RU2492015C1 - Method of making frames - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly, to making the frames from rolled sections and tee-beams welded from separate sheets. Bending is carried out at the die by consecutive pressures between which workpiece is displaced to allow maximum tolerable wall necking nearby bending radius. Constraint is applied over the workpiece wall length between die supports while over wall height it is applied from workpiece center of gravity to wall free edge. Note here that said constraint depends on bending force.

EFFECT: higher quality.

3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления шпангоутов из профилей проката, а также из тавровых балок, полученных сваркой из отдельных листовых элементов.The invention relates to the processing of metals by pressure, and in particular to methods of manufacturing frames from rolled sections, as well as from T-beams obtained by welding from individual sheet elements.

Известны традиционные способы формообразования деталей шпангоутов из профильного проката и сварных тавровых балок с применением поперечного упругопластического изгиба на прессах (см. Куклин О.С., Шабаршин В.П. Средства технологического оснащения корпусообрабатывающих цехов. Часть I. Л., ЦНИИ "Румб", 1985 г., Часть II. Л., ЦНИИ "Румб", 1989 г.). При этих способах гибки и правки изгибающее усилие прикладывают в направлении наибольшей жесткости профиля по направлению его стенок. Для этого формообразования требуются высокие значения усилия до 15000 кН (1500 тс), при этом могут оставаться значительные недогибы по концам профиля размером до 3-4 высот профиля. При значительной погиби профиля стенки теряют устойчивость, из-за чего снижается качество и возможности гибки. Для устранения указанного недостатка применяют специальные стесняющие устройства (см. Куклин О.С. Совершенствование изготовления гнутых деталей судового корпуса. "Судостроение", 1980, №1; Мошнин Е.Н. Гибка и правка на ротационных машинах. «Машиностроение», 1967 г.); А.с. №740342, патенты №№1503930, 1542660, 1563806, №2336135 и др.Known are traditional methods of forming parts of frames from profiled steel and welded T-beams using transverse elastoplastic bending on presses (see Kuklin OS, Shabarshin VP Means of technological equipment for case-processing workshops. Part I. L., Central Research Institute "Rumb" , 1985, Part II. L., Central Research Institute "Rumb", 1989). With these bending and straightening methods, a bending force is applied in the direction of greatest stiffness of the profile in the direction of its walls. For this shaping, high forces are required up to 15,000 kN (1,500 tf), while significant inflections at the ends of the profile up to 3-4 profile heights may remain. With a significant loss of profile, the walls lose their stability, which reduces the quality and bending capabilities. To eliminate this drawback, special constraining devices are used (see O. Kuklin. Improving the manufacture of bent parts of the ship's hull. "Shipbuilding", 1980, No. 1; Moshnin EN. Bending and editing on rotary machines. "Mechanical Engineering", 1967 .); A.S. No. 740342, patents No. 1503930, 1542660, 1563806, No. 2336135, etc.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ гибки стальных профилей по Европатенту (ЕР №0093685), который принят за ближайший аналог. В этом способе для уменьшения потери устойчивости стенки профиля прилагают изгибающее усилия, действующие в направлении, параллельном стенке профиля, и сжимающие усилия, действующие в направлении, перпендикулярном его полкам. При этом используют фиксированные опоры, расположенные по обе стороны подвижных головок пресса, перемещающихся перпендикулярно профилю, причем изгибающее и сжимающие усилия прилагаются только к полке, определяющей внешний радиус изгиба профиля, и таким образом вызывают в стенке профиля только сжимающие усилия. За счет этого снижается потеря устойчивости профиля.Closest to the claimed technical solution is a method of bending steel profiles according to Europatent (EP No. 0093685), which is taken as the closest analogue. In this method, to reduce the loss of stability of the profile wall, bending forces are applied acting in a direction parallel to the profile wall and compressive forces acting in a direction perpendicular to its shelves. In this case, fixed supports are used, located on both sides of the movable heads of the press, moving perpendicular to the profile, and bending and compressive forces are applied only to the shelf defining the external radius of the bending of the profile, and thus cause only compressive forces in the profile wall. Due to this, the loss of profile stability is reduced.

Недостаток этого способа - очень высокие значения усилий гибки, способствующие возникновению напряжений, стремящихся оторвать полку от стенки как при приложении усилий, так и при их снятии из-за разной степени пружинения полки и стенки, что увеличивает фондо-, материало- и энергоемкость процессов гибки профилей с ограничением длины и высоты изгибаемых профилей.The disadvantage of this method is the very high values of bending forces, which contribute to the occurrence of stresses tending to tear the shelf off the wall both when applying forces and when removing them due to different degrees of springing of the shelf and wall, which increases the capital, material and energy consumption of bending processes profiles with limited length and height of bending profiles.

