Методика производства штампованных и катаных профилей
В строительно-монтажных работах широко используется металлический профиль, в основном из низкоуглеродистой стали, как сочетающий хорошие физико-механические свойства с невысокой стоимостью. Основные методы производства металлического профиля: гибка и прокат.
Холодный прокат применяется только для изготовления тонкостенного профиля из низкоуглеродистых сталей, а так же цветных металлов и сплавов. Основная масса строительного профиля производится горячим прокатом из литых заготовок (блюмов) или горячекатаных заготовок прямоугольного сечения (брусков).
Гнутый профиль производится глубокой штамповкой из относительно тонкостенного листа (до 4-5 мм). При этом происходит только деформация на изгиб, и практически отсутствуют смятие и течение металла. Что позволяет избежать повреждения листа даже при достаточно больших скоростях деформации (формования). Многих проблем с повреждением материала и накоплением остаточных деформаций в металле можно избежать при использовании предварительного подогрева стального листа. При этом, происходит увеличение скорости структурной релаксации металла, за счет чего обеспечивается снятие напряжений и уменьшение числа внутренних повреждений.
Оборотная сторона этих процессов состоит в нарушении чистоты поверхности из-за отхода окалины, увеличение средних размеров структурного зерна стали, и образование локальных концентраций металлических и особенно неметаллических включений стали. Все это приводит к повышению хрупкости и снижению усталостной прочности металла.
При горячем прокате происходит продольная ориентация структурных зерен и некоторое их расплющивание. При этом, металл вытягивается вдоль направления прокатки и повышается площадь границ структурных элементов. Конечно, наблюдается некоторая анизотропия свойств металла вдоль изделия. Но, это не играет существенной роли.
При горячей гибке, вытяжка зерна незначительна и происходит в поперечном направлении. Так как металлический профиль значительно больше подвержен поперечному разрушению (изгиб, срез, сдвиг и пр.), чем продольному (смятие, осадка и пр.), то поперечная ориентация структурного зерна при вытяжке менее предпочтительна.
Чем более сложную форму имеет профиль, тем меньше сказываются недостатки горячей гибки, но, тем тоньше металл можно использовать для столь глубокой и многократной деформации.
Таким образом, основной метод получения толстостенного металлического профиля (из листа более 4 мм) состоит в горячем прокате. Если требуется получить несложный профиль (например, уголок или швеллер) с высокими и очень однородными характеристиками (устойчивыми при низких температурах), то можно прокатывать на холодную профиль из листа до 5 мм. При этом количество пар формующих валков может доходить до 40-50 штук. Себестоимость такого профиля высока, требуемое качество можно получить при использовании легированной конструкционной стали.
Горячая гибка (штамповка) металлического профиля целесообразна только при отсутствии подходящего оборудования для получения другим путем, или при очень малотоннажном производстве, когда прокатный стан неоправданно дорог.
Холодная гибка (штамповка) профиля оправдывает себя при получении профиля небольшой длинны (до 2-4 метров) и из листа небольшой толщины (до 2-3 мм). При этом может использоваться самое различное штамповочное оборудование, вплоть до импровизированного на месте. Но, такой метод хорош в основном для малотоннажного производства или в отсутствии серьезной производственной базы.
В целом, гнутый профиль из тонкого листа практически не уступает по прочностным характеристикам аналогичному катаному профилю (особенно при сочетании большого, сложного сечении профиля с небольшой толщиной исходного листа). Но, значительно уступает ему по производительности и, следовательно, по цене. Хотя, к преимуществам гнутого профиля можно отнести большую точность и чистоту поверхности, особенно при небольшой длине изделий. Но, это преимущество играет существенную роль только при изготовлении заготовок для конкретных изделий (детали автомобилей, элементы каркасов мебели, комплектующие различных механизмов и пр.).
То есть, тонкостенный гнутый профиль это “привилегия” малотоннажного импровизированного производства, а катанный составляет основу промышленности. Толстостенный профиль изготавливают почти исключительно горячим прокатом, гнутый толстостенный профиль производят только за неимением прокатного стана.