RU2010690C1

RU2010690C1 - Sheet structural material and method of its manufacturing

Info

Publication number: RU2010690C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Рыбаков
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт горнохимического сырья
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1991-05-20
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: sheet structural material is in the form of frame sheet material coated with plastic material. The frame sheet material is provided on its opposite sides the relief in the form of alternating, mutually-parallel continuous projections with holes and recesses in thickness and over surface area of the sheet. On one side the relief is oriented longitudinally, and on the other side - transversely. The holes of the projections are formed by intersections of the projections and recesses of the opposite sides of the sheet. The profile of the relief may be in the form of development of involute gear or in the form of cylindrical thread. The method of manufacturing the sheet structural material consists in forming in rolls on either side of the frame sheet of the relief, application to these sides of plastic material, cooling and rolling in unthreaded rolls. One of the alternatives of the method of forming the relief, the relief is formed to the preset height of projections and recesses first on one side and then on the other side. The other alternative of the method consists in preliminary forming of the relief simultaneously on the both sides of the frame sheet followed by the final molding of the relief first on one side of the frame sheet and then on the other side. EFFECT: extended operating capabilities. 6 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к слоистым листовым материалам и может применятся для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений в различных отраслях промышленности. The invention relates to laminated sheet materials and can be used for the manufacture of machine parts, structures and structures in various industries.

Широко известны листовые конструкционные материалы, содержащие несколько слоев разнородных материалов, сочетающие в себе их положительные свойства и обладающие новыми свойствами. Слои соединяют склеиванием или свариванием исключительно или в сочетании с механическими способами с использованием различных устройств. Недостатком известных конструкций является их недостаточная прочность, обусловленная, в частности, низкой прочностью соединения слоев. Widely known are sheet structural materials containing several layers of dissimilar materials, combining their positive properties and possessing new properties. The layers are joined by gluing or welding exclusively or in combination with mechanical methods using various devices. A disadvantage of the known structures is their lack of strength, due, in particular, to the low strength of the connection layers.

Известен листовой конструкционный материал (слоистая полоса, выбранная в качестве прототипа), содержащий каркасный металлический лист и слои пластика, нанесенные на него сверху. С целью упрочнения соединения каркасный лист сверху содержит расположенные с интервалом в продольном направлении ряды полых коротких прерывистых выступов клиновидного профиля с отверстиями в их донных и торцовых поверхностях. Клинья входят в слои пластика, а пластик - в отверстия клиньев. Known sheet structural material (layered strip, selected as a prototype) containing a frame metal sheet and layers of plastic deposited on top of it. In order to strengthen the connection, the frame sheet on top contains rows of hollow short intermittent protrusions of a wedge-shaped profile spaced in the longitudinal direction with holes in their bottom and end surfaces. Wedges go into the layers of plastic and plastic go into the holes of the wedges.

Известный способ изготовления слоистой полосы, выбранный в качестве прототипа, заключается в совместной прокатке через парные валки предварительно перфорированного металлического каркасного листа и предварительно расплавленного нанесенного на него слоя пластика с последующим охлаждением изделия и сматыванием его в рулон. Каркасный лист перфорируют в парных валках того же прокатного устройства, для чего предварительно формуют на одном из валков клиновидные выступы по заданному профилю верхней стороны каркасного листа. При прокатке листа-заготовки выступы верхнего валка входят в кольцевые пазы нижнего валка и высекают по боковым сторонам полоску листа, которую выступ затем вытягивает по своей форме, образуя донные отверстия прямоугольной формы и боковые треугольные отверстия. При этом высота формующих выступов валка всегда существенно превышает толщину листа-заготовки. A known method of manufacturing a layered strip, selected as a prototype, consists in co-rolling through a pair of rolls of a pre-perforated metal frame sheet and a pre-molten plastic layer deposited on it, followed by cooling of the product and rolling it into a roll. The frame sheet is perforated in pair rolls of the same rolling device, for which wedge-shaped protrusions are preformed on one of the rolls along a predetermined profile of the upper side of the frame sheet. When rolling a workpiece sheet, the protrusions of the upper roll enter into the annular grooves of the lower roll and cut a strip of sheet on the sides, which the protrusion then extends in shape to form rectangular bottom holes and side triangular holes. Moreover, the height of the forming projections of the roll is always significantly greater than the thickness of the workpiece sheet.

