W jakich przekrojach występują profile zamknięte?

Wykonanie większości konstrukcji – niezależnie od tego, czy będą to maszyny, urządzenia części budynków czy elementy infrastruktury – wymaga użycia materiałów, które będą miały możliwie korzystny stosunek własnej masy do oferowanej wytrzymałości na obciążenia. Najlepszym przykładem takiego materiału będzie stal, która wyróżnia się dobrą odpornością na oddziaływania mechaniczne, a po odpowiednim zabezpieczeniu przed korozją, także na czynniki zewnętrzne. Jedną z najbardziej uniwersalnych form, w jakich może być wykorzystana stal, są profile zamknięte, które nadają się do różnych zastosowań – od mocowania znaków drogowych, przez budowę ogrodzeń aż po wszelkiego rodzaju ramy czy wsporniki. Przekonajmy się, jakie są właściwości profili zamkniętych, zobaczmy, w jaki sposób powstają oraz sprawdźmy, gdzie są najczęściej wykorzystywane.

Charakterystyka profili zamkniętych

Profile zamknięte są wykonywane z metalu, któremu została nadana odpowiednia forma przestrzenna w postaci stosunkowo długiego elementu o przekroju jednej z płaskich figur geometrycznych. Do najpopularniejszych profili należą te, które mają w przekroju kształt okręgu, kwadratu lub prostokąta. Spotyka się jednak również rozmaite wielokąty – np. sześcio- albo ośmiokąty, jak również trójkąty równoboczne oraz wszelkiego rodzaju owale. Występują także profile o bardziej złożonej geometrii, będące połączeniem kilku różnych figur np. okręgu z półkolistym wklęśnięciem czy zestawieniem dwóch złączonych ze sobą prostokątów tworzących rodzaj narożnika.

Kształt profili odpowiada potrzebom związanym z konkretnym zastosowaniem, jednak zagięcia ich ścianek mają służyć przede wszystkim zwiększeniu wytrzymałości elementu. Dzięki takiemu kształtowi metal znacznie lepiej znosi obciążenia statyczne i dynamiczne, ponieważ siły rozkładają się w tym przypadki zupełnie inaczej niż w przypadku klasycznego płaskownika. Dzięki temu kształtowniki będące profilami zamkniętymi są bardziej odporne na zginanie i skręcanie, oferując znacznie podwyższoną sztywność. Geometria profili zamkniętych pozwala na dobre znoszenie sił działających zarówno wzdłuż elementu, jak i poprzecznie do niego czy skośnie. Najbardziej uniwersalne są pod tym względem rury, które zapewniają najlepsze parametry przy bardzo zróżnicowanych kierunkach oddziaływań. Rury są jednak przypadkiem wyjątkowym, ponieważ poza funkcją utrzymywania znacznych obciążeń nadają się również do wykorzystania przy transporcie cieczy lub gazów. Zależy to oczywiście od panującego ciśnienia i charakteru transportowanej substancji, jednak okrągły przekrój rur oznacza minimalne zaburzenia przepływu, zarówno jeżeli w grę wchodzą ciecze czy gazy, jak i substancje sypkie, takie jak ziarno, wszelkiego rodzaju proszki lub granulaty, a także drobne kruszywa np. piasek.

Profile zamknięte są wykonywane z różnych metali – najczęściej spotyka się profile stalowe, choć stosuje się również lżejsze profile aluminiowe. Stal, jeśli ma być stosowana w miejscach, gdzie będzie narażona na podwyższoną wilgotność czy działanie różnych czynników zewnętrznych np. substancji agresywnych chemicznie, powinna być zabezpieczona antykorozyjnie. Najbardziej popularnym rozwiązaniem jest nanoszenie na stal powłoki z cynku lub cynku i aluminium, choć możliwe jest również pokrycie powierzchni jedynie farbą czy odpowiednim lakierem.

Jak powstają profile zamknięte?

Profile zamknięte mogą być wytwarzane na różne sposoby, uzależnione od stopu, z jakiego będą wykonane, a także ich przeznaczenia. Tam, gdzie liczy się ponadstandardowa wytrzymałość, mogą być używane profile wytwarzane w procesie wytłaczania. W takim przypadku metal jest poddawany działaniu dużych sił oraz przepuszczany przez element o określonym kształcie. Taka metoda zazwyczaj jest jednak dość rzadko stosowana ze względu na jej wysokie koszty. Inną możliwością jest gięcie elementów na prasie krawędziowej oraz późniejsze spawanie ich brzegów. Sposób ten sprawdza się, gdy potrzebne są profile o nietypowych kształtach oraz niezbyt długie. Jeszcze inną możliwością jest użycie odpowiedniej walcarki. Przy walcowaniu profile mogą powstawać na ciepło – gdy materiał jest wcześniej podgrzewany tak, by zwiększyć jego plastyczność – albo na zimno, co wiąże się z jego dodatkowym utwardzeniem.

