угловой горячекатаный профиль

Формула изобретения

Угловой горячекатаный профиль, содержащий в поперечном сечении две полки, наружные поверхности которых при пересечении между собой составляют прямой угол, внутренние поверхности полок имеют уклон в сторону концов полок, а сопряжение внутренних поверхностей полок выполнено по участку дуги окружности, отличающийся тем, что внутренние поверхности полок выполнены с равнотолщинным участком со стороны концов длиной, равной 0,6 0,75 общей длины полок, уклон внутренних поверхностей полок составляет 7-12^o, а их сопряжение выполнено вогнутым участком дуги окружности с радиусом, равным 0,5 0,8 толщины полки равнотолщинного участка профиля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к производству угловых горячекатаных профилей, используемых в строительстве и машиностроении.

Известен горячекатаный угловой профиль с клиновидными утолщениями концов полок (1), а также профили со ступенчатыми полками (2).

Все эти профили на концевых участках полок имеют утолщения. За счет такого изменения формы обеспечивается увеличение геометрических характеристик: моментов инерции и сопротивления. Однако несущая способность уголков уменьшается за счет снижения жесткости угла конструктивной связи полок. Это не позволяет использовать известные угловые профили в конструкциях, работающих на сжатие, из-за потери устойчивости и низкого сопротивления скручиванию профилей. Кроме того, сужается область применения уголков с переменной толщиной полок из-за увеличения трудоемкости конструкторских и монтажных работ, так как необходимо предусмотреть специальные приемы монтажа болтовыми соединениями.

Известен горячекатаный угловой профиль (3), имеющий уклон внутренних граней от вершины к краям в пределах 15-20^o и снабженный стыковочным ребром прямоугольной формы в вершине уголка.

Недостатками известного аналога являются его повышенная металлоемкость и ограниченное применение. В случае использования углового профиля в строительных конструкциях необходимо применение специальных косых шайб для его монтажа с помощью болтов, что приводит к повышению трудозатрат.

Ближайшим по технической сущности аналогом, выбранным в качестве прототипа, является угловой горячекатаный профиль (4), содержащий в поперечном сечении две полки, наружные поверхности которых при пересечении между собой составляют прямой угол, а каждая полка с внутренней стороны имеет уклон в сторону концов полок. Сопряжение обеих полок с внутренней стороны выполнено выпуклым участком дуги окружности.

Форма профиля обеспечивает повышение его несущей способности за счет увеличения жесткости конструктивной связи полок. Однако применение известного углового профиля ограничено, так как наличие внутреннего уклона полок вносит дополнительные сложности при проектировании и сборке.

Другим недостатком прототипа является нетехнологичность его изготовления горячей прокаткой на бортопрокатных станах. Выполнение сопряжения обеих полок с внутренней стороны уголка выпуклым участком дуги окружности приводит к увеличению рассогласования окружных скоростей валков по углу и полкам профиля в процессе прокатки и, в свою очередь, к искажению конфигурации профиля. Кроме того, вследствие неразрывности течения металла в продольном направлении соблюдается условие равенства вытяжек по углу и полкам профиля, что достигается растяжением полок. В полках образуются растягивающие усилия, стремящиеся утянуть металл против хода прокатки, вследствие чего происходит утяжка полок и не обеспечивается требуемая ширина и толщина полок углового профиля.

Для устранения искажения поперечного сечения углового профиля в процессе его прокатки целесообразно уменьшить концентрацию металла в углу профиля за счет изменения формы сопряжения внутренних граней полок и снабдить полки концевыми участками постоянного поперечного сечения, что помимо стабилизации уширения металла при прокатке также расширяет области применения уголков, вследствие облегчения условий монтажа проката в металлоконструкциях.

Таким образом, задачей изобретения является уменьшение металлоемкости профиля, улучшение технологичности его применения и изготовления.

Это достигается тем, что в известном угловом горячекатаном профиле, содержащем в поперечном сечении две полки, наружные поверхности которых при пересечении между собой составляют прямой угол, а их внутренние поверхности имеют уклон в сторону концов полок, внутренние поверхности полок выполнены с прямолинейными участками, равными 0,6-0,75 общей длины полок, уклон внутренних поверхностей полок от вершины профиля к прямолинейным участкам составляет 7-12^o, а их сопряжение выполнено вогнутым участком дуги окружности, радиус которого составляет 0,5-0,8 толщины полки равнотолщинного участка профиля.

На чертеже изображен угловой горячекатаный профиль, поперечное сечение. Условные обозначения: l длина полок углового профиля; l₁ длина равнотолщинного профиля; t толщина полки равнотолщинного участка профиля; t₁ переменная толщина полки клиновидного участка профиля; - угол наклона внутренней поверхности полки от вершины профиля к прямолинейному участку; R радиус сопряжения внутренних полок с уклоном.

Профиль содержит полки 1 переменной толщины t₁, причем возрастание толщины полок 1 осуществлено симметрично от участков 3, имеющих постоянную толщину t к вершине 4 профиля за счет уклона внутренних поверхностей полок на 7-12^o. Сопряжение 2 внутренних поверхностей полок 1 выполнено радиусом R, величина которого составляет 0,5-0,8 толщины t полки равнотолщинного участка 3.

Длина l₁ участка 3 профиля, имеющего постоянную толщину t, равна 0,6-0,75 общей длины l полки профиля.