Недостатком известной конструкции и способа ее изготовления является недостаточная прочность, обусловленная недостаточной прочностью соединения слоев при высоком расходе материалов на единицу площади. Это объясняется тем, что при формовании выступов материал листа подвергается разрыву и утончению выступами одного из парных валков, что должно компенсироваться увеличением толщины используемого листа. Из-за опасности разрыва листа в промежутках между отверстиями невозможно размещать выступы с необходимой плотностью и обеспечить необходимые площадь контакта и прочность сцепления металла и пластика. A disadvantage of the known design and method of its manufacture is insufficient strength due to insufficient strength of the connection of the layers at a high consumption of materials per unit area. This is because when forming the protrusions, the sheet material is subjected to rupture and thinning by the protrusions of one of the twin rolls, which should be compensated by an increase in the thickness of the sheet used. Due to the risk of sheet tearing in the spaces between the holes, it is impossible to place protrusions with the necessary density and provide the necessary contact area and the adhesion strength of metal and plastic.

Кроме того, известная конструкция выступов препятствует проникновению, хотя и расплавленного, но достаточно вязкого пластика в отверстия, так как сверху прямоугольные донные отверстия закрыты гранями клиньев, а треугольные отверстия торцов клиньев открыты в сторону от основного направления растекания пластика при прокатке. Выступы возвышаются над поверхностью листа не менее чем на двойную его толщину, и поскольку они должны быть скрыты под слоем пластика, толщина и расход его оказываются высокими. In addition, the known design of the protrusions prevents the penetration of, although molten, but rather viscous plastic into the holes, since the rectangular bottom holes are closed by the edges of the wedges from above, and the triangular holes of the ends of the wedges are open to the side of the main direction of plastic spreading during rolling. The protrusions rise above the sheet surface by at least twice its thickness, and since they must be hidden under a layer of plastic, its thickness and consumption are high.

Целью изобретения является повышение прочности конструкции путем повышения прочности соединения ее слоев при снижении удельного расхода материалов. The aim of the invention is to increase the strength of the structure by increasing the strength of the connection of its layers while reducing the specific consumption of materials.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции листового слоистого материала, в каркасном слое которого выполнены расположенные с интервалом друг от друга продольные и поперечные ряды выступов с отверстиями, ряды выступов выполнены в теле листа с обеих его сторон взаимно параллельными для каждой из сторон и пересекающимися по площади и толщине листа с его противоположных сторон, непрерывными в продольном направлении с одной стороны листа и в поперечном с другой его стороны, при этом ряды выступов отстоят друг от друга на ширину образуемых ими отверстий. This goal is achieved by the fact that in the construction of the sheet laminate, in the frame layer of which longitudinal and transverse rows of protrusions with holes arranged at intervals from each other are made, the rows of protrusions are made in the sheet body on both sides mutually parallel for each side and intersecting in the area and thickness of the sheet from its opposite sides, continuous in the longitudinal direction on one side of the sheet and transversely on the other side of it, while the rows of protrusions are spaced apart by a width of azuemyh their holes.

Кроме того, в способе изготовления слоистой полосы совместной прокаткой через парные валки металлического каркасного листа и пластмассового слоя выступы формуют на высоту, не превышающую толщины листа по профилю сторон каркасного листа на поверхности двух валков, устанавливают эти валки в паре с гладкими и последовательно формуют поверхности верхней и нижней сторон каркасного листа. In addition, in the method of manufacturing a laminated strip by joint rolling through pair rolls of a metal frame sheet and a plastic layer, the protrusions are formed to a height not exceeding the sheet thickness along the profile of the sides of the frame sheet on the surface of two rolls, these rolls are paired with smooth and successively form the surface of the upper and the lower sides of the frame sheet.

В вариантах предложенной конструкции рельеф выполняют в виде зубчато-эвольвентного и располагают его по разверткам левой, правой или комбинированной резьбы. In the variants of the proposed design, the relief is in the form of a gear-involute and positioned according to the scans of the left, right or combined thread.

По варианту предлагаемого способа предварительно формуют три пары валков по профилю верхней или нижней сторон каркасного листа, объединяют валки с продольными и поперечными выступами, а в выступах одного из валков второй и третьей пар дополнительно формуют пазы по профилю верхней части выступов противолежащего валка и последовательно прокатывают через них лист-заготовку. According to a variant of the proposed method, three pairs of rolls are preformed on the profile of the upper or lower sides of the frame sheet, the rolls are combined with longitudinal and transverse protrusions, and grooves are additionally formed in the protrusions of one of the rolls of the second and third pairs along the profile of the upper part of the protrusions of the opposite roll and successively rolled through them a blank sheet.

На фиг. 1 представлен фрагмент трехслойного листового материала для кузова автомобиля. In FIG. 1 shows a fragment of a three-layer sheet material for a car body.

