СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННО-ГОФРИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
METHOD OF PRODUCING VARIABLE-CORRUGATION ELEMENTS

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для изготовления переменно-гофрированных листовых металлических и неметаллических элементов прямолинейного (стенки балок и колонн) и криволинейного (стенки арок и опорных контуров) очертания.
Под переменным гофрированием подразумевается преимущественно поперечное (перпендикулярное к продольной оси) гофрирование листового элемента-заготовки гофрами с высотой, и/или шагом, и/или профилем. Отдельно взятый гофр по своей длине может быть постоянного или переменного (т.е. клиновидного или в форме половины усеченного конуса) сечения. Гофр может выходить на обе (оба) грани (края) элемента, только на одну грань вообще не выходить на края элемента - так называемый «глухой» гофр. Гофры могут быть односторонние или двусторонние относительно срединной плоскости элемента.
Известен способ традиционного гофрирования листовых металлических заготовок с помощью прокатки между вращающимися навстречу друг другу валками (Металлические конструкции. В 3 т. T.1. Элементы конструкций: Учеб. для строит, вузов / В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филиппов и др.; Под ред. В.В.Горева. - 3-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 2004. - 551 с.; ил. С.296).
Традиционное гофрирование подразумевает постоянство параметров гофров в рамках конкретного элемента.
Из уровня техники (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 520 с., ил. С.51) известен способ гибки металлических заготовок. Данный способ заключается в упругопластической деформации листового металла за счет его прижатия между матрицей и пуансоном.
Наиболее близким по технической сущности и назначению является известное из уровня техники средство (RU 2199409 С2, B21D 13/06, B21D 5/06, 27.02.2003) - «Устройство профилирования». Данное устройство реализует способ гофрирования листовых элементов с помощью образующих волнообразный профиль элементов, закрепленных на бесконечной цепной передаче, и поддерживающих элементов. Согласно описанию к известному средству образующие волнообразный профиль рычаги могут перемещаться относительно бесконечной цепной передачи перпендикулярно плоскости поддерживающих рычагов при их расположении напротив упомянутой плоскости. Результатом использования ближайшего аналога является гофрированный лист с регулярным или нерегулярным расположением гофров. В последнем случае поверхность получаемого на выходе из устройства материала представляет собой чередующиеся две волны и плоский участок.
Недостатком указанных способов является статичность параметров гофров, получаемых в процессе гофрирования элемента, т.е. указанные способы не позволяют получать на выходе переменное гофрирование без остановки технологического процесса и формующих элементов.
Технический результат от использования предлагаемого способа заключается в возможности непрерывного автоматизированного процесса гофрирования элементов гофрами с варьируемыми геометрическими параметрами.
Представленный результат направлен на решение следующих задач: рациональный расход материалов, обеспечение высокой производительности, выпуск элементов оптимальных конструктивных форм.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в штамповочном стане применяются вращающаяся матрица, содержащая разные по калибру и/или профилю пазы, и набор сменных разнокалиберных и/или разнопрофильных пуансонов, соответствующих пазам матрицы. При этом смена формующих элементов, образующих гофры, осуществляется в процессе гофрирования заготовки, т.е. без остановки производственного этапа.
Применение в технике переменно-гофрированных элементов (прежде всего стенок строительных конструкций) позволяет снизить материалоемкость конструкций за счет рационального распределения материала и повышения их силового сопротивления нагрузкам и воздействиям.
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлена схема штамповочного стана, реализующего способ изготовления переменно-гофрированных листовых элементов. На схеме показано: 1 - заготовка; 2 - подающие валки; 3 - принимающие валки; 4 - прижимные валки; 5 - пуансон; 6 - кассета с набором разнокалиберных пуансонов 5; 7 - подающий механизм пуансонов 5; 8 - толкатель пуансонов 5; 9 - вращающаяся матрица с набором разнокалиберных пазов; 10 - опорная база матрицы 9; 11 - вал матрицы 9, соединенный с ротором и опирающийся на седловидные толкатели; 12 - выдвигающаяся поддерживающая плита из диэлектрического материала для пуансона 5 на момент замены калибра; 13 - подъемные толкатели.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:
- формирование заготовок 1 необходимых габаритов с учетом поправок на последующее гофрирование;
- передача заготовки 1 в штамповочный стан;
- подача заготовки 1 к матрице 9 и пуансонам 5 посредством подающих валков 2 и прижимных валков 4;
- установка матрицы 9 на получение требуемого калибра и/или профиля (за счет вращения вала 11) гофра и выбор соответствующего пуансона 5 из кассеты 6 (за счет подающего механизма 7);
- прижим заготовки 1 к матрице 9 и пуансону 5 за счет толкателя 8;
- калибрующий глухой удар через пуансон 5 для плотного прилегания заготовки 1 к матрице 9 и пуансону 5 с целью получения заданной геометрии профиля;
- возврат пуансона 5 на начальную позицию;
- поднятие заготовки 1 с помощью подъемных толкателей 13;
- передача заготовки 1 на принимающие валки 3;
- смена (в случае необходимости) профиля и/или калибра паза матрицы 9 и соответствующего пуансона 5;
- повтор формовочного цикла.
