用於製造具有小稜角半徑的熱軋空心型材的方法
2023-05-27 14:44:26
專利名稱：用於製造具有小稜角半徑的熱軋空心型材的方法
技術領域：
本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的用於製造由鋼構成的熱軋空心型材的方法。此外本發明還涉及一種按照權利要求5所述的按所述方法製造的空心型材以及一種按照權利要求6所述的這樣的空心型材的應用。在此特別涉及不同於圓形的空心型材，如例如按照標準EN 10210-2熱制的空心型材。
背景技術：
作為MSH 型材已知的熱軋空心型材可以不僅由冷制的縱向焊縫焊接的而且由熱制的無縫的具有基本上圓形的原始橫截面的管料製造。在使用冷制的縱向焊縫焊接的管料時，首先由一個成型成開口管的鋼帶通常藉助 HFI焊接製造一個圓管，將該圓管在加熱到成型溫度以後在相應的型材軋機機架中熱軋成一個空心型材。在使用熱制的無縫的管料時，將這些管料或是以相同的熱度或是重新加熱到軋制溫度，並且緊接著利用相應的軋製成型為一個具有所要求的矩形的或正方形的橫截面的空心型材。按照製成的空心型材，基本上作為結構管材除鋼結構建築的傳統應用領域外還日益用於工業建築、運動場設施、橋梁建築和機械製造、建築機械製造、特種製造、載貨汽車製造和農業機械製造以及鋼結構和高層建築。按照環境保護和經濟上的結構方式的越來越多的要求導致熱軋的空心型材的發展，這些空心型材的特徵在於關於所要求的平面轉動慣量或阻力矩具有較小的重量或在相同的標稱尺寸情況下具有較大的橫截面(稜角長度X公稱壁厚)並且與例如通過冷制由彎曲的薄鋼板製造的空心型材相比具有明顯更小的稜角半徑或可見稜角。由於空心型材的稜角半徑實際上是不均勻的，所以在標準EN10210-2中沒有規定外面的圓角半徑而是規定圓角區域的長度，以下稱之為可見稜角。在空心型材中小的可見稜角的優點一方面是較大的平面轉動慣量和較大的彎曲和扭轉剛度，而另一方面在型材稜角區域內的連接中產生較小的焊接坡口繼而產生更吸引人的外觀，這在可見結構中是很重要的。此外針對待連接的橫截面產生較寬的接觸面，藉此提高承載能力。此外當可見稜角小於壁厚時，可以將一個力至少部分地直線地導入一個平行於所述力的型材壁中，這對於靜態測量是有利的。但熱制的具有按標準EN 10210-2最大允許的可見稜角長度彡3.0Xt(t =壁厚) 的空心型材對於全部的應用範圍不再是足夠的。在這裡列舉例如用於高層樓房建築的能夠攀登的塔式旋臂起重機的應用範圍。在這種起重機中，通過插入一些附加的塔元件，逐步地提高塔高度並繼而提高起重機和吊鉤高度並且因此適應繼續施工進展。各塔元件由正方形的或矩形的空心型材組成，其中各垂直延伸的塔元件角型材，所謂的「角杆(Eckstiele) 」，通過一些居中設置在空心型材中的銷相互連接。為了加建塔元件，採用一個沿各垂直延伸的塔元件角型材的導向支架，其中由於銷連接的空間原因，各導輥必須很接近型材稜角地滾動。在可見稜角過大時，各導輥過遠地在空心型材中心滾動，從而不能再通過銷連接各個塔元件。對於具有較小的可見稜角的空心型材的其他的應用範圍例如是將電葫蘆-塔式旋臂起重機的起重臂的橫梁為電葫蘆滾輪保持一個較寬的支承面，或一般在受彎曲負荷的型材中，例如對於由DE 10 2007 031 142已知的由鋼構成的用於高負荷的起重機軌道支承系統和由DE 10 2006 010 951已知的由鋼構成的用於屋頂結構的支承系統。對於按標準EN 10210-2的熱制空心型材所允許的可見稜角長度(^和C2彡3. OXt 的最大值對於上述應用範圍明顯地過大。為此按照標準EN 10210因此基本上規定一個 1.5Xt的值作為計算基礎。至少在軋制技術上仍未辦到這樣減小在由冷制的焊接的或熱制的無縫製造的管料構成的空心型材中的可見稜角長度，以致這些空心型材可經濟地用於所描述的應用範圍。因此總是尋求一種在空心型材的可軋性、軋輥的磨損與可見稜角長度之間的折衷方案， 但這仍未導致符合要求的成果。因此對於這些應用至今優先採用例如由兩個L型側邊焊接在一起的空心型材，它們具有< l.OXt的很小可見稜角長度並由此明顯處於用於熱制的空心型材的標準預先規定之下。但這些由各個型材焊接而成的空心型材具有由焊縫引起的不均勻的材料特性的缺點並且由於焊縫內應力引起提高的變形危險並且在製造中是很耗費的。