Слой пластика - полиамида П12А литьевого с наполнителем из порошкового глинозема 1 (заштрихован), расположенный сверху конструкции, образует покровное защитно-декоративное покрытие, проникает в отверстия стального каркасного листа 2 (не заштрихован) и образует с нижней стороны конструкции защитный слой. Расположенные сверху каркасного листа выступы 3 (не заштриховано) расположены параллельными рядами поперек листа и образуют в боковых поверхностях выступов нижней стороны листа треугольные отверстия. Выступы нижней стороны листа 4 (не заштриховано) расположены параллельными рядами вдоль листа. Они имеют аналогичный профиль и образуют аналогичные отверстия в выступах верхней стороны листа. На пересечении выступов образуются прямоугольные донные отверстия (в общем случае в форме параллелограмма) и отверстия в боковых поверхностях верхних и нижних выступов. Ширина отверстий равна расстоянию между рядами выступов. The plastic layer - injection-molded polyamide P12A with filler from alumina powder 1 (shaded) located on top of the structure forms a protective and decorative coating, penetrates the holes of the steel frame sheet 2 (not shaded) and forms a protective layer on the underside of the structure. The protrusions 3 (not shaded) located on top of the carcass sheet are arranged in parallel rows across the sheet and form triangular holes in the side surfaces of the protrusions of the lower side of the sheet. The protrusions of the lower side of the sheet 4 (not shaded) are arranged in parallel rows along the sheet. They have a similar profile and form similar holes in the protrusions of the upper side of the sheet. At the intersection of the protrusions, rectangular bottom openings (generally in the form of a parallelogram) and holes in the lateral surfaces of the upper and lower protrusions are formed. The width of the holes is equal to the distance between the rows of protrusions.

На фиг. 2-5 представлена последовательность изготовления каркасного листа по предлагаемому способу изготовления листового конструкционного материала. Верхний валок (фиг. 2, 3) первой клети модели прокатного стана "Кварто-500" перед прокаткой формовали на вальцетокарном станке по профилю верхней стороны каркасного листа. В направлении прокатки были проточены взаимно параллельные кольцевые пазы по профилю равностороннего треугольника высотой 0,6 мм с шагом 0,693 мм, соответствующие выступам каркасного листа. Снизу устанавливали гладкий валок 6, обработанный на вальцешлифовальном станке. Во второй клети (фиг. 4, 5) на нижнем валке 6 формовали фрезерованием в направлении поперек проката пазы по профилю выступов нижней стороны каркасного листа и устанавливали его в паре с гладким верхним валком 5. Ленту-заготовку 7 из стали 08 толщиной 0,8 мм, шириной 500 мм и длиной 1290 мм прокатывали последовательно через валки первой и второй клетей с получением соответственно продольных 3 и поперечных 4 выступов и треугольных отверстий в выступах. Высота боковых отверстий 0,1 мм при длине стороны 0,115 мм. На пересечении выступов получали квадратные донные отверстия размером 0,115х0,115 мм. Толщина листа при этом увеличилась до 1,2 мм. Далее каркасную ленту нагревали до 400^оС, покрывали из экструдера слоем расплавленного пластика полиамида П12А, пропускали через гладкие валки третьей клети, охлаждали и сматывали в рулон. На поверхности каркасного листа образовывались слои пластика толщиной 0,3 мм сверху и 0,1 мм снизу. Общая толщина готового листа 1,6 мм.In FIG. 2-5 shows the sequence of manufacturing the frame sheet according to the proposed method for the manufacture of sheet structural material. The upper roll (Fig. 2, 3) of the first stand of the Quarto-500 rolling mill model was formed on a roll mill using the profile of the upper side of the frame sheet before rolling. In the direction of rolling, mutually parallel annular grooves were cut along the profile of an equilateral triangle with a height of 0.6 mm with a pitch of 0.693 mm, corresponding to the protrusions of the frame sheet. A smooth roll 6, machined on a roll grinding machine, was installed below. In the second stand (Fig. 4, 5), the grooves were formed by milling in the direction across the rolling grooves along the profile of the protrusions of the lower side of the frame sheet and mated with a smooth upper roll 5. The preform tape 7 was made of steel 08 with a thickness of 0.8 mm, a width of 500 mm and a length of 1290 mm were rolled sequentially through the rolls of the first and second stands to obtain longitudinal 3 and transverse 4 protrusions and triangular holes in the protrusions, respectively. The height of the side holes is 0.1 mm with a side length of 0.115 mm. At the intersection of the protrusions, square bottom openings of 0.115 x 0.115 mm in size were obtained. The thickness of the sheet increased to 1.2 mm. Further carcass tape was heated ^to 400 ^° C, coated with a layer of molten plastic extruder P12A polyamide is passed through the third stand smooth rolls, cooled and wound into a roll. On the surface of the carcass sheet, plastic layers 0.3 mm thick above and 0.1 mm below formed. The total thickness of the finished sheet is 1.6 mm.

