наближається до сферичної і радіусом при вершині 1,0-5¸2,5мм. Недоліком зазначеної форми листового профілю є різний рівень пластичної деформації різних ділянок початкової листової заготовки внаслідок невеликого радіусу виступу при вершині, внаслідок чого кінцевий профіль має велику різницю товщини на його різних ділянках, а саме суттєве потоншення у вершинах та практичну відсутність пластичної деформації на ділянках між виступами та заглибинами, що суттєво зменшує характеристики міцності профілю. В зоні умовної осі спрофільованого листа залишаються значні необроблені ділянки, вклад яких в забезпечення зазначеного чинника міцності відносно невеликий. Внаслідок невеликого радіусу виступ у при вершині і відповідно пов'язаним з цим радіусом невеликої зони пластичної деформації окремих ділянок заготовки сформований листовий профіль має також певну нерівномірність площини сформованого методом холоднокатаного листового прокату профілю. При цьому можлива висота витягування виступів профілю обмежується характерним для цього профілю невеликим радіусом і відповідно невеликою зоною пластичної деформації. Це суттєво обмежує зовнішні габарити товщини сформованого листового профілю що у свою чергу являється суттєвим чинником обмеження жорсткості, стійкості до вигинаючих навантажень. Крім цього внаслідок невеликого радіусу виступу при вершині і нерівномірності деформації окремих ділянок заготовки сформований листовий профіль має певну нерівномірність зовнішньої умовної площини профілю що торкається зовнішніх габаритів вершин виступів, що обмежує застосування такого листового профілю у точни х конструкціях. Невідомі надійні способи вирішення цієї проблеми. Зазначена проблема в рішенні частково вирішується додатковим прокочуванням сформованого листового матеріалу через зрівняльні валки що відповідно зменшує товщин у спрофільованого листа, яка (ця товщина) по суті і забезпечує формостійкість та стійкість до вигинаючих навантажень і відповідно необхідність таких додаткових обробок зменшує формостійкість та стійкість до вигинаючих навантажень. Суттєвим недоліком таких форм листових профілів є суттєва нерівномірність стійкості до вигинаючих навантажень, яка погіршується внаслідок помітної нерівномірності товщини стінки листових профілів зазначеної форми, зокрема потовщенням у середній частині біля основи виступів та потоншенням у вершинах виступів. 6 Як вже зазначалося, цей лист, сформований за технологією холоднокатаного листового прокату, має найбільшу товщин у в зоні умовної осі з плавним її зниженням в напрямках до верхівки виступу. Внаслідок цього спрофільований лист має властивості по поглинанню, наприклад коливань (вібрації), які несуттєво відрізняються від не профільованого листа, він залишається провідником механічних коливань. Застосування такого листа як конструкційного матеріалу в ряді випадків вимагає застосування додаткових заходів поглинання вимушеної вібрації. Завданням розробки є створення профілю листового підвищеної жорсткості, в якому за рахунок застосування нової форми виконання елементів, взаємного розташування елементів, параметрів та інших характеристик елементів профілю (п.7.1.7. Правил) забезпечується покращення сукупності міцносних характеристик листового профілю, а саме жорсткості листового профілю, рівномірності жорсткості на різних ділянках та при різних кутах навантажень, стійкості до ударних і вигинаючих навантажень та забезпечується покращення формостійкості листового профілю та покращення якості форми прокату по площинності. Для вирішення цього завдання профіль листовий підвищеної жорсткості містить каркасний листовий матеріал, з виконаним рельєфом у вигляді взаємно паралельних виступів і заглибин, що чергуються. Новим у профілі листовому є те, що виступи і заглибини виконані з конфігурацією, що наближається до сферичної, з періодом, рівним 6¸8мм, з висотою 0,2-¸3,5 від початкової товщини листової заготівки і радіусом при вершині 3,0¸5,0мм, а сполучення поверхонь виступів і заглибин виконані з радіусами закруглення сформованим вільним розтягуванням листової заготовки між найближчими виступами і заглибинами. Внаслідок застосування зазначених ознак профілю листового, який формується методом холоднокатаного листового прокату, зокрема застосування форм та параметрів виступів та заглибин, пластична деформація всього тіла листової заготовки здійснюється більш рівномірно. Забезпечення зазначеного радіусу виступів та зазначеного періоду їх формування викликає певну затримку деформації у центральних частинах виступів внаслідок часткового тертя відповідних ділянок листової заготовки по поверхні формуючих елементів виступів і при підвищенні висоти виступу ця зона тертя радіально розширюється що призводить до рівномірного потоншення ділянок заготовки між виступами зі збереженням товщини у вершинах. При цьому на відміну від зони умовної осі спрофільованого листа значені зовнішні ділянки профілю листового, з відносно підвищеною товщиною у вершинах, забезпечують більший вклад у покращення