PL224142B1 - Sposób profilowania blach - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób profilowania blach, mający zastosowanie w profilowaniu blach pokrytych przynajmniej jedną warstwą ochronną. Sposób ma zastosowanie w szczególności w wytwarzaniu z blachy elementów pokrycia dachowego, na przykład elementów w postaci blachodachówki lub wytwarzaniu blachy trapezowej.

W znanym sposobie profilowania blach, wykorzystywanym w produkcji blachodachówki, elementy pokrycia dachowego wytwarza się z blachy płaskiej dostarczanej w kręgach. Blacha jest pokryta co najmniej jedną warstwą ochronną. Materiał składowany jest na placu lub hali magazynowej. Produkcja blachodachówki odbywa się przez cały rok. W przypadku zapotrzebowania produkcyjnego, kręgi blachy są przywożone na hale produkcyjne. W okresie letnim następuje z nich bezpośrednio produkcja elementów pokrycia dachowego w postaci blachodachówki. W okresie jesienno-zimowo-wiosennym, gdy temperatura na dworze jest dużo niższa, kręgi są składowane na hali przez minimum 48 godziny, nim zostaną użyte do produkcji. Czas składowania kręgów blachy wewnątrz hali pozwala na ogrzanie blachy do temperatury panującej w pomieszczeniu. Hale są słabo ogrzewane, więc temperatura blachy jest dość niska, rzędu kilku stopni Celsjusza.

Krąg blachy po rozpakowaniu, za pomocą suwnicy jest wkładany na wózek i zakładany na rozwijak. Rozwijak odwija taśmę blachy z odpowiednią prędkością, adekwatną do szybkości pracy maszyny profilującej, wyposażonej w szereg walców profilujących. Taśma płaskiej blachy wprowadzona zostaje najpierw w prowadnice maszyny profilującej i pod pierwsze walce profilujące, których usytuowanie odpowiada środkowej części taśmy blachy. Pierwsze walce profilujące podciągają materiał z odpowiednią szybkością i jednocześnie profilują falę odpowiedniego kształtu w środkowej części taśmy blachy. Następne walce profilujące maszyny profilującej, między które wprowadzana jest blacha, profilują fale po obu stronach fali wytworzonej przez pierwsze walce profilujące a kolejne walce, przez które przemieszczana jest taśma blachy profilują kolejne fale na blasze, obok fal już istniejących. Gdy, przez walce profilujące, na całej powierzchni blachy zostaną wytworzone wzdłużne fale, tak wyprofilowana blacha trafia pod prasę, która z odpowiednią siłą i odpowiednią częstotliwością dokonuje poprzecznych przetłoczeń, tworząc w ten sposób kolejne uskoki dachówki. Tak wyprofilowana blacha trafia pod obcinarkę, która przecina poprzecznie taśmę wyprofilowanej blachy na odpowiedniej długości elementy blachodachówki.

W znanym procesie profilowania blach trapezowych też wykorzystuje się blachę w kręgach. Blacha wykorzystywana do produkcji blach trapezowych, podobnie jak blacha na blachodachówkę, jest już zabezpieczona przynajmniej jedną warstwą ochronną. Taśmę płaskiej blachy przepuszcza się przez kolejne walce profilujące maszyny profilującej a wyprofilowaną blachę tnie się obcinarką na arkusze równej długości.

Obróbce profilowania poddawane są blachy z powłoką ochronną. Zwykle jest to powłoka poliestrowa, nakładana przez producenta blachy, czyli hutę. Blacha może być najpierw ocynkowana galwanicznie. Posiada wtedy dwie warstwy ochronne. Blachy dachowe zabezpieczone powłoką organiczną w postaci poliestru cechuje to, że można je formować plastycznie z wykorzystaniem znanych technologii takich, jak profilowanie walcowe, zginanie i głębokie tłoczenie. Powłoka poliestrowa posiada dobrą plastyczność, dobre własności dekoracyjne oraz dobrą odporność na działanie warunków atmosferycznych. Jej odporność termiczna to prawie 110°C. Warstwa poliestrowa może być standardowa, z połyskiem lub matowa.

