Historia
Zanim zaczęliśmy używać metali, nasi przodkowie używali drewna i kamienia jako podstawowych materiałów konstrukcyjnych przez ponad 1,7 miliona lat, plus minus kilkaset tysięcy lat. Złoto, miedź, cyna, ołów, srebro, żelazo i rtęć były jedynymi siedmioma znanymi i używanymi metalami do XIII wieku, a tylko pięć innych metali zostało odkrytych do XVII wieku. Dzisiaj wiemy, że około dwie trzecie wszystkich znanych pierwiastków to metale [1].
Pierwsze wyroby żelazne datowane są na prawie 6000 lat temu, a ze względu na miękkość żelaza, było ono spożywane jako ozdoby, a nie narzędzia i broń. Żelazo zostało zwęglone w celu uzyskania trwalszego materiału (stali) około 1200 r. p.n.e., a to odkrycie przyniosło znaczącą zmianę i zapoczątkowało początek epoki żelaza. Najstarsze wyroby stalowe znaleziono w stanowisku archeologicznym w Turcji (Kaman, Kalehöyük) [2][3]. Wiedza o produkcji stali rozprzestrzeniła się na dużym obszarze z Cesarstwem Rzymskim poprzez handel lub wojnę [4]. Przejście było powolne, ale odlewane i kute wyroby żelazne ostatecznie zastąpiły brąz w większości obszarów. Piece stały się bardziej popularne, a stal stała się lepsza. Wcześni kowale produkowali doskonałej jakości topory, dłuta, motyki, miecze i inne narzędzia. W 1350 r. hutnicy z Europy Środkowej odnieśli sukces w wytapianiu i odlewaniu żelaza w prymitywnych wielkich piecach.
Wykonywanie skomplikowanych przedmiotów, takich jak kamizelki kuloodporne, składane z setek pasujących do siebie kawałków kutych płyt i drutów, wymagało znacznych umiejętności i doświadczenia. Proces ten był bardzo pracochłonny ze względu na długie godziny kucia. Od XVII wieku do początków rewolucji przemysłowej każdy przedmiot nieodlewany, od ozdobnego po użytkowy, był wykonywany ręcznie poprzez pracochłonne kucie. Niewielu ludzi mogło sobie pozwolić na własne wyroby metalowe [1].
Podczas rewolucji przemysłowej XVIII i XIX wieku wiele narzędzi ręcznych używanych w produkcji metali zostało stopniowo zastąpionych maszynami napędzanymi mechanicznie. Jednym z najważniejszych i najmniej nagłaśnianych osiągnięć tego okresu było zastąpienie starożytnej sztuki kucia (kucia) parami obracających się walców w celu zmiany kształtu lub grubości metali. Walcowanie w temperaturze pokojowej nie jest nową technologią. Prymitywne walcowanie na zimno było stosowane w XIV wieku w przypadku złota i srebra. Leonardo da Vinci zaprojektował pierwsze prawdziwe walcownie w 1480 roku [7].
Walcowanie stali w temperaturze pokojowej (formowanie na zimno) rozpoczęło się pod koniec XVIII wieku i stało się szerzej stosowane w XIX wieku. Pod koniec XIX i XX wieku ogromna różnorodność walcowanych na gorąco i na zimno blach aluminiowych, miedzianych, mosiężnych, ołowianych, cynowych, tytanowych, cyrkonowych i ze stopów specjalnych stała się dostępna w handlu. Bez tych walcowanych płaskich produktów nasze obecne życie i standard życia byłyby niewyobrażalne.
Walcowanie
Ogólny opis procesu profilowania można zapisać w następujący sposób: „W procesie profilowania pary rolek profilowych ustawionych w tandemie wyginają poprzecznie przesuwającą się blachę, tworząc z niej produkt o określonym profilu przekroju poprzecznego” [5].
W procesie gięcia walcowego pewna liczba par przeciwstawnie ułożonych wałków z rolkami, które są zazwyczaj różne dla każdego przejścia profilującego, wykonuje gięcie i nadaje kształt odkształcanej blachy [1].