основних міцносних характеристик сформованого профілю, таких як жорсткість об'ємної конструкції листового профілю, рівномірності жорсткості на різних ділянках та при різних кутах навантажень, стійкості до ударних і вигинаючих навантажень, які сприймаються саме потовщеними зовнішніми ділянками у вершинах та забезпе 7 39233 чується покращення формостійкості листового профілю. Зазначені особливості форм виступів забезпечують покращення якості прокату по площинності, що у свою чергу забезпечує можливість застосування такого листового профілю у конструкціях, які потребують точних розмірів. Відсутність в конструкції зон з малими радіусами вигину відповідно не створює умови для виникнення зон концентрації напруги в зоні існування подібних ділянок. Підвищення радіусу виступів і відповідне підвищення зони пластичної деформації (міри деформації, передуючої руйнуванню) дозволяє сформувати більш високу висоту виступів і профіль листовий буде мати більшу товщин у і відповідно підвищену жорсткість. Крім того зазначені вище переваги (висока рівномірність міцносних характеристик) дозволяють застосовувати такий профіль для формування на його базі наступних форм профілів, зокрема гнутих профілів Г-подібного, Π-подібного та інших форм прокату спеціального призначення. Суть технічного рішення, пояснюється кресленнями, на яких зображені: Фіг.1 - загальний вигляд (поперечний переріз) профілю листового підвищеної жорсткості; Фіг.2 - вигляд ділянки профілю перпендикулярно умовній товщині профілю з взаємно паралельним розташуванням виступів та заглибин; Фіг.3 - схема процесу деформування плоскої заготовки прокаткою у відповідних рельєфних валках із формуванням виступів та заглибин на поверхні плоскої заготовки. В таблиці наведено приклади виконання листових профілів з зазначенням їх параметрів та їх показники. Профіль містить тіло листової заготовки 1, з товщиною b, з сформованими виступами 2 та заглибинами 3, з радіусом виступів при вершині R, які мають висоту h, та період Р. Виступи та заглибини розташовано взаємно паралельно (Фіг.2). Засоби формування містять гладкі ролики 4 та 5, та профільовані ролики 6 та 7 з виступами 8. 8 Виступи виконані з конфігурацією, що наближається до сферичної, з періодом Р=6¸8мм, з висотою h=0,2¸3,5 від початкової товщини листової заготівки і радіусом при вершині R=3,0¸5,0мм. Виготовляють профіль, наприклад, таким чином. Попередньо заготовлену смугу, потрібної ширини необхідного матеріалу, наприклад, оцинкованого заліза, подають за допомогою гладких роликів 4 та 5, у проміжок між профільованими роликами 6 та 7 з виступами 8. Профільовані ролики 6 та 7 встановлено таким чином, що виступи профільованого ролика 6 розміщено між виступами профільованого ролика 7. При проходженні листової заготовки між профільованими роликами 6 та 7 відбувається пластична деформація всього тіла листової заготовки, яка завдяки вибраним параметрам листового профілю здійснюється більш рівномірно. Забезпечення зазначеного радіусу виступів та зазначеного періоду їх формування викликає певну затримку деформації у центральних частинах виступів внаслідок часткового тертя відповідних ділянок листової заготовки по поверхні формуючих елементів виступів і при підвищенні висоти виступ у ця зона тертя радіально розширюється, що призводить до рівномірного потоншення ділянок заготовки між виступами зі збереженням товщини у вершинах 2. Отримані варіанти виконання профілів листових підвищеної жорсткості досліджували на рівень відхилення його розмірів від площинності на метр профілю у мм та на співвідношення міцності на вигин при різних напрямках вигину. При цьому співвідношення міцності на вигин при різних напрямках вигину визначали як співвідношення зусилля деформації шляхом вигину листового профілю довкола стрижня лежачого перпендикулярно осі періоду слідування виступів до зусилля деформації шляхом вигину листового профілю довкола стрижня лежачого під кутом 45 до попереднього напрямку. Таблиця 1 Приклади 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Параметри профілю листового Радіус ви- Співвідношення виТовщина ступів при соти виступів до товершині вщини мм мм частин 0,8 3 0,2 0,8 4 1,0 1,0 5 2,0 1,2 3 3,0 1,0 4 3,5 1,2 5 0,2 1,0 3 3,5 1,2 4 1,0 1,2 5 2,0 Показники Період Відхилення від площинності Співвідношення міцності на вигин мм 6 7 8 6 7 8 6 7 8 мм/м 0,7 0,5 0,6 0,4 0,4 0,5 0,3 0,5 0,4 частин 1,3 1,2 1,2 1,1 1,05 1,2 1,05 1,2 1,1 9 39233 Отриманий профіль листовий підвищеної жорсткості завдяки зазначеним його параметрам і покращанням його характеристик може широко використовуватись у будівництві в якості несучих елементів конструкцій, застосовуваних при зве Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 10 денні житлових і суспільних будинків і споруд малої поверховості, для каркасів, покрить і перекриттів, і може бути використаним у різних галузях машинобудування, де потрібні конструктивні елементи зменшеної маси та підвищеної жорсткості. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601