專利名稱：熱軋梁及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱軋金屬梁及這種梁的制造方法，特別是這種熱軋梁具有翼緣和聯(lián)接翼緣的腹板且其中腹板具有的預(yù)定的第二厚度小于翼緣所具有的預(yù)定的第一厚度并在腹板上作出開口，并涉及用于鍛壓該梁的一部分或冷鍛其它金屬元件的鍛壓模。
通常熱軋金屬梁是用鋼材制造的，但也可以采用其它金屬。這種梁用于承載負(fù)荷并具有多種形式。在大多數(shù)情況下它們具有一對彼此隔開的翼緣并由腹板將它們連結(jié)在一起。通常這種梁的截面為工字形或C字形和一些更復(fù)雜的形狀。這種梁可以用于各種建筑結(jié)構(gòu)、載重汽車、道路及橋梁結(jié)構(gòu)件。許多這種應(yīng)用中都希望所制得的梁具有最大的強(qiáng)度并減小其所用金屬量。例如在建筑物中使用許多的梁，這樣就可以減低建筑物的總重量。
特別地一種稱作“堞腹”梁具有許多的這類優(yōu)點(diǎn)。這種梁通過由熱軋實(shí)腹工字梁形成。然后沿工字梁的腹板中部切成大體上曲折形狀，切成兩半的梁再在曲折部的頂尖處彼此再對焊起來。這些曲折部在相接的頂尖之間形成開口，例如在美國專利4894898中所述的(發(fā)明人P.A.Walker)。
所制成的堞腹梁的腹板部的高度比其原生梁有顯著的增加，但翼緣部分沒有變化。
這種梁的承載能力比原生實(shí)工字梁有所增加而不需再附加任何金屬，所以與實(shí)工字梁相比在重量上沒有增加。
堞腹梁的優(yōu)點(diǎn)還在于提供了穿過其梁腹板的開口，這樣就可以實(shí)現(xiàn)梁本身的輔助工作。很明顯在使用通常的實(shí)腹梁時沒有這種可能。
但很明顯地制造下述的梁的方法也是人們很想找到的，即具有通過腹板的開孔，又可免除費(fèi)錢費(fèi)時的切割與焊接操作，也不需要修整梁的端部。
如果可以熱軋出一種梁，其翼緣為標(biāo)準(zhǔn)厚度，而腹板的厚度顯著地薄于標(biāo)準(zhǔn)的或通常梁的腹板厚度，同時克服腹板變形的問題，就可明顯地降低這類梁的制造成本而不會相應(yīng)地降低其性能。
在前文的概述中并參照堞腹梁的制法可以理解對于堞腹梁的需求僅是對熱軋梁的需求的一小部分。當(dāng)將這種改進(jìn)梁與通常的梁相比較時上述的優(yōu)點(diǎn)意味它可以占據(jù)市場的最大部分，這是非常可觀的。同時它還意味著在這種梁的制造業(yè)中的一個重大的突破。
為了達(dá)到前述的目的，本發(fā)明包括了一個制造熱軋梁的方法，該梁帶有具有第一預(yù)定厚度的翼緣和在翼緣間延伸的腹板，該梁在熱軋機(jī)上進(jìn)行初步的熱軋使其具有連續(xù)的翼緣的梁件并同樣地在其間由腹板加以聯(lián)結(jié)且上述翼緣具有預(yù)定的第一厚度而腹板具有小于上述第一厚度的預(yù)定的第二厚度。然后上述梁件被冷卻。本發(fā)明還包括下述步驟，即再加熱上述梁元件到500℃至1200℃這一范圍之間并使其被加熱的梁件通過一臺金屬成形壓力機(jī)。上述壓力機(jī)進(jìn)行一些重復(fù)的動作在腹板上穿出一系列彼此具有間隔的開口并同時對腹板的保留部分進(jìn)行熱壓成形的矯正變形，最后將上述梁件冷卻。
本發(fā)明的進(jìn)一步的有益特征包括環(huán)繞上述開口成形出唇邊，這些唇邊相對于所述腹板平面構(gòu)成一個角度。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征還包括在梁被再次加熱時所需的熱量被集中在腹板上使其溫度升高而使上述翼緣仍處于溫度較低的狀態(tài)下。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特征還包括鄰近于上述腹板的開口處形成一些刻缺。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特征還包括對開口內(nèi)的腹板棄除部分在除去它們之前或過程中進(jìn)行成形加工從棄除部分中得到副產(chǎn)品，然后再將腹板的棄除部分的余留部分如前所述地切去來得到開口。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特征還包括環(huán)繞所述開口的唇邊被加以熱鍛以增加它們的厚度并在某些情況下也增加它們相對于腹板平面的角度。