По варианту способа (фиг. 6-11) валки формовали аналогично основному варианту (фиг. 2-5), однако в первой клети устанавливали валки 5 и 6 с поверхностями, сформированными по профилю верхней и нижней сторон каркасного листа. В кольцевых выступах верхнего валка 5 второй клети формовали поперечные пазы 8 по профилю верхней части выступов нижнего валка 6. В поперечных выступах нижнего валка третьей клети формовали кольцевые пазы 8 по профилю верхней части выступов верхнего валка. Валки 1, 2 и 3-ей клетей сводили на расстояния между их поверхностями, равные 0,2 мм, и последовательно прокатывали через них лист-заготовку. Далее лист обрабатывали аналогично основному способу и получали аналогичные результаты. According to a variant of the method (Fig. 6-11), the rolls were molded similarly to the main version (Fig. 2-5), however, in the first stand, rolls 5 and 6 were installed with surfaces formed along the profile of the upper and lower sides of the frame sheet. In the annular protrusions of the upper roll 5 of the second stand, transverse grooves 8 were formed along the profile of the upper part of the protrusions of the lower roll 6. In the transverse protrusions of the lower roller of the third stand, annular grooves 8 were formed along the profile of the upper part of the protrusions of the upper roll. Rolls 1, 2 and 3 stands were reduced to distances between their surfaces equal to 0.2 mm, and a blank sheet was successively rolled through them. Next, the sheet was processed similarly to the main method and obtained similar results.

Изготовление выступов в теле каркасного листа с обеих его сторон взаимно параллельными для каждой из сторон и пересекающимися по площади и толщине листа с его противоположных сторон, непрерывными в продольном направлении с одной стороны листа и в поперечном направлении - с другой позволяет повысить площадь контакта металлического и пластикового слоев. Поверхность каркасного листа после формования на нем выступов треугольного профиля увеличивается (без учета шероховатости поверхности) на 100% , с 2 см² на см² листа от 4 см²/см². За счет этого увеличиваются прочность соединения слоев и прочность конструкции в целом. Расслаивания конструкции не наблюдалось при различных испытаниях ее на изгиб, вплоть до параллельности сторон. Прочность конструкции увеличилась также за счет увеличения толщины каркасного листа, которое составило в изобретении 50% , 1,2 мм в изделии против 0,8 мм в заготовке. В прототипе расчетная плотность размещения выступов, аналогичных по размерам и форме с приведенными в изобретении, составляет 1 выступ на 1 см² площади листа против 29 в изобретении. Указанное изготовление выступов позволяет также снизить удельный расход металла в каркасном листе. В изобретении он снижен на 25% . Объем металла в изделии составил 0,06 см³/см³ против 0,08 см³/см² в заготовке.The production of protrusions in the body of the frame sheet on both sides mutually parallel for each side and intersecting in the area and thickness of the sheet on its opposite sides, continuous in the longitudinal direction on one side of the sheet and in the transverse direction on the other, allows to increase the contact area of the metal and plastic layers. The surface of the frame sheet after forming protrusions of a triangular profile on it increases (excluding surface roughness) by 100%, from 2 cm ² per cm ^{2 of} sheet from 4 cm ² / cm ² . Due to this, the strength of the connection of the layers and the strength of the structure as a whole increase. The delamination of the structure was not observed during various tests for its bending, up to parallel sides. The structural strength also increased due to an increase in the thickness of the frame sheet, which in the invention was 50%, 1.2 mm in the product versus 0.8 mm in the workpiece. In the prototype, the estimated density of the protrusions, similar in size and shape to those shown in the invention, is 1 protrusion per 1 cm ^{2 the} area of the sheet against 29 in the invention. The specified manufacture of the protrusions also reduces the specific consumption of metal in the frame sheet. In the invention, it is reduced by 25%. The volume of metal in the product was 0.06 cm ³ / cm ³ versus 0.08 cm ³ / cm ² in the workpiece.

