СОСТАВНОЙ ПРОФИЛЬ

Полезная модель относится к конструкциям составных профилей, предназначенных для гибки в их продольной плоскости, и может быть использована в различных областях техники, в частности, при создании обрамлений оконных и дверных проемов транспортных средств.
Известны составные комбинированные профили для изготовления используемых в окнах железнодорожных вагонов оконных рам со скругленными углами (см. патенты РФ на полезные модели №82655, №79507 по кл. МПК B61D 25/00). Составные профили содержат отдельные металлические профильные элементы с термовставками между ними, выполненными в виде профильных элементов из термопластичного материала. Металлические части соединены с термовставками посредством соединения типа «ласточкин хвост» путем надвигания друг на друга в продольной плоскости и образуют с термовставками неподвижное неразъемное соединение. Описанные составные профили предназначены для последующей гибки в продольной плоскости с относительно малыми радиусами при изготовлении оконных рам с прямолинейными участками и изогнутыми участками в местах скруглений углов рамы.
Известен составной сборный металлический профиль для изогнутых дверей и направляющих для них, составленный из комплекта профилей (см. патенты РФ №97761 и №2425942 по кл. МПК E06B 3/00). Составной профиль содержит три профильных элемента, соединенных между собой путем надвигания друг на друга в продольном направлении, удерживающихся в сопряжении друг с другом в поперечной плоскости составного профиля и неподвижно закрепленных относительно друг друга. Данный составной профиль по патенту РФ №97761 принят за прототип, как наиболее близкий по конструктивному исполнению к заявляемому техническому решению.
Существуют определенные трудности при гибке металлических профилей малыми радиусами. Величина радиуса гибки обусловлена физическими свойствами металла и геометрией профиля в его поперечной плоскости. Для уменьшения радиуса гибки путем изменения геометрии профиля следует уменьшить площадь его поперечного сечения за счет уменьшения высоты профиля вдоль радиуса гибки.
В известных конструкциях профилей и способах их изготовления не решается задача по уменьшению радиуса гибки профиля путем его конструктивных преобразований с сохранением геометрии профиля, т.е. конфигурации и размеров, в его поперечной плоскости.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в уменьшении радиуса гибки составного профиля в его продольной плоскости с сохранением геометрии профиля в его поперечной плоскости.
Для достижения поставленной задачи составной профиль, содержащий профильные элементы, соединенные между собой с возможностью удерживания в сопряжении друг с другом в поперечной плоскости составного профиля, выполнен с обеспечением возможности уменьшения радиуса гибки в его продольной плоскости. Причем профильные элементы соединены с возможностью свободного перемещения относительно друг друга в продольной плоскости составного профиля, образуют в упомянутой поперечной плоскости внешний контур с заданной геометрией, а геометрия профильных элементов в упомянутой поперечной плоскости, их высота и расположение по высоте упомянутого контура в направлении радиуса гибки выбраны с учетом особенностей заданной геометрии упомянутого контура и исходя из условия обеспечения допустимой для каждого профильного элемента деформации при заданном для составного профиля радиусе гибки.
Обеспечение свободного перемещения профильных элементов относительно друг друга в продольной плоскости составного профиля, а также предложенный выбор геометрии профильных элементов, их высоты и расположения по высоте упомянутого контура создают благоприятные условия для уменьшения радиуса гибки профиля за счет перераспределения деформационных нагрузок между составляющими профиль элементами.
Профильные элементы могут быть выполнены из металла, например, из алюминиевого сплава, тогда высота каждого профильного элемента должна быть выбрана исходя из соблюдения условия его неразрушающей гибки, при котором относительное удлинение профильного элемента меньше предельно допустимого значения.
Профильные элементы также могут быть выполнены из эластичного материала, например, из резины или пластмассы.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами на примере составного профиля из алюминиевого сплава для изготовления каркаса окна транспортного средства.
На фиг.1 изображен составной профиль в поперечной плоскости сечения.
На фиг.2 изображен вариант составного профиля в поперечной плоскости.
На фиг.3 изображен оконный проем в кузове транспортного средства.
Составной профиль (фиг.1, 2) содержит профильные элементы 1 и 2, соединенные между собой посредством соединительного узла J любого типа, обеспечивающего перемещение профильных элементов 1 и 2 в продольной плоскости составного профиля, например: «ласточкин хвост» (фиг.1), замковое соединение (фиг.2). При этом профильные элементы 1 и 2 удерживаются в сопряжении друг с другом по сопрягаемым поверхностям в поперечной плоскости составного профиля и образуют внешний контур A с заданной геометрией. Геометрия контура A может быть заимствована, в частности, из известных конструкций профилей, используемых в производстве оконных блоков для транспортных средств. Взаимное расположение профильных элементов 1, 2 по высоте H составного профиля, высота каждого из них в направлении радиуса гибки R и их геометрия зависят от заданного для составного профиля радиуса гибки и особенностей геометрии внешнего контура A составного профиля.
Рассмотрим конкретный пример по выбору высоты профильных элементов составного алюминиевого профиля (фиг.1), выполненного из сплава АД-31.
Имеется проем в стенке E, например, транспортного средства, с обозначенным на фиг.3 радиусом R угловых сопряжений между прямолинейными участками проема. Для данного проема необходимо изготовить каркас оконного блока, выполненный из алюминиевого профиля высотой H, равной 36 мм, позволяющего осуществлять его гибку с заданным радиусом R, равным 95 мм. Сечение профиля с фрагментом стенки E транспортного средства в области проема в стенке E приведено на фиг.1 в упрощенном виде.