Задачей настоящего изобретения является расширение применения холодной гибки при изготовлении шпангоутов с использованием стеснения стенки для разнообразных типоразмеров профилей на универсальном гибочном оборудовании с применением деформирующей оснастки.The objective of the present invention is the expansion of the use of cold bending in the manufacture of frames using wall tightness for a variety of sizes of profiles on universal bending equipment using deforming equipment.

Использование настоящего изобретения обеспечит получение технического результата, заключающегося в повышении ресурсосбережения в процессах формообразования (гибки и правки) шпангоутов из профилей и сварных тавровых балок за счет увеличения коэффициента использования листового проката, из которого вырезаются стенки ребер жесткости.Using the present invention will provide a technical result, which consists in increasing resource saving in the processes of forming (bending and straightening) frames from profiles and welded T-beams by increasing the utilization rate of sheet metal from which the stiffening ribs are cut.

Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.

В предлагаемом способе изготовления шпангоутов гибку осуществляют в штампе последовательными нажатиями, между которыми перемещают заготовку и с наибольшим допустимым утонением стенки у внешнего радиуса изгиба, при этом стеснение прикладывают по длине стенки заготовки - между опорами штампа, а по высоте стенки - от центра тяжести сечения заготовки до свободной кромки стенки, а усилие стеснения стенки выбирают равным P_CT=Р(0,13÷0,30)≈0,25Р, где Р - усилие гибки.In the proposed method for the manufacture of frames, bending is carried out in the stamp by successive pressing between which the workpiece is moved and with the greatest allowable thinning of the wall at the external bending radius, while constraint is applied along the length of the workpiece wall - between the supports of the stamp, and along the height of the wall - from the center of gravity of the workpiece section to the free edge of the wall, and the wall tightening force is chosen equal to P _CT = P (0.13 ÷ 0.30) ≈ 0.25P, where P is the bending force.

В частном случае предлагаемого способа расстояние между опорами принимают равным пяти высотам заготовки, а шаг нажатий выбирают в диапазоне одна-две ее высоты.In the particular case of the proposed method, the distance between the supports is taken to be five heights of the workpiece, and the step of pressing is selected in the range of one or two of its heights.

В другом частном случае предлагаемого способа изгибающее усилие по окончании каждого нажатия снимают с минимальной скоростью в соответствии с возможностями используемого гибочного оборудования.In another particular case of the proposed method, the bending force at the end of each pressing is removed at a minimum speed in accordance with the capabilities of the used bending equipment.

В третьем частном случае предлагаемого способа для заготовок с высотой стенки более 300 мм гибку выполняют с подгибкой конца заготовки за два прохода. При этом первое нажатие осуществляют в положении заготовки выдвинутой за опору штампа на величину, равную 1-2 шага нажатий, а подгибку конца заготовки на первом проходе осуществляют на величину больше половины заданного радиуса, перемещая заготовку в направлении, обратном основному перемещению, а на втором проходе - до заданного радиуса детали. Затем от произведенных гибов продолжают гибку по основному перемещению до половины длины заготовки, после чего переходят к другому концу заготовки и аналогичную гибку выполняют с другого конца в обратную сторону до окончания гибки в ее средней части.In the third particular case of the proposed method for billets with a wall height of more than 300 mm, bending is performed with bending of the end of the billet in two passes. In this case, the first pressing is carried out in the position of the workpiece extended beyond the support of the stamp by an amount equal to 1-2 steps of pressing, and the bending of the end of the workpiece in the first pass is carried out by more than half the specified radius, moving the workpiece in the direction opposite to the main movement, and in the second pass - to the specified radius of the part. Then, from the bends made, bending is continued along the main movement to half the length of the workpiece, after which they are transferred to the other end of the workpiece and similar bending is performed from the other end in the opposite direction to the end of bending in its middle part.

По сравнению с известными решениями гибки на прессах, в том числе и по ближайшему аналогу, в предлагаемом способе усилия стеснения прикладывают к стенке заготовки профиля или сварной балки по всей зоне между гибочными опорами и от свободной кромки стенки до центра тяжести сечения, расстояние между опорами принимают равным пяти высотам, что является оптимальным для профильного проката, применяемого в судостроении, начало гибки осуществляют в положении заготовки, выдвинутой за опору штампа на величину, равную 1-2 шага нажатий, а для заготовок с высотой стенки более 300 мм выполняют подгибку концевого участка в два этапа, перемещая заготовку в направлении, обратном основному перемещению, при этом на первом проходе осуществляют подгибку на величину больше половины заданного радиуса, а на втором проходе - на заданный радиус детали, шаг и последовательность нажимов на изгибаемую заготовку выбирают в оптимальном диапазоне 1-2 ее высоты.Compared with the known solutions, it is flexible on presses, including the closest analogue, in the proposed method, constraining forces are applied to the wall of the workpiece profile or welded beam over the entire area between the bending supports and from the free edge of the wall to the center of gravity of the cross section, the distance between the supports is taken equal to five heights, which is optimal for the profile hire used in shipbuilding, the start of bending is carried out in the position of the workpiece, extended beyond the support of the stamp by an amount equal to 1-2 steps of pressing, and for the workpiece to with a wall height of more than 300 mm, the end section is bent in two stages, moving the workpiece in the direction opposite to the main movement, while in the first pass, bending is performed by more than half the specified radius, and in the second pass, by the specified part radius, step and the sequence of clicks on the bent workpiece is selected in the optimal range of 1-2 of its height.

