Вальцовка швеллера, уголка и двутавра

Вальцовка швеллера

Швеллер вальцуют постепенно, пропуская его между роликами несколько раз. Профиль получает заданную кривизну без резкого перегиба. Нагрузки на стенку и полки различаются: наружные участки растягиваются, внутренние сжимаются.

Номера швеллера и марки стали принимают в работу после проверки возможностей производства. Единого диапазона нет. Результат зависит от фактических размеров сечения, состояния проката и направления изгиба.

Параметр	Что учитывают при расчёте
Типоразмер	Номер профиля, высоту стенки, ширину и толщину полок
Стандарт	Обозначение нормативного документа и геометрию сечения
Марка стали	Прочность, пластичность, состояние поставки и склонность к пружинению
Положение полок	Внутрь или наружу относительно центра дуги
Ось гибки	Сильную либо слабую ось сечения
Радиус	Место его измерения и допустимые отклонения
Состояние профиля	Прямолинейность, коррозию, вмятины, дефекты кромок и поверхности

При изгибе полками внутрь они находятся на сжатой стороне дуги. Здесь могут возникнуть волнистость и местная потеря устойчивости, особенно у широких или сравнительно тонких полок. При направлении полок наружу металл растягивается. Тогда контролируют состояние кромок, появление трещин и раскрытие сечения. Независимо от схемы стенка должна оставаться плоской, без подломов и заметного смещения в сторону.

Для гибки относительно сильной оси требуется большее усилие: профиль сильнее сопротивляется деформации. По слабой оси швеллер гнётся легче, но чаще возникают продольное скручивание и отклонение полок от нужного положения. Термины обязательно привязывают к чертежу. Одной фразы «полками наружу» для точного расчёта мало.

Минимальный радиус нельзя выбирать только по номеру профиля. Он зависит от марки стали, толщины стенки и полок, ориентации сечения, длины заготовки, нужной точности и допустимых местных деформаций. Нестандартное сочетание параметров требует технологической проверки, а иногда и пробной гибки. Числовое значение определяют после сверки с паспортом оборудования и подтверждённой технологической картой.

Вальцовка равнополочного и неравнополочного уголка

Равнополочный уголок симметричен относительно биссектрисы сечения, поэтому его поведение при прокате легче предсказать. У неравнополочного уголка центр жёсткости смещён к широкой полке. Заготовка из-за этого сильнее стремится повернуться вокруг продольной оси.

Размеры профиля и марки стали принимают после сверки с возможностями производства. Использовать диапазоны из общих таблиц нельзя: одинаковое обозначение профиля не даёт одинакового результата при разных радиусах и направлениях гибки.

Параметр	Равнополочный уголок	Неравнополочный уголок
Размер сечения	Две полки одинаковой ширины; доступность типоразмера подтверждают перед расчётом	Широкую и узкую полки проверяют отдельно с учётом их толщины
Марка стали	Нужны обозначение марки, стандарт и состояние поставки	Требуются те же данные; повышенная прочность может усиливать пружинение
Поведение при прокате	Симметрия упрощает удержание заданной ориентации	Асимметрия повышает риск продольного скручивания
Подбор оснастки	Ролики поддерживают обе полки и вершину уголка	Опоры настраивают раздельно под широкую и узкую стороны
Технологическая проверка	Нужна при малом радиусе или нестандартной стали	Может потребоваться и при сложной ориентации сечения

При гибке полкой внутрь эта часть уголка сжимается. На ней возможны волнистость и местный подлом, особенно если толщина невелика относительно ширины. Направленная наружу полка растягивается. На этом участке проверяют кромку и возможные трещины. Формулировку дополняют схемой или чертежом, чтобы исключить разные толкования.

При изгибе плашмя основное отклонение идёт в плоскости одной полки. Во время проката на ребро оно формируется в перпендикулярной плоскости. Профиль по-разному сопротивляется этим видам деформации, меняются также нагрузка на ролики и характер искажений. Поэтому одного значения радиуса недостаточно.