本發(fā)明具有的各種新穎的特征在所附的并構(gòu)成本公開文件的一部分的權(quán)利要求中更為精確地加以指出。為了更好地理解本發(fā)明及其運(yùn)行的優(yōu)越性及在其使用過程中所達(dá)到的特定的目的起見，將通過附圖與詳述對在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行圖示闡述。


圖1是本發(fā)明的制造梁設(shè)備的簡略框圖；圖2是將已知的金屬梁轉(zhuǎn)變成本發(fā)明的梁的加工順序步驟示意簡圖；圖3是本發(fā)明在第一加工步驟時梁實(shí)施例的端視圖；圖4是梁的腹板中的開口成形步驟分步示意圖；圖5是圖4中的梁按5-5線的截面圖；圖5a所示梁與圖5類似，但開口不具有唇邊；圖6a與6b在對梁的腹板進(jìn)行開口同時成形附加價(jià)值的產(chǎn)品的步驟順序的分步示意圖；圖7是加熱梁的腹板而不加熱翼緣時所用的一種設(shè)備形狀的簡略透視圖8是圖7按8-8線的截面圖；圖9是用于成形開口，翼緣和平整腹板的典型的模具組的截面圖，示出其開模狀態(tài)；圖10是圖9的模具組在合模狀態(tài)時的截面圖；圖11是用于鍛壓環(huán)繞開口的唇邊與圖9相對應(yīng)的模具組的另一實(shí)例的截面圖，示出其第一部分閉合位置。
圖12是圖11所示另一模具組合模以鍛壓與加厚唇邊時的截面圖；圖13是圖11的細(xì)節(jié)的放大截面圖；圖14是圖12的細(xì)節(jié)的放大截面圖；圖15是帶有熱鍛腹板與唇邊的由圖11與12的模具成形的梁的截面圖。
首先參照圖1，該圖是表示用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的加工設(shè)備的示意圖。
該設(shè)備包括以標(biāo)號(10)指出其總體的用于生產(chǎn)熱軋梁的熱軋機(jī)、用于冷卻梁的貯存工位(12)、用于再次加熱梁的加熱室(14)、以及用于成形梁的腹板的金屬成形壓力機(jī)。為了下述的用途可以隨意地再增設(shè)若干壓力機(jī)(未示出)。
現(xiàn)參照圖1與2，參照梁體在工藝過程中的不同階段的形狀來對其工藝步驟進(jìn)行描述。以標(biāo)號(20)指示一段典型的金屬型材或坯料，其橫截面通常是扁長方形的，或在某些情況是“狗骨”形的，并處于高溫狀態(tài)，例如在黑色金屬的情況下其溫度是處于500℃至1200℃之間的范圍內(nèi)。
但是其它的金屬和金屬合金也可以在改變了的溫度下進(jìn)行熱軋。
當(dāng)型材(20)通過熱軋機(jī)生產(chǎn)線(10)時它成形為所希望的梁的形狀，如圖中標(biāo)號(22)所示的標(biāo)準(zhǔn)的工字梁，當(dāng)然僅僅是作為一個例子而不用來限定任一特定的形狀。
在許多情況下，在許多熱軋機(jī)中的梁體是首先在一個方向上軋制然后在另一個方向上軋制，從而它沿生產(chǎn)線作多次的往復(fù)軋制。
成品梁隨后在上述的冷卻工位(12)處被冷卻。
可以看到(在圖3中)工字梁的截面上限定了兩個具有預(yù)定的第一厚度的翼緣(24-24)與連接兩個翼緣的具有第二厚度腹板(26)?？梢钥闯龈拱宓暮穸蕊@然小于翼緣的厚度，并且當(dāng)梁體冷卻后腹板可能會呈現(xiàn)出某種程度的畸變(未示出)。
然后對工字梁(22)進(jìn)行再次地加熱，例如在加熱室(14)中(在下面描述)。按前面所說明的，加熱室(14)最好設(shè)計(jì)成熱量被聚集輻射到腹板上對其進(jìn)行加熱而最大程度地減小翼緣的升溫。這是本發(fā)明的很重要的特征，在此描述過程中這一點(diǎn)會變得很明白。
腹板將被加熱至“熱成形”溫度，一般應(yīng)在500℃至1200℃之間。
從加熱室送出的在圖2中以標(biāo)號(22A)所指示的帶被加熱的腹板的工字梁再通過一個或多個金屬成形壓力機(jī)(16)制作成成品梁(32)，例如可以是腹板上帶有具有與腹板平面成一角度的唇邊(30)(見圖4)的開口(28)的梁，其唇邊圍住開口。
在大多數(shù)情況下梁上的開口(28)由唇邊(30)所環(huán)繞以使腹板具有最大的強(qiáng)度。
但在某些情況下也可以想象到開口可以不帶有唇邊。
圖5a中所示的截面所表示出的即是無唇邊的開口的梁。
在圖5a或與圖5對應(yīng)的部位所注的標(biāo)號亦于圖5相同，但附加后綴a。