Сущность изобретения поясняется следующими схемами:The invention is illustrated by the following schemes:

Фиг.1 - последовательность гибки заготовки по ее длине.Figure 1 - sequence of bending of the workpiece along its length.

Фиг.2 - схема приложения усилий.Figure 2 - diagram of the application of efforts.

На фиг.1 показана схема гибки заготовки шпангоута, состоящей из стенки 1 с высотой стенки более 300 мм и полки 2 с выдвинутым за опору 3 концевым участком 4. При этом подгибку конца заготовки выполняют за два прохода: на первом проходе осуществляют гибку P₁ на величину больше половины заданного радиуса, затем перемещая заготовку в направлении, обратном основным перемещениям, выполняют второй нажим Р₂, потом на втором проходе - подгибают на заданный радиус детали, затем от произведенных гибов продолжают гибку Р₃ по направлению к средней части заготовки до половины ее длины Р_к. После перехода к другому концу заготовки 5 аналогичную гибу P_n+1, P_n+2, P_n+3 выполняют с другого конца в обратную сторону до окончания гибки в ее средней части. Зона стеснения стенки обозначена позицией 6. Усилие стеснения стенки 6 выбирают равным РСТ=Р(0,13±0,30)≈0,25Р, где Р - усилие гибки, причем стеснение прикладывают по длине стенки заготовки между опорами штампа, а по высоте стенки фиг.2 - от центра тяжести сечения заготовки до свободной кромки стенки. Расстояние между опорами принимают равным l≈5h, где h - высота профиля, а шаг приложения усилия Р составляет t=(1÷2)h.Figure 1 shows a diagram of the flexible billet of the frame, consisting of a wall 1 with a wall height of more than 300 mm and a shelf 2 with the end section 4 extended beyond the support 3. In this case, the bending of the end of the workpiece is performed in two passes: on the first pass, P ₁ is bent on value is more than half a predetermined radius, and then moving the workpiece in a direction opposite to the main movements, operate the second pressure P _2, then the second pass - by a predetermined radius bends parts then produced by bending bends continue R ₃ toward the middle portion of otovki to half its length F _k. After moving to the other end of the workpiece 5, a similar bend P _n +1, P _n +2, P _n +3 is performed from the other end in the opposite direction until the end of bending in its middle part. The tightness zone of the wall is indicated by 6. The constraint of the wall 6 is chosen equal to PCT = P (0.13 ± 0.30) ≈ 0.25P, where P is the bending force, and constraint is applied along the length of the workpiece wall between the die supports, and in height wall of figure 2 - from the center of gravity of the cross section of the workpiece to the free edge of the wall. The distance between the supports is taken equal to l≈5h, where h is the height of the profile, and the step of applying the force P is t = (1 ÷ 2) h.

По сравнению с известными способами гибки профилей предлагаемый способ можно применить для гибки профилей как стенкой внутрь, так и стенкой наружу, что расширяет область его применения.Compared with the known methods of bending profiles, the proposed method can be used for bending profiles with a wall inward and wall outward, which expands the scope of its application.

В качестве примера использования предложенного способа была произведена апробация гибки сварных тавровых балок из высокопрочных сталей с размерами поперечных сечений $$\perp \frac{12\times 150}{21\times 60}$$

и $$\perp \frac{18\times 185}{31\times 90}$$

в производственных условиях ОАО «Адмиралтейские верфи» применительно к шпангоутам основных заказов предприятия. Получены положительные результаты без какого-либо заметного повреждения сварных швов, выполняемых даже без обычных усилений.As an example of using the proposed method, the bending of welded T-beams made of high-strength steels with cross-sectional dimensions was tested $$\perp \frac{\mathrm{one}2\times \mathrm{one}50}{2\mathrm{one}\times 60}$$

and $$\perp \frac{\mathrm{one}8\times \mathrm{one}85}{3\mathrm{one}\times 90}$$

in the production conditions of Admiralty Shipyards, as applied to the frames of the main orders of the enterprise. Positive results were obtained without any noticeable damage to the welds, performed even without the usual reinforcements.