Скручивание ограничивают боковыми направляющими, фасонными роликами и опорой для свободной полки. Кривизну набирают постепенно, за несколько проходов. После каждого из них проверяют положение обеих полок, плоскостность дуги и угол между полками. У неравнополочного профиля дополнительно контролируют разворот сечения по длине.

Вальцовка двутавровых балок

Для расчёта двутавра недостаточно знать номер профиля. Нужны стандарт, фактические размеры стенки и полок, марка стали, состояние поставки и направление изгиба. Подходящие типоразмеры и материалы сверяют с возможностями производства. Непроверенные диапазоны номеров и марок стали нельзя заранее считать доступными.

Параметр	Что учитывают
Типоразмер	Высоту балки, ширину и толщину полок, толщину стенки
Материал	Марку стали, стандарт, состояние поставки, пластичность и склонность к пружинению
Сильная ось	Двутавр сильнее сопротивляется изгибу, нагрузка на оборудование выше
Слабая ось	Профиль легче принимает кривизну, но возрастает риск разворота сечения
Радиус	Проверяют вместе с ориентацией балки и допустимыми местными деформациями

Во время проката относительно сильной оси одна полка сжимается, а другая растягивается. Усилие между ними передаёт стенка. На сжатой стороне могут возникнуть волнистость и местная потеря устойчивости. Растянутая полка чувствительна к дефектам кромки и образованию трещин. С уменьшением заданного радиуса деформации растут, поэтому сохранить исходную форму сечения становится сложнее.

При гибке относительно слабой оси нагрузки распределяются иначе. Стенка может выйти из своей плоскости, а полки сместиться и закрутиться вдоль дуги. Даже небольшой продольный разворот осложняет последующую сборку. Поэтому свободные части сечения поддерживают по всей рабочей зоне.

Оснастку выбирают с учётом фактической геометрии балки. Фасонные ролики распределяют давление и не дают появляться вмятинам, боковые направляющие не позволяют профилю смещаться, дополнительные опоры уменьшают коробление полок. Радиус набирают постепенно. При крутом изгибе или непривычном сочетании сечения и стали может понадобиться пробная вальцовка.

В промежутках между проходами измеряют радиус, хорду и стрелу прогиба. Вместе с этим контролируют волнистость полок, отклонение стенки, симметрию сечения и продольное скручивание. Предельный радиус и допустимые деформации согласуют до запуска заказа. Общего значения для всех двутавров нет.

Направления изгиба, положение полок и выбор оси

Термины «полка внутрь» и «полка наружу» показывают положение элементов сечения относительно центра дуги. Обозначения «плашмя» и «на ребро» описывают расположение профиля в плоскости изгиба. Без эскиза такой информации мало: применительно к разным профилям эти слова нередко трактуют по-разному.

Термин	Швеллер	Уголок	Двутавр
Полки внутрь	Открытая сторона обращена к центру дуги	Одна из полок направлена к центру кривизны	Внутренняя полка находится со стороны центра дуги
Полки наружу	Открытая сторона обращена от центра дуги	Выбранная полка направлена от центра кривизны	Наружная полка расположена дальше от центра дуги
Плашмя	Изгиб идёт в плоскости стенки	Одна полка лежит в плоскости формируемой дуги	Стенка ориентирована поперёк плоскости дуги
На ребро	Стенка расположена поперёк плоскости изгиба	Полка поставлена ребром к плоскости дуги	Стенка лежит в плоскости формируемой дуги
Сильная ось	Направление с большим сопротивлением изгибу	Зависит от геометрии и ориентации полок	Изгиб в плоскости стенки, при котором основную нагрузку принимают полки
Слабая ось	Направление с меньшим сопротивлением и большей склонностью к развороту	Оси не совпадают с простыми направлениями «плашмя» и «на ребро»	Боковой изгиб, при котором легче возникают скручивание и уход полок

Для уголка точная привязка особенно нужна. У неравнополочного профиля стороны разные, поэтому пометки «внутрь» недостаточно. На чертеже указывают полку, обращённую к центру дуги.