在壓力機(jī)中采用的模具設(shè)計(jì)(圖9和圖10)可成形腹板但不觸及翼緣的形式。但通常地圖中所示實(shí)施例中的模具設(shè)計(jì)成可以在加熱的腹板上沖出一個(或兩個)開口。環(huán)繞開口的唇邊最好也同時形成。最好模具具有環(huán)繞沖頭成形部分的平成形平面以通過后者使腹板上開口的周圍部分變得平坦來矯正在熱軋及后續(xù)的梁體冷卻工序中由于腹板的厚度薄于翼緣的厚度而產(chǎn)生的變形。
開口的形狀可以是任何形狀。例如是圓形，或是在這種情況下采用的具有圓角的近似三角形的形狀，而平的成形面應(yīng)是帶直角的以便在模具組的每次動作過程中與腹板盡可能成最大面積接觸以使其成形，使得在每次合模后兩翼緣之間的環(huán)繞開口處保留的腹板全部面積上的變形得以平整矯正。
對于所示的三角形的開口來說，可以在具有兩組沖模的同一壓力機(jī)上加工，也可以在各具有一組沖模的兩臺壓力機(jī)上加工。
從腹板上沖去一部分的結(jié)果減少了梁體的總重量。環(huán)繞開口的唇邊的成形加強(qiáng)了腹板而加工整平腹板的余留部分同時平整并加強(qiáng)了腹板。
在冷卻后梁的翼緣部分通常受到強(qiáng)化處理(現(xiàn)有技術(shù))，此處不再描述。
結(jié)果所得到的成品穿孔梁的承載負(fù)荷能力基本上與具有相等翼緣面積與相等腹板高度的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)腹梁相同(但在大多數(shù)情況下翼緣厚度較腹板厚度較大)，而生產(chǎn)成本低得多。在大多數(shù)情況下，成品穿孔腹板梁的腹板厚度明顯小于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)腹梁的腹板厚度。這是由于經(jīng)過一臺或多臺壓力機(jī)對腹板進(jìn)行加工，此外由于熱壓而消除了因腹板的厚度減小而引起的腹板歪曲。
即實(shí)質(zhì)上不僅僅是從腹板上沖落金屬以形成開口，而且與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)腹梁相比還使得腹板的厚度減薄。這樣與實(shí)腹梁相比整個梁的重量或質(zhì)量就得到了實(shí)質(zhì)性的減少。
從本發(fā)明的兩個特征可以獲得較大的經(jīng)濟(jì)利益。
從圖4中可以看出近似地呈三角形的開口(28)的區(qū)域，它具有半徑較大的圓角(34)與直線狀的邊沿(36)。
可以看出三角形的開口(28)方向交替地指向腹板的相對兩側(cè)，這樣就大體上限定出腹板的斜撐，后者把三角形開口彼此隔離開。
環(huán)繞開口(28)的翼緣(30)沿支撐(38)的每一側(cè)沿延伸的狀態(tài)也是可以看到的。斜撐與凸緣的設(shè)置從截面看基本上呈槽形以使腹板盡管在開口處去掉了可觀的金屬材料仍能具有很高的強(qiáng)度并在重量上大大減輕。此外重量上所得到的節(jié)約在多種情況下可以通過腹板的厚度與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)腹梁相比可觀地減薄來達(dá)到。
再之，成品的穿孔腹梁具有許多堞腹梁的優(yōu)點(diǎn)。它的強(qiáng)度與重量的比大大高于實(shí)腹梁，同時它又允許梁本身的輔助工作。在不增加堞腹梁高度以及其不大大增加成本的同時，并與標(biāo)準(zhǔn)梁等尺寸的情況下就可以獲得堞腹梁的優(yōu)點(diǎn)。這種穿孔的腹梁可以直接與標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)腹梁競爭，而從許多方面來看它比起實(shí)腹梁具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。
在標(biāo)準(zhǔn)的情況下，穿孔的梁腹所具有的彼此隔開的開口在橫向上占去腹板約75％的寬度，在開口的每一側(cè)遺留下約12％的腹板金屬。
從腹板上移出的金屬實(shí)際上通常約占腹板金屬面積的50％。這是本發(fā)明所能實(shí)現(xiàn)的節(jié)約的主要部分。
如已在上文中所概述的，還可以進(jìn)一步通過在每一斜撐38的端部或“根”部設(shè)置大致上呈三角形的刻缺(40)來增加腹板的強(qiáng)度。
可以看出每一個略呈三角形的刻缺都具有兩條直邊(42)與第三條略為彎曲的邊(44)。二直邊中之一在三角形的基部，并基本上平行于梁的翼緣(24)。
微曲的邊(44)與近似三角形開口(28)的圓角(34)中之一相鄰。曲邊(44)的圓弧線與開口的圓角(34)的圓弧線互補(bǔ)。