Do najpopularniejszych metod produkcji profili zamkniętych należy walcowanie ich na zimno. Maszyny, na których na ogół wytwarza się profile, są nazywane profilarkami rolkowymi. Materiał jest w tym przypadku pobierany z dużej roli, na której nawinięta jest stalowa taśma, która jest cięta na wstęgi o wymaganej szerokości. Po prawidłowym sformatowaniu trafia ona na kolejne urządzenia linii produkcyjnej. Pierwsze z nich odwija i prostuje taśmę, przygotowując ją do procesu walcowania. Po wyrównaniu taśma przechodzi między kolejnymi stacjami, które przy pomocy odpowiednio wyprofilowanych par walców współpracujących ze sobą nadaje wstędze odpowiedni kształt. W przypadku produkcji rur taśma będzie zaginana półkoliście, poczynając od jej centralnego odcinka oraz samych krawędzi. Następnie promień zaoblenia będzie się zwiększał, a po osiągnięciu półkola, rolę walców ustawionych pionowo w stosunku do taśmy, przejmą walce boczne, które rozpoczną proces zaginania górnych części formowanej rury, aż do ociągnięcie kształtu „przerwanego” okręgu. W przypadku tworzenia profili o przekroju kwadratowym czy wielokątnym walce będą stopniowo zaginać taśmę, poczynając od krawędzi, które mają się znajdować najbliżej środka taśmy, a później kształtując te położone od niego dalej.

Po osiągnięciu kształtu zbliżonego do końcowego metal jest zaginany ostatecznie, tak, że krawędzie zbliżają się do siebie, a jednocześnie zgrzewany np. indukcyjnie. W wyniku łączenia brzegów taśmy powstający profil zyskuje swój charakterystyczny kształt. Materiał na zgrzewie jest jeszcze skrawany i szlifowany. Jeśli profil jest wytwarzany z blachy ocynkowanej, istnieje konieczność uzupełnienia powłoki, które mogła zostać częściowo uszkodzona podczas obróbki termicznej. W tym celu na powierzchnię powstałego szwu jest napylana powłoka z cynku o odpowiedniej grubości. Ostatnim elementem produkcji profilów zamkniętych jest ich cięcie na odcinki o właściwej długości.

Gdzie mogą być wykorzystywane profile zamknięte?

Profile zamknięte o przekroju okrągłym mogą być używane jako materiał do wykonania wszelkiego rodzaju instalacji i rurociągów, służących do przesyłania cieczy, gazów albo materiałów sypkich. Często korzysta się z nich jednak podobnie jak z profili o innej geometrii np. sześciennych czy prostokątnych. Stosuje się je powszechnie do wykonywania wszelkiego rodzaju podpór i stojaków – mocowań znaków drogowych zarówno w postaci pojedynczych słupków, jak i całych kratownic lub słupów. Nadają się do wykonywania słupków ogrodzeniowych, bram, furtek oraz słupów oświetleniowych. Można z nich wytwarzać wszelkiego rodzaju konstrukcje do ustawiania tablic reklamowych i podobnych instalacji. Profile zamknięte są niezastąpione jako ramy maszyn, urządzeń i pojazdów, a także wszelkiego typu stelaże. Powstają z nich m.in. ramy skrzyń ładunkowych, zabudowy pojazdów albo konstrukcje przyczep.

Sprawdzą się także w roli słupków do wykonania wiat, zadaszeń oraz elementów dachów. Bardzo często są stosowane jako elementy do budowy osprzętu maszyn rolniczych i budowlanych. Ważnym obszarem, w którym profile zamknięte są niezwykle przydatne, jest budownictwo. Z profili tworzy się m.in. elementy schodów, barierek czy zabudów. Są używane przy budowie ogrodów zimowych, szklarni, hal namiotowych, oraz hal stalowych jako stężenia i belki, a także konstrukcje nośne np. schody, pomosty, wsporniki albo belki. Są wykorzystywane przy produkcji przedmiotów codziennego użytku od mebli po sprzęt sportowy. Profile zamknięte są również używane przy produkcji okien i drzwi, a także większych przeszkleń. Wykorzystuje się je także do wytwarzania regałów magazynowych.

Zakres zastosowań profili zamkniętych jest niezwykle szeroki i obejmuje różne branże i ogromną liczbę poszczególnych produktów. Niewiele innych wyrobów jest używanych na tak wiele odmiennych sposobów – od zaawansowanych technologicznie urządzeń, po potrzebne, lecz proste w swej konstrukcji siatki do słupków ogrodzeniowych. Lekkość profili w połączeniu z wysoką wytrzymałością okazuje się cechą, która jest pożądana w niemal wszystkich możliwych zastosowaniach.