Применение предлагаемого способа позволяет снизить себестоимость изготовления одного метра шпангоута из сварной балки в 2,4 раза по сравнению со способами вырезки криволинейной стенки из листа, ее сварки с гнутой полкой и последующей гибки в штампе со стеснением стенки, что следует из расчета технико-экономической эффективности процесса, результаты которого приведены в таблице.The application of the proposed method allows to reduce the cost of manufacturing one meter of a frame from a welded beam by 2.4 times compared with the methods of cutting a curved wall from a sheet, welding it with a bent shelf and subsequent bending in a stamp with tightness of the wall, which follows from the calculation of technical and economic efficiency process, the results of which are given in the table.

ТаблицаTable Затраты на материалы при изготовлении 1 м шпангоутаThe cost of materials in the manufacture of 1 m frame НаименованиеName Криволинейный сварной тавр с вырезанной стенкойCurved welded tee with carved wall Прямой сварной тавр с последующей гибкойStraight welded brand followed by bending Коэффициент использования материалаMaterial utilization 0,5310.531 0,90.9 Расход металла 1 м балки, тMetal consumption 1 m of beam, t 0,1280.128 0,0520,052 Стоимость 1 т металла, руб.The cost of 1 ton of metal, rubles. 1500015,000 1500015,000 Стоимость металла, необходимого для изготовления 1 м балки, руб.The cost of the metal necessary for the manufacture of 1 m of beam, rub. 19201920 780780

При этом также существенно снижена фондоемкость процесса за счет применения для гибки профилей распространенных листогибочных прессов вместо закупки по импорту дорогостоящих (до 1,5 млн. € за единицу) специализированных профилегибочных машин, а также исключения термообработки изогнутых профилей и заготовок.At the same time, the capital intensity of the process was also significantly reduced due to the use of the flexible bending presses for bending profiles instead of purchasing expensive specialized bending machines (up to € 1.5 million per unit), as well as eliminating the heat treatment of curved profiles and blanks.

Другим примером может служить гибка «тяжелых профилей» №№1968 и 1979 с высотой стенки 615 мм на ОАО «ПО «Севмаш» на установке СКМЗ-ТВЧ и станке НЗТСГ. При этом гибка на установке СКМЗ-ТВЧ производилась с использованием токов высокой частоты, а на станке НЗТСГ - в холодную со стеснением стенки. При этом подгибка концевых участков профиля на станке НЗТСГ осуществлялась согласно заявленному способу в два этапа, получены удовлетворительные результаты по качеству гибки, за счет чего снижена в 1,5 раза энергоемкость процесса.Another example is the bending of "heavy profiles" Nos. 1968 and 1979 with a wall height of 615 mm at OJSC "PO" Sevmash "at the SKMZ-TVCh installation and the NZTSG machine. At the same time, bending at the SKMZ-TVCh installation was carried out using high-frequency currents, and at the NZTSG machine, it was done in the cold one with tightness of the wall. In this case, the bending of the end sections of the profile on the NZTSG machine was carried out according to the claimed method in two stages, satisfactory results were obtained on the quality of bending, due to which the process energy consumption was reduced by 1.5 times.

Claims (3)

1. Способ изготовления шпангоута, включающий гибку Т-образной заготовки в плоскости стенки с ее стеснением в аксиальном направлении к плоскости изгиба, отличающийся тем, что гибку осуществляют в штампе последовательными нажатиями, между которыми перемещают заготовку, с наибольшим допустимым утонением стенки у внешнего радиуса изгиба, при этом стеснение прикладывают по длине стенки заготовки - между опорами штампа, а по высоте стенки - от центра тяжести сечения заготовки до свободной кромки стенки, при этом усилие стеснения стенки выбирают равным Р_ст=Р(0,13-0,30), где Р - изгибающее усилие.1. A method of manufacturing a frame, including bending a T-shaped workpiece in the plane of the wall with its constriction in the axial direction to the bending plane, characterized in that the bending is carried out in the stamp by successive pressing between which the workpiece is moved, with the greatest allowable thinning of the wall at the external bending radius , while constraint is applied along the length of the wall of the workpiece - between the supports of the stamp, and along the height of the wall - from the center of gravity of the cross section of the workpiece to the free edge of the wall, while the force of tightness of the wall is chosen t equal to P _article = P (0,13-0,30), where P is the bending force. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние между опорами принимают равным пяти высотам заготовки, а шаг нажатий выбирают в диапазоне одна-две ее высоты.2. The method according to claim 1, characterized in that the distance between the supports is taken to be five heights of the workpiece, and the step of pressing is selected in the range of one or two of its heights. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изгибающее усилие по окончании каждого нажатия снимают с минимальной скоростью в соответствии с возможностями используемого оборудования. 3. The method according to claim 1, characterized in that the bending force at the end of each pressing is removed at a minimum speed in accordance with the capabilities of the equipment used.

Images