另一直線部(42)大體上平行于刻缺另一側(cè)的三角形開口(28)的直邊(36)但與其具有間隔。
這樣略呈三角形的刻缺(40)形成了兩條斜撐的根部即直線狀斜撐根部(46)與曲線狀或弓形的斜撐根部(48)。
這一特征進(jìn)一步增加了腹板的強(qiáng)度。
本發(fā)明的一個特佳的實(shí)施例中，梁經(jīng)受兩組或更多的壓力機(jī)與模具的順序加工。這些模具將執(zhí)行一系列腹板加工操作，如圖6a與6b所示。
這一系列加工的目的是從腹板的一部分上形成具有“附加價(jià)值”的第二元件，后者被切下并通常被丟棄。在最簡單的情況下，這種附加價(jià)值元件例如可以成為一個墊片，盡管這僅僅是可以以這種方式制造出來的許多不同的第二元件的一個例子。
這樣為了成形一個作為第二零件的墊片，采用第一模具組來沖壓出一個中心孔(50)與一個圓形的墊圈形的部分(52)。第二模具組用來在墊圈被移去所形成的空間周圍切下一個邊角料(54)以形成腹板上的一個主開口(28)并環(huán)繞開口(28)形成唇部(30)并平整腹板(26)的余留部分。
這些不同的步驟被分別顯示，但可以在兩套模具中執(zhí)行或可以想到地在一套模具上執(zhí)行。
加熱腹板而不加熱翼緣借助于如圖7與8中所示與適當(dāng)?shù)碾娫?58)相聯(lián)的上、下電感應(yīng)加熱器(56)與(57)來有效實(shí)施。
這種感應(yīng)加熱器為便利起見可以安裝在如圖7與8中以標(biāo)號(14)所指的假想線范圍內(nèi)概略示出的適當(dāng)?shù)姆忾]體或小室中。
具有適當(dāng)加熱能力的感應(yīng)加熱器可以在梁直接穿過它們之間時迅速地加熱減小厚度的腹板所以它們可以有效地應(yīng)用于正好位于壓力機(jī)流水線上方的連續(xù)的生產(chǎn)線之中。感應(yīng)加熱器設(shè)計(jì)成熱力直接聚集在腹板上而基本上不使翼緣受熱，這樣腹板一般被重新加熱至500℃至1200℃之間的“熱成形”溫度而在翼緣上僅僅是由于從腹板至翼緣的熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生適度的溫升。
該種類型的感應(yīng)加熱器可以把熱量直接聚焦在梁上所需要加熱的部位。也可以采用其它形式的加熱器例如煤氣燃燒器或輻射加熱器。
在圖9與10中以舉例的方式描述了用于固定式壓力機(jī)中的一種典型的模具組。
模具組具有通常的上下板(60)與(62)和導(dǎo)桿(64)。下模包括內(nèi)模部分(66)與外模平面成形部分(68)，兩者都被平臺(70)所支承。下模部分(68)可以在圖9與10中所示的位置之間上下移動，并被彈簧裝置(69)豎直向上推動。內(nèi)模部分(66)具有一個內(nèi)切削刃(72)和一個大致上傾斜一角度的肩部(74)。外模部分(68)具有一個平的成形表面(76)。
上模包括中心沖頭部分(78)，沖頭上具有切削刃(80)。在間隔(82)以外有一個外平面成形模部分(84)，后者帶有一個圓形的成形肩(86)。間隔(82)可以接納下內(nèi)模(66)的一部分，如在圖10中所示的。內(nèi)上模(78)與外成形模部分(84)支承于上模墊(88)之上。
適當(dāng)?shù)木o固件和螺栓用來把各元件彼此固定起來，因這屬于被熟知的技術(shù)，所以未在圖中表示。
應(yīng)注意當(dāng)模具組壓緊切除部分時，可以是成形“附加價(jià)值”元件(52)(圖6a)或是廢棄部(54)(圖6b)并通過內(nèi)下模(66)落下，腹板就這樣在切削刃(72)與(80)之間被切削。
當(dāng)模具進(jìn)一步貼合時上外成形模部分(84)把腹板的余留部分向下壓到下外成形模部分(68)和肩(74)上。
下模部分(68)下移(圖10)壓縮彈簧(69)。這樣腹板被壓平而向上彎出唇邊(30)(如圖所示)。這樣環(huán)繞開口的唇邊(30)得以成形。整個動作過程中梁的二翼緣處于模具外側(cè)而未受到作用力。墊片(90)可以置于下外部(68)兩側(cè)以調(diào)整梁相對于模具組的位置。
為了加速運(yùn)行速度固定壓力機(jī)或機(jī)組可以用一臺或多臺回轉(zhuǎn)臺壓力機(jī)所替換，如美國專利申請No.33613所介紹的，該專利申請1991.6.18被授予專利權(quán)，發(fā)明人為ErnestR.Bodnar。