Снизился удельный расход пластика. В изобретении снижение расхода составило 20% в сравнении с прототипом, содержащим отверстия того же размера и конфигурации, что и в изобретении. Расход пластика в предлагаемой конструкции 0,16 см³/см² против расчетных 0,2 см³/см² в прототипе. За счет снижения удельного расхода материалов вес единицы площади листового конструкционного материала снизился при плотности пластика 1,3 г/см³ на 23,7% ; 0,742 г/см² в изобретении против расчетных 0,972 г/см² в прототипе.The specific consumption of plastic has decreased. In the invention, the reduction in consumption was 20% in comparison with the prototype containing holes of the same size and configuration as in the invention. The plastic consumption in the proposed design is 0.16 cm ³ / cm ² against the calculated 0.2 cm ³ / cm ² in the prototype. By reducing the specific consumption of materials, the weight per unit area of sheet structural material decreased with a plastic density of 1.3 g / cm ³ by 23.7%; 0.742 g / cm ² in the invention against the calculated 0.972 g / cm ² in the prototype.

Изменение профиля выступов позволяет варьировать прочностью, плотностью и товарным видом материала в зависимости от выполняемых им задач. Применение зубчато-эвольвентного профиля выступов позволяет достигать поставленные цели за счет упрощения процесса формования профиля рабочих прокатных валков. Этот же эффект достигается при выполнении профиля в виде цилиндрической резьбы. Комбинация левой и правой цилиндрической резьбы на одном валке предотвращает сход листа влево или право при прокатке. Changing the profile of the protrusions allows you to vary the strength, density and presentation of the material depending on the tasks it performs. The use of the gear-involute profile of the protrusions allows you to achieve your goals by simplifying the process of forming the profile of the working rolls. The same effect is achieved when performing a profile in the form of a cylindrical thread. The combination of left and right cylindrical threads on one roll prevents the sheet from going left or right when rolling.

Предварительное до прокатки формование профиля поверхности каркасного листа на поверхности рабочих прокатных валков и последовательная прокатка листа через эти валки, установленные в паре с гладкими, позволяют формовать отверстия в листе, не прибегая к его разрыву (просечке). За счет специфических условий прокатки увеличивается толщина и прочность листа, снижается расход материала. Prior to rolling, forming the profile of the surface of the carcass sheet on the surface of the working rolling rolls and sequential rolling of the sheet through these rolls, set in tandem with the smooth ones, allows forming holes in the sheet without resorting to its tearing (notching). Due to the specific rolling conditions, the thickness and strength of the sheet increases, and the material consumption decreases.

Повышение прочности конструкции достигается за счет увеличения точности изготовления каркасного листа и листового конструкционного материала в целом. (56) Патент СССР N 934900, кл. B 32 B 31/30, 1973. The increase in structural strength is achieved by increasing the accuracy of manufacturing the frame sheet and sheet structural material as a whole. (56) USSR patent N 934900, cl. B 32 B 31/30, 1973.

Claims

1. Sheet structural material containing a frame sheet material, on one side of which a relief is made in the form of alternating mutually parallel protrusions with holes and depressions located in the longitudinal direction and a plastic matrix material deposited on it, characterized in that, in order to increase strength due to improving the connection of the layers while reducing the specific consumption of material, on the opposite side of the frame sheet also made rails in the form of alternating protrusions with holes and depressions, located nnyh in the transverse direction, wherein on each side of the sheet projections and depressions are continuous over the thickness and area of the frame sheet, and the openings formed by the intersection of the projections of the projections and recesses on opposite sides of the frame sheet.

2. The material according to p. 1, characterized in that the profile of the relief is made in the form of a scan of an involute gear transmission.

3. The material according to p. 1, characterized in that the profile of the relief is made in the form of a scan of a cylindrical thread.

4. A method of manufacturing a sheet structural material, including forming in rolls on one side of the carcass relief sheet in the form of alternating mutually parallel protrusions with holes and depressions located in the longitudinal direction, heating it and applying it to the side of the carcass sheet with a relief of a plastic matrix material, cooling the resulting material characterized in that the relief is also formed on the opposite side of the frame sheet in the form of alternating mutually parallel transversely arranged x protrusions with holes and depressions intersecting the relief available to form holes, is applied to a plastic matrix material and on the other side with a relief of the frame sheet, and rolling was carried out after cooling the resulting material in smooth rolls.

5. The method according to p. 4, characterized in that the molding of the relief is carried out sequentially to a predetermined height of the protrusions and depressions, first on one side of the frame sheet, then on the other.

6. The method according to p. 4, characterized in that the preliminary molding of the relief is carried out sequentially first at first on one side of the frame sheet, then on the other.