1. Проверяем возможность гибки металлического монолитного профиля с указанной высотой H и заданной геометрией внешнего контура A в поперечном сечении. При гибке профиля максимальную деформацию (удлинение) будет испытывать материал на верхней границе профиля.
Воспользуемся известной формулой относительного удлинения δ металла при его гибке, выраженной через максимальный и минимальный радиусы гибки:
,
ср
max
где R≈R-0,5H;
max
min
H=R-R;
max
ср
min
R, R, R - соответственно, максимальный, средний и минимальный радиусы гибки профиля;
H - высота профиля.
Определим конструктивные размеры, необходимые для проверки возможности гибки монолитного профиля с контуром A в поперечном сечении (фиг.1).
Ширину опорной поверхности "а" каркаса у стенки E примем равной 12 мм.
Максимальный и минимальный радиусы гибки, измеряемые, соответственно, до верхней и до нижней границ рассматриваемого профиля:
max
а
R=R+=95+12=107 (мм);
min
max
R=R-H=107-36=71 (мм).
min
max
Подставляя значения R и R в формулу (1), определяем значение относительного удлинения δ металла при его гибке:
Полученное δ=20% превышает предельно допустимое значение относительного удлинения δ=13% для материала АД-31 в состоянии поставки «Т» (закаленный и естественно состаренный) по ГОСТ 22233-2001 (табл.10) и указывает на невозможность обеспечения целостности монолитного профиля с контуром A в поперечном сечении при его гибке с заданным радиусом 95 мм.
2. Чтобы сохранить геометрию профиля (внешнюю конфигурацию контура A и его размеры) в его поперечной плоскости и обеспечить его целостность при гибке с заданным радиусом R, выполним профиль составным, разбив его по высоте H на два профильных элемента 1 и 2, как показано на фиг.1. С учетом относительно большой высоты контура A по сравнению с его шириной, соединительный узел J выполнен в развитие высоты профильного элемента 1 - в его нижней части.
Высота профильного элемента 1:
1
H=23 (мм),
Высота профильного элемента 2:
2
H=18 (мм).
Конструктивный зазор "e", учитывающий неточности изготовления конструкций и расширение металла, примем равным 6 мм.
Максимальный и минимальный радиусы гибки для элемента 1 составят, соответственно:
max1
a
R=R+=95+12=107 (мм),
min1
max1
1
R=R-H=107-23=84 (мм),
а для элемента 2:
max2
R=R-e=95-6=89 (мм),
min2
max2
2
R=R-H=89-18=71 (мм).
3. Проверяем возможность гибки полученных составляющих элементов 1 и 2 с соблюдением условия обеспечения гибки составного профиля с заданным радиусом R, равным 95 мм. Используя формулу (1), находим относительные удлинения элементов 1 и 2 при их гибке, соответственно:
,
.
Относительные удлинения составных элементов 1 и 2 не превышают предельно допустимого значения (δ=13%), т.е. условие гибки обеспечивается.
Приведенный пример по выбору геометрии и высоты профильных элементов, их расположения по высоте составного профиля, при котором учтены особенности геометрии контура A, подтверждает возможность гибки такого составного профиля с меньшим радиусом по сравнению с монолитным профилем с идентичной внешней конфигурацией в поперечной плоскости. В процессе гибки профильные элементы имеют возможность смещаться относительно друг друга в продольном направлении, в результате чего происходит перераспределение деформационных нагрузок в профиле и снижение их для каждого профильного элемента.
Аналогичные конструктивные расчеты можно выполнить для металлического составного профиля более сложной геометрии (фиг.2). Взаимное расположение профильного элемента 1 (высотой H1 и шириной B1) и профильного элемента 2 (высотой H2, шириной B2) в пределах контура C выбрано с учетом более развитой ширины составного профиля, что позволило расположить часть профильного элемента 2 вместе с соединительным узлом J в направлении увеличения ширины профильного элемента 2.
Профили можно изготовить из эластичного материала. Например, из широко используемых для изготовления оконных уплотняющих профилей - резины EPDM, термоэластопласта TPE (см. ГОСТ 30778-2001, п.3.2) или из другого эластичного материала, профиль из которого при гибке не разрушается, но теряет форму (искажается геометрия профиля). Деформация такого профиля происходит не только в поперечном сечении, но и в продольном, и в этом случае высота каждого составляющего профиль элемента может быть определена экспериментально так, чтобы добиться приемлемой деформации составляющих элементов при гибке профиля с меньшими радиусами гибки.
Для гибки профилей предложенной конструкции используются широко известные приспособления, оборудование, станки и методы. В частности, гибку с малыми радиусами производят на станках с использованием методов прессования, обкатки, навивки. Наибольшей популярностью пользуется метод навивки.
Таким образом, благодаря свободе перемещения в продольном направлении, обеспечивается независимая друг от друга деформация составляющих элементов. Это позволяет, как показано в приведенном примере, уменьшить радиус гибки профиля, сохраняя геометрию его контура в поперечной плоскости. При проектировании обрамления оконного блока для установки в транспортное средство предложенная конструкция составного профиля, из которого изготавливают каркас рамы, дает возможность исключить работы по внесению изменений в элементы других конструкций, соединяемых с каркасом.