在本發(fā)明操作中可以看出使用具有厚度減少的腹板的梁并僅使腹板被再次加熱而使翼緣在使腹板再加熱過程中處于低溫狀態(tài)，而后可以使該梁通過一臺或一組壓力機(jī)(壓力機(jī)可以是固定式的或回轉(zhuǎn)臺式的)使用壓力機(jī)上的模具對腹板進(jìn)行成型加工而不觸及翼緣。翼緣是筆直的而具有剛性并且基本上未被加熱，使得梁易于搬運(yùn)。這樣腹板加熱成形時就不會象再把整個梁即包括翼緣與腹板均在內(nèi)都加熱至腹板成形溫度那樣需要任何對梁的附加支承或其它特殊的搬運(yùn)裝置。進(jìn)一步說，與把整個梁再加熱相比，把加熱操作局限在腹板處可以使操作成本得到實(shí)質(zhì)性的降低。
作為本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約的例證，可比較下述數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)400mm工字梁(有代表性的)翼緣厚8.3mm腹板厚6.3mm腹板無開孔改進(jìn)的400mm工字梁(有代表性的)翼緣厚8.6mm腹板厚3-4mm開孔處所除去的腹板金屬量占腹板質(zhì)量的50％。
標(biāo)準(zhǔn)600mm工字梁(有代表性的)翼緣厚11mm腹板厚8.5mm腹板無開孔改進(jìn)的600mm工字梁(有代表性的)翼緣厚11mm腹板厚4-5mm開孔處所除去的腹板金屬量占腹板質(zhì)量的50％。
標(biāo)準(zhǔn)800mm工字梁(有代表性的)翼緣厚38mm腹板厚21mm腹板無開孔改進(jìn)的800mm工字梁(有代表性的)翼緣厚38mm腹板厚5-6mm開孔處所除去的腹板金屬量占腹板質(zhì)量的50％。
標(biāo)準(zhǔn)1000mm梁(有代表性的)翼緣厚21mm腹板厚16mm腹板無開孔改進(jìn)的1000mm工字梁(有代表性的)翼緣厚21mm腹板厚6-7mm開孔處所除去的腹板金屬量占腹板質(zhì)量的50％。
當(dāng)然不可能把所有的標(biāo)準(zhǔn)梁的規(guī)格和所有的改進(jìn)梁的規(guī)格都作為例子舉出來。
從所舉的數(shù)值可以看出主要的節(jié)約是在400mm梁的重量上得到的，而這種節(jié)約在600、800與1000梁的情況下也能得到。
現(xiàn)在以400mm梁為例，其翼緣厚與腹板厚之比可表示如下標(biāo)準(zhǔn)梁翼緣厚比腹板厚1.51。
改進(jìn)梁翼緣厚比腹板厚31。
從這些比例可以得到本發(fā)明的方法所能達(dá)到的節(jié)約效果的一些概念，即與具有同樣的翼緣寬度、厚度與同樣的腹板高度的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)腹梁相比之下即實(shí)現(xiàn)了節(jié)約又在實(shí)質(zhì)上保持住了同樣的承受荷載的能力。
標(biāo)準(zhǔn)梁與改進(jìn)梁試件的抗彎性能由下述公式計(jì)算Mr=ZpLn(Fy)其中ZpLn是在200mm穿孔深度條件下的凈塑性剖面系數(shù)，而Fy是鋼的屈服強(qiáng)度。
標(biāo)準(zhǔn)實(shí)腹梁的抗彎性能Mr與受試的改進(jìn)梁樣品的試驗(yàn)彎矩示于下假定Fy=300MPa標(biāo)準(zhǔn)梁400mm(名義)×140mm×39mm(m=38.6kg/m;tw=63mm)-Mr/m=｛EMBEDEquation｜｝=5.57受試的改進(jìn)的穿孔腹梁400mm名義尺寸×140mm×39mm(m=31-45°=26.5kg/m;tw=3mm)穿孔質(zhì)量損失Mr/m=｛EMBEDEquation｜｝=7.09按照本發(fā)明的進(jìn)一步的特征，環(huán)繞開口的唇邊可以基本上與穿孔與彎唇邊操作同步地加以熱鍛處理。
另一個實(shí)施例用圖11、12、13與14中所示的改進(jìn)的模具組加以描述。這里的描述在許多方式上與圖9與圖10中對所示的模具組的描述相對應(yīng)。該改進(jìn)的模具組包括上陽模(100)與下陰模(102)。上陽模(100)包括頂板(104)，它安裝于上模頂桿(106)上。中央墊板(108)支持著內(nèi)陽模(100)。
外唇邊彎曲模(112)也被支承在墊板(108)上。在內(nèi)切割模(110)與外彎模(112)之間有一個中間鍛模部分(114)，該鍛造模部分(114)確定了一個鍛壓頭(116).