W trakcie wieloletniej produkcji okazało się, że w wyrobach z profilowanej blachy, takich jak na przykład blachodachówka, mogą pojawiać się stosunkowo szybko objawy uszkodzenia powierzchni, polegające na ujawnieniu ognisk korozji, szybko rozprzestrzeniającej się po wyrobie. Postęp korozji jest w dużej mierze uzależniony od rodzaju warstw ochronnych powierzchni blachy i przy pokryciu jej warstwą cynku jest wolniejszy, ale jednak wciąż niezadawalający.

Przy obróbce blachy powstają mikropęknięcia lakieru, które praktycznie mogą być niedostrzegalne gołym okiem. W przypadku blach dachowych, gdzie występują czasami ekstremalne warunki eksploatacji, biorąc pod uwagę czynniki wpływające na ich trwałość, duże znaczenie mają właśnie te mikropęknięcia. Miejsca mikropęknięć należy traktować, jako miejsca, gdzie rdzeń stalowy blachy pokryty jest tylko warstwą cynku. I jeśli podczas składowania blachy już wyprofilowanej do momentu położenia jej na dachu w tych miejscach doszło do zaparzenia (widoczna jest biała korozja), to efektem będą w bardzo krótkim czasie (już po 3-5 latach) widoczne odpryski lakieru i początki korozji. Długoletnie badania, polegające na obserwacji tych miejsc (zagiętych krawędzi profili powlekanych

PL 224 142 B1 ułożonych na dachu) podczas rozpatrywanych przez producentów blachodachówki reklamacji zgłaszanych przez klientów pokazały, że jeśli nie doszło do powstania mikropęknięć lakieru na wskroś to miejsca te podczas długoletniej eksploatacji dachu nie ulegają zmianie. Natomiast miejsca z widocznymi mikropęknięciami oraz znacznymi rozstępami w szybkim czasie ulegają degradacji. W przypadku niewielkich mikropęknięć, współdziałanie warstwy cynku i powłoki zapobiega powstawaniu korozji. Intensywność występujących zmian zależy od wielu czynników na przykład działania agresywnych środków chemicznych, dymów, popiołów, pyłów lub ich roztworów, czynników powodujących rozrost biologiczny, ściekającej wody z różnych powierzchni oraz od konserwacji lub od ewentualnych uszkodzeń mechanicznych lub otarć. W wielu przypadkach przeprowadzenie konserwacji blachy zapobiegłoby tym zmianom. Ze względu na całoroczną produkcję blach dachowych, proces ich profilowania przebiega w różnych temperaturach. Analiza wszystkie reklamacji klientów prowadzi do wniosku, że główną przyczyną degradacji powierzchni powlekanych jest profilowanie blach w zbyt niskiej temperaturze.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu profilowania blachy pokrytej przynajmniej jedną warstwą ochronną, który pozwalałby uzyskać nawet głębokie przetłoczenia bez uszkodzeń warstwy ochronnej blachy.

Nieoczekiwanie okazało się, że głównym czynnikiem decydującym o trwałości powłoki organicznej, a więc i odporności korozyjnej wyprofilowanej blachy dachowej, zarówno w postaci blachodachówki jak i blachy trapezowej, jest temperatura blachy, w szczególności temperatura powierzchni lakierniczej podczas profilowania blachy. Gdy temperatura blachy podczas profilowania blachy nie jest odpowiednio wysoka, to znaczy jest niższa niż 25°C, to w miejscach przetłoczeń dochodzi do uszkodzeń powłoki lakierniczej w postaci mikropęknięć powłoki lakierniczej. Jest to w przyszłości przyczyną łuszczenia się lakieru na przetłoczeniach, w następstwie czego efektem jest postępująca korozja. Proces ten, dzięki anodowemu działaniu ocynku, warstwie ochronnej znajdującej się pod warstwą lakierniczą, postępuje powoli.