Схема показывает плоскость изгиба, ориентацию поперечного сечения и направление к центру кривизны. Место измерения радиуса задают отдельно: по внутренней или внешней поверхности профиля либо по нейтральной линии. Полученные значения различаются на высоту изогнутого сечения.

Требования к заготовке перед радиусной гибкой

• Профиль должен соответствовать указанному в чертеже стандарту. Вместе с обозначением сечения передают марку стали и документы на прокат, если они нужны для приёмки.

• Фактическую длину заготовки согласуют до запуска. Слишком короткий отрезок может не закрепиться между роликами, а при подаче длинного профиля требуются свободное место и дополнительные опоры.

• Заготовка должна быть прямолинейной, без исходного продольного скручивания и заметного изгиба в другой плоскости. Иначе отклонения сохраняются или усиливаются во время проката.

• Поверхность проверяют на трещины, расслоения, глубокие риски, закаты и вмятины. Допустимое состояние металла определяют с учётом назначения готовой детали.

• После резки на торцах и кромках не оставляют острые заусенцы, наплывы и грат. Такие дефекты мешают прохождению через оснастку и создают участки концентрации напряжений.

• Сварные швы, прихватки и стыки заранее отмечают на чертеже. Их расположение, качество зачистки и допустимость прохождения через ролики проверяют отдельно, поскольку жёсткость в зоне шва отличается от свойств основного металла.

• Рыхлую окалину, загрязнения и следы сильной коррозии удаляют. Глубокие коррозионные раковины требуют оценки: они уменьшают рабочее сечение и повышают риск появления трещин.

• Состояние защитного покрытия фиксируют до гибки. Цинковый слой или краска могут получить потёртости и местные повреждения от контакта с роликами. Требования к сохранности и восстановлению покрытия согласуют заранее. Подготовка таких заготовок подробнее описана в материале «Правила обработки оцинкованной стали».

• На обоих концах предусматривают технологические участки для захвата и устойчивого проката. Их длину, припуск на торцовку и возможность последующего удаления назначают под конкретное сечение, радиус и оснастку.

Типовые дефекты, допуски и контроль геометрии

• Подлом выглядит как резкий локальный перегиб вместо плавной дуги. Он возникает при слишком сильном обжатии за один проход, неверной настройке роликов или недостаточной длине участка формирования кривизны.

• Волнистость чаще появляется на сжатой полке. Металл теряет устойчивость и собирается в складки. Риск растёт при малом радиусе, тонком сечении и недостаточной боковой поддержке профиля.

• Местная потеря устойчивости затрагивает стенку либо отдельный участок полки. Её признаки — выпучивание, вогнутость и уход элемента сечения из заданной плоскости.

• Трещины ищут на растянутой стороне дуги, возле кромок, прокатных дефектов и сварных швов. Осмотр проводят при хорошем освещении. Дополнительные методы контроля назначают с учётом требований проекта.

• Вмятины и следы роликов могут указывать на чрезмерное контактное давление, загрязнённую или неподходящую оснастку. Для деталей с декоративной поверхностью допустимое состояние покрытия согласуют отдельно.

• Продольное скручивание проявляется поворотом сечения вокруг оси заготовки. Особенно чувствительны к нему уголок, швеллер и другие открытые или асимметричные профили. Положение полок проверяют на нескольких участках дуги.

• Радиус контролируют шаблоном, лекалом или измерительным оборудованием. В чертеже заранее указывают, к какой линии относится размер: внутренней, внешней или нейтральной.

• Хорду измеряют между заданными точками дуги, стрелу прогиба — от хорды до контрольной поверхности профиля. По этим параметрам можно проверить кривизну неполного контура без определения центра окружности.

• Плоскостность оценивают на ровной контрольной поверхности либо относительно заданной базы. Вместе с ней фиксируют боковой уход дуги, положение стенки и отклонение полок.

• Приёмочные критерии определяют до начала работ. В них входят контролируемые размеры, базы измерения, точки проверки и допустимые следы обработки. Числовые допуски на радиус, хорду, стрелу, плоскостность и скручивание указывают после подтверждения производством. Полностью избежать местных деформаций можно не при каждом сочетании профиля, материала и радиуса.