發明內容
因此本發明的目的是，提供一種用於製造由焊接的或無縫製造的管料構成的具有矩形的或正方形的橫截面的熱軋空心型材的方法，利用該方法以簡單和成本低廉的方式在空心型材的軋制技術的製造過程中也可以實現具有C1或C2 < 1. 5Xt的可見稜角長度。按照權利要求1的前序部分結合其特徵部分的特徵達到所述目的。有利的進一步構成以及利用該方法製造的空心型材是諸從屬權利要求的主題。按照本發明的教導，為了達到所述目的，採用一種方法，其中對於一個預定的型材橫截面，待插入型材軋機中的管料關於至今按標準使用的公稱外徑具有一個加大的直徑， 該直徑由管料的待達到的減縮率和待達到的空心型材尺寸求得，其中待達到的減縮率處在-2. 0%至-13%的範圍內並且按照以下公式求得減縮率] = [(2 X (H+B))-3i XD] X 100% /[2 X (H+B)]在廣泛的實驗的範圍內令人驚喜地證實，在軋輥的預定的孔型情況下使用一個相對標準管料直徑加大的管料直徑導致在稜角區域內明顯改善的孔型充滿，因而可以實現明顯較小的可見稜角。通過相應選擇管料或管料直徑的減縮率，現在不僅可以實現< 1. 5Xt的可見稜角長度而且甚至還可以實現< 1. 0X t或< 0. 6X t的可見稜角長度。不過如實驗已表明的那樣，在與標準管料直徑相比過大的管料直徑亦即過大的減縮率時，軋卡的危險上升，在軋卡時，通過軋制驅動的待成型的管材在軋機機架中已在離開成型區之前就不再得到進給並且卡在軋機機架中。此外在一定的管料直徑以上存在的危險是，材料進入輥縫中並因此產生必須在補加工序中費力地去除的毛刺或凸起部。在與標準管料直徑相比過小的管料直徑亦即過小的減縮率時，孔型充滿在半徑區域內是不足夠的並且不產生足夠小的可見稜角。為此通過維持所需要的減縮率為管料直徑按照本發明的加大規定較窄的極限，其中已證明有利的是，對於可見稜角長度< l.OXt，減縮率為-2. 2%至-4.0%，而對於可見稜角長度彡0. 6Xt，減縮率為< -4. 0%。在本發明的一種有利的進一步構成中，與使用一種標準管料直徑相比，甚至不需要在軋輥的定徑方面進行改變就可以達到這些數值。按照本發明方法的優點在於，與由各個型材焊接在一起的空心型材相比，從現在起還可以將可很經濟地製造的熱軋空心型材用於由於至今過大的可見稜角長度而不可在那裡使用的那些應用範圍。
具體實施例方式以下各實例說明本發明的作用方式。客戶要求按EN 10210-2，C1 或 C2 彡 l.OXt。實例1
空心型材的要求尺寸(HxBxt): 220x220x16mm 熱管料的周長(U):889.07mm
算出的減縮率
測得的可見稜角長度C1或C2: 求得的係數CVt或C2/t:
-1.02 21mm
21/16=1.3 (不滿足)實例2
空心型材的要求尺寸(HxBxt) 熱管料的周長(U): 算出的減縮率
測得的可見稜角長度C1或C2: 求得的係數CVt或C2/t:
220x220x16mm
907.92mm
-3.08
14mm
14/16=0.9 (滿足)實例3 空心型材的要求尺寸(HxBxt):220x220x16mm
熱管料的周長(U):927.43mm
減縮率-5.11%
測得的可見稜角長度C1或C2:9mm
求得的係數CVt或C2/t:9/16=0.6 (滿足)下面藉助一個剖視圖更詳細地描述一個針對使用按照本發明的空心型材的應用實例。在唯一的附圖