W przypadku blachodachówki miejscami krytycznymi są stemple, czyli miejsce uskoku dachówki a w przypadku blach trapezowych krawędzie podłużne. Największe uszkodzenia występują przy małych promieniach odkształcania, dużych prędkościach obróbki i niskich temperaturach blachy podczas jej profilowania. Blacha podczas profilowania ma temperaturę otoczenia. Jest to często, nawet w okresie letnim, zbyt niska temperatura do przeprowadzenia profilowania blachy bez wystąpienia uszkodzeń warstwy ochronnej na przetłoczeniach. W okresie jesienno-zimowo-wiosennym, czyli w okresie występowania niskich temperatur otoczenia, nawet poniżej 0°C, obniżona temperatura panuje również na hali produkcyjnej. Profilowanie blachy w takich warunkach powoduje największe uszkodzenia w powłoce lakierniczej. Ogrzewanie hali produkcyjnej do temperatury powyżej 25°C byłoby bardzo kosztowne.

Sposób, według wynalazku, pozwala na profilowanie blachy bez jakichkolwiek mikropęknięć lakieru w miejscach przetłoczeń, nawet na stemplach blachodachówki bez konieczności ogrzewania całej kubatury hali produkcyjnej. Sposób nadaje się do wytwarzania każdego profilu blachodachówki, jak również blachy trapezowej o różnych profilach. Cechuje się bardzo niskim kosztem zużycia energii oraz dużo krótszym czasem grzania w stosunku do ogrzewania blachy innymi metodami.

Sposób profilowania blach, według wynalazku, w którym blachę pokrytą przynajmniej jedną warstwą ochronną przepuszcza się przez zestaw urządzeń profilujących i kształtujących charakteryzuje się tym, że blachę podgrzewa się w miejscach wykonywania przetłoczeń.

Korzystnie jest, gdy blachę podgrzewa się do temperatury od 25°C do 40°C.

Korzystnie jest także, gdy blachę podgrzewa indukcyjnie.

Korzystnie jest również, kiedy profiluje się blachę pokrytą warstwą galwaniczną.

Jest także korzystnie, gdy profiluje się blachę pokrytą warstwą lakierniczą.

Jest również korzystnie, gdy profiluje się blachę pokrytą kilkoma warstwami ochronnymi.

Sposób profilowania blach, według wynalazku, w przykładach realizacji jest bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia wykres zależności stopnia degradacji dla największego w blachodachówce profilu, którym jest stempel, czyli stopień blachodachówki, wytłaczany na prasie, w zależności od temperatury blachy poddawanej profilowaniu, fig. 2 przedstawia zdjęcie mikroskopowe, zrobione mikroskopem cyfrowym przy powiększeniu 250 razy, w miejscu stempla blachodachówki, gdy przetłoczenie wykonano w temperaturze około 8°C a fig. 3 przedstawia zdjęcie mikroskopowe, zrobione mikroskopem cyfrowym przy powiększeniu 250 razy, w miejscu stempla blachodachówki, gdy przetłoczenie wykonano w temperaturze około 30-35°C.

PL 224 142 B1

Sposób profilowania blach, według wynalazku, dotyczy profilowania blach pokrytych przynajmniej jedną warstwą ochronną. W przykładzie wykonania może nią być warstwa cynku naniesiona galwanicznie lub warstwa lakiernicza. Często warstw zabezpieczających blachę jest więcej. Blacha jest ₂ zabezpieczona cienką warstwą cynku (275 g/m²) naniesionego galwanicznie a następnie pokryta warstwą lakierniczą w postaci powłoki poliestrowej. W przykładzie wykonania do profilowania blachy wykorzystuje się blachę płaską zwiniętą w kręgi. Średnia waga kręgu to 5 ton, długość taśmy w takim kręgu 1000 m, szerokość taśmy 1250 mm, grubość taśmy 0,5 mm. Pokrycia dachowe mogą być również wytwarzane z blachy o innej szerokości i grubości.