В момент формовки матрица 9 опирается на опорную базу 10. Вращение матрицы 9 осуществляется за счет вала 11, соединенного с ротором и опирающегося на седловидные толкатели, позволяющие приподнимать матрицу 9 (вместе с валом 11) в момент ее поворота.
Толкатель 8 пуансонов 5 приводится в действие кривошипным, гидравлическим иным механизмом.
При относительно малых толщинах гофрируемого элемента (заготовки 1) и/или волнистом профиле гофров, а также в случае легкодеформируемого материала заготовки 1 необходимость в глухом калибровочном ударе отпадает. Представляется, что в некоторых случаях достаточно большая сила прижима обеспечит плотное прилегание заготовки 1 к формующим элементам (матрице 9 и пуансонам 5) и без калибровочного глухого удара. При некоторых профилях гофров (например, прямоугольном) калибровочный глухой удар может приводить к заклиниванию в нижней точке, что описано в кн.: Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 520 с, ил. С.53.
Таким образом, осуществление предлагаемого способа без операции калибровочного глухого удара в общем случае представляется возможным.
В момент замены пуансона 5 для предотвращения его выпадания выдвигается поддерживающая плита 12, которая может быть изготовлена из диэлектрического материала в случае крепления пуансона 5 к толкателю 8 посредством электромагнита.
Перемещение пуансонов 5 в кассетах 6 осуществляется с помощью подающего преимущественно гидравлического механизма 7.
Для синхронизации и согласованной работы механизмов в предлагаемом способе может быть эффективным использование числового программного управления (ЧПУ) с помощью компьютера.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является непрерывное автоматизированное гофрирование заготовки 1 с применением вращающейся матрицы 9 и набора сменных пуансонов 5. При этом смена калибров и/или профилей пуансонов 5 и вращение матрицы 9 происходят без остановки технологического процесса гофрирования.
Результатом использования предлагаемого способа является переменно-гофрированный элемент, в котором могут варьироваться как шаг и/или высота гофров, так и их профиль,
Представленный способ ориентирован, прежде всего, на поперечное гофрирование элементов, т.е. гофры перпендикулярны к продольной оси, проходящей вдоль наибольшей стороны элемента.
Особенности применения данного способа заключаются в необходимости учета деформации заготовки 1 в процессе гофрирования; утонения и изменения упругопластических свойств (для металлов - наклеп) материала элемента, прежде всего, в местах перегиба; упругое пружинение заготовки 1; минимальные радиусы закругления. Данные особенности могут быть учтены по известным в технике штамповки методикам.
Заготовка 1 может быть подогрета перед процессом штамповки для улучшения пластических свойств и уменьшения внутренних напряжений. Температурный режим штамповки рационально согласовывать с температурными режимами других операций, например с температурой подогрева элементов при сварном соединении поясов и стенки балки или частей стенки между собой. Обоснован дифференцированный нагрев заготовки 1: участки заготовки 1, на которых будут располагаться гофры с относительно большей жесткостью, т.е. малым шагом и большой высотой, а также гофры, чей профиль предполагает резкое изменение направления листа (треугольный, трапецеидальный и другие с ярко выраженными гранями) подвергаются большей интенсивности температурного воздействия с целью лучшего обеспечения требуемых деформаций.
Скоростной режим продвижения заготовки 1 через штамповочный стан может быть нерегулярным. Так, например, смена калибра или профиля гофров, т.е. вращение матрицы 9 и выбор соответствующего пуансона 5, может потребовать уменьшения скорости подачи заготовки 1.
Свойства материалов штамповых инструментов (прежде всего пуансона 5 и матрицы 9) назначаются с учетом общепринятых требований в технологии штамповки.
Сторона заготовки 1, обращенная к матрице 9, или рабочая поверхность матрицы 9 могут обрабатываться смазкой для облегченного снятия заготовки 1 с матрицы 9.