中示出一個塔式旋臂起重機的一個塔元件的一部分，其中按照本發明製成的具有小的可見稜角的空心型材用作為結構元件。塔元件的空心型材1構成為垂直延伸的塔元件角型材「角杆」。空心型材的可見稜角用C1和C2進行標記。藉助一個居中地穿過空心型材1的相對置的側邊的銷2實現與待加建的塔元件的連接，該銷將下面的塔元件的塔元件角型材與安裝在其上的塔元件的塔元件角型材連接。空心型材1在銷連接的區域內設有加強板4、4'並且通過開口銷3、3'防止銷2 鬆脫。為了加建塔元件，採用一個沿垂直延伸的塔元件角型材的導向支架5，其中由於銷連接的空間原因，各導輥6、6'必須很接近型材稜角地滾動。現在利用按照本發明製成的熱軋空心型材由於很小的可見稜角長度而可以無困難地實現該導向支架。附圖標記清單
編號標記名稱
1空心型材
2銷
3、3'開口銷
4、4'加強板
5導向支架
6、6'導輥
H、B空心型材的稜角長度(高度、寬度)，mm
D軋制開始前熱管料的直徑，mm
U軋制開始前熱管料的周長，mm
t壁厚，mm
C」 C2可見稜角長度，mm
權利要求
1.用於製造由鋼構成的具有矩形的或正方形的橫截面的熱軋空心型材的方法，其中首先製造一個基本上圓形的通過熱軋無縫製造的或冷制的具有確定的公稱外徑的焊接的管料，緊接著在成型溫度下將所述管料成型為一個具有所要求的橫截面的空心型材，並且該空心型材的可見稜角C1和C2具有一個< 1. 5 X t (t =壁厚)的數值，其特徵在於，對於一個預定的型材橫截面，待插入型材軋機中的管料具有一個公稱外徑，該公稱外徑由管料的待達到的減縮率和待達到的空心型材尺寸求得，其中減縮率處在-2%至-13%的範圍內並且按照以下公式求得減縮率 ] = [(2X (H+B)) - π XD] X 100% /[2X (H+B)]。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，對於空心型材的可見稜角長度C1和 C2 ^ l.OXt，管料的減縮率為<-2. 2至-4%。
3.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，對於空心型材的可見稜角長度C1和 C2彡0. 6Xt，管料的減縮率為< -4.0% O
4.按照權利要求1-3之一所述的方法，其特徵在於，對於使用一種具有標準管料直徑的管料，在維持型材輥軋的定徑下實現成為一個空心型材的成型。
5.空心型材，利用按照權利要求1至4之一所述的方法的特徵製造。
6.將按照權利要求5所述的空心型材用作結構元件的應用，用於工業建築、運動場設施、橋梁建築、機械製造、起重機製造、建築機械製造、特種和載貨汽車製造、農業機械製造以及鋼結構和高層建築。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造由鋼構成的具有矩形的或正方形的橫截面的熱軋空心型材(1)的方法，其中首先製造一個基本上圓形的通過熱軋無縫地製造的或冷制的具有確定的公稱外徑(D)的管料，緊接著在成型溫度下將所述管材成型為一個具有所要求的橫截面的空心型材(1)並且，該空心型材(1)的可見稜角(C1和C2)具有一個≤1.5×t(t＝壁厚)的數值。在此對於一個預定的型材橫截面，待插入型材軋機中的管料具有一個公稱外徑(D)，該公稱外徑由管料的待達到的減縮率和待達到的空心型材尺寸求得，其中減縮率處在-2％至-13％的範圍內並且按照以下公式求得減縮率R[％]＝[(2×(H+B))-π×D]×100％/[2×(H+B)]；其中D為管料的公稱外徑和H5B為空心型材的稜角長度(高度、寬度)。
文檔編號B21D47/01GK102574191SQ201080038616
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月12日 優先權日2009年8月28日
發明者B·黑爾滕, N·特拉普, N·阿茨特, T·施密茨, T·米勒 申請人:V&M德國有限公司