h型鋼異型坯孔型及工藝寬展的計(jì)算

h型鋼異型坯孔型及工藝寬展的計(jì)算

1立軋孔型的特點(diǎn)所謂的分段法是用斷裂的楔形尖在板拱上切割板拱的端部，然后通過后續(xù)立輥將切割段的邊緣均勻地切開，形成寬h鋼定制塊的原型。這種方法有時(shí)候也被叫做板坯切分法或者犬骨式軋法,是一種高效率形成H型鋼腿部的方法,與H型鋼傳統(tǒng)開坯方法相比,具有收得率高、能耗少等優(yōu)點(diǎn);與連鑄法生產(chǎn)H型鋼異型坯相比,這種方法可以減少設(shè)備投資并且可以由一種連鑄板坯軋制出多種規(guī)格的異型坯?？仔拖到y(tǒng)由四個(gè)孔型即三個(gè)不同的立軋孔型(Kal-1～Kal-3)和一個(gè)異型孔(Kal-4)組成(如圖1),這四個(gè)孔型按其功能依次被稱為定位孔、切分孔、平軋孔、異型孔。其中定位孔是保證孔型對(duì)稱,以確保切分后腿部形狀對(duì)稱,易于導(dǎo)入劈分孔型并且保證腿部質(zhì)量;切分孔是將板坯端部充分劈分開,以獲得一定的異型坯腿高;平軋孔是將腿部的楔型溝軋平,并進(jìn)一步拓寬腿部;異型孔是異型坯的成型孔,在這個(gè)孔型中主要完成異型坯腰部減薄和腿部成型。從連鑄板坯到H型鋼異型坯的軋制分成4段:(1)加熱后連鑄坯翻轉(zhuǎn)90°,用孔型寬度與板坯厚度幾乎相等并帶有尖銳的深楔子(楔角為50°～80°)的定位孔(Kal-1)在板坯側(cè)面中央切一楔形溝,為在劈分孔中的軋制作好準(zhǔn)備;(2)在劈分孔(Kal-2)中,靠楔形溝將軋件導(dǎo)入孔型后,進(jìn)行小壓下量多道次立軋,切入的深度至產(chǎn)品規(guī)格要求的相應(yīng)值,逐漸形成異型坯的腿部;(3)再用平軋孔(Kal-3孔)將腿部楔溝軋平,同時(shí)壓縮腰高以滿足異型孔所要求異型坯的尺寸;(4)先將坯料翻轉(zhuǎn)90°,在異型孔(Kal-4孔)中軋制兩個(gè)道次后再翻鋼90°并移鋼至平軋孔(Kal-3)中軋平腿部。在這兩個(gè)孔型中如此反復(fù)軋制直到異型坯尺寸和形狀均符合要求。這四個(gè)孔型并沒有按照軋制次序在軋輥上排列,因?yàn)樵谌齻€(gè)立軋孔型中軋制時(shí)變形主要發(fā)生在腿部局部區(qū)域,軋制壓力較小,而在異型孔中軋制時(shí),在坯料的整個(gè)斷面上腿部和腰部均發(fā)生變形,軋制壓力較大。為了使輥頸軸承受力基本均衡以免軸承壽命降低,所以把異型孔排列在平軋孔之前。2板坯加工出的寬展系數(shù)由于孔型形狀比較特別,沒有板坯變形規(guī)律精確的孔型模型,而且在不同孔型不同道次的變形規(guī)律也差別很大,所以劈分法軋制的變形機(jī)理比較復(fù)雜。在定位孔中咬入時(shí),楔體只有頂端與軋件接觸,并且開軋時(shí)軋件表面有氧化鐵皮,咬入條件不夠好,因此壓下量不宜太大。在軋制過程中板坯端部發(fā)生嚴(yán)重的不均勻變形,變形區(qū)長(zhǎng)度和軋件平均寬度之比很小,變形在還沒有滲透到軋件中心之前就停止了。這時(shí),在變形區(qū)內(nèi)存在一個(gè)剛性區(qū),板坯中間層金屬阻礙表層金屬延伸,因而使表層金屬產(chǎn)生限制寬展,并產(chǎn)生附加壓應(yīng)力,使變形阻力升高,從而在軋件側(cè)面上出現(xiàn)雙鼓形。由于坯料端部在孔型中產(chǎn)生負(fù)寬展,而腰部寬度基本不變,所以坯料縱向的延伸率不同,縱向產(chǎn)生附加拉應(yīng)力。在劈分孔中進(jìn)一步劈分軋件腿部時(shí),楔體端部壓下量較小,切分楔處壓下量較大,且金屬受切分楔的作用,指向?qū)捳狗较虻乃搅^大,更加促進(jìn)了寬展變形。在這個(gè)孔型中腿部是自由寬展,目的是使腿部發(fā)生盡可能大的寬展。在平軋孔中軋制時(shí),孔型中發(fā)生限制寬展以控制腿部的高度尺寸并且使腿部形狀基本成形。在前三個(gè)立軋孔型中軋制完成以后,坯料由板坯變成H型鋼異型坯的雛形(如圖2)。然后在異型孔中完成腰部的減薄和腿部的充分成型,實(shí)現(xiàn)大斷面異型坯到小斷面異型坯縱向延伸過程(如圖3)。這就是用板坯劈分法軋制H型鋼異型坯的基本原理。在本系統(tǒng)的孔型中,由于孔型形狀相差很大,每一個(gè)孔型都有完全不同的寬展模型。并且由于在腿部成型過程中嚴(yán)重的不均勻變形,計(jì)算寬展系數(shù)的傳統(tǒng)模型已不能適用,所以從實(shí)際情況出發(fā)把腿部寬展和腹板寬展分開來考慮。