Na czym polegają różnice między profilami zamkniętymi a otwartymi?

Do najczęściej używanych materiałów konstrukcyjnych zarówno z metali żelaznych, jak i nieżelaznych należą wszelkiego rodzaju kształtowniki np. profile aluminiowe, które są wykorzystywane zwłaszcza tam, gdzie liczy się połączenie lekkości i dobrej charakterystyki wytrzymałościowej. Jakie rodzaje profili są dostępne? W jaki sposób się je wytwarza, czym się różnią i gdzie znajdują swoje zastosowanie? Sprawdź!

Profile metalowe i ich rodzaje

Wyroby hutnicze są dostarczane w postaci materiałów ukształtowanych w taki sposób, aby maksymalnie uprościć wszystkie procesy technologiczne niezbędne do uzyskania produktu o określonym kształcie i przeznaczeniu. Elementy metalowe są najczęściej formowane przy wykorzystaniu jednej z podstawowych metod obróbki – termicznej np. przez odlewanie lub spawanie, plastycznej m.in. za sprawą gięcia, tłoczenia albo kucia, a także ubytkowej choćby z zastosowaniem skrawania bądź obróbki ściernej.

Ze względu na specyfikę każdej z nich potrzebny metal jest oferowany np. jako blacha albo taśma metalowa nadająca się znakomicie do tłoczenia lub wykrawania, pręty umożliwiające wydajną obróbkę skrawaniem m.in. dzięki toczeniu albo frezowaniu lub mające bardzo wszechstronne zastosowania płaskowniki. Dopasowanie wyrobu do technologii obróbki oznacza zminimalizowanie strat materiałowych, zmniejszenie ilości czasu potrzebnego na realizację zadania oraz obniżanie kosztów gotowego produktu.

Szczególnym przykładem półproduktu do dalszej obróbki będą kształtowniki metalowe, a w tym profile aluminiowe. Są to wyroby o większej, na ogół kilku–kilkunastometrowej długości i przekroju, odpowiadającemu określonej figurze geometrycznej. Najprostszą formą są tzw. profile otwarte, mające postać linii łamanych. Znajdziemy wśród nich kątowniki będące elementami zagiętymi pod kątem prostym przypominającym literę „L”, ceowniki zbliżone do litery „C”, tworzące rodzaj „korytka” z dnem i dwoma ściankami zagiętymi w jedną stronę pod kątem prostym, a także zetowniki, w których obie skrajne części są zagięte pod kątem prostym, jednak w przeciwne do siebie strony, co skutkuje kształtem podobnym do nieco wyprostowanej litery „Z”. Kształtownikami otwartymi będą również teowniki, przypominające dwa płaskowniki, połączone ze sobą, w taki sposób, że jeden z nich jest ustawiony pod kątem prostym i znajduje się w połowie szerokości drugiego, a ich wygląd odpowiada literze „T”. Wytwarzane są także dwuteowniki, które można określić jako teowniki z drugim dodatkowym zakończeniem – część środkowa jest więc w nich jakby umieszczona między dwoma prostopadłymi do siebie płaskownikami oraz ustawiona do nich pod kątem prostym w połowie ich szerokości.

Kształtowniki mogą również występować jako profile zamknięte. Ich kształt odpowiada wówczas płaskiej figurze geometrycznej (linii zamkniętej zwyczajnej). Do najczęściej występujących profili zaliczają się rury, których przekrój odpowiada okręgowi. Szeroko wykorzystywane są także profile o przekroju kwadratowym oraz prostokątnym. W niektórych zastosowaniach używa się profili będących sześcio- albo ośmiokątem. Niekiedy potrzebne są profile owalne albo takie, których przekroje mają kształt trapezu lub trójkąta. Do zastosowań specjalnych produkowane są także profile o bardziej skomplikowanych kształtach, np. będących złożeniem dwóch lub większej liczby figur płaskich.

Jakie są właściwości profili otwartych i zamkniętych oraz w jaki sposób się je wytwarza?

Kształtowniki otwarte i zamknięte są zwykle stosowane wówczas, gdy potrzebne są elementy o możliwie najlepszym stosunku masy do wytrzymałości na oddziaływania mechaniczne – głównie skręcanie oraz zginanie. Dzięki swojej formie przestrzennej profile mogą przenosić obciążenia, które w innym przypadku wymagałyby użycia prętów lub płaskowników o znacznie większej grubości, a co za tym idzie odpowiednio cięższych. Wielką zaletą profili jest fakt, że zapewniają znacznie lepszą sztywność konstrukcji, przenosząc dobrze obciążenia działające z różnych kierunków. Plusem jest również możliwość uzyskania dużej dokładności wymiarowej i gładkości powierzchni, co ma znaczenie zwłaszcza w przypadku rur. Korzyścią z wykorzystywania profili otwartych i zamkniętych jest też możliwość ich łatwej obróbki, w tym plastycznej np. związanej z gięciem rur, a także cięciem, spawaniem i wykonywaniem otworów potrzebnych do łączenia mechanicznego.