Формообразование углового профиля в прокатных валках осуществляется с неравными обжатиями по вершине профиля и его полкам, что приводит к неравномерным деформационным условиям по элементам профиля. Одновременно из-за рассогласования окружных скоростей валков по вершине профиля и полкам происходит утяжка металла полок или невыполнение прямого угла вершины профиля, что приводит к искажению их конфигурации и к браку изделия.

Выполняя плавное сопряжение внутренних поверхностей полок, имеющих уклон в интервале 7-12^o, добиваются выравнивания обжатий по вершине и клиновидным участкам профиля.

Наличие концевых участков полок, имеющих постоянную толщину, позволяет обеспечить стабильность геометрических размеров полок профиля за счет затруднения перераспределения металла с клиновидных участков полок профиля к его концевым участкам в процессе деформации профиля.

Таким образом, улучшается технологичность изготовления профиля за счет устранения утяжки металла полок и обеспечения прямого угла наружных поверхностей полок профиля. Наличие в угловом профиле участков полок с постоянной толщиной обеспечивает также технологичность сборки металлоконструкций болтовыми соединениями.

Длина l₁ полок, имеющих постоянную толщину t, равна 0,6-0,75 общей длины l полок профиля.

Минимальная длина l₁ участка полки углового профиля, имеющей постоянное поперечное сечение, равная 0,6 общей длины полки, выбрана из условия размещения отверстий под заклепки и болты в прокатном профиле, расположенных в два ряда в цепном порядке. Уменьшение длины участка полки постоянного поперечного сечения менее 0,6 длины полки не обеспечивает условия собираемости деталей и приводит к увеличению трудоемкости монтажа за счет необходимости применения специальных косых шайб. Увеличение длины участка полки постоянного поперечного сечения более 0,75 общей длины профиля приводит к уменьшению центральной усиленной зоны профиля, расположенной в вершине угла, и к снижению сопротивления скручиванию всего профиля.

Уклон внутренних поверхностей полок от вершины углового профиля к прямолинейным участкам полок равен 7-12^o.

Нижний предел уклона обусловлен обеспечением требуемой жесткости узла сочленения полок углового профиля и прочностных характеристик без увеличения его массы.

Если взять известный угловой профиль по ГОСТ 8509-72 размером 100х100х10 мм и аналогичный ему профиль, имеющий уклон внутренних граней полок 7^o и участки полок с параллельными гранями длиной 0,6-0,75 длины профиля, то новый профиль имеет сопротивление скручиванию на 18,2% больше, чем известный. Кроме того, выше также и другие прочностные характеристики: момент сопротивления у нового профиля равен 25,3 см³ у известного, момент инерции соответственно равен 181,9 против 179 см⁴.

Уменьшение границы диапазона менее 7^o приводит к снижению прочностных характеристик профиля (моменты инерции и сопротивления) и не обеспечивает преимуществ по сравнению с известным профилем.

Увеличение интервала верхнего предела уклона внутренней поверхности полок более 12^o приводит к увеличению рассогласования скоростей валков по элементам профиля в процессе прокатки и к браку готового изделия за счет невыполнения геометрических размеров.

Кроме того, значительно увеличивается масса профиля в его вершине, что приводит к увеличению разворота полок при его остывании на холодильнике стана и ухудшению качества.

Радиус сопряжения внутренних поверхностей полок профиля очерчен вогнутым участком дуги окружности, что позволяет равномерно распределить обжатие по элементам профиля в процессе деформации и обеспечить требуемое качество профиля за счет исключения искажения его конфигурации.

Величина радиуса сопряжения внутренних поверхностей полок углового профиля равна 0,5-0,8 толщины полки равнотолщинного участка.

Уменьшение границы диапазона менее 0,5 толщины полки приводит к повышению износа вершины открытого ручья углового калибра, его притуплению и невыполнению конфигурации сопряжения полок профиля.

Увеличение границы диапазона более 0,8 толщины полки профиля приводит к увеличению концентрации металла в вершине углового профиля, увеличению его массы и ухудшению показателей рациональности профиля.

В качестве примера конкретного выполнения предлагаемого углового профиля, эквивалентного по несущей способности угловому профилю по авторскому свидетельству СССР N 1355300 (модификация N 3), имеющему размеры сечения: l 78-12 мм; t 7,2 мм; t₁ 10 мм, радиус выпуклой дуги сопряжения вписанной окружности R 12 мм, может служить усиленный угловой профиль с размерами: l 90 мм, l₁ 63 мм, t 7 мм, t₁ 9,93 мм, радиус вогнутой дуги сопряжения внутренних поверхностей полок R 5 мм.

Момент сопротивления этого равнопрочного профиля равен 14,66 см³, момент инерции 95,91 см⁴. Металлоемкость нового углового профиля на 3,5% меньше, чем у известного, а сопротивление продольному скручиванию в 1,8 раза больше.

Наиболее вероятные объекты применения усовершенствованных профилей угловой горячекатаной стали: опоры линий электропередач, контактных сетей электрифицированного железнодорожного транспорта, башенные краны, строительство и т.п.

Таким образом, применение предлагаемых профилей проката позволит уменьшить металлоемкость конструкции на 3,5-6% без снижения ее несущей способности, а также улучшить технологичность изготовления и применения данных профилей.