Taką blachę przepuszcza się przez zestaw urządzeń profilujących i kształtujących. Urządzeniami tymi w przypadku profilowania blachy w elementy blachodachówki są: maszyna profilująca z zestawami walców profilujących, które profilują w taśmie blachy fale, prasa, która wytwarza poprzeczne przetłoczenia, w postaci stopni blachodachówki i obcinarka, która przecina poprzecznie taśmę wyprofilowanej blachy w odpowiedniej długości elementy porycia dachowego. W przypadku wytwarzania blachy trapezowej urządzeniami tymi są: maszyna profilująca z zestawami walców profilujących, które profilują w taśmie blachy trapezowe fale i obcinarka, która przecina poprzecznie taśmę wyprofilowanej blachy w odpowiedniej długości elementy porycia dachowego.

W sposobie profilowania blach, według wynalazku, blachę podgrzewa się w miejscach wykonywania przetłoczeń. Sprawdzono doświadczalnie, że temperatura blachy w miejscu wykonywania przetłoczenia powinna wynosić w zakresie od 25°C do 40°C, żeby uniknąć powstawania uszkodzeń warstwy ochronnej.

W sposobie, według wynalazku grzanie blachy w miejscach, w których mają być wykonywane przetłoczenia odbywa się indukcyjnie przy pomocy nagrzewnic indukcyjnych, w które wyposażone są maszyny profilujące i prasy. Odpowiednie oprzyrządowanie zapewnia właściwe podgrzewanie materiału w procesie profilowania blach dachowych. Praca nagrzewnic sterowana jest automatycznie a moc dobierana jest w zależności od temperatury otoczenia.

Przeprowadzono próby tłoczenia blach powlekanych w różnych temperaturach. Do prób użyto blachy z różnymi powłokami poliestrowymi. Próbkę blachy podgrzewano za pomocą promienników cieplnych lub dmuchaw jedynie na jej połowie szerokości do temperatury maksymalnie 40°C. Próby były przeprowadzane w temperaturze otoczenia około 5°C. A więc połowa szerokości blachy posiadała temperaturę około 5°C, natomiast druga połowa temperaturę od 25°C do 40°C. Pomiaru temperatury dokonywano za pomocą laserowego miernika temperatury. W takich warunkach dokonano profilowania blach. Podobne próby przeprowadzono podgrzewając strefowo blachę za pomocą nagrzewnicy indukcyjnej. Po przeprowadzeniu obserwacji mikroskopowej przy powiększeniu od 40 razy do 250 razy jednoznacznie stwierdzono wyraźną różnicę w wyglądzie powłoki. Na fig. 2 pokazano uszkodzoną powierzchnię blachodachówki a na fig. 3 nieuszkodzoną powierzchnię blachodachówki. Jak pokazano na fig. 2, w zdjęciu mikroskopowym w miejscu stempla blachodachówki, gdy przetłoczenie wykonano w temperaturze około 8°C, widoczne są mikropęknięcia, które obrazują podłużne jasne kreski na tle zmarszczonej struktury lakieru matowego, natomiast, jak pokazano na fig. 3, w zdjęciu mikroskopowym w miejscu stempla blachodachówki, gdy przetłoczenie wykonano w temperaturze około 30-35°C brak jakichkolwiek mikropęknięć, widać jednolitą strukturą powierzchni lakierniczej matowej.

Nieoczekiwanie okazało się, że miejsca podgrzane a następnie poddane profilowaniu nie wykazały żadnych zmian w wyglądzie (brak jakichkolwiek mikropęknięć), natomiast miejsca o niskiej temperaturze posiadały znaczne mikropęknięcia, w niektórych przypadkach widoczne nawet gołym okiem. Sporządzono dokumentację zdjęciową a próbki zarchiwizowano. Wyniki analizy metalograficznej pokazują, że w krytycznych miejscach gięcia arkusza blachy w niskich temperaturach powstają mikropęknięcia. Spowodowane one są naprężeniem rozciągającym podczas profilowania. Zależność stopnia degradacji powierzchni powlekanej, wyprofilowanej blachy od temperatury obróbki, pokazuje poniższa tabela, co zobrazowano na wykresie przedstawionym na fig. 1.