外平面成形模部分(112)借助于肩部(117)可滑動地安裝在鍛模(114)上。上斜楔隨動件(118)安裝在外彎曲模(112)上。斜楔隨動件(118)的上端帶有斜面，后者被納入斜楔桿(122)的傾斜縫(120)中。
斜楔桿(122)的外端在(124)處成斜角狀安放在一個固定的支柱件(126)上。支柱件(126)安裝在柱(128)的上端并伸入板(104)的槽(130)中。柱(128)安裝在下模(102)上，后者在下文中加以描述。
這樣，外平面成形模部分(112)就可以在斜楔桿(122)的控制之下作上下的移動。模具部分(112)可在彈簧組(未示出)的作用下被正常的推向低位。
一種緩沖器部分(132)緊固在板(104)的下側(cè)，而同時靠在柱(128)上的支柱(126)的外表面上。
下模(102)包括有板(134)，在其上安裝有內(nèi)切割模元件(136)和外平面成形模元件(138)。外成形模(138)可以上下滑動并可與以在圖9與10中所示的那種方式與模具相聯(lián)的彈簧(未示出)作用下正常上行。
下切割模元件(136)具有一內(nèi)剪切刃(140)和一具有曲線形肩(143)的外模面(142)。模面(142)在本身與上成形模部分(112)的內(nèi)面(144)之間限定出一個預(yù)定的間隔。內(nèi)面(144)限定出一個弧度使腹板的唇邊繞這一具弧度部來被彎曲成形。在下切割模(136)的外表面(142)與上成形模(112)的表面(144)之間的間隔的尺寸大于腹板金屬的厚度。
在操作過程中，當(dāng)模具(100)和(102)貼緊于它們的切割與彎曲工位時(圖11與13)基本上如圖11與13所示的那樣腹板被切割而唇邊被彎曲出。
當(dāng)上模繼續(xù)地貼靠，而上外模部分(112)已經(jīng)觸底而不能繼續(xù)運(yùn)動。在彎曲工位(圖11)中外成形模(112)被與斜楔桿(122)配合的柱(128)保持向下。
但在圖11中指出的位置中上成形模(112)已經(jīng)觸底，斜楔桿(122)的斜楔面(124)正好抵在支柱(126)上，這樣斜楔桿(122)就可以稍微滑向左側(cè)(圖12)而柱(128)就升入斜楔縫(120)中。這種動作隨之使模板(104)與墊(108)及其它與它們相聯(lián)的保持元件進(jìn)一步地進(jìn)行某種程度的下降進(jìn)入合模鍛壓工位(如圖12與14所示)。
而無須外成形模(112)作進(jìn)一步地移動。
這就使鍛壓頭(116)隨之降入表面(142)與(144)間的空間并隨后與唇邊向上彎曲部的邊緣接觸并將其向下推入在表面(142)與(144)之間的空間。
這樣就鍛出唇邊的邊緣部，唇邊相對于腹板間的折角增大。同時使唇邊的厚度超過腹板的厚度，也在某種程度上減小了唇邊的高度。
和開口以及環(huán)繞開口鍛成的厚度比腹板厚的唇邊組成的一種腹板，所述的腹板強(qiáng)度大大地增加。唇邊的彎角的增大也進(jìn)一步地增強(qiáng)了腹板并增大了開口處的面積。
所有這些因素都由一套模具以出色并有效的方式來達(dá)到。
現(xiàn)在參見圖15，其中示出用上述改進(jìn)的鍛模成形的梁的截面。
該改進(jìn)梁總體以標(biāo)號(150)指出，它包括具有大于第二厚度的第一預(yù)定厚度的上、下翼緣(152)以及具有第二預(yù)定厚度的腹板(154)。
開口(156)如圖所示穿通腹板(154)而形成，而唇邊(158)如圖所示環(huán)繞于開口形成。
可以看出唇邊(158)相對于腹板平面大致彎曲成90°。還可以看出唇邊(158)的厚度Lt大于腹板(154)的厚度Wt。
唇邊(158)厚度的增加是如上所述地由對唇邊的熱鍛所形成。
唇邊的90°彎角與其厚度的增加為腹板(154)提供了很高的附加強(qiáng)度。
還有被開口(156)所限定的敞開面積增加了，這進(jìn)一步增進(jìn)了梁的通過其本身輔助的性能。