Оборудование и многопроходный прокат профиля

1. Схему проката выбирают под конкретное сечение, марку стали, направление изгиба и требуемый радиус. От этих данных зависят положение валов, количество проходов и способ боковой поддержки заготовки.

2. Затем подбирают ролики и дополнительную оснастку. Рабочие поверхности должны удерживать стенку и полки, не сминать кромки и не оставлять недопустимых следов. Для открытых и асимметричных профилей используют направляющие, ограничивающие боковой уход и скручивание.

3. Первый проход выполняют с небольшим обжатием. Заготовка получает начальную кривизну без резкого подлома, после чего настройку корректируют по фактическому результату.

4. Радиус формируют постепенно, последовательно увеличивая воздействие валов. Многопроходный прокат снижает риск волнистости полок, выпучивания стенки и локальных вмятин. Количество циклов заранее не назначают: оно зависит от жёсткости сечения, материала и параметров дуги.

5. Между проходами проверяют радиус, хорду и стрелу прогиба. Вместе с ними контролируют положение полок, плоскостность, боковой уход и поворот сечения вокруг продольной оси. При появлении деформаций режим или оснастку корректируют.

6. Финальную настройку выполняют с учётом пружинения, поскольку после снятия нагрузки профиль частично распрямляется. Компенсацию определяют по материалу и промежуточным замерам. Универсального процентного запаса нет.

7. При нестандартном сочетании профиля, стали, ориентации и малого радиуса проводят пробную гибку. Она помогает оценить достижимую геометрию, состояние поверхности и необходимость другой оснастки до запуска всей партии.

Данные для расчёта по чертежу

Расчёт проводят по чертежу или эскизу, где точно обозначены профиль и стандарт. Для швеллера, уголка или двутавра указывают типоразмер и марку стали. Если фактические размеры сечения отличаются от номинальных, их тоже фиксируют.

В исходные данные включают длину одной заготовки и количество деталей. Также уточняют, входят ли в указанную длину технологические концы и припуски для последующей обрезки.

Кривизну обозначают радиусом или диаметром и указывают линию измерения: внутреннюю, внешнюю либо нейтральную. Для неполной дуги дополнительно задают хорду, стрелу прогиба и длину контура.

Ориентацию сечения, положение полок и ось гибки показывают на чертеже. Слов «внутрь», «наружу», «плашмя» или «на ребро» недостаточно, если плоскость изгиба не обозначена.

Форму готовой детали определяют заранее. Это может быть дуга, полукольцо, замкнутое кольцо или элемент со смешанным контуром. Для кольца отдельно согласуют способ соединения концов и требования к стыку.

Технические требования содержат допуски на радиус, хорду, стрелу, плоскостность и продольное скручивание. Там же указывают контрольные базы и допустимое положение полок после проката.

На технологию влияет и состояние поверхности. При расчёте учитывают цинковое или лакокрасочное покрытие, допустимые следы роликов, а также резку, торцовку, сварку, зачистку и окраску после гибки.

Стоимость и сроки

Стоимость и срок рассчитывают индивидуально. Они зависят от сечения и материала профиля, радиуса, направления изгиба, размера партии, количества проходов, специальной оснастки, объёма контроля, дополнительных операций и срочности.

Срок меняется в зависимости от сложности геометрии, состояния заготовки и необходимости пробного проката. Для серийной партии учитывают также настройку оборудования и промежуточные измерения. Основанием для расчёта служат согласованный чертёж и технические требования.

Примеры выполненных работ

По примерам работ можно оценить, подходит ли технология для похожей задачи. В таких материалах приводят фотографию детали, профиль и марку стали, направление гибки, радиус, количество изделий и проверенные параметры геометрии. Данные заказчика, относящиеся к конфиденциальным, не публикуют.

Расчёт для подготовки заказа можно запросить по чертежу. Подробности о технологии приведены в материале «Гибка и вальцовка металла».