PL 224 142 B1

Temperatura [°C]	Degradacja [D]
2	-
5	-
10	5
12	4,9
14	4,65
16	4
18	2,95
20	2,1
22	1,6
24	1,4
26	1,3
28	1,2
30	1,15
32	1,1
34	1,05
36	1
38	1
40	1

Jak wynika z powyższej tabeli oraz wykresu na fig. 1, najbardziej optymalna temperatura obróbki, to zakres temperatur od 25°C do 40°C.

Jednostka stopnia degradacji, użyta powyżej w tabeli i na wykresie, przyjęta została w sposób umowny, gdzie szósty stopień skali, stanowi o maksymalnym zniszczeniu powierzchni lakierniczej (całkowite przerwanie ciągłości lakieru, widoczne okiem nieuzbrojonym), a trzeci jako zmiana widoczna wyłącznie przy powiększeniu mikroskopowym w górnym przetłoczeniu stempla, w miejscu największego rozciągania lakieru. Stopień zero degradacji, to na przykład blacha płaska, nietłoczona. Degradację rozumiemy, jako uszkodzenie powierzchni lakierniczej powstałe podczas profilowania blachy, zazwyczaj obserwowane w miejscach tłoczenia uskoku blachodachówki.

Jak widać z przytoczonych wyników doświadczalnych, stopień degradacji (zniszczenia lakieru) uzależniony jest od temperatury blachy podczas jej profilowania. W przetłoczeniach na prasie (wytworzenie stopnia blachodachówki) wykonanych w temperaturze poniżej 10°C następuje prawie całkowite przerwanie ciągłości lakieru, widoczne gołym okiem. Stopień degradacji ma wtedy wartość 5. Natomiast podwyższanie temperatury powyżej 40°C nie prowadzi do znaczącego obniżenia degradacji lakieru, poniżej wartości 1, stąd nie ma uzasadnienia stosowania wyższych niż 40°C temperatur przy profilowaniu blach.

Najkorzystniejszym i najbardziej efektywnym sposobem miejscowego grzania blachy, uzasadnionym ekonomicznie, jest nagrzewanie strefowe przy pomocy nagrzewnicy indukcyjnej. W tym celu zostały wykonane doświadczenia i próby przy profilowaniu blachodachówki z zastosowaniem strefowego indukcyjnego podgrzewania w miejscu tłoczenia stempla. Wyniki okazały się rewelacyjne:

- bardzo niski koszt zużycia energii elektrycznej,

- skrócenie czasu grzania w stosunku do ogrzewania innymi metodami (czas grzania indukcyjnego strefy tłoczenia jednego stempla, to 1 sekunda),

- sprawność generatora 95%,

- uniwersalność zastosowania do każdego profilu blachodachówki,

- najważniejsze: brak jakichkolwiek mikropęknięć w miejscach przetłoczeń na stemplach blachodachówki.

PL 224 142 B1

Indukcyjne miejscowe podgrzewanie blachy pozwala zastosować wzbudnik indukcyjny kształtowy dopasowany do linii gięcia. Uzyskuje się w ten sposób jeszcze mniejsze powierzchnie grzania związane z poborem energii. Tak dokładny i precyzyjny rozkład i wielkość temperatur można uzyskać jedynie przy indukcyjnej metodzie grzania.

Takich efektów nie daje podgrzewanie blachy za pomocą promienników cieplnych czy dmuchaw. Grzanie przy pomocy promienników podczerwieni posiada w przypadku włączeń i wyłączeń dużą bezwładność cieplną. Urządzenia mają niską sprawność i w procesie takiego grzania występują duże straty ciepła. Ogrzewane są nie tylko miejsca przetłocznia blachy (uskoku). Proces ogrzewania za pomocą promienników podczerwieni jest mniej ekonomiczny. Natomiast ogrzewanie blachy przy pomocy palników gazowych bezpośrednio może narażać na uszkodzenie powierzchnię lakierniczą.