所述梁為具有穿孔腹板的工字梁，但可以理解到按本發(fā)明可以對其它多種類型的梁截面進(jìn)行改良。
前面對本發(fā)明最佳實(shí)施例的敘述僅僅是一種舉例方式。本發(fā)明并不局限于已敘述過的任何具體的特征，但應(yīng)當(dāng)理解其所有的變化形式是包括在從屬權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.制造一條具有翼緣(24)和連接所述翼緣的腹板(26)的整體金屬梁(22)的方法，該梁由加熱的金屬工件(20)熱軋成成為一條具有翼緣并有延伸于其間的腹板的整體梁。該翼緣具有預(yù)定的第一厚度而該腹板具有小于上述第一厚度的預(yù)定的第二厚度，其特征是包括下述步驟加熱上述腹板(26)至熱成形溫度；使加熱的腹板(26)通過至少一組金屬成形模具組(16)以在上述腹板中形成開口(28)并由平面夾緊模部分對腹板加以整平；在不對翼緣(24)進(jìn)行加工的條件下重復(fù)地朝向腹板(26)閉合上述至少一組模具組以在腹板(26)內(nèi)成形開口(28)；以及夾緊腹板(26)以使其環(huán)繞上述開口(28)的腹板(26)平整。
2.如權(quán)利要求1所述的制造梁的方法，其特征在于把上述至少一組模具組(16)合攏在腹板(26)的步驟，在環(huán)繞開口(28)的周圍形成與腹板成一角度的唇邊(30)。
3.如權(quán)利要求2所述的制造梁的方法，其特征在于上述開口(28)基本上為具有圓角的三角形形狀并交替地指向所述梁的相對翼緣(24)，上述開口在它們之間限定出大致上從腹板一側(cè)斜行至另一側(cè)的斜撐部分(38)，所述唇邊(30)沿上述斜撐的每一側(cè)延伸給出相同的基本上呈凹槽形的橫截面。
4.如權(quán)利要求3所述的制造梁的方法，其特征在于包括在所述腹板中每一斜撐部分(38)的每一端處成形基本上呈三角形的刻缺(40)的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的制造梁的方法，其特征在于上述基本呈三角形的刻缺(40)具有平行于翼緣(24)的直線邊(42)和平行于相鄰開口(28)的一邊的又一直線邊(42)以及鄰接于上述鄰接開口圓角(34)的曲線邊(44)，由此限定出位于上述三角形刻缺(40)的每一側(cè)分開的斜撐根部(46、48)。
6.如權(quán)利要求1所述的制造梁的方法，其特征在于腹板(26)被加熱時保持翼緣(24)處于一減低的溫度狀態(tài)，以便利于在所述腹板通過上述至少一組金屬成形模(16)時對所述梁進(jìn)行操縱并利于所述腹板(26)的沖孔。
7.如權(quán)利要求1所述的制造梁的方法，其特征在于上述梁為工字梁，用時板(26)高度約為400mm而其中翼緣(24)的厚度在約8至9mm之間，腹板(26)厚度約在3至4mm之間。
8.如權(quán)利要求1所述的制造梁的方法，其特征在于腹板(26)的高度約為600mm而其中翼緣(24)厚度在11至12mm之間而腹板(26)厚度在4至5mm之間。
9.如權(quán)利要求1所述的制造梁的方法，其特征在于腹板(26)的高度約為800mm而其中翼緣(24)厚度在約38與39mm之間而腹板(26)厚度在約5與6mm之間。
10.如權(quán)利要求1所述的制造梁的方法，其特征在于腹板(26)的高度約為1000mm而其中翼緣(24)厚度在約21與22mm之間而腹板(26)厚度在約6與7mm之間。
11.如權(quán)利要求1所述的制造梁的方法，其特征在于所述翼緣(24)具有厚度T而腹板(26)具有厚度t，其中比例T∶t約為3∶1或更大。
12.如權(quán)利要求2所述的制造梁的方法，其特征在于包括熱鍛上述唇邊(30)的步驟，由此可增加唇邊(30)相對于腹板(26)的角度和相對它的厚度。