Kształtowniki mogą powstawać na różne sposoby. Najczęściej są walcowanie na zimno lub na gorąco, a niekiedy także gięte na prasach – zwłaszcza wówczas, gdy potrzebne są profile otwarte o stosunkowo niewielkiej długości i o złożonych przekrojach. W przypadku profili zamkniętych np. rur proces walcowania jest kończony zgrzewaniem albo spawaniem elementu, a w razie potrzeby także wykańczaniem powstającego szwu, zazwyczaj przez szlifowanie lub skrawanie. Walcowanie sprawdza się najlepiej w przypadku niezbyt skomplikowanej geometrii końcowego wyrobu. Tam, gdzie w grę wchodzi uzyskiwanie szczególnie rozbudowanych przekrojów, często korzysta się z możliwości tłoczenia metalu (wyciskania) przez odpowiednio dobraną matrycę. Przy wykorzystaniu tej metody może produkować także rury bezszwowe.

W zależności od sposobu produkcji profilu używany może być stop metalu dostarczany w różnej postaci. W przypadku tłoczenia na ogół wykorzystywane są pręty, użyteczne przy mniejszych średnicach, albo kęsy, przydatne, kiedy profil ma mieć większy przekrój poprzeczny. Przy walcowaniu kształtowników na ogół stosuje się płaskowniki lub taśmy metalowe, będące często ciętymi na odpowiednią szerokość fragmentami zwojów blach. Podczas gięcia na prasach surowcem mogą być płaskowniki lub pocięte wcześniej fragmenty blach płaskich. W przypadku rur bezszwowych dość często wykorzystywane jest walcowanie kęsów prowadzone na ciepło i łączone z dziurowaniem elementu.

Gdzie można wykorzystywać profile zamknięte i otwarte?

Profile zamknięte i otwarte są elementami wykorzystywanymi w większości konstrukcji niezależnie od ich wielkości i przeznaczenia. Podstawowym obszarem ich stosowania jest wytwarzanie maszyn i urządzeń, a także szeroko rozumiane budownictwo. Z profili wykonuje się ramy, fragmenty obudów, struktury nośne oraz wszelkiego rodzaju mocowania. Kształtowniki służą m.in. jako części skrzyń ładunkowych, zabudów pojazdów i maszyn, konstrukcje przyczep oraz rozmaitego osprzętu. W budownictwie są wykorzystywane jako różnego typu mocowania, barierki, balustrady, zabudowy np. ogrody zimowe, stelaże dużych przeszkleń, wiat, daszków, ścianek wewnętrznych i kratownice do sufitów podwieszanych. Często służą jako elementy ogrodzeń. Są też używane do wykonywania różnego rodzaju mocowań np. stojaków na zbiorniki, stelaży pod panele fotowoltaiczne lub solary.

Profile zamknięte i otwarte są potrzebne także w instalacjach przemysłowych. Używa się ich zarówno jako wsporników bądź ram i stojaków pozwalających na rozmieszczenie niezbędnej infrastruktury, jak i do budowy rurociągów. Szczególnie często wykorzystywane są profile zamknięte o przekroju okrągłym, czyli rury, które tworzą wszelkiego rodzaju instalacje do przesyłu cieczy, gazów i materiałów sypkich. Profile otwarte i zamknięte o różnej geometrii są konieczne przy produkcji mebli, zewnętrznych nośników reklamowych, oświetlenia ulicznego, znaków drogowych i barier energochłonnych. Z kształtowników powstają kratownice, słupy oraz stojaki, ale także stelaże namiotów i hal czy elementy stolarki otworowej.

Użyteczność kształtowników np. popularnych profili aluminiowych oferowanych między innymi przez hurtownię metali nieżelaznych w Zielonce koło Bydgoszczy jest bardzo duża, a liczba ich zastosowań ogromna. Wybór między profilami otwartymi a zamkniętymi zależy w głównej mierze od oczekiwań co do wytrzymałości konkretnego elementu i rodzaju działających na niego obciążeń. Gdy są one mniejsze, na ogół stosuje się profile otwarte, jeśli ich wartość będzie większa, wybiera się zazwyczaj profile zamknięte. Znaczenie może mieć również estetyka i warunki, w których elementy będą użytkowane – mimo tego, że parametry wytrzymałościowe kątownika mogą być wystarczające, to użyty może być w jego miejsce profil zamknięty, np. z uwagi na to, że nie występują w nim załamania, w których mogłyby gromadzić się zanieczyszczenia lub woda.