Korzyści ze stosowania sposobu profilowania blach według wynalazku są następujące:

- zmniejszenie ilości czynności związanych z profilowaniem blachy przy wytwarzaniu elementów pokrycia dachowego w postaci blachodachówki czy blachy trapezowej - można zrezygnować z ogrzewania się kręgów blachy na hali produkcyjnej,

- skrócenie czasu związanego z przygotowaniem kręgu blachy do procesu profilowania blachy, na przykład w produkcji blachodachówki lub blachy trapezowej, czyli czasu potrzebnego na samoczynne ogrzanie się blachy w kręgu, po przewiezieniu jej do hali produkcyjnej, gdy temperatura w miejscu składowania blachy ze względu na klimat jest zbyt niska, żeby można było profilować blachę o takiej temperaturze,

- uzyskanie właściwej temperatury profilowania blachy, w szczególności w miejscach tłoczenia stempla, w których następują największe naprężenia powłoki ochronnej, gdy ze względu na klimat, a co się z tym wiąże temperaturę na hali produkcyjnej i w pomieszczeniach magazynowych nie da się uzyskać odpowiednio wysokiej temperatury blachy do produkcji,

- uzyskanie lepszej jakość powłoki lakierniczej, na przykład uzyskuje się dodatkowo wygładzenie defektów: również odcisków powstałych podczas magazynowania kręgów blachy - odciski z drewnianego podkładu, stelaża,

- przyspieszenie sezonowania, czyli twardnienia lakieru (dotyczy to zwłaszcza powłok matowych w tym Ice Crystal),

- rezygnacja z ogrzewania całej hali produkcyjnej i magazynowej do odpowiednich (wysokich) temperatur,

- możliwość indywidualnego doboru temperatury grzania dla określonego typu blachy, czyli blachy od określonego producenta (huty). Blachy z różnych hut posiadają różne właściwości powłok lakierniczych związane z ich plastycznością. Blacha z jednej huty wymaga podgrzania przy tłoczeniu do temperatury 28°C a inna nawet do 40°C i więcej. Podgrzewając blachę do odpowiednich temperatur można zniwelować (nadrobić) gorsze własności powłok lakierniczych i uzyskując żądany efekt (brak mikropęknięć),

- możliwość zastosowania wzbudnika indukcyjnego kształtowego dopasowanego do linii gięcia, co pozwala uzyskać jeszcze mniejsze powierzchnie grzania związane z poborem energii. Tak dokładny i precyzyjny rozkład (kształt) i wielkość temperatur można uzyskać jedynie przy indukcyjnej metodzie grzania.

- najważniejsza: wyprofilowanie blachy bez żadnych skaz, zarysowań i mikropęknięć a więc uzyskanie największej trwałości blachodachówki czy blachy trapezowej, co pozwala na wydłużenie gwarancji bez dodatkowych ograniczeń.

Przedstawiony proces profilowania blach jest tylko procesem przykładowym i można łatwo wyobrazić sobie inne sposoby realizacji wynalazku bez odchodzenia od jego istoty.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób profilowania blach, w którym blachę pokrytą przynajmniej jedną warstwą ochronną przepuszcza się przez zestaw urządzeń profilujących i kształtujących, znamienny tym, że blachę podgrzewa się w miejscach wykonywania przetłoczeń.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że blachę podgrzewa się do temperatury 25-40°C.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że blachę podgrzewa się indukcyjnie.

   PL 224 142 B1
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że profiluje się blachę pokrytą warstwą galwaniczną.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że profiluje się blachę pokrytą warstwą lakierniczą.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że profiluje się blachę pokrytą kilkoma warstwami ochronnymi.