13.如權(quán)利要求1所述的制造梁的方法，其特征在于包括加工處于開口(28)內(nèi)的腹板(26)的部分(52)并在從開口中除去所述腹板這一部分之前進(jìn)行的步驟，由此從腹板處成形出具有附加價(jià)值的產(chǎn)品(52)并且接著從該附加價(jià)值的產(chǎn)品周圍的腹板部分(54)被除去。以成形所述開口(28)。
14.制造一條具有翼緣(24)和連接所述翼緣的腹板(26)的整體金屬梁的方法，其特征在于熱軋-加熱的金屬工件(20)以制得具有翼緣(24)與延伸于翼緣之間的腹板(26)的一條整體梁(22)，上述翼緣具有預(yù)定的第一厚度T而上述腹板具有預(yù)定的小于上述第一厚度的第二厚度t，其中比率T∶t為3∶1或更大。對腹板(26)再加熱至熱成形溫度；將加熱的腹板(26)通過至少一組金屬成形模具組(16)，后者具有平面夾緊模部分(84)用以對所述腹板加以整平。重復(fù)地朝向腹板(26)合攏上述至少一組模具組(16)在不加工翼緣(24)的情況下使上述平面夾緊模部分(84)平整所述腹板。
15.用于制造具有翼緣(24)和連接所述翼緣的腹板(26)的一根整體金屬梁的設(shè)備，該梁由加熱的金屬工件(22)熱軋制成，該設(shè)備的特征在于用于加熱所述腹板(26)而基本上不加熱翼緣(24)的加熱裝置(56、57)；至少一組金屬成形模組(16)，它依次包括用于在加熱的所述腹板(26)上沖切出一開口(28)沖孔模部分(78)；用于環(huán)繞開口(28)彎曲出唇邊(30)的彎曲模部分(72、80)；以及平整模部分(68、84)，用于與環(huán)繞唇邊(30)的腹板(26)相接合以平整所述腹板(26)；由此在所述腹板(26)上有間隔地沖出開口(28)，彎曲出環(huán)繞開口(28)的唇邊(30)，并對所述翼緣之間腹板余留部分加以平整。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于上述加熱裝置(56)包括彼此具有間隔的感應(yīng)加熱裝置(56、57、58)，它們適于可在上述梁的腹板(26)從它們之間通過時使腹板(26)受到集中地加熱同時使梁的翼緣(24)處于感應(yīng)加熱裝置之外而基本上不被加熱。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備還包括副產(chǎn)品件模具裝置(72、78)以用于在從所述腹板(26)上沖切出所述開口之前在腹板(26)開口(28)范圍內(nèi)成形出副產(chǎn)品件(52)。
18.一種金屬沖孔、成形與鍛壓模，其特征在于包括用于在金屬工件(26)中沖出開口(28)的沖孔模部分(110)；用于使金屬工件的一部分(30)沿所述開口(28)處折彎的成形模部分(136)，位于所述沖孔模部分與所述成形模部分之間的鍛壓模部分(116)，所述成形模部分可以相對于鍛壓模部分移動。
全文摘要
制造一條具有翼緣(24)和連接所述翼緣的腹板(26)的整體金屬梁的方法，該梁由加熱的金屬工件(20)熱軋成型為一條具有翼緣并有延伸于其間的腹板的整體梁，其中腹板被加熱至成型溫度，而翼緣基本上未被加熱，然后腹板通過至少一組金屬成型模具組(16)進(jìn)行加工。該方法還包括在腹板上沖切出開口(28)、在開口周圍成型出唇邊(30)、從開口處的腹板棄除部分上成型出副產(chǎn)品件(52)，還要對環(huán)繞開口處的唇邊(30)進(jìn)行熱鍛。
文檔編號B21D28/24GK1107758SQ9411284
公開日1995年9月6日 申請日期1994年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月12日
發(fā)明者歐內(nèi)斯特·羅伯特·博德納爾 申請人:歐內(nèi)斯特·羅伯特·博德納爾