Konstrukcje stalowe zimnogięte (CFSS)
W drugiej połowie XIX wieku robotnicy w odległych rejonach preferowali tymczasowe i szybkie konstrukcje. W tym celu ludzie uznali, że ramy drewniane i gięte cienkie blachy są przydatne do ich potrzeb. Przede wszystkim blachy osłonowe są produkowane z żelaza, które wzmacniano, nadając mu niewielkie odkształcenia na powierzchni, i są używane do budowy szop na zakwaterowanie lub miejsca pracy. Najstarsze dokumenty odnoszą się do robotników w Ameryce Północnej podczas gorączki złota w 1849 roku. Dla robotników produkowano przenośne domy żelazne [8].
CFSS wystawiono na Chicago Century of Progress (World’s Fair) w 1933 r. Ten typ konstrukcji jest przedstawiany jako „Dom przyszłości”. Jednak najbardziej znaczącym osiągnięciem było rozpoczęcie projektu badawczego przez American Iron and Steel Institute (AISI) w 1939 r. AISI sponsorowało badaczy na Cornell University, co zaowocowało opublikowaniem w 1946 r. pierwszego wydania specyfikacji AISI. [9]
Podróż CFSS rozpoczęła się od prymitywnych schronów, ale dziś budynki wielopiętrowe można budować z zimnogiętych ram stalowych. Najbardziej odpowiednie typy budynków to szkoły, akademiki, hotele, budynki mieszkalne i konstrukcje modułowe.
Konstrukcja ze stali formowanej na zimno (CFS) jest praktyczną alternatywą dla konstrukcji betonowych lub konwencjonalnych konstrukcji stalowych, głównie ze względu na wyższy stosunek wytrzymałości do masy i szybszą budowę. Ze względu na swoją mniejszą masę, budynki mieszkalne i komercyjne CFS stają się bardziej wydajną alternatywą w regionach, w których występuje ryzyko sejsmiczne, w porównaniu do betonowych i konwencjonalnych odpowiedników stalowych. Panele ścienne wykonane z ramy CFS pokrytej z jednej lub obu stron stalą lub jakimś rodzajem desek drewnianych są szeroko stosowane jako elementy odporne na obciążenia boczne w konstrukcjach stalowych formowanych na zimno, budowanych szczególnie w regionach o niskim i średnim ryzyku sejsmicznym. Rama w tych panelach ściennych obejmuje górne i dolne szyny mocowane do pionowych słupków za pomocą śrub lub nitów. Szyny i słupki są zwykle wykonane z profili CFS w kształcie litery C [10].
Odniesienia
[1] Halmos, G. T. (2006). Roll Forming Handbook, CRC Press, Boca Raton.
[2] Akanuma, H. (2005). “The significance of the composition of excavated iron fragments taken from Stratum III at the site of Kaman-Kalehöyük, Turkey”. Anatolian Archaeological Studies. Tokyo: Japanese Institute of Anatolian Archaeology. 14: 147–158.
[3] “Ironware piece unearthed from Turkey found to be oldest steel”. The Hindu. Chennai, India. 2009-03-26. Archived from the original on 2009-03-29. Retrieved 2022-08-13.
[4] “Noricus ensis”, Horace, Odes, i. 16.9
[5] Kiuchi M., Abe K., Onodera R.; Computerized Numerical Simulation of roll-forming process, Annals of CIRP Vol. 44/1/1995, pp. 239-242.
[6] Dykes, R.J.; Mander, S.J.; D. Bhattacharyya: Roll forming continuous fiber-reinforced thermoplastic sheets: experimental analysis, Composites Part A, 31 (2000), pp. 1395-1407.
[7] Roberts, W. Cold Rolling of Steel. Marcel Dekker, New York, 1978.
[8] Don Allen, P.E., History of Cold Formed Steel, 2006, pp 1-5.
[9] Baran E, Alica C, Behavior of cold-formed steel wall panels under monotonic horizontal loading, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 79, 2012, pp 1-8,
[10] “World’s Fairs 1933–1939”. Historic Events for Students: The
by