在定位孔中軋制時(shí),孔型寬度與坯料寬度基本相等,所以劈分楔切入以后,腿部端面金屬受到孔型側(cè)壁和楔體金屬的擠壓,在寬度方向產(chǎn)生負(fù)寬展,并且在高度方向高度增大。此時(shí)腿部寬展系數(shù)的大小與孔型側(cè)壁斜度和壓下系數(shù)有關(guān)。腹板只在局部受到楔體頂端的壓力,所以寬展很小。在編程時(shí)可以近似認(rèn)為沒有寬展。在劈分孔中軋制時(shí),第一個(gè)道次和以后道次的寬展系數(shù)計(jì)算方法有很大不同。第一個(gè)道次腿部寬展是由于劈分孔型的楔角大于定位孔型的楔角而產(chǎn)生的,而以后道次的寬展是由于壓下使金屬產(chǎn)生橫向流動(dòng)產(chǎn)生的。所以第一個(gè)道次的腿部寬展系數(shù)和兩個(gè)孔型的楔體形狀和壓下系數(shù)有關(guān),而腹板的寬展同樣很小。在編程時(shí)可以近似認(rèn)為沒有寬展。以后道次腿部寬展是由于劈分楔的進(jìn)一步切入而產(chǎn)生的,即與壓下系數(shù)有關(guān)。如圖3、圖4所示,假設(shè)在劈分孔中第一道次金屬?zèng)]有延伸并且把劈分楔圓弧簡(jiǎn)化為直線,那么軋件由定位孔進(jìn)入劈分孔的第一個(gè)道次的腿部寬展量Δb1可由下式求得Δb1=[(tgθ2?tgψ2)h1+(Δh+h2cosθ)×Δb1=[(tgθ2-tgψ2)h1+(Δh+h2cosθ)×tgθ?h2tgθ]2tgθ-h2tgθ]2(1)θ=?1+?22θ=?1+?22(2)式中θ——劈分楔簡(jiǎn)化后的楔角φ——定位孔楔角Δh——壓下量h1、h2——定位孔和劈分孔的楔高劈分孔中第一道次以后的軋件腿部寬展量Δb可由下式求得Δb=[(Δh+h2cosθ)tgθ?h2tgθ]2Δb=[(Δh+h2cosθ)tgθ-h2tgθ]2(3)當(dāng)軋件從劈分孔進(jìn)入平軋孔的第一個(gè)道次時(shí),由于孔型形狀差別很大,使得兩個(gè)腿部夾角進(jìn)一步加大直到180°,由此而產(chǎn)生腿部寬展。在這個(gè)孔型中,第一個(gè)道次的寬展系數(shù)與劈分孔的楔體形狀和平軋孔的形狀以及壓下系數(shù)有關(guān),公式如下Δb=[1/sinθ/2)?1]b0Δb=[1/sinθ/2)-1]b0(4)以后道次的寬展系數(shù)符合普通孔型中軋制時(shí)的寬展規(guī)律。在推導(dǎo)公式(1)～(4)過程中,發(fā)現(xiàn)在前幾個(gè)道次中,軋件發(fā)生嚴(yán)重不均勻變形,摩擦系數(shù)、軋件寬度以及前滑等因素對(duì)異型坯絕對(duì)寬展的影響遠(yuǎn)不如孔型形狀及壓下量對(duì)異型坯絕對(duì)寬展的影響大,所以對(duì)軋制過程中影響寬展的因素進(jìn)行了簡(jiǎn)化,從而使異型坯的寬展計(jì)算更簡(jiǎn)單有效。平軋孔中的軋件腿部寬展和異型孔中腰部寬展均可采用В.П.巴赫契諾夫公式(公式(5))計(jì)算。巴赫契諾夫公式考慮了摩擦系數(shù)、相對(duì)壓下量、變形區(qū)長(zhǎng)度及軋輥形狀對(duì)寬展的影響,在公式推導(dǎo)過程中,考慮了軋件寬度及前滑的影響。用此公式計(jì)算平輥軋制和箱形孔型中的自由寬展可以得到與實(shí)際相接近的結(jié)果。公式如下Δb=1.15Δh2H(RΔh????√?Δh2f)Δb=1.15Δh2Η(RΔh-Δh2f)(5)式中Δh——壓下量R——軋輥工作半徑f——摩擦系數(shù)沿孔型寬度方向輥徑不同,所以線速度不同。但是軋件本身是一個(gè)整體,只能以相同的速度出孔型,這就造成了線速度低于出孔速度的部分必然要有一部分金屬從高度方向轉(zhuǎn)移到縱向以補(bǔ)充縱向流量的不足。而線速度高于出孔速度的部分則相反有一部分金屬從縱向轉(zhuǎn)移到高度方向。由于線速度差所引起軋件寬度的變化與壓下所引起的寬度變化相比比較小,所以在尺寸要求不是很精確的情況下,可以不考慮速度差對(duì)寬展的影響。3實(shí)際生產(chǎn)h型鋼文件的翼緣寬度在作者開發(fā)的劈分法軋制H型鋼異型坯的智能CARD軟件中,編寫程序?qū)堉七^程進(jìn)行了計(jì)算,用750×230的板坯軋制19個(gè)道次生產(chǎn)H型鋼異型坯時(shí)的翼緣寬展計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)如表1所示,由表1比較可得,利用本文的寬展公式計(jì)算得到的翼緣寬度與原鞍山第一軋鋼廠從